Máquina hidráulica

Las máquinas hidráulicas utilizan energía de fluido líquido para realizar el trabajo. Los vehículos pesados ​​de construcción son un ejemplo común. En este tipo de máquina, el fluido hidráulico se bombea a varios motores hidráulicos y cilindros hidráulicos en toda la máquina y se presuriza según la resistencia presente. El fluido se controla directa o automáticamente mediante válvulas de control y se distribuye a través de mangueras, tubos o tuberías.

Los sistemas hidráulicos, como los sistemas neumáticos, se basan en la ley de Pascal, que establece que cualquier presión aplicada a un fluido dentro de un sistema cerrado transmitirá esa presión por igual en todas partes y en todas las direcciones. Un sistema hidráulico utiliza un líquido incompresible como fluido, en lugar de un gas comprimible.

La popularidad de la maquinaria hidráulica se debe a la gran cantidad de energía que se puede transferir a través de pequeños tubos y mangueras flexibles, la alta densidad de energía y la amplia gama de actuadores que pueden hacer uso de esta energía y la enorme multiplicación de fuerzas que se puede lograr aplicando presiones sobre áreas relativamente grandes. Un inconveniente, en comparación con las máquinas que utilizan engranajes y ejes, es que cualquier transmisión de potencia provoca algunas pérdidas debido a la resistencia del flujo de fluido a través de la tubería.

Historia

Joseph Bramah patentó la prensa hidráulica en 1795. Mientras trabajaba en el taller de Bramah, Henry Maudslay sugirió un empaque de cuero para tazas. Debido a que produjo resultados superiores, la prensa hidráulica eventualmente desplazó al martillo de vapor para la forja de metales.

Para suministrar energía a gran escala que no era práctica para máquinas de vapor individuales, se desarrollaron sistemas hidráulicos de estación central. La energía hidráulica se utilizó para operar grúas y otra maquinaria en los puertos británicos y en otras partes de Europa. El sistema hidráulico más grande estaba en Londres. La energía hidráulica se utilizó ampliamente en la producción de acero Bessemer. La energía hidráulica también se utilizó para ascensores, para operar esclusas de canales y secciones giratorias de puentes. Algunos de estos sistemas se mantuvieron en uso hasta bien entrado el siglo XX.

Harry Franklin Vickers fue llamado el "Padre de la Hidráulica Industrial" por ASME.

Multiplicación de fuerza y ​​par

Una característica fundamental de los sistemas hidráulicos es la capacidad de aplicar la multiplicación de fuerza o par de forma sencilla, independientemente de la distancia entre la entrada y la salida, sin necesidad de engranajes mecánicos o palancas, ya sea alterando las áreas efectivas en dos cilindros conectados o el desplazamiento efectivo (cc/rev) entre una bomba y un motor. En casos normales, las relaciones hidráulicas se combinan con una fuerza mecánica o una relación de torsión para obtener diseños de máquinas óptimos, como los movimientos de la pluma y las orugas para una excavadora.

Ejemplos

Dos cilindros hidráulicos interconectados

El cilindro C1 tiene un radio de una pulgada y el cilindro C2 tiene un radio de diez pulgadas. Si la fuerza ejercida sobre C1 es de 10 lbf, la fuerza ejercida por C2 es de 1000 lbf porque C2 tiene un área cien veces mayor (S = π r ²) que C1. La desventaja de esto es que tienes que mover C1 cien pulgadas para mover C2 una pulgada. El uso más común para esto es el gato hidráulico clásico donde un cilindro de bombeo con un diámetro pequeño se conecta al cilindro de elevación con un diámetro grande.

Bomba y motor

Si se conecta una bomba rotativa hidráulica con una cilindrada de 10 cc/rev a un motor rotativo hidráulico con 100 cc/rev, el par de eje necesario para accionar la bomba es una décima parte del par entonces disponible en el eje del motor, pero la velocidad del eje (rev/min) para el motor también es solo una décima parte de la velocidad del eje de la bomba. Esta combinación es en realidad el mismo tipo de multiplicación de fuerza que el ejemplo del cilindro, solo que la fuerza lineal en este caso es una fuerza rotatoria, definida como torque.

