TEMA: FLUIDOS HIDRÁULICOS

Objetivos:

Analizar las características más importantes de los fluidos hidráulicos.

Determinar diferentes tipos de fluidos hidráulicos de uso común.

Reconocer aplicaciones de los fluidos hidráulicos dentro de la industria y la vida diaria.

INTRODUCCIÓN

Los sistemas de fluido de potencia utilizan fluidos a presión para impulsar dispositivos lineales o rotatorios, empleados en equipo para construcción, sistemas de automatización industrial, equipo agrícola, sistemas hidráulicos para la aviación, sistemas de frenado de automóviles y muchos otros más. El fluido de potencia incluye tanto sistemas de tipo aire (por lo general llamados neumáticos) como de tipo líquido (comúnmente llamados sistemas hidráulicos).

1 Fluidos hidráulicos

Fluidos hidráulicos son un grupo grande de líquidos compuestos de muchos tipos de sustancias químicas. Son usados en:

Transmisiones automáticas de automóviles. Frenos y servodirección. Vehículos para levantar cargas. Tractores y niveladoras. Maquinaria industrial. Aviones.

Varios tipos de fluidos hidráulicos de uso común

Aceites derivados del petróleo.Los aceites derivados del petróleo son similares a los aceites de motores de automóviles. Son apropiados los que tienen SAE 10W y SAE 20W-20. Sin embargo, se necesitan varios aditivos para inhibir el crecimiento de bacterias, y garantizar la compatibilidad con los sellos y otras partes de los componentes del sistema de fluido de potencia, a fin de mejorar su

1 Agencia para Sustancias Tóxicas y el Registro de Enfermedades. (ATSDR). 1997. Reseña Toxicológica de los Fluidos Hidráulicos (en inglés). Atlanta, GA: Departamento de Salud y Servicios Humanos de los EE.UU., Servicio de Salud Pública.

desempeño ante el desgaste en las bombas, y para mejorar su índice de viscosidad. Debe consultarse a los proveedores de fluidos en busca de recomendaciones para formulaciones específicas. Algunos de los aditivos utilizados para mejorar la viscosidad son materiales de polímeros que pueden cambiar mucho las características del flujo, bajo ciertas condiciones de presión elevada que se presentan dentro de las válvulas bombas. Los aceites se comportarían tal vez como fluidos no newtonianos.

Figura 1. Aceites derivados del petróleo

Fluidos de aguaglicolEstos fluidos también son resistentes al fuego y contienen entre 35 y 50% de agua, aproximadamente, con un balance que consiste en cualquiera de varios glicoles junto con aditivos apropiados para el ambiente en que va a operar el sistema.

Figura 2. Propiedades de los fluidos de aguaglicol.

Fluidos con base de agua elevada (HWBF).

Estos fluidos resultan deseables si se busca resistencia al fuego, Las emulsiones de agua y aceite contienen aproximadamente 40% de aceite mezclado con agua, con una variedad y cantidad significativa de aditivos, a fin de adecuar las propiedades del flujo con el trabajo en cuestión. Hay una clase diferente de fluidos llamados emulsiones de aceite y agua, que contienen de 90 a 95% de agua, con un balance que consiste en aceite y aditivos. ES común que dichas emulsiones tengan apariencia lechosa, debido a que el aceite se encuentra dispersos en forma de gotas muy pequeñas.

Figura 3. Fluidos con base de agua elevada.

Fluidos de silicón.Los fluidos de silicón son deseables bajo temperaturas altas, como en los lugares de trabajo cercanos a las calderas, en procesos con calor y en algunos sistemas de frenado de vehículos. Dichos fluidos poseen estabilidad térmica muy alta. Debe verificarse su compatibilidad con las bombas y válvulas del sistema.

Figura 4a y 4b. Composición química del silicón.

Aceites sintéticos.

Las bases de estos productos son obtenidas por medio de reacciones químicas. Dos grandes familias de estos productos son utilizadas en la composición de lubricantes:

Los esteres Los hidrocarburos de síntesis, más específicamente los

polialfaoléfinos fabricados a partir del etileno.

Estos aceites se obtienen a partir de procesos químicos complejos, por lo que son más caros pero ofrecen resultados mejores:

Índice de viscosidad más elevada Mejor resistencia a alta temperatura Mejor resistencia a la oxidación. Presentan excelentes propiedades físicas y una

estabilidad térmica excepcional.

Figura 5. Obtención del aceite sintético.

Características principales de dichos fluidos en los sistemas de fluido de potencia

Viscosidad adecuada para el propósito en cuestión.

Figura 6. Características de la viscosidad.

Capacidad alta de lubricación, a veces llamada lubricidad.

Figura 7. Aceites lubricantes y su uso.

Limpieza.

Figura 8. Correcta limpieza en los aceites.

Estabilidad química a temperaturas de operación.

