Máquina de construcción

Una máquina de construcción es una máquina de trabajo destinada a la ingeniería civil, la construcción de carreteras, la ingeniería de obras públicas o la edificación, cuyas funciones principales de accionamiento y control se basan en sistemas hidráulicos. Las máquinas de construcción hidráulicas transforman la presión de un fluido en fuerza mecánica y movimiento, lo que les permite manejar cargas que difícilmente se podrían manejar con accionamientos puramente mecánicos.

La hidráulica como tecnología de accionamiento en la maquinaria de construcción

Sin la hidráulica, la maquinaria de construcción moderna sería inconcebible. La hidráulica proporciona la alta densidad de potencia necesaria para levantar cargas pesadas, remover tierra o desplazar máquinas enteras mediante transmisiones de orugas. Un motor de combustión por sí solo no puede realizar estas tareas directamente. Solo la conversión de la potencia mecánica en energía hidráulica a presión y su distribución a través de válvulas y conductos hace posibles los diversos movimientos de trabajo de una máquina de construcción.

En casi todas las máquinas de construcción funciona un circuito hidráulico central alimentado por una o varias bombas. La bomba aspira aceite hidráulico del depósito y lo impulsa a alta presión hacia los consumidores. Dependiendo del tipo de máquina y de la tarea a realizar, se utilizan diferentes tipos de circuitos, desde simples circuitos abiertos hasta sistemas Load-Sensing, que ajustan el caudal según las necesidades y ahorran así energía.

Principales tipos de maquinaria de construcción y sus sistemas hidráulicos

El mundo de la maquinaria de construcción es muy variado y cada tipo de máquina plantea sus propios requisitos al sistema hidráulico. Los siguientes apartados ofrecen una visión general de los tipos más importantes y sus características hidráulicas específicas.

Excavadora hidráulica

La excavadora hidráulica es la máquina de construcción más extendida. Su equipo de trabajo característico consta de pluma, brazo y cuchara, que se mueven exclusivamente mediante cilindros hidráulicos. Un sistema hidráulico de doble efecto suministra aceite a presión a los cilindros por ambos lados del pistón, lo que permite potentes movimientos hacia delante y hacia atrás. El movimiento giratorio de la cabina se realiza mediante un motor de giro, y el tren de orugas también se acciona hidráulicamente. Las excavadoras modernas utilizan bombas variables con regulación Load-Sensing para distribuir el caudal según las necesidades y reducir el consumo de combustible.

Cargadoras sobre ruedas

Las cargadoras sobre ruedas utilizan el sistema hidráulico principalmente para el movimiento de elevación y basculación de la cuchara de carga. A diferencia de las excavadoras, aquí priman los ciclos de trabajo rápidos. La bomba hidráulica debe suministrar caudales elevados para que el cilindro eleve e incline la pala con rapidez. En muchas cargadoras de ruedas, un motor hidráulico acciona además el tren de rodaje, lo que permite un control continuo de la velocidad sin transmisión mecánica.

Grúas y equipos de elevación

Las grúas se encuentran entre la maquinaria de construcción con los requisitos de seguridad más exigentes para el sistema hidráulico. En este caso, no se trata solo de potencia, sino también de precisión y fiabilidad. El cabrestante de elevación suele estar accionado por un motor hidráulico, mientras que el ajuste de la pluma y el apoyo se realizan mediante cilindros. Las válvulas de freno y las válvulas de retención de carga aseguran la carga en caso de pérdida de presión y evitan un descenso incontrolado.

Bulldozers y rodillos

Las excavadoras utilizan cilindros hidráulicos para el ajuste de la altura y la inclinación de la pala. En los rodillos, la hidráulica se emplea para la dirección y la excitación de la vibración. Un motor hidráulico acciona el desequilibrio que hace vibrar el rodillo y, de este modo, compacta el suelo. Las presiones de servicio en estas máquinas suelen situarse entre 200 y 350 bar.

