Sistemas Hidráulicos: Ventajas, Componentes y Tipos de Bombas

Las ventajas de los sistemas hidráulicos son:

• Transmisión de grandes fuerzas con pequeños elementos.
• Eficiencia: Prácticamente toda la energía transmitida a través de un sistema hidráulico es recibida a la salida. Presenta una eficiencia del 15 – 30 % mayor que su competidor más cercano.
• Confiabilidad: El sistema hidráulico no está sujeto a cambios en el desempeño o fallos súbitos inesperados.
• Sensibilidad de control: El líquido confinado de un sistema hidráulico opera como una barra de acero al transmitir la fuerza. Sin embargo, las partes móviles son livianas y pueden ser puestas en movimiento o paradas casi instantáneamente.
• Puesta en marcha con carga máxima.
• Movimientos homogéneos e independientes de la carga.
• Facilidad de regulación.
• Flexibilidad de instalación: Las líneas hidráulicas pueden ser colocadas casi en cualquier lugar. A diferencia de los sistemas mecánicos que deben seguir recorridos rectos, las líneas de un sistema hidráulico pueden ser dirigidas alrededor de obstáculos. Los principales componentes de los sistemas hidráulicos, con la excepción de las bombas impulsadas localizadas cerca de la fuente de suministro de potencia, pueden ser instaladas en gran variedad de lugares.
• Requerimiento de poco espacio: Las partes funcionales de un sistema hidráulico son pequeñas en comparación con aquellas de otros sistemas, por lo tanto, el requerimiento de espacio es comparativamente bajo.
• Bajo peso: El sistema hidráulico pesa relativamente poco en comparación con la cantidad de trabajo que hace. Un sistema mecánico o eléctrico capaz de hacer el mismo trabajo pesa considerablemente más. Los sistemas hidráulicos son ideales para el uso en aviación.
• Autolubricación: La mayoría de las partes de un sistema hidráulico operan en un baño de aceite.
• Bajos requerimientos de mantenimiento: Los registros consistentemente muestran que los trabajos de mantenimiento no son demasiado frecuentes.
• Medio más económico de transmisión de potencia.

Como inconvenientes de los sistemas hidráulicos se pueden enumerar los siguientes:

• Contaminación por aceite de lubricación.
• Dependencia de la temperatura.
• Peligro por altas presiones.
• Elevado coste de algunos componentes.

Tipos de Bombas Hidráulicas

Las bombas de desplazamiento positivo producen ciclos de aspiración e impulsión que provocan el movimiento del fluido. Existen diferentes tipos de bombas de desplazamiento positivo:

• Bombas alternativas.
• Bombas rotatorias.

Proporcionan un caudal pulsante, es decir, a pulsos. Pueden montarse equipos de efecto múltiple que compense este efecto. Las curvas de descarga de una bomba alternativa se representan en los diagramas de trabajo. Entre las bombas alternativas podemos encontrar:

Bombas Alternativas

• Bombas de émbolo: Son sistemas compuestos de un émbolo dentro de un cilindro y dos válvulas. El émbolo ajusta perfectamente dentro del cuerpo y al desplazarse crea el vacío dentro del cilindro aspirando el líquido. El recorrido inverso con la válvula de entrada ya cerrada proporciona presión sobre el líquido y cuando se abre la válvula de expulsión sale el líquido a más presión de la que ha entrado. Son equipos que pueden tener una carrera grande, pueden impulsar el líquido a alta presión. No son equipos adecuados cuando el líquido lleva partículas en suspensión o la viscosidad sea grande ya que dificulta el movimiento del émbolo dentro del cilindro.
• Bombas de pistón: Semejantes a las de émbolo, pero éste ahora no está en un cilindro. El sistema de funcionamiento es el mismo.
• Bombas de diafragma: Son equipos también de caudal pulsante y de desplazamiento positivo. En estas bombas el émbolo ha sido sustituido por una membrana o diafragma flexible, de un material elástico como el caucho. Esta membrana se deforma hacia un lado y otro por la acción de un émbolo o pistón succionando o expulsando el líquido. Se abre la válvula de entrada abombándose la membrana y entrando el líquido por menos presión. Se cierra la válvula y se flexiona la membrana proporcionando presión al líquido que, al abrirse la válvula de salida, sale con más presión. Son equipos aptos para trabajar con líquidos con partículas en suspensión, por ejemplo, son muy utilizadas con aguas negras, aguas de depuradoras, ya que no hay fricción de un émbolo contra la superficie de un cilindro como en las anteriores. Son utilizadas cuando el líquido es corrosivo ya que la membrana puede ser de un material resistente a éstos. Son fácilmente reparables ya que la membrana se puede sustituir por una nueva cuando ha perdido la flexibilidad o se ha estropeado. Dan presiones de descarga elevada, son precisas y aptas para líquidos viscosos. En cambio, son caras, poco versátiles y comercialmente se fabrican en pocos materiales. Para compensar el caudal pulsante se suelen utilizar bombas de membrana doble, de manera que funcionan alternativamente, produciendo un caudal más constante.

