Descubre el mundo de la hidráulica

La hidráulica es una de las formas más versátiles y flexibles que el hombre ha inventado para transmitir energía. Los sistemas hidráulicos sencillamente, convierten la energía de una a otra forma para desempeñar labores útiles.  La hidráulica es la ciencia que forma parte de la física y comprende la transmisión y regulación de fuerzas y movimientos por medio de los líquidos.

Un ejemplo de ello es el uso de energía hidráulica para elevar y descender la pala de un cargador o de un tractor, también se usa para inclinar hacia el frente o atrás y para accionar implementos que rotan, agarran, empuja, jalan y desplazan cargas de un lugar a otro.

La mecánica de fluidos es la ciencia que estudia el comportamiento de los cuerpos que tienen la propiedad de fluir, ya sea que estén en reposo o en movimiento, estos pueden ser líquidos o gases.

Los fluidos afectan de muchas maneras la vida cotidiana de los seres humanos, como ejemplo tenemos los tanques de almacenamiento de fluidos, objetos flotantes, sistemas de distribución de agua en los hogares, sistemas de enfriamiento de vehículos y equipos de manufactura, por ello es importante aprender a analizar el comportamiento de los fluidos cuando fluyen a través de tuberías circulares y por conductos.

Es esencial para entender bien la función de los sistemas hidráulicos, conocer algunos conceptos básicos como fuerza, presión, potencia, torque, etc.

 

Fuerza, es el empuje o tiro que puede ser o no lo bastante fuerte para mover un objeto.

 

Presión, es la fuerza que actúa sobre la superficie o área de una sustancia, por ejemplo; la leche contenida en un vaso se halla a la misma presión que ejerce el aire sobre ella.

 

Área, es el tamaño o medida de una superficie, se refiere a un espacio de tierra que se encuentra comprendido entre ciertos límites.

Masa, es una magnitud que expresa la cantidad de materia contenida en un cuerpo.

Peso, es la cantidad que pesa un cuerpo sobre un punto de apoyo, originada por la acción de la gravedad, como podemos ver en la siguiente imagen, nuestro peso en la tierra no es igual al peso que podemos tener en la luna, ya que las fuerzas de gravedad no son iguales.

 

 

Energía, es la capacidad de realizar un trabajo, esta puede almacenarse y/o transferirse.

Trabajo, es el movimiento de un objeto a través de una distancia, es una función de fuerza por distancia.

 

Torque, cuando se aplica una fuerza en algún punto de un cuerpo rígido, dicho cuerpo tiende a realizar un movimiento de rotación en torno a algún eje. Ahora bien, la propiedad de la fuerza aplicada para hacer girar al cuerpo se mide con una magnitud física que llamamos torque o momento de la fuerza.

 

Potencia, es la cantidad de trabajo realizada en un periodo de tiempo o la velocidad a que una cantidad dada de trabajo se realiza, pongamos un ejemplo claro, un hombre puede cargar 5 toneladas de carbón en 8 horas, pero otro podría cargar 8 toneladas en 8 horas, traduciéndose así en que el hombre que puede cargar 8 toneladas en 8 horas es más potente que el otro hombre.

Caballos de fuerza, esta es la base y el término utilizado para medir la potencia mecánica.

Los sistemas hidráulicos, constituyen una de las formas tecnológicas que actualmente utilizamos para la transmisión de potencia en máquinas. La ventaja que implica el uso de la energía hidráulica es la posibilidad de transmitir grandes fuerzas, empleando para ello pequeños elementos y la facilidad de poder realizar maniobras de mando.

Ahora bien, los principios de hidráulica se pueden demostrar al ejercer presión controlada a un líquido para realizar un trabajo, una de las razones por las que se utilizan líquidos en sistemas hidráulicos es porque tienen, entre otras, las siguientes ventajas:

  • Los líquidos toman la forma del recipiente que los contenga.

 

  • Los líquidos con prácticamente incompresibles, cuando una sustancia se comprime, ocupa menos espacio, como lo es el caso de los gases, un líquido ocupa el mismo espacio o volumen aun si se aplica presión, el espacio o volumen ocupado por una sustancia se llama desplazamiento.

