Motor hidráulico
Un motor hidráulico convierte la energía hidráulica —en forma de presión y caudal— en energía mecánica de rotación. Este motor genera un par y una velocidad de rotación en el eje de salida, que vienen determinados por el caudal de entrada y la diferencia de presión. Tanto en los circuitos hidráulicos cerrados como en los abiertos, el motor hidráulico complementa a la bomba y acciona todo tipo de máquinas de trabajo.
Principios básicos y funcionamiento del motor hidráulico
El motor hidráulico pertenece a la familia de las bombas volumétricas y funciona según el principio inverso al de una bomba hidráulica. Mientras que la bomba convierte la energía mecánica en energía hidráulica, el motor recibe el aceite a presión y convierte la energía almacenada en él en un movimiento rotatorio. El aceite a presión fluye a través del orificio de entrada hacia las cámaras de trabajo del motor, donde actúa sobre los componentes móviles, como los pistones, los álabes o los engranajes. La fuerza resultante genera un par en el eje de salida. El aceite impulsado sale del motor por el orificio de impulsión y vuelve al depósito o, en un sistema cerrado, directamente a la bomba.
Cilindrada y par
La cilindrada describe la cantidad de aceite hidráulico que el motor desplaza en cada vuelta. Se trata del parámetro más importante, ya que determina la relación entre el par y el régimen a un caudal y una presión determinados. Un mayor volumen de desplazamiento garantiza un par más elevado, pero reduce el régimen. Por el contrario, un motor con un volumen de desplazamiento reducido gira más rápido, pero genera un par menor. El rendimiento de un motor hidráulico viene determinado por la relación entre la potencia mecánica de salida y la potencia hidráulica de entrada. Los motores de pistones axiales modernos alcanzan un rendimiento global superior al 95 %, mientras que los motores de engranajes simples tienen un rendimiento que oscila entre el 80 % y el 90 %.
Circuitos abiertos y cerrados
Los motores hidráulicos funcionan tanto en circuitos abiertos como en circuitos cerrados. En un circuito abierto, la bomba aspira el aceite de un depósito y lo envía al motor, desde donde el aceite vuelve al depósito. Esta configuración es adecuada para aplicaciones con presiones medias y perfiles de carga más sencillos. En un sistema de circuito cerrado, el aceite circula directamente entre la bomba y el motor, sin pasar por el depósito. Los sistemas de circuito cerrado se utilizan cuando hay presiones de servicio elevadas, que pueden alcanzar los 450 bares, y en los accionamientos de traslación que deben cambiar de dirección con frecuencia.
Tipos de motores hidráulicos
El diseño de un motor hidráulico determina su curva de rendimiento, su eficiencia y sus límites de funcionamiento. Los cuatro modelos más comunes se distinguen por su estructura, su presión nominal y su rango de velocidad típico.
Motores de engranajes
Los motores de engranajes constituyen la solución más sencilla y económica. Dos engranajes que se engranan entre sí giran en el interior de una carcasa, mientras que el aceite a presión llena los espacios entre los dientes y acciona los engranajes. Se caracterizan por una estructura robusta, un peso reducido y un mantenimiento mínimo. Las presiones de servicio típicas pueden alcanzar los 250 bares y las velocidades de rotación son del orden de cuatro cifras. Entre sus inconvenientes, cabe destacar un rendimiento limitado a bajas revoluciones y un nivel de ruido relativamente elevado. Los motores de engranajes son adecuados para aplicaciones con carga constante y requisitos moderados en cuanto a revoluciones, como en los accionamientos de ventiladores, las amoladoras angulares o los sistemas de transporte sencillos.