Figura 9. Tabla descriptiva de la estabilidad química de los aceites.

No son corrosivos con los materiales que se usan en los sistemas de fluido de potencia.

Figura 10. Aceites hidráulicos no corrosivos.

No permiten el crecimiento de bacterias.

Figura 11. Modelo matemático del crecimiento bacteriológico en general.

Aceptables en lo ecológico.

Figura 12. Aceptabilidad ecológica.

Módulo volumétrico elevado (compresibilidad baja).

Figura 13. Compresibilidad

Debe examinarse con cuidado el ambiente en que se va a usar el sistema de fluido de potencia y seleccionar el fluido óptimo para la aplicación. Es común que se requiera negociar entre las propiedades a fin de obtener una combinación aceptable. Debe consultarse a los

proveedores de componentes, en particular de bomba y válvulas, para utilizar los fluidos apropiados en sus productos.

La viscosidad es una de las propiedades más importantes porque relaciona la lubricidad con la capacidad del fluido para ser bombeado y pasar a través de la tubería, tubos, actuadores, válvulas y otros dispositivos de control que se encuentran en los sistemas de fluido de potencia.

Los sistemas industriales comunes de fluido de potencia requieren fluidos cuyas viscosidades estén en el rango de los grados ISO 32,46 o 68.

Clases de viscosidad ISO

Viscosidad cinemática (mm2/s)

a 40°C

Máximo MínimoISO VG 10 9 11ISO VG 22 19,8 24,2ISO VG 32 28,8 35,2ISO VG 46 41,4 50,6ISO VG 68 61,2 74,8ISO VG 100 90 110

2Tabla 1. Grados de viscosidad ISO

Clases SAE

ISO-VG Área de Aplicación

30 100 Instalaciones estacionarias en áreas

cerradas a altas temperaturas.

20, 20W 68

10W 46 Temperaturas normales.5W 32

2 UNIVERSIDAD CARLOS III DE MADRID, Departamento de Ingeniería Mecánica, Neumática y Oleohidráulica, Documento acerca de Fluidos Hidráulicos, página 5, Tabla de grados de viscosidad ISO.

22Aplicaciones en áreas

abiertas.15

En áreas frías.10

En general, el número de grado ISO es la viscosidad cinemática en la unidad de mm2/s.

3Tabla 2. Grados de viscosidad ISO

Se necesita tener cuidado especial si se encuentran los extremos de temperatura. Considere el caso del sistema de fluido de potencia en un elemento del equipo para la construcción que se guarda en el exterior durante todo el año. En invierno, la temperatura podría bajar hasta – 20 °F (-29 °C). Al arrancar el sistema a esa temperatura debe tenerse en cuenta la capacidad del fluido para pasar a través de los puertos de las bombas, hacia los sistemas de tubería por las válvulas de control. La viscosidad del fluido podría ser mayor de 800 mm2/s. Después, cuando el sistema se calienta a aproximadamente 150 °F (66 °C), la viscosidad del fluido tal vez fuera tan baja como 15 mm2/s. Es probable que el rendimiento de las bombas y válvulas sea muy diferente en ese rango de condiciones. Asimismo, la propia naturaleza del flujo podría cambiar con el cambio de viscosidad. Es probable que a temperaturas frías el flujo fuera laminar, mientras que con temperaturas altas y con las viscosidades en disminución sería turbulento. Para que los fluidos hidráulicos operen en estos rangos de temperaturas deben tener un índice de viscosidad elevado.

4 Consecuciones de los fluidos hidráulicos en el medio ambiente

Los fluidos hidráulicos pueden entrar al ambiente por derrames, escapes de máquinas que los usan, o de áreas de almacenaje y sitios de desechos.

Si se derraman en el suelo, algunos de los componentes de los fluidos hidráulicos permanecerán en la superficie mientras que otros se hundirán hacia el agua subterránea.

En el agua, algunos de los componentes de los fluidos hidráulicos pasarán a fondo y pueden permanecer ahí por más de un año.

Ciertas sustancias químicas en los fluidos hidráulicos pueden degradarse en el aire, el suelo, o el agua, pero no se sabe cuál es la cantidad que se degrada.

Peces que habitan aguas contaminadas pueden contener ciertos fluidos hidráulicos.

3 4 Agencia para Sustancias Tóxicas y el Registro de Enfermedades. (ATSDR). 1997. Reseña Toxicológica de los Fluidos Hidráulicos (en inglés). Atlanta, GA: Departamento de Salud y Servicios Humanos de los EE.UU., Servicio de Salud Pública.

Conclusiones

C

Recomendaciones

D

Bibliografía

MOTT ROBERT, Mecánica de Fluidos, sexta edición, Capítulo 2 – Fluidos hidráulicos para sistemas de fluido de potencia, Tipos de Fluidos Hidráulicos, características de fluidos hidráulicos, páginas 46, 47 y 48.