Componentes hidráulicos en maquinaria de construcción

Independientemente del tipo de máquina, los sistemas hidráulicos de la maquinaria de construcción se componen de los mismos componentes básicos. La selección y el dimensionamiento de estos componentes determinan el rendimiento de la máquina.

Bombas hidráulicas

La bomba es el corazón de toda máquina de construcción hidráulica. En máquinas pesadas, como excavadoras y grúas, predominan las bombas de pistones axiales regulables, ya que pueden adaptar el caudal de forma continua a las necesidades. En máquinas más sencillas también se utilizan bombas de engranajes, que son económicas y robustas, pero tienen un volumen de desplazamiento fijo. Las presiones de servicio típicas oscilan entre los 250 bar en máquinas ligeras y más de 400 bar en herramientas hidráulicas como los martillos demoledores.

Cilindros hidráulicos

Los cilindros hidráulicos transforman la presión del líquido en movimiento lineal. Accionan plumas, brazos, cucharas y estabilizadores. En la maquinaria de construcción se utilizan casi exclusivamente cilindros de doble efecto, ya que deben ejercer fuerza en ambas direcciones de movimiento. Los cilindros deben soportar cargas elevadas: cargas de impacto, fuerzas laterales y fluctuaciones extremas de temperatura en la obra.

Motores hidráulicos

Los motores hidráulicos generan un movimiento giratorio a partir del aceite a presión. En la maquinaria de construcción accionan los sistemas de transmisión de oruga, los mecanismos de giro, los cabrestantes y los sopladores. Los motores de pistones radiales de baja velocidad se utilizan en aplicaciones con un par elevado a bajas revoluciones, como por ejemplo en los cabrestantes de cable. Los motores de pistones axiales cubren el rango de revoluciones medias y se encuentran con frecuencia en los accionamientos de desplazamiento y giro.

Válvulas de control

Las válvulas de dirección, las válvulas de presión y las válvulas de caudal controlan y regulan la distribución del aceite hidráulico. En la maquinaria de construcción moderna, las válvulas proporcionales electrohidráulicas sustituyen cada vez más a los sistemas de control puramente mecánicos. Permiten un dosificado más preciso de la presión y el caudal y se pueden manejar mediante joysticks y dispositivos de control electrónicos. Las válvulas Load-Sensing ajustan la presión del sistema a la presión de carga más alta, reduciendo así las pérdidas en funcionamiento a carga parcial.

Presiones de servicio y clases de potencia

El diseño del sistema hidráulico depende de la clase de potencia de la máquina de construcción. Las máquinas ligeras, como las miniexcavadoras, funcionan con presiones de servicio de alrededor de 250 bar y caudales en el rango de un solo dígito de litros por minuto. Las máquinas de peso medio, como las excavadoras de 20 toneladas, operan a entre 300 y 350 bar. Las máquinas de construcción pesadas, como las excavadoras de gran tamaño y las grúas sobre orugas, alcanzan presiones de 400 bar y superiores. Las presiones límite del sistema se fijan mediante válvulas limitadoras de presión, que se sitúan entre un 5 y un 10 % por encima de la presión nominal para absorber los picos de presión.

Normas y normas de seguridad

Los sistemas hidráulicos de la maquinaria de construcción están sujetos a normas y reglamentos estrictos, ya que un fallo puede poner en peligro a personas y máquinas. La norma principal para los requisitos técnicos de seguridad de los sistemas hidráulicos es la DIN EN ISO 4413. Regula la estructura, el control y la protección de los sistemas hidráulicos en máquinas y se complementa con la norma DIN EN ISO 13849-1 para los componentes de control relacionados con la seguridad.

A nivel europeo, la Directiva de máquinas 2006/42/CE exige que las máquinas se diseñen y construyan de tal manera que se eviten los riesgos derivados de la energía hidráulica. El punto 1. 5. 3 del anexo I especifica los requisitos para los conductos no metálicos, los limitadores de presión y la protección contra fugas. El nuevo Reglamento de la UE sobre máquinas 2023/1230 amplía estos requisitos y sustituye a la directiva anterior.