Ambos ejemplos se denominan normalmente transmisión hidráulica o transmisión hidrostática que implica una determinada "relación de transmisión" hidráulica.

Circuitos hidraulicos

Un circuito hidráulico es un sistema que comprende un conjunto interconectado de componentes discretos que transportan líquido. El propósito de este sistema puede ser controlar por dónde fluye el fluido (como en una red de tubos de refrigerante en un sistema termodinámico) o controlar la presión del fluido (como en los amplificadores hidráulicos). Por ejemplo, la maquinaria hidráulica utiliza circuitos hidráulicos (en los que se empuja fluido hidráulico, bajo presión, a través de bombas hidráulicas, tuberías, tubos, mangueras, motores hidráulicos, cilindros hidráulicos, etc.) para mover cargas pesadas. El enfoque de describir un sistema de fluidos en términos de componentes discretos se inspira en el éxito de la teoría de circuitos eléctricos. Así como la teoría del circuito eléctrico funciona cuando los elementos son discretos y lineales, La teoría del circuito hidráulico funciona mejor cuando los elementos (componentes pasivos como tuberías o líneas de transmisión o componentes activos como fuentes de alimentación o bombas) son discretos y lineales. Esto generalmente significa que el análisis de circuitos hidráulicos funciona mejor para tubos largos y delgados con bombas discretas, como las que se encuentran en sistemas de flujo de procesos químicos o dispositivos a microescala.

El circuito consta de los siguientes componentes:

• Componentes activos
  • Paquete de poder hidráulico
• Lineas de transmisión
  • Mangueras hidráulicas
• Componentes pasivos
  • Cilindros hidraulicos

Para que el fluido hidráulico funcione, debe fluir hacia el actuador y/o los motores y luego regresar a un depósito. Luego, el fluido se filtra y se vuelve a bombear. El recorrido que realiza el fluido hidráulico se denomina circuito hidráulico del que existen varios tipos.

• Los circuitos de centro abierto utilizan bombas que suministran un flujo continuo. El flujo regresa al tanque a través del centro abierto de la válvula de control; es decir, cuando la válvula de control está centrada, proporciona un camino de retorno abierto al tanque y el fluido no se bombea a alta presión. De lo contrario, si se activa la válvula de control, dirige el fluido hacia y desde un actuador y un tanque. La presión del fluido aumentará para encontrar cualquier resistencia, ya que la bomba tiene una salida constante. Si la presión sube demasiado, el fluido regresa al tanque a través de una válvula de alivio de presión. Se pueden apilar varias válvulas de control en serie.[1] Este tipo de circuito puede utilizar bombas económicas de desplazamiento constante.
• Los circuitos de centro cerrado suministran presión completa a las válvulas de control, ya sea que las válvulas estén activadas o no. Las bombas varían su caudal, bombeando muy poco fluido hidráulico hasta que el operador acciona una válvula. El carrete de la válvula, por lo tanto, no necesita un camino de retorno de centro abierto al tanque. Se pueden conectar múltiples válvulas en un arreglo paralelo y la presión del sistema es igual para todas las válvulas.

Circuitos de lazo abierto

Bucle abierto:La entrada de la bomba y el retorno del motor (a través de la válvula direccional) están conectados al tanque hidráulico. El término bucle se aplica a la retroalimentación; el término más correcto es "circuito" abierto versus cerrado. Los circuitos de centro abierto utilizan bombas que suministran un flujo continuo. El flujo regresa al tanque a través del centro abierto de la válvula de control; es decir, cuando la válvula de control está centrada, proporciona un camino de retorno abierto al tanque y el fluido no se bombea a alta presión. De lo contrario, si se activa la válvula de control, dirige el fluido hacia y desde un actuador y un tanque. La presión del fluido aumentará para encontrar cualquier resistencia, ya que la bomba tiene una salida constante. Si la presión sube demasiado, el fluido regresa al tanque a través de una válvula de alivio de presión. Se pueden apilar en serie múltiples válvulas de control. Este tipo de circuito puede usar bajo costo,

