Todo Sobre el Funcionamiento de Sistema Hidráulico en Maquinaria Pesada

¿Que es un sistema hidráulico en maquinaria pesada?

Podemos hablar de un sistema hidráulico en maquinaria pesada cuando hay una interacción y conexión mecánica entre los diferentes componentes mayores que hacen parte del circuito hidráulico como, la bomba hidráulica, tanque hidráulico, acumuladores, tuberías, válvulas y cilindros actuadores o gatos.

El sistema hidráulico en maquinaria pesada tiene la función principal de generar y gobernar los movimientos de los cilindros actuadores que ejecutan la tarea de movimiento de tierras ó material; Este sistema hidráulico también es utilizado por múltiples componentes del tren de rodaje de la maquinaria pesada para iniciar la marcha, detener la maquinaria amarilla o realizar giros. Todos estos movimientos son posibles gracias a las características propias del líquido o fluido hidráulico confinado en el sistema junto con el principio de la hidráulica explicado en la ley de Pascal más adelante.

Funcionamiento de sistema hidráulico de maquinaria pesada

El funcionamiento de sistema hidráulico de maquinaria pesada inicia con una correcta presión hidráulica. En los equipos pesados la manera de generar presión hidráulica es por medio de la bomba hidráulica que está acoplada al motor diesel de la maquinaria amarilla.

Cuando la máquina está encendida, el motor diesel transmite movimiento mecánico a la bomba hidráulica, esta eleva la presión del fluido hidráulico confinado en el sistema haciendo que se desplace primero hasta los acumuladores para asegurar una presión constante durante la operación. Luego, el aceite hidráulico con presión alta y constante pasa por filtros y sigue su camino por la tubería rígida hasta las válvulas de control o distribución que direccionan el fluido hasta cada uno de los componentes mayores del circuito donde se demande fuerza y movimiento, estos componentes mayores son:

- Cilindros actuadores o gatos para levantar el balde y mover los brazos (boom y arm)

- Cilindros o Gatos estabilizadores

- Motor de traslación para avanzar y frenar (En excavadoras sobre orugas)

- Motor de giro (En excavadoras sobre orugas)

- Sistemas de frenos tipo caliper y de bandas (En excavadoras sobre llantas)

Dato: Este método de generar presión hidráulica se ingenio décadas atrás debido a la necesidad de la industria y del sector terciario de contar con maquinaria pesada de mayor capacidad para realizar trabajos cada vez más exigentes.

El sistema hidráulico en maquinaria pesada le dio la capacidad a los equipos pesados de mover toneladas de material o tierra con solo un leve movimiento del operador desde la cabina. Este método de generar presión hidráulica es tan eficiente que se convirtió en el modelo estándar para toda las maquinarias pesadas en el mercado.

¿Qué es un fluido hidráulico?

Podemos afirmar que el fluido hidráulico es uno de los componentes del sistema hidráulico en maquinaria pesada con más funciones, este fluido oleohidráulico tiene como tarea lubricar para evitar el desgaste de las piezas, disminuir la temperatura, limpia el sistema mediante el arrastre de partículas contaminantes hasta los filtros, evita la corrosión, hace de sello hidráulico y transmite la potencia de una parte del circuito a otro de manera estable y rápida.

El fluido hidráulico que usamos en los equipos pesados es un líquido incompresible con propiedades específicas como la viscosidad, estabilidad al corte, punto de inflamación, punto de fluidez y estabilidad térmica. Estas características cambian según el tipo de aceite hidráulico que se utiliza en el circuito y los aditivos que lo componen.

Tipos de aceites hidráulicos y sus propiedades:

Aceite a base de Agua:

Es utilizado en ambientes donde hay una alta probabilidad de incendio, su alto punto de inflamación y alta refrigeración lo hace ideal para este tipo de ambientes pero no son tan buenos para la lubricación de los componentes.

Aceite Mineral:

El aceite mineral es a base de petróleo y cuenta con excelentes propiedades para la lubricación. Es el fluido hidráulico más utilizado debido a su bajo costo y rendimiento, no es recomendado para operar en ambientes de altas temperaturas ya que es susceptible a descomposición térmica y por ende la disminución de sus propiedades.