En Alemania se aplican además el Reglamento de Seguridad en el Trabajo (BetrSichV) y la Norma DGUV 113-020, que regula el manejo de mangueras hidráulicas y fluidos hidráulicos. Esta norma exige la realización de pruebas antes de la primera puesta en servicio y a intervalos regulares. La Directiva sobre equipos a presión 2014/68/UE también puede ser aplicable a determinados componentes a presión en la hidráulica.

Mantenimiento y conservación

La fiabilidad de una máquina de construcción hidráulica depende en gran medida del mantenimiento del sistema hidráulico. Las condiciones de la obra, el polvo, las fluctuaciones de temperatura y las cargas mecánicas someten a los componentes a un gran desgaste.

Calidad del aceite y filtrado

La limpieza del aceite hidráulico es decisiva para la vida útil de las bombas, las válvulas y los cilindros. Las impurezas en forma de partículas provocan un desgaste abrasivo en las finas ranuras de las válvulas proporcionales y las bombas. Los análisis periódicos del aceite y el cambio oportuno de los filtros mantienen la pureza del aceite en el nivel requerido. La finura del filtro depende de la sensibilidad de los componentes; en el caso de las válvulas proporcionales, lo habitual son filtros con una finura del orden de un solo dígito en el rango de los micrómetros.

Mangueras

Las mangueras hidráulicas se encuentran entre las piezas de desgaste que deben revisarse y sustituirse periódicamente. La norma DGUV 113-020 exige una inspección visual de las mangueras para detectar grietas, abrasión, deformaciones y fugas. En caso de defectos visibles o tras superar la vida útil recomendada, las mangueras deben sustituirse. La rotura de una manguera de alta presión puede provocar lesiones por la salida de aceite a alta presión e incendios por el líquido hidráulico caliente.

Juntas y piezas de desgaste

Las juntas de los cilindros y las válvulas envejecen debido a las cargas térmicas y mecánicas. Las juntas agrietadas o deformadas provocan fugas internas que reducen la eficiencia del sistema y pueden hacer que la máquina sea incontrolable. La inspección periódica y la sustitución de las juntas forman parte del plan de mantenimiento estándar de cualquier máquina de construcción.

Tendencias y desarrollos

La hidráulica en la maquinaria de construcción sigue evolucionando, impulsada por la presión por la eficiencia, las normas de emisiones y los avances en electrónica.

Electrohidráulica y detección de carga

Los sistemas electrohidráulicos sustituyen las cadenas de control mecánicas por señales electrónicas y válvulas proporcionales. Esto mejora la precisión de manejo y permite automatizar los procesos de trabajo. Los sistemas de detección de carga (load sensing) ajustan la presión de impulsión y el caudal de la bomba a las necesidades reales de los consumidores. Esto reduce significativamente las pérdidas en funcionamiento a carga parcial y disminuye el consumo de combustible.

Accionamientos híbridos y eléctricos

Los primeros fabricantes ofrecen maquinaria de construcción con propulsiones eléctricas o híbridas-eléctricas. En estas máquinas, un motor eléctrico acciona la bomba hidráulica en lugar de un motor diésel. El sistema hidráulico se mantiene como transmisión de potencia, ya que proporciona la densidad de potencia necesaria para los trabajos de excavación y elevación. La combinación de propulsión eléctrica y control hidráulico inteligente promete una reducción significativa de las emisiones en la obra.

Monitorización digital

Los sensores registran la presión, la temperatura, el caudal y el estado de desgaste directamente en los componentes hidráulicos. Los datos se envían a sistemas de control superiores y plataformas en la nube, lo que permite un mantenimiento basado en el estado. De este modo, los intervalos de mantenimiento fijos dan paso a un enfoque basado en las necesidades, que reduce los tiempos de inactividad y aumenta la disponibilidad de la máquina de construcción.