Circuitos de bucle cerrado

Lazo cerrado: el retorno del motor está conectado directamente a la entrada de la bomba. Para mantener la presión en el lado de baja presión, los circuitos tienen una bomba de carga (una pequeña bomba de engranajes) que suministra aceite enfriado y filtrado al lado de baja presión. Los circuitos de bucle cerrado se utilizan generalmente para transmisiones hidrostáticas en aplicaciones móviles. Ventajas: Sin válvula direccional y mejor respuesta, el circuito puede trabajar con mayor presión. El ángulo de giro de la bomba cubre la dirección del flujo tanto positiva como negativa. Desventajas:La bomba no se puede utilizar fácilmente para ninguna otra función hidráulica y la refrigeración puede ser un problema debido al limitado intercambio de flujo de aceite. Los sistemas de circuito cerrado de alta potencia generalmente deben tener una 'válvula de descarga' ensamblada en el circuito para intercambiar mucho más flujo que el flujo de fuga básico de la bomba y el motor, para aumentar la refrigeración y el filtrado. La válvula de descarga normalmente está integrada en la carcasa del motor para obtener un efecto de enfriamiento del aceite que gira en la carcasa del motor. Las pérdidas en la carcasa del motor debido a los efectos giratorios y las pérdidas en los cojinetes de bolas pueden ser considerables, ya que las velocidades del motor alcanzarán las 4000-5000 rev/min o incluso más a la velocidad máxima del vehículo. La bomba de carga debe suministrar el flujo de fuga, así como el flujo de lavado adicional. Por lo tanto, una bomba de carga grande es muy importante si la transmisión está diseñada para altas presiones y altas velocidades del motor. La alta temperatura del aceite suele ser un problema importante cuando se utilizan transmisiones hidrostáticas a altas velocidades del vehículo durante períodos más prolongados, por ejemplo, cuando se transporta la máquina de un lugar de trabajo a otro. Las altas temperaturas del aceite durante períodos prolongados reducirán drásticamente la vida útil de la transmisión. Para mantener baja la temperatura del aceite, la presión del sistema durante el transporte debe reducirse, lo que significa que el desplazamiento mínimo del motor debe limitarse a un valor razonable. Se recomienda una presión del circuito durante el transporte en torno a 200-250 bar. por ejemplo, al transportar la máquina de un lugar de trabajo a otro. Las altas temperaturas del aceite durante períodos prolongados reducirán drásticamente la vida útil de la transmisión. Para mantener baja la temperatura del aceite, la presión del sistema durante el transporte debe reducirse, lo que significa que el desplazamiento mínimo del motor debe limitarse a un valor razonable. Se recomienda una presión del circuito durante el transporte en torno a 200-250 bar. por ejemplo, al transportar la máquina de un lugar de trabajo a otro. Las altas temperaturas del aceite durante períodos prolongados reducirán drásticamente la vida útil de la transmisión. Para mantener baja la temperatura del aceite, la presión del sistema durante el transporte debe reducirse, lo que significa que el desplazamiento mínimo del motor debe limitarse a un valor razonable. Se recomienda una presión del circuito durante el transporte en torno a 200-250 bar.

Los sistemas de bucle cerrado en equipos móviles se utilizan generalmente para la transmisión como alternativa a las transmisiones mecánicas e hidrodinámicas (convertidores). La ventaja es una relación de transmisión continua (velocidad/par continuamente variable) y un control más flexible de la relación de transmisión según la carga y las condiciones de funcionamiento. La transmisión hidrostática generalmente se limita a una potencia máxima de alrededor de 200 kW, ya que el costo total es demasiado alto a mayor potencia en comparación con una transmisión hidrodinámica. Por lo tanto, las cargadoras de ruedas grandes, por ejemplo, y las máquinas pesadas suelen estar equipadas con transmisiones de convertidor. Los logros técnicos recientes para las transmisiones del convertidor han mejorado la eficiencia y los desarrollos en el software también han mejorado las características, por ejemplo, programas de cambio de marchas seleccionables durante la operación y más pasos de marcha,

Sistemas de detección de carga y presión constante

Las transmisiones hidrostáticas para máquinas de movimiento de tierras, como las cargadoras de orugas, suelen estar equipadas con un "pedal de avance lento" separado que se usa para aumentar temporalmente las rpm del motor diesel mientras se reduce la velocidad del vehículo para aumentar la potencia hidráulica disponible para el trabajo. hidráulica a bajas velocidades y aumentar el esfuerzo de tracción. La función es similar a detener una caja de cambios convertidora a altas revoluciones del motor. La función de pulgada afecta las características preestablecidas para la relación de transmisión 'hidrostática' frente a las rpm del motor diesel.

