Motor constante

Un motor de cilindrada constante es un motor hidráulico con un volumen de aspiración fijo e invariable. Convierte la energía hidráulica en energía mecánica de rotación con un desplazamiento constante por revolución. La velocidad de giro y el par motor vienen determinados exclusivamente por el caudal volumétrico suministrado y la presión del sistema, y no por un ajuste interno.

Fundamentos y funcionamiento del motor de cilindrada constante

Los motores constantes pertenecen a la familia de las máquinas de desplazamiento y se cuentan entre los motores hidráulicos más utilizados en la industria. Su característica definitoria es el volumen de desplazamiento fijo: cada vuelta del eje del motor desplaza exactamente la misma fracción de volumen de líquido hidráulico. Esta propiedad hace que el motor de desplazamiento constante sea predecible y robusto, pero al mismo tiempo limita la flexibilidad ante requisitos de carga variables.

Su funcionamiento se basa en el principio de la transmisión de fuerza por presión. El líquido hidráulico a alta presión fluye a través de la conexión de presión hacia las cámaras de desplazamiento del motor. Allí, la presión actúa sobre elementos móviles como pistones, engranajes o álabes y genera un movimiento giratorio del eje de salida. El líquido utilizado sale del motor a través de la conexión de retorno y vuelve al circuito hidráulico. Dado que el volumen de desplazamiento es fijo, la velocidad de giro aumenta proporcionalmente al caudal suministrado, mientras que el par depende en gran medida de la presión aplicada.

Comportamiento de la velocidad de giro y el par

El volumen de aspiración fijo da lugar a una relación directa entre el caudal y la velocidad de giro: si se suministran más litros por minuto, el motor gira más rápido. El par, por su parte, aumenta con la presión. Los diseñadores aprovechan este comportamiento predecible para dimensionar accionamientos destinados a condiciones de funcionamiento que se mantienen constantes en régimen continuo o que solo presentan ligeras fluctuaciones. Sin embargo, en aplicaciones con perfiles de carga muy variables, el motor constante alcanza sus límites, ya que no puede aumentar el par mediante un ajuste interno.

Tipos de motores de par constante

Los motores constantes se fabrican en diferentes tipos, que se diferencian en densidad de potencia, rango de revoluciones, rendimiento y ámbito de aplicación. La elección del tipo depende de los requisitos concretos en cuanto a par, revoluciones, espacio de montaje y presión de funcionamiento.

Motores de engranajes

Los motores de engranajes son el tipo de construcción más sencillo y económico. Dos engranajes que se engranan entre sí se ponen en rotación mediante la presión del fluido hidráulico. Un engranaje arrastra al otro a través del dentado. Los motores de engranajes se caracterizan por su diseño compacto, su peso reducido y su gran robustez. Son adecuados para velocidades medias y presiones de servicio de hasta unos 250 bar. Su rendimiento se sitúa entre el 80 y el 85 por ciento. Entre sus desventajas se encuentran el nivel de ruido relativamente elevado y el par de arranque limitado.

Motores de celdas de paletas

Los motores de paletas utilizan un rotor con paletas dispuestas de forma axial o radial, que se guían por ranuras y son presionadas contra la pared de la carcasa por la fuerza centrífuga. El fluido hidráulico desplaza el volumen entre las paletas y genera así el movimiento giratorio. Los motores de paletas funcionan de forma muy uniforme y silenciosa, son reversibles y ofrecen un buen comportamiento de arranque. Se utilizan a presiones medias de hasta unos 210 bar y destacan por su diseño compacto.

Motores de pistones axiales de caudal constante

Los motores de pistones axiales con volumen de aspiración fijo se encuentran entre los motores de caudal constante más potentes. Los pistones están dispuestos axialmente con respecto al eje de accionamiento y empujan contra un disco inclinado o un eje inclinado. El ángulo de inclinación fijo define la carrera del pistón y, con ello, el volumen de aspiración invariable.

Motores de volumen constante de eje oblicuo

Los motores de volumen constante de eje inclinado son una variante muy extendida. El eje de accionamiento está inclinado en un ángulo fijo con respecto al bloque de cilindros, lo que determina la carrera del pistón. Este diseño alcanza presiones de servicio de 400 bar y más, ofrece altos rendimientos superiores al 90 % y destaca por su excelente comportamiento en el arranque y en marcha lenta. Fabricantes como Bosch Rexroth o Linde Hydraulics ofrecen motores de eje oblicuo de caudal constante en numerosos tamaños para circuitos abiertos y cerrados.

Motores de disco inclinado de caudal constante

En los motores de disco inclinado, los pistones empujan contra un disco fijo e inclinado. También en este caso el ángulo de inclinación es fijo, por lo que el volumen de aspiración no puede modificarse. Los motores de disco inclinado son más compactos que los de eje inclinado y resultan adecuados para aplicaciones con espacio de montaje limitado.

Motores de pistones radiales y motores orbitales

En los motores de pistones radiales, los pistones se disponen en forma de estrella alrededor del eje de accionamiento. Proporcionan pares muy elevados a bajas revoluciones y se utilizan preferentemente en aplicaciones de carga pesada. Los motores orbitales, también denominados motores gerotor, utilizan un sistema de rotor de giro excéntrico y también ofrecen pares elevados con dimensiones compactas. Ambos tipos funcionan como motores de velocidad constante y cubren rangos de revoluciones inferiores a 1000 rpm.