Motores de paletas
Los motores de paletas utilizan un rotor provisto de paletas extensibles que gira en el interior de un estator excéntrico. El aceite a presión empuja las paletas contra la pared del estator, generando así el movimiento giratorio. Este diseño permite alcanzar altas velocidades de rotación, de hasta unos 4 000 rpm, y funciona con un par reducido. La presión de servicio admisible suele oscilar entre 150 y 170 bares, ya que la estructura de las paletas es menos resistente a presiones más elevadas. Los motores de válvulas funcionan de forma fluida y son adecuados para aplicaciones que requieren velocidades constantes y rotación reversible, como es el caso de las máquinas-herramienta o los sistemas de automatización.
Motores de pistones axiales
Los motores de pistones axiales presentan la mayor densidad de potencia y dominan el segmento de alto rendimiento. Los pistones están dispuestos en paralelo al eje del motor y son empujados por el aceite a presión contra un disco giratorio o un eje inclinado. La componente de fuerza resultante genera el movimiento rotativo. Los motores de pistones axiales funcionan a presiones de hasta 450 bares y alcanzan rendimientos volumétricos superiores al 95 %. Se utilizan tanto como motores de cilindrada fija como de cilindrada variable. Sus aplicaciones típicas son las excavadoras hidráulicas, las grúas, las máquinas de moldeo por inyección y los aerogeneradores, donde se requieren presiones elevadas, un ajuste preciso y una estructura compacta.
Motores de pistones radiales
En los motores de pistones radiales, los pistones están dispuestos en forma de estrella alrededor del eje del motor. El aceite a presión empuja los pistones radialmente hacia el exterior y la fuerza se transmite al eje a través de un anillo de regulación excéntrico. Este diseño garantiza pares muy elevados a bajas revoluciones, que en ocasiones pueden alcanzar las 30 revoluciones por minuto. Son habituales las presiones de servicio comprendidas entre 250 y 350 bares. Los motores de pistones radiales se utilizan en todas aquellas aplicaciones en las que se requieren movimientos rotativos lentos y potentes: en cabrestantes, mecanismos de rotación, mezcladoras y sistemas hidráulicos marítimos. Gracias a su robustez y a su elevado par de arranque, constituyen la primera opción para aplicaciones pesadas.
Comparación entre los diferentes tipos de construcción
| Característica | Motor de engranajes | Motor de compartimentos | Motor de pistones axiales | Motor de pistones radiales | |
|---|---|---|---|---|---|
| Presión de servicio | hasta 250 bares | hasta 170 bares | hasta 450 bares | hasta 350 bares | |
| Rango de velocidad | media a alta | alta | alta | de baja a media | |
| Par | de baja a media | bajo | de media a alta | alta | |
| Rendimiento total | del 80 al 90 % | del 85 al 92 % | del 90 al 98 % | del 88 al 95 % | |
| Costes de construcción | bajos | moderados | elevados | elevado | |
| Nivel de ruido | De medio a alto | bajo | medio | Medio |
Criterios de selección de motores hidráulicos
La elección del motor hidráulico adecuado requiere un análisis sistemático de los parámetros necesarios. Los diseñadores suelen partir del perfil de carga de la aplicación y deducir de él los parámetros necesarios.
Par y velocidad
El par requerido determina la cilindrada necesaria para una diferencia de presión determinada. Las aplicaciones con un par elevado a bajas revoluciones, como los mecanismos rotativos o los cabrestantes, requieren motores de gran cilindrada, normalmente motores de pistones radiales. Las aplicaciones a alta velocidad y par moderado, como los ventiladores o los accionamientos de bombas, pueden accionarse mediante motores de engranajes o motores de paletas. Se recomienda prever un margen de seguridad del 20 al 50 % para las cargas máximas.
Presión de servicio y tipo de circuito
La presión disponible en el sistema limita el par de salida. A presiones más elevadas, es posible utilizar motores más pequeños y compactos, manteniendo la misma potencia de salida. Los circuitos cerrados funcionan a presiones de hasta 450 bares y son adecuados para accionamientos volumétricos y cambios de dirección frecuentes. Los circuitos abiertos son adecuados para la mayoría de las aplicaciones estacionarias y presentan una estructura más sencilla.