Sistemas de presión constante

Los circuitos de centro cerrado existen en dos configuraciones básicas, normalmente relacionadas con el regulador de la bomba variable que suministra el aceite:

• Sistemas de presión constante (CP), estándar. La presión de la bomba siempre es igual al ajuste de presión del regulador de la bomba. Este ajuste debe cubrir la presión de carga máxima requerida. La bomba entrega flujo de acuerdo con la suma requerida de flujo a los consumidores. El sistema CP genera grandes pérdidas de energía si la máquina trabaja con grandes variaciones en la presión de carga y la presión promedio del sistema es mucho más baja que la configuración de presión del regulador de la bomba. CP tiene un diseño simple y funciona como un sistema neumático. Se pueden agregar fácilmente nuevas funciones hidráulicas y el sistema responde rápidamente.
• Sistemas de presión constante, descargados. La misma configuración básica que el sistema CP 'estándar' pero la bomba se descarga a una presión de espera baja cuando todas las válvulas están en posición neutral. Respuesta no tan rápida como la CP estándar, pero se prolonga la vida útil de la bomba.

Sistemas de detección de carga

Los sistemas de detección de carga (LS) generan menos pérdidas de energía ya que la bomba puede reducir tanto el flujo como la presión para adaptarse a los requisitos de carga, pero requieren más ajustes que el sistema CP con respecto a la estabilidad del sistema. El sistema LS también requiere válvulas lógicas adicionales y válvulas compensadoras en las válvulas direccionales, por lo que es técnicamente más complejo y costoso que el sistema CP. El sistema LS genera una pérdida de potencia constante relacionada con la caída de presión de regulación para el regulador de la bomba:

El promedio es de alrededor de 2 MPa (290 psi). Si el flujo de la bomba es alto, la pérdida adicional puede ser considerable. La pérdida de potencia también aumenta si las presiones de carga varían mucho. Las áreas de los cilindros, los desplazamientos del motor y los brazos de torsión mecánicos deben diseñarse para que coincidan con la presión de la carga a fin de reducir las pérdidas de potencia. La presión de la bomba siempre es igual a la presión de carga máxima cuando varias funciones se ejecutan simultáneamente y la entrada de energía a la bomba es igual a (presión de carga máxima + Δ p _LS) x suma de flujo.

Cinco tipos básicos de sistemas de detección de carga

1. Load sensing sin compensadores en las válvulas direccionales. Bomba LS controlada hidráulicamente.
2. Detección de carga con compensador aguas arriba para cada válvula direccional conectada. Bomba LS controlada hidráulicamente.
3. Detección de carga con compensador aguas abajo para cada válvula direccional conectada. Bomba LS controlada hidráulicamente.
4. Detección de carga con una combinación de compensadores aguas arriba y aguas abajo. Bomba LS controlada hidráulicamente.
5. Detección de carga con desplazamiento sincronizado de la bomba controlada eléctricamente y área de flujo de la válvula controlada eléctricamente para una respuesta más rápida, mayor estabilidad y menos pérdidas del sistema. Este es un nuevo tipo de sistema LS, aún no completamente desarrollado.

Técnicamente, el compensador montado aguas abajo en un bloque de válvulas puede montarse físicamente "aguas arriba", pero funciona como un compensador aguas abajo.