Tipos de Bombas Rotativas

• Bomba de engranajes internos: Las bombas de engranajes internos constan de dos engranajes dentados. Uno dentro del otro, situados de manera excéntrica (con eje de giro no centrado). Los dientes del interno miran hacia fuera, teniendo un diente más que el externo, y los del externo hacia dentro de manera que al girar encajan perfectamente. Como no están centrados, la holgura es máxima en la entrada y la salida del líquido. Giran en el mismo sentido creando una media luna (volumen máximo) cuando entra el fluido, para disminuir el volumen durante el giro cuando los engranajes se entrelazan y expulsando el fluido hacia el orificio de salida a más presión.
• Bomba de engranajes externos: En el interior del cuerpo de la bomba hay dos engranajes acoplados de manera que el volumen entre estos y el cuerpo sea muy pequeño. Los engranes al girar atrapan el líquido en el volumen de la cavidad de los dientes en uno de los lados del cuerpo, zona de succión, y lo trasladan confinado por las escasas holguras hacia el otro lado. En este otro lado, zona de impulsión, el líquido es desalojado de la cavidad por la entrada del diente del engrane conjugado, por lo que se ve obligado a salir por el conducto de descarga. Este tipo de bombas es muy utilizado para la impulsión de aceites lubricantes en las máquinas y los sistemas de accionamiento hidráulico.
• Bomba lobular: Su constitución es muy semejante a los compresores de lóbulos estudiados anteriormente. Dentro del cuerpo giran en contrasentido dos lóbulos, que pueden tener diferentes formas, de manera que succionan el líquido de entrada para impulsarlo hacia la salida.
• Bomba de paletas flexibles: Las bombas de paletas flexibles son semejantes a las anteriores, pero en este caso las paletas no se deslizan hacia una cavidad. Estas palas están constituidas de un material flexible, de manera que en la zona estrecha (la rueda también está situada de manera excéntrica en la cavidad) éstas se flexionan arrastrando el líquido hacia la salida donde se extienden de nuevo. En el esquema puedes ver el funcionamiento de una bomba de este estilo con dos paletas. Normalmente suelen tener un mayor número de palas.
• Bombas de tornillo: Son bombas de cuerpo alargado que contiene un tornillo sinfín que al girar desplaza el líquido hacia delante proporcionándole más presión. Pueden utilizarse para mover grandes caudales.
• Bomba de tornillo helicoidal: Semejante a la anterior pero con el tornillo más alargado.
• Bomba peristáltica: La bomba peristáltica es una bomba pequeña, utilizada principalmente en laboratorios en aparatos de instrumentación. Se utiliza para pequeños caudales a los que se debe proporcionar pequeñas o medianas elevaciones de presión. La sobrepresión se realiza por la acción de la succión producida por unas palas que presionan un tubo flexible por el que va el líquido. El caudal queda determinada por el diámetro del tubo y la velocidad de giro de la rueda. Por su constitución el caudal no entra en contacto con el cuerpo de la bomba, pudiendo utilizarse para todo tipo de líquidos, incluso con sólidos en suspensión. El caudal es pequeño, pulsante, pero muy estable.

Bombas Centrífugas

Son un tipo de bomba muy utilizada en la industria. Están constituidas por un cuerpo que alberga una rueda (de diferentes formas) que gira a gran velocidad. A diferencia de las rotativas, estas bombas proporcionan alta velocidad de salida al líquido (no compresión), produciendo al final el mismo efecto. Es decir, hemos impulsado el líquido. Son equipos que proporcionan un caudal continuo, a diferencia de las anteriores; el caudal dependerá del diámetro y de las revoluciones de giro de la rueda. Pueden girar a altas velocidades. El líquido entra por el centro de la rueda dentro del cuerpo de la bomba (esto es una diferencia respecto a las rotativas). La rueda se acelera, girando y propulsando el líquido hacia fuera en sentido radial por acción de la fuerza centrífuga. Sale el líquido a más velocidad de lo que ha entrado y pueden ser radiales o axiales según la dirección del fluido final respecto al inicial. Se utilizan para presiones bajas y medias y pueden mover grande caudales (cuanto mayor sea el caudal, menor velocidad de impulsión para una misma bomba). Si el líquido es muy viscoso dificultará el giro de la rueda, así que cuanto más fluido, mejor. En cambio, sí admiten sólidos en suspensión, ya que no hay el ajuste de piezas que requerían las bombas de émbolo o las de engranajes. Dependiendo del material de construcción de la rueda de la bomba pueden utilizarse para distintos tipos de líquidos, incluso corrosivos. Se pueden asociar en serie y paralelo, multiplicando así la acción e impulsión. Deben funcionar siempre llenas de líquido (si no cavitan), pero son bombas que no son autocebantes de por sí. Si se quiere conseguir este efecto deben colocarse a una altura inferior de la conducción de entrada del líquido.

Válvulas Hidráulicas

Valvulas hidraulicas: