Conceptos Básicos de Neumática e Hidráulica 


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FLUIDOS HIDRÁULICOS

Durante el diseño de equipamiento que requiera potencia fluida, muchos factores son considerados en la selección del tipo de sistema a ser usado (hidráulico, neumático, o de una combinación de los dos). Algunos de los factores son velocidad requerida y exactitud de la operación, condiciones atmosféricas en los alrededores, situaciones económicas, disponibilidad del líquido de reemplazo, nivel requerido de la presión, gama de temperaturas de funcionamiento, posibilidades de contaminación, coste de líneas de transmisión, limitaciones del equipo, lubricidad, seguridad a los operarios, y vida de servicio prevista del equipo.

Después de que el tipo de sistema se haya seleccionado, muchos de estos mismos factores deben ser considerados en la selección del fluido para el funcionamiento del sistema. Veamos a continuación las propiedades y las características deseadas de líquidos hidráulicos; tipos de líquidos hidráulicos; peligros y medidas de seguridad para de trabajo, manejo, y disposición de líquidos hidráulicos; tipos y control de contaminación; y muestreo

PROPIEDADES

Si la fluidez (la característica física de una sustancia que le permite fluir) y la incompresibilidad eran las únicas características requeridas, cualquier líquido no muy denso se podría utilizar en un sistema hidráulico.

Sin embargo, un líquido satisfactorio para un sistema particular debe poseer un número de otras propiedades. Las propiedades más importantes y algunas características se discuten en los párrafos siguientes

VISCOSIDAD

La viscosidad es una de las características más importantes de los líquidos hidráulicos. Es una medida de la resistencia de un líquido al flujo. Un líquido, tal como gasolina, que fluye fácilmente tiene una viscosidad baja; y un líquido, tal como alquitrán, que fluye lentamente tiene una gran viscosidad. La viscosidad de un líquido es afectada por los cambios en temperatura y la presión.

Mientras que la temperatura de un líquido aumenta, su viscosidad disminuye. Es decir, un líquido fluye más fácilmente cuando está caliente que cuando está frío. La viscosidad de un líquido se incrementa a medida que la presión sobre el mismo sube.

Un líquido satisfactorio para un sistema hidráulico debe ser lo suficientemente denso para proporcionar un buen sello en las bombas, motores, válvulas, y así sucesivamente. Estos componentes dependen de un estrecho encastre para crear y mantener la presión. Cualquier fuga interna a través de estos encastres da lugar a pérdidas de presión, de control instantáneo, y de eficacia de la bomba.

Las pérdidas por filtraciones son mayores con líquidos más livianos (viscosidad baja). Un líquido que es demasiado liviano también permitirá un rápido desgaste de piezas móviles, o de las piezas que funcionan bajo cargas pesadas. Por otra parte, si el líquido es demasiado espeso (viscosidad demasiado elevada), la fricción interna del líquido causará un aumento en la resistencia al flujo del líquido a través de las separaciones de piezas con ajuste estrecho, de líneas, y de pasos internos. Esto da lugar a caídas de presión a través de todo el sistema, lentitud de operación del equipo, y un aumento en el consumo de energía.

PODER LUBRICANTE

Si el movimiento ocurre entre superficies en contacto, la fricción tiende a oponerse al movimiento.

Cuando la presión empuja el líquido de un sistema hidráulico entre las superficies de piezas móviles, el líquido se extiende en una fina película que permite a las piezas moverse más libremente. Diversos líquidos, incluyendo los aceites, varían ampliamente no sólo en su capacidad de lubricación sino también en la resistencia de la película. La resistencia de película es la capacidad de un líquido a resistir de ser limpiado o ser escurrido entre las superficies cuando se dispersa en una capa extremadamente delgada. Un líquido no lubricará más si la película se rompe, puesto que el movimiento de una parte contra otra parte barre el metal limpiando el líquido.