El tipo de sistema (3) ofrece la ventaja de que las funciones activadas se sincronizan independientemente de la capacidad de flujo de la bomba. La relación de flujo entre dos o más funciones activadas permanece independiente de las presiones de carga, incluso si la bomba alcanza el ángulo de giro máximo. Esta característica es importante para las máquinas que a menudo funcionan con la bomba en el ángulo de giro máximo y con varias funciones activadas que deben sincronizarse en velocidad, como las excavadoras. Con el sistema tipo (4), las funciones con aguas arribalos compensadores tienen prioridad, por ejemplo, la función de dirección para una cargadora de ruedas. El tipo de sistema con compensadores aguas abajo suele tener una marca registrada única según el fabricante de las válvulas, por ejemplo, "LSC" (Linde Hydraulics), "LUDV" (Bosch Rexroth Hydraulics) y "Flowsharing" (Parker Hydraulics), etc. No Se ha establecido un nombre estandarizado oficial para este tipo de sistema, pero el flujo compartido es un nombre común para él.

Componentes

Bomba hidráulica

Las bombas hidráulicas suministran fluido a los componentes del sistema. La presión en el sistema se desarrolla en reacción a la carga. Por lo tanto, una bomba clasificada para 5000 psi es capaz de mantener el flujo contra una carga de 5000 psi.

Las bombas tienen una densidad de potencia unas diez veces mayor que un motor eléctrico (en volumen). Están accionados por un motor eléctrico o un motor, conectado a través de engranajes, correas o un acoplamiento elastomérico flexible para reducir la vibración.

Los tipos comunes de bombas hidráulicas para aplicaciones de maquinaria hidráulica son:

• Bomba de engranajes: barata, duradera (especialmente en forma de g-rotor), simple. Menos eficientes, porque son de desplazamiento constante (fijo), y principalmente adecuados para presiones por debajo de 20 MPa (3000 psi).
• Bomba de paletas: barata y sencilla, fiable. Bueno para una salida de baja presión de mayor flujo.
• Bomba de pistones axiales: muchas diseñadas con un mecanismo de desplazamiento variable, para variar el flujo de salida para el control automático de la presión. Hay varios diseños de bombas de pistones axiales, que incluyen placa cíclica (a veces denominada bomba de placa de válvula) y bola de control (a veces denominada bomba de placa oscilante). La más común es la bomba de plato cíclico. Un plato cíclico de ángulo variable hace que los pistones se desplacen alternativamente a una distancia mayor o menor por rotación, lo que permite variar el caudal de salida y la presión (un mayor ángulo de desplazamiento provoca un caudal más alto, una presión más baja y viceversa).
• Bomba de pistones radiales: normalmente utilizada para presiones muy altas con caudales pequeños.

Las bombas de pistón son más caras que las bombas de paletas o de engranajes, pero brindan una vida útil más prolongada cuando funcionan a presiones más altas, con fluidos difíciles y ciclos de trabajo continuos más prolongados. Las bombas de pistón constituyen la mitad de una transmisión hidrostática.

Válvulas de control

Las válvulas de control direccional dirigen el fluido al actuador deseado. Por lo general, consisten en un carrete dentro de una carcasa de hierro fundido o acero. El carrete se desliza a diferentes posiciones en la carcasa, y las ranuras y canales que se cruzan dirigen el fluido según la posición del carrete.

El carrete tiene una posición central (neutra) mantenida con resortes; en esta posición, el fluido de suministro está bloqueado o regresa al tanque. Deslizar el carrete hacia un lado dirige el fluido hidráulico a un actuador y proporciona un camino de retorno desde el actuador al tanque. Cuando el carrete se mueve en la dirección opuesta, las rutas de suministro y retorno se intercambian. Cuando se permite que el carrete regrese a la posición neutra (centro), las vías de fluido del actuador se bloquean, bloqueándolo en su posición.

Las válvulas de control direccional generalmente están diseñadas para ser apilables, con una válvula para cada cilindro hidráulico y una entrada de fluido que alimenta a todas las válvulas de la pila.

Las tolerancias son muy estrictas para manejar la alta presión y evitar fugas, los carretes suelen tener un espacio libre con la carcasa de menos de una milésima de pulgada (25 µm). El bloque de válvulas se montará en el marco de la máquina con un patrón de tres puntos para evitar distorsionar el bloque de válvulas y atascar los componentes sensibles de la válvula.

