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En un artículo anterior, analizamos los sistemas de bombas hidráulicas y su principio de funcionamiento general. Para resumir brevemente, un sistema hidráulico es una tecnología de accionamiento que transmite energía utilizando un fluido como medio. Convierte la energía mecánica de un motor eléctrico en energía líquida, la cual luego se transmite a los componentes ejecutores a través del líquido. Los componentes principales de un sistema hidráulico incluyen bombas hidráulicas, componentes ejecutores (motores hidráulicos), válvulas y tanques de aceite.
Este artículo se centrará en las bombas hidráulicas y los motores hidráulicos, y explicará cómo funcionan juntos en un sistema hidráulico. Comenzaremos con la bomba hidráulica.
Clasificación de los Motores Hidráulicos
Los motores hidráulicos generalmente se dividen en dos grandes categorías:
Motores Hidráulicos de Baja Velocidad y Alto Par (LSHT)
Motores Hidráulicos de Alta Velocidad y Bajo Par (HSLT)
Elegir un motor hidráulico de baja velocidad permite al sistema entregar un par mayor a velocidades más bajas. Dentro de estas dos categorías, pueden clasificarse además por su estructura en motores de engranajes, motores de paletas y motores de pistones. Los motores de pistones pueden subdividirse a su vez en motores de pistones axiales y motores de pistones radiales.
Clasificación de las Bombas Hidráulicas
Los tipos comunes de bombas hidráulicas incluyen:
1. Por capacidad de ajuste de caudal:
Bombas variables — El caudal de salida se puede ajustar según sea necesario
Bombas de desplazamiento fijo — El caudal de salida es constante
2. Por estructura: bombas de engranajes, bombas de paletas, bombas de pistones
Bombas de engranajes: pequeñas en tamaño, sencillas en estructura, con bajos requisitos de limpieza del aceite y de bajo costo; sin embargo, el eje de la bomba se ve muy afectado por fuerzas desequilibradas, presenta desgaste severo y tiene un gran volumen de fugas.
Bombas de paletas: pueden dividirse en tipos de acción simple y doble. Tienen un flujo uniforme, funcionamiento suave, bajo nivel de ruido y mayor presión y eficiencia volumétrica en comparación con las bombas de engranajes, aunque su estructura es más compleja que la de las bombas de engranajes.
Bombas de pistones: alta eficiencia volumétrica, baja fuga y pueden operar a alta presión, lo que las hace adecuadas para sistemas hidráulicos de gran potencia. Sin embargo, tienen una estructura compleja, altos requisitos de materiales y precisión de mecanizado, alto costo y también requieren mayor limpieza del aceite.
Composición de las bombas hidráulicas
Las bombas hidráulicas generalmente están compuestas por tres partes principales: acoplamientos, depósitos de aceite hidráulico y filtros.
Acoplamientos
El eje de accionamiento de una bomba hidráulica no puede soportar fuerzas radiales o axiales, por lo que no está permitido instalar directamente poleas, engranajes o ruedas dentadas en el extremo del eje. Normalmente, el eje de accionamiento se conecta al eje de la bomba mediante un acoplamiento.
Si, debido a razones de fabricación, la coaxialidad entre la bomba y el acoplamiento supera el estándar, y existe una desviación durante el ensamblaje, a medida que aumenta la velocidad de la bomba, la fuerza centrífuga también aumentará, lo que podría provocar la deformación del acoplamiento. Esta deformación incrementa aún más la fuerza centrífuga, creando un ciclo vicioso que finalmente conduce a vibraciones y ruido, afectando así la vida útil de la bomba. Además, factores como pasadores de acoplamiento flojos o anillos de goma desgastados que no se reemplazan a tiempo también afectarán el funcionamiento de la bomba.
Tanque de aceite hidráulico
Las funciones principales del depósito de aceite hidráulico en un sistema hidráulico son: almacenar aceite, disipar calor, separar el aire contenido en el aceite y eliminar la espuma.
Al seleccionar un tanque de aceite, la primera consideración es su capacidad: para equipos móviles, generalmente debe ser 2-3 veces el caudal máximo de la bomba, y para equipos fijos, 3-4 veces. En segundo lugar, considérese el nivel de aceite del tanque: cuando todos los cilindros hidráulicos del sistema están completamente extendidos, el nivel de aceite en el tanque no debe estar por debajo del nivel mínimo; cuando los cilindros se retraen, el nivel de aceite no debe exceder el nivel máximo. Finalmente, considérese la estructura del tanque: las placas divisorias en tanques de aceite tradicionales no permiten precipitar eficazmente la suciedad, por lo que debe instalarse una placa divisoria vertical a lo largo del eje longitudinal del tanque. Debe haber una separación entre esta placa y la placa final del tanque, permitiendo que los espacios a ambos lados de la placa se comuniquen. Las conexiones de entrada y salida de la bomba hidráulica se disponen en el extremo de la placa que no está conectado, haciendo que la distancia entre el aceite de entrada y el de retorno sea la mayor posible. Al mismo tiempo, el tanque también puede disipar mejor el calor.