El poder lubricante varía con los cambios de temperatura; por lo tanto, las condiciones climáticas y de trabajo deben entrar en la determinación de las calidades de lubricación de un líquido. A diferencia de la viscosidad, que es una característica física, el poder lubricante y resistencia de la película de un líquido están directamente relacionados con su naturaleza química. Las cualidades de lubricación y de resistencia de la película se pueden mejorar mediante la adición de ciertos agentes químicos.

ESTABILIDAD QUÍMICA

La estabilidad química es otra característica que es excesivamente importante en la selección de un líquido hidráulico. Se define como la capacidad del líquido de resistir la oxidación y el deterioro por largos períodos. Todos los líquidos tienden a experimentar cambios desfavorables bajo condiciones de funcionamiento severas. Esto es el caso, por ejemplo, cuando un sistema funciona por un considerable periodo de tiempo a elevadas temperaturas.

Las temperaturas excesivas, especialmente extremadamente altas temperaturas, tienen un gran efecto sobre la vida de un líquido. La temperatura del líquido en el depósito de un sistema hidráulico, no siempre indica las condiciones de funcionamiento a lo largo del sistema. Puntos calientes localizados ocurren en los cojinetes, dientes de engranaje, o en otros puntos donde el líquido bajo presión es forzado a pasar través de pequeños orificios. El paso continuo del líquido a través de estos puntos puede producir temperaturas locales suficientemente altas como para carbonizar el líquido o para convertirlo en sedimento, y a la vez el líquido en el depósito puede no indicar una temperatura excesivamente alta.

Los líquidos se pueden contaminar si están expuestos al aire, al agua, a la sal, o a otras impurezas, especialmente si están en el movimiento constante o se sujetan al calor. Algunos metales, tales como cinc, plomo, latón, y cobre, tienen reacciones químicas indeseables con ciertos líquidos.

Estas reacciones químicas dan lugar a la formación de lodo, gomas, carbón, u otros depósitos que obstruyen aberturas, y hacen que válvulas y pistones se peguen o produzcan pérdidas, dando una lubricación pobre a las piezas móviles. Una vez que una pequeña cantidad de lodo o de otros depósitos se forma, el índice de formación aumenta generalmente más rápidamente. Mientras que se forman estos depósitos, ciertos cambios en las características físicas y químicas del líquido ocurren. El líquido llega a ser generalmente más oscuro, la viscosidad aumenta y se forman ácidos perjudiciales.

El grado al cual los cambios ocurren en diversos líquidos depende del tipo de fluido, tipo de refinamiento, y si el mismo se ha tratado para proporcionar mayor resistencia a la oxidación. La estabilidad de líquidos se puede mejorar mediante la adición de inhibidores de oxidación. Los inhibidores seleccionados para mejorar la estabilidad deben ser compatibles con las otras características requeridas del líquido.

GRADO DE ACIDEZ

Un líquido hidráulico ideal debe estar libre de los ácidos que causan la corrosión de los metales en el sistema. En la mayoría de los líquidos no se puede esperar que éstos sigan siendo no corrosivos bajo condiciones de funcionamiento severas. El grado de acidez de un líquido, cuando es nuevo, puede ser satisfactorio; pero por el uso posterior, el líquido puede tender a llegar a ser corrosivo mientras que comienza a deteriorar.

Muchos sistemas quedan parados por largos periodos de tiempo después de funcionar a temperaturas altas. Esto permite que la humedad se condense en el sistema, dando por resultado la formación de herrumbre.

Ciertos aditivos para evitar la corrosión y el óxido se agregan a los líquidos hidráulicos. Algunos de estos aditivos son eficaces solamente por un período limitado. Por lo tanto, el mejor procedimiento es utilizar el líquido especificado para el sistema, durante el tiempo especificado por el fabricante del sistema y proteger el líquido y el sistema tanto como sea posible contra la contaminación por material extraño, contra temperaturas anormales, y contra el uso erróneo.