  • Los líquidos ejercen igual presión en todas las direcciones.

 

 

Por su parte el aceite es el líquido más usado en sistemas hidráulicos porque es prácticamente imposible de comprimir, teniendo la ventaja a su vez de servir como lubricante. La incompresibilidad de los líquidos es lo que hace posible la energía hidráulica. Esto fue descubierto en el siglo XVII por Blas Pascal, el cual expresa que la presión que ejerce un fluido incompresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido.

La presión que ejerce un fluido es igual a la fuerza aplicada en un área determinada, donde cualquier variación de la presión en la superficie se trasmite a cualquier parte del fluido, como vemos en la siguiente ecuación:

P= F/A , donde P= presión, F= fuerza y A=área de aplicación de la fuerza.

 

Todo sistema hidráulico está compuesto de los siguientes elementos principales:

– Un depósito acumulador del fluido hidráulico.

– Una bomba impulsora, que aspirando el fluido desde el depósito crea el flujo en el circuito hidráulico.

– Una válvula de control que permite controlar la dirección de movimiento del fluido.

– Un actuador o pistón hidráulico, siendo el elemento que transmite la fuerza final.

– La red de conductos por el que circula el fluido desde la bomba hasta los actuadores y retorna al depósito acumulador.

– Un filtro de limpieza del fluido hidráulico, este nos permite mantener el aceite en unas condiciones de limpieza adecuadas al uso de los elementos de la instalación, ya que retira del aceite partículas sólidas en suspensión como trozos de metal, plásticos, etc.

– Una válvula de alivio, que proporciona una salida al sistema en caso de producirse un aumento excesivo de la presión del fluido dentro del circuito.

Hoy en día, se utiliza la potencia hidráulica para hacer funcionar muchas y variadas herramientas y mecanismos. En un garaje, un mecánico levanta el extremo de un automóvil con un gato hidráulico, los dentistas y los peluqueros utilizan transmisión hidráulica, a través de pequeños movimientos de una palanca de mando, para levantar y colocar sus sillas a una altura de trabajo conveniente. Los cierres hidráulicos evitan que puertas pesadas se cierren de golpe. Los frenos hidráulicos han sido un equipo estándar en los automóviles, la mayoría se equipan con transmisiones automáticas que son accionadas hidráulicamente. Los trabajadores de la construcción dependen de la energía hidráulica para la operación de varios componentes de su equipamiento, por ejemplo, la pala de una niveladora.

 

Las aplicaciones de los sistemas hidráulicos se pueden distinguir en dos, móviles e industriales.

  • Aplicaciones móviles, pueden emplearse para transportar, excavar, levantar, perforar, manipular materiales, controlar e impulsar vehículos móviles tales como:            

Tractores.

Grúas .

Retroexcavadoras.

Camiones recolectores de basura.

Cargadores frontales.

Frenos y suspensiones de camiones.

Vehículos para la construcción y mantención de carretera.

 

 

 

  • Aplicaciones industriales, es de primera importancia contar con maquinaria especializada para controlar, impulsar, posicionar y mecanizar elementos, tales como:

Maquinaria para la industria plástica.

Máquinas herramientas.

Maquinaria para la elaboración de alimentos.

Equipamiento para robótica y manipulación automatizada.

Equipo para montaje industrial.

Maquinaria para la minería.

Maquinaria para la industria siderúrgica.

 

 

  • Otras aplicaciones:

Aplicación automotriz: suspensión, frenos, dirección, refrigeración, etc.

Aplicación aeronáutica: timones, alerones, trenes de aterrizaje, frenos, simuladores, equipos de mantenimiento aeronáutico, etc.

Aplicación naval: timón, mecanismos de transmisión, sistemas de mandos, sistemas especializados de embarcaciones o buques militares.

Medicina: instrumental quirúrgico, mesas de operación, camas de hospital, sillas e instrumental odontológico.

 

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