Motor de caudal constante frente a motor de caudal variable

La comparación entre el motor de par constante y el motor de caudal variable es una de las decisiones fundamentales a la hora de diseñar sistemas de accionamiento hidráulicos. Ambos tipos tienen su justificación, pero se diferencian fundamentalmente en cuanto a flexibilidad, complejidad y costes.

El motor de velocidad constante destaca cuando los requisitos de la transmisión son constantes o cuando el control de la velocidad se realiza a través de la bomba. Los motores variables demuestran sus ventajas cuando es necesario variar la velocidad o el par durante el funcionamiento sin tener que ajustar la bomba.

Ámbitos de aplicación de los motores de caudal constante

Los motores de velocidad constante se utilizan en prácticamente todos los ámbitos de la hidráulica industrial y móvil. Sus ventajas se aprecian especialmente cuando las condiciones de funcionamiento son constantes o cuando el control de la velocidad se realiza mediante una bomba variable.

Hidráulica móvil

En maquinaria de construcción, como excavadoras, cargadoras sobre ruedas y grúas, los motores de velocidad constante se utilizan como motores de desplazamiento, accionamientos de giro y accionamientos de cabrestantes. También en la agricultura y la silvicultura accionan segadoras, cintas transportadoras y cabrestantes. En el sector naval y offshore se utilizan variantes protegidas contra la corrosión y certificadas según DNV.

Hidráulica industrial

Las aplicaciones fijas abarcan instalaciones de transporte, mezcladoras, prensas, sistemas de elevación y máquinas-herramienta. Allí donde un accionamiento debe funcionar de forma continua a la misma velocidad y con el mismo par, el motor de par constante suele ser la solución más rentable. También se encuentran motores de pistón axial de velocidad constante en máquinas de moldeo por inyección y en aerogeneradores.

Criterios de selección de motores constantes

La selección del motor constante adecuado requiere una cuidadosa adaptación de varios parámetros a la aplicación concreta.

• Requisitos de par: el par necesario en la salida determina el volumen de cilindrada mínimo y la presión de funcionamiento necesaria.
• Rango de revoluciones: Las revoluciones mínimas y máximas definen qué tipo de diseño es el adecuado. Para revoluciones muy bajas con un par elevado, son adecuados los motores de pistones radiales u orbitales; para revoluciones más altas, los motores de pistones axiales.
• Presión de funcionamiento: La clase de presión nominal del motor debe ajustarse a la presión del sistema. Los motores de pistón axial de caudal constante cubren presiones de hasta 400 bar y superiores, mientras que los motores de engranajes funcionan en un rango de hasta 250 bar.
• Tipo de circuito: Los motores de caudal constante están disponibles para circuitos abiertos y cerrados. La elección influye en la configuración de las conexiones y en el drenaje de la carcasa.
• Condiciones de montaje: Las dimensiones de las bridas según ISO, SAE o DIN, así como las formas de los ejes y los tamaños de las conexiones, deben adaptarse al diseño de la máquina.
• Condiciones ambientales: la temperatura, la humedad, la exposición a la corrosión y los posibles requisitos de certificación (CE, DNV, ATEX) limitan la selección.

Mantenimiento y conservación

Los motores de velocidad constante requieren menos mantenimiento que los motores de velocidad variable debido a su sencilla estructura. No obstante, exigen una atención periódica para evitar averías y maximizar su vida útil.

Calidad del aceite y filtrado

La pureza del fluido hidráulico influye de manera decisiva en la vida útil de un motor de velocidad constante. Según la norma ISO 4406, la clase de pureza del aceite debe ser, como mínimo, 18/16/13. Las impurezas provocan un mayor desgaste de los pistones, las pistas de los cilindros, los engranajes y los discos de control. Por lo tanto, es imprescindible realizar revisiones periódicas de los filtros y cambiarlos a tiempo. La viscosidad del aceite debe situarse en el rango ISO VG 32 a 68, siendo VG 46 el estándar más habitual.

Síntomas típicos de desgaste

Entre los signos de desgaste más frecuentes se encuentran la formación de estrías en las superficies de deslizamiento, el picado en los engranajes, la fragilización de las juntas y el aumento de la holgura en los cojinetes. Un aumento del caudal de fuga o una disminución del par a igual presión son indicadores prácticos de desgaste. La comprobación periódica de la presión, la temperatura y el nivel de ruido permite detectar los daños de forma precoz.

Normas y estándares

Los motores de velocidad constante están sujetos a diversas normas y estándares que regulan la seguridad, la compatibilidad y la calidad. La norma DIN ISO 4413 establece los requisitos generales de seguridad para instalaciones hidráulicas y, por lo tanto, también se aplica a la instalación y el funcionamiento de los motores de velocidad constante. La pureza del aceite se clasifica según la norma ISO 4406, mientras que las dimensiones de las bridas y las normas de conexión se rigen por las normas ISO, SAE y DIN. El marcado CE es obligatorio para el mercado europeo; para aplicaciones marinas se requieren certificaciones adicionales, como la de DNV. El cumplimiento de estas normas garantiza que los motores de cilindrada constante puedan funcionar de forma fiable y segura en los sistemas hidráulicos completos.