La posición del carrete puede ser accionada por palancas mecánicas, presión piloto hidráulica o solenoides que empujan el carrete hacia la izquierda o hacia la derecha. Un sello permite que parte del carrete sobresalga fuera de la carcasa, donde es accesible para el actuador.

El bloque de válvulas principal suele ser una pila de válvulas de control direccional listas para usar elegidas por la capacidad de flujo y el rendimiento. Algunas válvulas están diseñadas para ser proporcionales (tasa de flujo proporcional a la posición de la válvula), mientras que otras pueden ser simplemente de apertura y cierre. La válvula de control es una de las partes más costosas y sensibles de un circuito hidráulico.

• Las válvulas de alivio de presión se utilizan en varios lugares de la maquinaria hidráulica; en el circuito de retorno para mantener una pequeña cantidad de presión para los frenos, las líneas piloto, etc. En los cilindros hidráulicos, para evitar la sobrecarga y la ruptura de la línea/sello hidráulico. En el depósito hidráulico, para mantener una pequeña presión positiva que excluya la humedad y la contaminación.
• Los reguladores de presión reducen la presión de suministro de fluidos hidráulicos según sea necesario para varios circuitos.
• Las válvulas de secuencia controlan la secuencia de los circuitos hidráulicos; para garantizar que un cilindro hidráulico esté completamente extendido antes de que otro comience su carrera, por ejemplo. Los circuitos hidráulicos pueden realizar una secuencia de operaciones automáticamente, como disparo y recierre tres veces, luego bloqueo, de un reconectador de interrupción de aceite.
• Las válvulas de lanzadera proporcionan una función lógica o.
• Las válvulas de retención son válvulas unidireccionales que permiten que un acumulador se cargue y mantenga su presión después de que la máquina se apague, por ejemplo.
• Las válvulas de retención controladas por piloto son válvulas unidireccionales que se pueden abrir (en ambas direcciones) mediante una señal de presión externa. Por ejemplo, si la válvula de retención ya no debe retener la carga. A menudo, la presión externa proviene de la otra tubería que está conectada al motor o cilindro.
• Las válvulas de contrapeso son, de hecho, un tipo especial de válvula de retención controlada por piloto. Mientras que la válvula de retención está abierta o cerrada, la válvula de contrapeso actúa un poco como un control de flujo controlado por piloto.
• Las válvulas de cartucho son, de hecho, la parte interna de una válvula de retención; son componentes listos para usar con un sobre estandarizado, lo que los hace fáciles de llenar en un bloque de válvulas patentado. Están disponibles en muchas configuraciones; todo/nada, proporcional, alivio de presión, etc. Generalmente se enroscan en un bloque de válvulas y se controlan eléctricamente para proporcionar funciones lógicas y automatizadas.
• Los fusibles hidráulicos son dispositivos de seguridad en línea diseñados para sellar automáticamente una línea hidráulica si la presión es demasiado baja, o para ventilar fluido de manera segura si la presión es demasiado alta.
• Las válvulas auxiliares en sistemas hidráulicos complejos pueden tener bloques de válvulas auxiliares para manejar varias tareas sin que el operador las vea, como la carga del acumulador, la operación del ventilador de enfriamiento, la energía del aire acondicionado, etc. Por lo general, son válvulas personalizadas diseñadas para la máquina en particular y pueden consistir en un bloque de metal con puertos y canales perforados. Las válvulas de cartucho se enroscan en los puertos y pueden controlarse eléctricamente mediante interruptores o un microprocesador para enrutar la energía del fluido según sea necesario.

Actuadores

• Cilindro hidráulico
• Motor hidráulico (una bomba conectada en reversa); Los motores hidráulicos con configuración axial utilizan platos cíclicos para un control de alta precisión y también en mecanismos de posicionamiento de precisión continuos (360°) 'sin paradas'. Estos son frecuentemente accionados por varios pistones hidráulicos que actúan en secuencia.
• transmisión hidrostática
• Frenos

Reservorio

El depósito de fluido hidráulico contiene el exceso de fluido hidráulico para adaptarse a los cambios de volumen de: extensión y contracción del cilindro, expansión y contracción impulsadas por la temperatura y fugas. El depósito también está diseñado para ayudar en la separación del aire del fluido y también funciona como un acumulador de calor para cubrir las pérdidas en el sistema cuando se utiliza la potencia máxima. Los depósitos también pueden ayudar a separar la suciedad y otras partículas del aceite, ya que las partículas generalmente se depositan en el fondo del tanque. Algunos diseños incluyen canales de flujo dinámico en la ruta de retorno del fluido que permiten un depósito más pequeño.