PUNTO DE INFLAMACIÓN

El punto de inflamación es la temperatura a la cual un líquido emite vapor en suficiente cantidad para encender momentáneamente o para producir un destello cuando una llama es aplicada. Un alto punto de inflamación es deseable para los líquidos hidráulicos porque así se proporciona una buena resistencia a la combustión y un grado bajo de evaporación a temperaturas normales. Los mínimos requeridos del punto de inflamación varían desde 300°F para los aceites más livianos a 510°F para los aceites más pesados

PUNTO DE IGNICIÓN

El punto de ignición es la temperatura en la cual una sustancia emite el vapor en suficiente cantidad para encenderse y para continuar quemándose cuando está expuesta a una chispa o a una llama. Como el punto de inflamación, un alto punto de ignición es deseable en los líquidos hidráulicos.

TOXICIDAD MÍNIMA

La toxicidad se define como la calidad, el estado, o el grado tóxico o venenoso. Algunos líquidos contienen productos químicos que son un peligro tóxico serio. Estos productos químicos tóxicos o venenosos pueden ingresar al cuerpo por inhalación, por absorción a través de la piel, o a través de los ojos o de la boca. El resultado es una enfermedad y, en algunos casos, la muerte.

Los fabricantes de líquidos hidráulicos se esfuerzan por producir líquidos adecuados que no contengan ningún producto químico tóxico y, consecuentemente, la mayoría de los líquidos hidráulicos están libres de estos productos químicos riesgosos. Algunos líquidos resistentes al fuego son tóxicos, y la protección y el cuidado conveniente en la manipulación de los mismos deben ser informados al usuario.

DENSIDAD Y COMPRESIBILIDAD

Un líquido con una gravedad específica de menos de 1.0 es deseable cuando el peso es crítico, aunque con un diseño de sistema apropiado, un líquido con una gravedad específica mayor que uno puede ser tolerado. Donde la evasión en la detección por unidades militares sea necesaria, un líquido que se hunda en vez de subir a la superficie del agua es preferible. Los fluidos que tengan una gravedad específica mayor de 1.0 son los más indicados, dado que al escaparse el líquido, éste se hundirá, permitiendo que el recipiente con la pérdida siga siendo desapercibido.

Vimos que bajo presión extrema un líquido se puede comprimir hasta 7 por ciento de su volumen original. Los fluidos altamente compresibles producen una operación lenta del sistema. Esto no presenta un problema grave en operaciones pequeñas, de baja velocidad, pero debe ser considerado en las instrucciones de manejo.

TENDENCIA A PRODUCIR ESPUMA

La espuma es una emulsión de burbujas de gas en el líquido. La espuma en un sistema hidráulico resulta de los gases comprimidos en el líquido hidráulico. Un líquido bajo alta presión puede contener un gran volumen de burbujas de aire. Cuando se despresuriza este líquido, y luego alcanza el depósito, las burbujas de gas en el fluido crecen y producen espuma. Cualquier cantidad de espuma puede causar cavitación de la bomba y producir una pobre respuesta del sistema. Por lo tanto, agentes despumantes se agregan a menudo a los líquidos para evitar la formación de espuma.

La limpieza en sistemas hidráulicos ha recibido la considerable atención recientemente. Algunos sistemas hidráulicos, tales como sistemas hidráulicos aeroespaciales, son extremadamente sensibles a la contaminación. La limpieza del fluido es de importancia primaria porque los contaminantes pueden causar el malfuncionamiento de los componentes, evitar el cierre apropiado de las válvulas, causar desgaste en componentes, y puede aumentar el tiempo de reacción de servoválvulas.

LIMPIEZA

El interior de un sistema hidráulico sólo se puede mantener tan limpio como el líquido agregado al mismo. La limpieza inicial del líquido hidráulico puede ser alcanzada observando rigurosos requisitos de limpieza, o filtrando todo el líquido agregado al sistema.

TIPOS DE LÍQUIDOS HIDRÁULICOS

Ha habido muchos líquidos probados para el uso en sistemas hidráulicos. Actualmente, los líquidos que son utilizados incluyen el aceite mineral, el agua, el ester de fosfato, compuestos a base de agua de glicol de etileno, y los fluidos de silicona. Los tres tipos más comunes de líquidos hidráulicos son a base de petróleo, sintéticos resistentes al fuego, y a base de agua resistentes al fuego

 

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