Filtro de aceite
Generalmente, los contaminantes con un tamaño de partícula inferior a 10 μ m tienen poco efecto sobre la bomba, pero cuando el tamaño de partícula es mayor a 10 μ m, especialmente al superar los 40 μ m, afectará significativamente la vida útil de la bomba. Las partículas sólidas contaminantes en el aceite hidráulico tienden a acelerar el desgaste en las superficies de las partes móviles relativas dentro de la bomba. Por lo tanto, debe instalarse un filtro de aceite para reducir el grado de contaminación del aceite. La precisión de filtrado recomendada es la siguiente: 10~15 μ m para bombas de pistones axiales, 25 μ m para bombas de paletas y 40 μ m para bombas de engranajes. El uso de filtros de aceite de alta precisión puede prolongar considerablemente la vida útil de las bombas hidráulicas.
La Función de los Motores Hidráulicos
Un motor hidráulico es un elemento actuador que convierte la energía de presión de un líquido en energía mecánica, generando par y movimiento rotativo, y ocupa una posición importante en los sistemas hidráulicos.
Los motores hidráulicos generalmente se dividen en dos tipos: de bajo par y de alto par. En los últimos años, con el desarrollo continuo de la tecnología hidráulica hacia altas presiones y alta potencia, y dado que las personas prestan cada vez más atención a la protección ambiental, se requiere que los actuadores hidráulicos posean características como bajo nivel de ruido, baja contaminación y funcionamiento suave. Por lo tanto, los motores de alto par se han convertido en una de las tendencias de desarrollo.
Desde la perspectiva de la conversión de energía, las bombas hidráulicas y los motores hidráulicos son componentes hidráulicos reversibles: introducir fluido de trabajo en cualquier bomba hidráulica puede convertirla en un motor hidráulico en funcionamiento; inversamente, cuando el eje principal del motor hidráulico es girado por un par externo, también puede convertirse en una condición de funcionamiento de bomba hidráulica. Esto se debe a que ambos poseen los mismos elementos estructurales básicos: un volumen sellable y periódicamente variable, así como el mecanismo correspondiente de distribución de aceite.
El Papel de las Bombas Hidráulicas en los Sistemas Hidráulicos
Simplemente, una bomba hidráulica es un dispositivo que convierte energía mecánica en energía hidráulica. Los sistemas de transmisión hidráulica utilizan diferentes tipos de bombas hidráulicas para superar cargas y lograr la salida de potencia.
Por ejemplo, en sistemas de accionamiento hidráulico como excavadoras, la bomba hidráulica se encarga de proporcionar la presión necesaria para levantar vehículos u objetos pesados. La mayoría de las máquinas pesadas de construcción están equipadas con bombas hidráulicas, que son componentes centrales de los sistemas hidráulicos.
Además de equipos grandes, también existen bombas hidráulicas más pequeñas utilizadas para alimentar diversas herramientas hidráulicas, como herramientas de corte, prensas, sierras hidráulicas, etc. Todas estas herramientas dependen de las bombas hidráulicas para funcionar eficientemente.
Diferencias Entre las Bombas Hidráulicas y las Bombas Ordinarias
La mayor diferencia entre las bombas hidráulicas y las bombas ordinarias radica en sus métodos de trabajo. Las bombas ordinarias suelen mantener un flujo constante de líquido, mientras que el caudal de las bombas hidráulicas está estrechamente relacionado con la presión de la carga.
Además, sus funciones son diferentes: las bombas hidráulicas deben superar la presión generada por la carga del sistema, mientras que las bombas ordinarias únicamente se encargan de transportar o hacer circular continuamente el líquido.
La Función de un Motor Hidráulico
Un motor hidráulico es un componente actuador rotativo, también conocido como actuador rotatorio. Su función principal es convertir la energía hidráulica en energía mecánica para mover la carga.
La potencia de salida de un motor hidráulico está determinada por la caída de presión y el caudal del aceite hidráulico. En otras palabras, la potencia de salida de un motor hidráulico es directamente proporcional a su velocidad de rotación.
El Principio de Funcionamiento Colaborativo de las Bombas Hidráulicas y los Motores Hidráulicos
Después de comprender las funciones de las bombas hidráulicas y los motores hidráulicos, veamos cómo trabajan juntos en un sistema:
Primero, la bomba hidráulica convierte la energía mecánica de un motor primario (como un motor eléctrico o un motor diésel) en energía hidráulica, que existe en forma de aceite hidráulico en movimiento.
Posteriormente, el motor hidráulico recibe la energía hidráulica generada por la bomba hidráulica y la convierte nuevamente en energía mecánica, que se utiliza para mover la carga y realizar trabajo.
Después de que este proceso de conversión es completado por el motor hidráulico, todo el sistema dispone de la energía mecánica necesaria para realizar tareas. Los sistemas hidráulicos son ampliamente utilizados en nuestra vida diaria; por ejemplo, elevadores, surtidores de combustible y atracciones de entretenimiento dependen todos del funcionamiento conjunto de bombas y motores hidráulicos.