Aceite Sintético:

Son el resultado de compuestos de ingeniería química, los aceites sintéticos son diseñados para operar de manera óptima en ambientes de altas y bajas temperaturas manteniendo sus propiedades lubricantes, resistencia a la oxidación y riesgo mínimo de inflamación.

Ley de Pascal: Principio de la hidráulica

Todos los sistemas hidráulicos sin importar la industria o tamaño, se basan en la ley de Pascal, demostrado por el matemático francés Blaise Pascal en 1646. Esta ley de la mecánica de fluidos nos demostró que “la presión ejercida sobre un líquido confinado herméticamente, se transmitirá íntegra y simultáneamente en todas las direcciónes y con la misma fuerza final en todas las áreas”.

Gracias a la aplicación de este principio y a las características propias del líquido oleohidráulico, como su densidad, viscosidad y la incompresibilidad del fluido, el sistema hidráulico en maquinaria pesada puede ejecutar el trabajo con una eficiencia y fuerza sorprendente.

Componentes del sistema hidráulico en maquinaria pesada

Los componentes del sistema hidráulico en maquinaria pesada trabajan en conjunto para permitir la aplicación de fuerza de trabajo donde sea necesaria, A continuación vamos a explicarte el funcionamiento de los componentes hidráulicos en maquinaria amarilla:

Depósito o Tanque Hidráulico

Todo inicia en el depósito del sistema hidráulico. En este lugar se recarga y almacena el líquido hidráulico a utilizar en el circuito. También cumple la importante función de disminuir la temperatura del líquido hidráulico cuando este retorna al depósito luego de hacer su trabajo, además facilita la separación de partículas contaminantes, el aire y la humedad que el líquido hidráulico pudo haber arrastrado desde el sistema durante la operación.

Estos tanques hidráulicos son herméticos, están construidos para tener una alta resistencia y no permitir el ingreso de partículas contaminantes externas.

Acumuladores Hidráulicos

Como su nombre lo indica, estos acumulan el líquido hidráulico a alta presión. Los acumuladores tienen internamente una recámara sellada la cual está cargada con nitrógeno. La función de este nitrógeno es mantener la presión positiva y constante en el sistema para disminuir al máximo las cavitaciones o pérdidas de presión que puede tener el sistema durante la operación y mal funcionamiento de un componente mayor.

Filtro Hidráulico

El filtro hidráulico mantiene el fluido hidráulico limpio; generalmente lo podemos encontrar justo después de la salida del tanque hidráulico para evitar que las partículas contaminantes ingresen al sistema. Estos filtros hidráulicos también los podemos encontrar en el circuito justo antes de cada componente mayor como medida de protección adicional.

Los filtros vienen acompañados de una válvula de derivación o ByPass. Su función es permitir un paso alterno para el fluido hidráulico en caso de que el filtro se obstruya con partículas y por ende no permita la libre circulación del líquido hidráulico.

Tuberías y Mangueras Hidráulicas

Las tuberías son ductos rígidos por el cual se desplaza el fluido hidráulico a alta presión, estas conectan los componentes del sistema hidráulico en maquinaria pesada y son generalmente construidos en acero.

Por otro lado, las mangueras son flexibles, permiten instalarse fácilmente en el sistema y absorben el movimiento que genera el fluido hidráulico a presión cuando pasa a través de ellas.

Bomba Hidráulica

Este es el corazón del sistema hidráulico, la bomba hidráulica está conectada mecánicamente al motor diésel de la máquina. Este motor diésel transmite movimiento a la bomba hidráulica para permitirle levantar la presión del fluido en el sistema y lo impulsa dentro del mismo para aplicar fuerza hidráulica.

Válvulas Hidráulicas

Las válvulas del sistema hidráulico en los equipos pesados tienen la función de direccionar el fluido hidráulico hacia cada uno de los componentes donde sea necesario.

Cilindros Hidráulicos o Actuadores (Gatos)

Los cilindros hidráulicos realizan el último trabajo. Es aquí donde la fuerza hidráulica impulsada por la bomba hidráulica y direccionada por las válvulas se transforma en fuerza mecánica lineal, tal y como lo indica la ley de Pascal (vista previamente). El fluido hidráulico a alta presión ingresa en el cilindro haciendo desplazar el pistón interno y generando la fuerza mecánica. Esta fuerza mecánica es utilizada para realizar los movimientos que la máquina requiere para cumplir con su trabajo, por ejemplo: mover el balde y los cilindros estabilizadores. En las orugas, nos ayudan a accionar los frenos y permiten el desplazamiento de la maquinaria amarilla entre otras aplicaciones, de acuerdo al tipo de máquina y sus características técnicas.