Acumuladores

Los acumuladores son una parte común de la maquinaria hidráulica. Su función es almacenar energía mediante el uso de gas a presión. Un tipo es un tubo con un pistón flotante. En un lado del pistón hay una carga de gas a presión y en el otro lado está el fluido. Las vejigas se utilizan en otros diseños. Los depósitos almacenan el fluido de un sistema.

Ejemplos de usos del acumulador son la energía de respaldo para la dirección o los frenos, o para actuar como un amortiguador para el circuito hidráulico.

Fluido hidráulico

También conocido como fluido tractor, el fluido hidráulico es la vida útil del circuito hidráulico. Suele ser aceite de petróleo con varios aditivos. Algunas máquinas hidráulicas requieren fluidos resistentes al fuego, según sus aplicaciones. En algunas fábricas donde se preparan alimentos, se usa un aceite comestible o agua como fluido de trabajo por razones de salud y seguridad.

Además de transferir energía, el fluido hidráulico necesita lubricar componentes, suspender contaminantes y limaduras de metal para transportarlos al filtro y funcionar bien a varios cientos de grados Fahrenheit o Celsius.

Filtros

Los filtros son una parte importante de los sistemas hidráulicos que eliminan las partículas no deseadas del fluido. Los componentes mecánicos producen continuamente partículas de metal y es necesario eliminarlas junto con otros contaminantes.

Los filtros se pueden colocar en muchos lugares. El filtro puede estar ubicado entre el depósito y la entrada de la bomba. El bloqueo del filtro causará cavitación y posiblemente la falla de la bomba. A veces, el filtro se encuentra entre la bomba y las válvulas de control. Esta disposición es más costosa, ya que la carcasa del filtro está presurizada, pero elimina los problemas de cavitación y protege la válvula de control de las fallas de la bomba. La tercera ubicación común del filtro es justo antes de que la línea de retorno ingrese al depósito. Esta ubicación es relativamente insensible al bloqueo y no requiere una carcasa presurizada, pero los contaminantes que ingresan al depósito desde fuentes externas no se filtran hasta que pasan por el sistema al menos una vez. Los filtros se utilizan de 7 micrones a 15 micrones dependiendo del grado de viscosidad del aceite hidráulico.

Tubos, tuberías y mangueras

Los tubos hidráulicos son tubos de precisión de acero sin soldadura, especialmente fabricados para hidráulica. Los tubos tienen tamaños estándar para diferentes rangos de presión, con diámetros estándar de hasta 100 mm. Los fabricantes suministran los tubos en longitudes de 6 m, limpios, aceitados y taponados. Los tubos están interconectados por diferentes tipos de bridas (especialmente para los tamaños y presiones más grandes), conos/boquillas de soldadura (con sello de junta tórica), varios tipos de conexión abocinada y por anillos de corte. En tamaños mayores se utilizan tuberías hidráulicas. La unión directa de tubos mediante soldadura no es aceptable ya que no se puede inspeccionar el interior.

La tubería hidráulica se utiliza en caso de que no se disponga de tuberías hidráulicas estándar. Generalmente se utilizan para baja presión. Se pueden conectar mediante conexiones roscadas, pero generalmente mediante soldaduras. Debido a los diámetros más grandes, la tubería generalmente se puede inspeccionar internamente después de la soldadura. La tubería negra no está galvanizada y es apta para soldar.