Condiciones ambientales y posición de montaje
La temperatura, la contaminación y la posición de montaje influyen en la elección del motor y en su vida útil. A temperaturas ambiente inferiores a -20 grados Celsius o superiores a 80 grados Celsius, las juntas y los lubricantes deben adaptarse específicamente. La orientación de montaje influye en la evacuación de los fluidos del cárter y en la lubricación de los rodamientos. Los montajes horizontales no plantean ningún problema, mientras que los montajes verticales suelen requerir conductos de evacuación adicionales.
Mantenimiento y conservación de los motores hidráulicos
La fiabilidad de un motor hidráulico depende en gran medida de la calidad del fluido de funcionamiento y del cumplimiento de los intervalos de mantenimiento. Diversos estudios demuestran que entre el 80 % y el 90 % de todas las averías hidráulicas se deben a un aceite contaminado o a fluidos inadecuados.
Calidad del aceite y filtración
En el interior del motor, el fluido hidráulico cumple simultáneamente tres funciones: la transmisión de potencia, la lubricación y la disipación del calor. Las impurezas, como las partículas sólidas, el agua o el aire, aceleran el desgaste de los pistones, los segmentos de estanqueidad y las juntas. Por ello, es imprescindible una filtración eficaz mediante filtros finos, que retengan partículas de un tamaño comprendido entre 10 y 25 micrómetros, tanto en los circuitos de retorno como en los de impulsión. La pureza del aceite debe cumplir, como mínimo, con la clase 20/18/15 según la norma ISO 4406. Los análisis periódicos del aceite proporcionan información sobre el contenido de partículas, las variaciones de viscosidad y el envejecimiento químico.
Signos típicos de desgaste
Los signos de desgaste más habituales en los motores hidráulicos son las fugas en las juntas, los daños en los rodamientos y el desgaste de las superficies de deslizamiento. Las juntas del eje se desgastan debido a la carga térmica y se endurecen, lo que provoca fugas. Los problemas en los rodamientos se manifiestan mediante un aumento del juego, ruidos inusuales o un aumento de la temperatura.
Frecuencia de mantenimiento
- Cambio de aceite y sustitución del filtro: cada 1 000 a 2 000 horas de funcionamiento, en función de la carga y la antigüedad del aceite
- Inspección de las juntas: cada año o tras unas 5 000 horas de funcionamiento
- Inspección de los rodamientos: en caso de vibraciones o ruidos , o a más tardar tras 10 000 horas de funcionamiento
- Revisión general: tras 20 000 a 50 000 horas de funcionamiento, en función del modelo y del perfil de uso
Normas y especificaciones
Existen diversas normas que regulan los requisitos de seguridad, las especificaciones de rendimiento y la pureza del fluido para los motores hidráulicos. La norma DIN EN ISO 4413 define los requisitos generales de seguridad para los sistemas hidráulicos y sus componentes. La norma ISO 8426 estandariza la presentación de los datos de rendimiento de los actuadores volumétricos y garantiza la comparabilidad entre los distintos fabricantes. La norma ISO 4406 clasifica la contaminación por partículas en el aceite hidráulico, proporcionando así un punto de referencia para la pureza del aceite. La norma VDI 2501 ofrece recomendaciones para el dimensionamiento de los actuadores hidráulicos, teniendo en cuenta el rendimiento, los perfiles de carga y el diseño del sistema. Cualquier persona encargada del diseño y la puesta en marcha de motores hidráulicos debe conocer estas normas y cumplir con las especificaciones durante el diseño y la puesta en marcha.
[acordeones][acordeón título=»¿Qué es un motor hidráulico? «]Un motor hidráulico es un elemento de transmisión hidráulica que convierte la energía de presión y caudal en energía mecánica de rotación. Genera un par y una velocidad de rotación en el eje de salida y actúa como contraparte de la bomba hidráulica. [/accordion]