Fallas comunes en los sistemas hidráulicos de una retroexcavadora

Estas son las señales de alerta previa a las fallas más comunes en los sistemas hidráulicos de retroexcavadoras. Estos problemas pueden ser disminuidos al máximo con la ejecución de un correcto programa de mantenimiento en tu equipo pesado.

Operación lenta de la máquina:

La reducción en el movimiento y operación lenta son el primer indicador visible de problemas con el sistema hidráulico de tu retroexcavadora. El operador o mecánico tienen el conocimiento sobre el tiempo necesario para ejecutar un movimiento o desplazar la máquina en condiciones normales. Cuando estos movimientos empiezan a ser lentos y erráticos podemos pensar que tenemos una falla en el sistema hidráulico de la retroexcavadora, por ejemplo una fuga de líquido hidráulico, esta puede ser fácilmente detectada sí es una fuga externa. Por otro lado las fugas internas pueden suceder en válvulas, cilindros actuadores e incluso en la bomba hidráulica lo que lo hace una fuga en el sistema hidráulico difícil de detectar a simple vista.

Temperatura de fluido oleohidráulico alta:

La temperatura del fluido oleohidráulico igual o superior a 82 grados celsius se relaciona con el desgaste excesivo en los sellos, la presencia de fugas en el circuito y un mal ajuste en las válvulas u otros componentes mayores. Debemos monitorear constantemente la temperatura del fluido hidráulico durante la operación, existen alertas en el sistema hidráulico de maquinaria amarilla que nos indican cuando hay una sobre temperatura al encender la luz de “check engine”, revisar el motor.

Ruidos anormales en la máquina:

La presencia de ruidos como golpeteos en el circuito hidráulico pueden estar relacionados con la aireación y la cavitación. La aireación produce daños en componentes mayores del sistema hidráulico al disminuir su lubricación, incrementando la temperatura en la que operan y creando daños en sellos internos. La cavitación genera erosión en los componentes y pérdida de material lo cual contamina el fluido causando fallas mecánicas comúnmente en la bomba hidráulica y por ende pérdida de fuerza.

Ventajas del sistema hidráulico en maquinaria pesada

+ Mantiene la fuerza aplicada constante, sin importar los cambios en la marcha del motor diesel de la máquina.

+ Sus componentes son pequeños pero generan una gran cantidad de fuerza.

+ Es un sistema económico ya que utiliza menos partes que un sistema eléctrico o completamente mecánico.

+ Son seguros, apropiados para trabajar en minería bajo tierra ya que el sistema hidráulico no genera chispas.

+ Operación sencilla y cómoda, se pueden realizar movimientos muy precisos con solo un leve movimiento desde la cabina.

+ Soporta largas jornadas de trabajo continuo con un correcto mantenimiento.

Desventajas del sistema hidráulico en maquinaria pesada

- El sistema hidráulico en maquinaria pesada es propenso a tener fugas de líquido hidráulico, es necesario inspeccionar periódicamente como parte del mantenimiento.

- El fluido hidráulico puede generar un incendio al derramarse en un área caliente.

- El líquido hidráulico es nocivo para la salud del operador con solo tocarlo.

- El líquido hidráulico es altamente corrosivo.

- Operar un sistema hidráulico en altas temperaturas puede disminuir su rendimiento.

Conclusión

El sistema hidráulico en maquinaria pesada no ha cambiado su principio de funcionamiento desde su introducción en los equipos pesados, sin embargo, los ingenieros y fabricantes de maquinaria amarilla no han parado de buscar como mejorar cada uno de los componentes que conforman este circuito con el objetivo de hacerlo más eficiente y seguro para la industria. Esto lo podemos notar en las mejores características de los fluidos oleohidráulicos disponibles, bombas hidráulicas más fuertes y cilindros actuadores más grandes y resistentes.

Gracias al sistema hidráulico en maquinaria pesada, estos equipos tienen la capacidad de generar movimientos repetitivos ágiles y de ejecutar un alto volumen de trabajo en poco tiempo, estas características convierten el funcionamiento de sistema hidráulico de maquinaria pesada en un sistema difícil de superar.