Manguera hidráulicase clasifica por presión, temperatura y compatibilidad de fluidos. Las mangueras se usan cuando no se pueden usar tuberías o tubos, generalmente para proporcionar flexibilidad para la operación o el mantenimiento de la máquina. La manguera está construida con capas de caucho y acero. Un interior de caucho está rodeado por múltiples capas de alambre tejido y caucho. El exterior está diseñado para resistir la abrasión. El radio de curvatura de la manguera hidráulica está cuidadosamente diseñado en la máquina, ya que las fallas de la manguera pueden ser mortales y violar el radio mínimo de curvatura de la manguera provocará la falla. Las mangueras hidráulicas generalmente tienen accesorios de acero estampados en los extremos. La parte más débil de la manguera de alta presión es la conexión de la manguera al accesorio. Otra desventaja de las mangueras es la vida más corta de la goma que requiere un reemplazo periódico, generalmente en intervalos de cinco a siete años.

Los tubos y tuberías para aplicaciones hidráulicas se lubrican internamente antes de poner en servicio el sistema. Por lo general, las tuberías de acero se pintan por fuera. Cuando se utilizan acoplamientos abocinados y otros, la pintura se elimina debajo de la tuerca y es un lugar donde puede comenzar la corrosión. Por esta razón, en aplicaciones marinas, la mayoría de las tuberías son de acero inoxidable.

Sellos, accesorios y conexiones

Los componentes de un sistema hidráulico [fuentes (p. ej., bombas), controles (p. ej., válvulas) y actuadores (p. ej., cilindros)] necesitan conexiones que contengan y dirijan el fluido hidráulico sin fugas ni pérdida de la presión que los hace funcionar. En algunos casos, los componentes se pueden atornillar juntos con vías de fluido integradas. Sin embargo, en la mayoría de los casos se utilizan tubos rígidos o mangueras flexibles para dirigir el flujo de un componente al siguiente. Cada componente tiene puntos de entrada y salida para el fluido involucrado (llamados puertos) dimensionados de acuerdo con la cantidad de fluido que se espera que pase a través de él.

Hay una serie de métodos estandarizados en uso para conectar la manguera o el tubo al componente. Algunos están destinados a la facilidad de uso y servicio, otros son mejores para presiones más altas del sistema o control de fugas. El método más común, en general, es proporcionar en cada componente un puerto con rosca hembra, en cada manguera o tubo una tuerca cautiva con rosca hembra, y usar un accesorio adaptador separado con roscas macho correspondientes para conectar los dos. Esto es funcional, económico de fabricar y fácil de mantener.

Los accesorios sirven para varios propósitos;

• Para unir componentes con puertos de diferentes tamaños.
• Para unir diferentes estándares; Jefe de junta tórica a JIC, o roscas de tubería a sello frontal, por ejemplo.
• Para permitir la orientación adecuada de los componentes, se elige un accesorio de 90°, 45°, recto o giratorio según sea necesario. Están diseñados para colocarse en la orientación correcta y luego apretarse.
• Para incorporar hardware de mamparo para pasar el fluido a través de una pared que obstruye.
• Se puede agregar un accesorio de desconexión rápida a una máquina sin modificar las mangueras o válvulas

Una pieza típica de maquinaria o equipo pesado puede tener miles de puntos de conexión sellados y varios tipos diferentes:

• Accesorios de tubería, el accesorio se atornilla hasta que quede apretado, es difícil orientar un accesorio en ángulo correctamente sin apretar demasiado o poco.
• Casquillo de la junta tórica, el accesorio se atornilla en un casquillo y se orienta según sea necesario, una tuerca adicional aprieta el accesorio, la arandela y la junta tórica en su lugar.
• Los accesorios abocinados son sellos de compresión de metal con metal deformados con una tuerca cónica y presionados en un acoplamiento abocardado.
• El sello frontal, las bridas de metal con ranura y el sello de junta tórica se unen entre sí.
• Los sellos de viga son costosos sellos de metal a metal que se utilizan principalmente en aeronaves.
• Sellos estampados, los tubos están conectados con accesorios que están estampados permanentemente en su lugar. Utilizado principalmente en aviones.

Los sellos elastoméricos (junta tórica y sello frontal) son los tipos de sellos más comunes en equipos pesados ​​y son capaces de sellar de manera confiable más de 6000 psi (41 MPa) de presión de fluido.