Preguntas Frecuentes (FAQ)
1. ¿Cuál es la diferencia entre una bomba hidráulica y un motor hidráulico?
Respuesta: Una bomba hidráulica convierte energía mecánica en energía hidráulica (fluido presurizado), mientras que un motor hidráulico convierte la energía hidráulica de vuelta en energía mecánica (par y movimiento rotacional).
2. ¿Cuáles son los tipos principales de motores hidráulicos?
Respuesta: Los motores hidráulicos se dividen principalmente en dos categorías:
Motores de Baja Velocidad y Alto Par (LSHT)
Motores de Alta Velocidad y Bajo Par (HSLT)
Además, por estructura, incluyen motores de engranajes, motores de paletas y motores de pistón (incluyendo tipos de pistón axial y radial).
3. ¿Cuáles son los tipos comunes de bombas hidráulicas y sus métodos de clasificación?
Respuesta: Las bombas hidráulicas se clasifican comúnmente de las siguientes dos formas:
Ajustabilidad del caudal: Bombas variables (ajustables) y bombas fijas (caudal constante)
Tipo estructural: Bombas de engranajes, bombas de paletas, bombas de pistón.
Bombas de engranajes: tamaño pequeño, estructura simple, bajo costo, pero alto desgaste y fugas.
Bombas de paletas: flujo uniforme, funcionamiento suave, bajo nivel de ruido, mayor eficiencia que las bombas de engranajes, pero estructura compleja.
Bombas de pistón: alta eficiencia volumétrica, bajas fugas, pueden operar a alta presión, adecuadas para sistemas de alta potencia, pero alto costo y altos requisitos de limpieza del aceite.
4. ¿Cuáles son los componentes de un sistema de bomba hidráulica?
Respuesta: Un sistema de bomba hidráulica generalmente incluye:
Acoplamiento (conecta el eje del motor y el eje de la bomba)
Depósito de aceite hidráulico (almacena aceite, disipa calor, separa aire y elimina espuma)
Filtro (reduce las partículas contaminantes sólidas en el aceite)
Para garantizar la fiabilidad del sistema, es necesario asegurar una correcta alineación del acoplamiento, una capacidad y estructura adecuadas del depósito de aceite, y la selección de filtros con la precisión correcta.
5. ¿Qué función cumple un motor hidráulico en el sistema?
Respuesta: Un motor hidráulico recibe líquido a presión, convierte la energía hidráulica en energía mecánica y produce par y movimiento rotativo. Su potencia de salida depende de la caída de presión del líquido y del caudal, por lo que cuando el caudal o la presión cambian, la salida del motor cambiará en consecuencia.
6. ¿Cómo trabajan juntas las bombas hidráulicas y los motores hidráulicos?
Respuesta: En un sistema hidráulico:
La bomba hidráulica convierte la energía mecánica suministrada por el motor primario (como un motor eléctrico o un motor diésel) en energía de líquido.
El motor hidráulico recibe este líquido a presión y lo convierte nuevamente en energía mecánica para accionar la carga.
Mediante esta conversión de energía, el sistema puede lograr la salida mecánica requerida.
7. ¿Por qué es tan crucial la limpieza del aceite y la filtración en los sistemas hidráulicos?
Respuesta: Las partículas sólidas en el aceite hidráulico (especialmente aquellas mayores de 10 μ m, particularmente mayores de 40 μ m) puede agravar el desgaste de los componentes internos de bombas y motores, reduciendo la eficiencia y la vida útil. La instalación de filtros con una precisión adecuada (por ejemplo, 10-15 μ m para bombas de pistones axiales, 25 μ m para bombas de paletas, 40 μ m para bombas de engranajes) puede mantener eficazmente la fiabilidad del sistema.
8. Si mi bomba hidráulica hace ruido o vibra, ¿qué debo verificar?
Respuesta: Las causas más comunes incluyen:
- Desalineación entre la bomba y el acoplamiento/eje
- Velocidad o carga que exceden los valores nominales
- Entrada de aire o cavitación en la línea de succión
- Poca limpieza del aceite o cantidad/tipo incorrecto de aceite
- Desgaste o daño en el acoplamiento o en los componentes internos de la bomba
Abordar estos problemas ayuda a reducir el ruido, la vibración y a prolongar la vida útil de la bomba.
9. ¿Genera una bomba hidráulica presión en el sistema?
Respuesta: En realidad, no del todo. La función principal de una bomba hidráulica es producir caudal; la presión se forma únicamente cuando este caudal encuentra resistencia en el sistema (como carga, válvulas o actuadores). Por lo tanto, no es preciso atribuir exclusivamente a la bomba la generación de presión.
10. ¿Qué métricas de eficiencia existen para las bombas y motores hidráulicos?
Respuesta: Las métricas clave de eficiencia incluyen:
- Eficiencia volumétrica: Caudal real ÷ Flujo teórico
- Eficiencia mecánica/hidráulica: Par teórico ÷ Par real (o relacionado con pérdidas mecánicas)
- Eficiencia general: Eficiencia volumétrica × Eficiencia mecánica/hidráulica