Volumen de desplazamiento

El volumen de desplazamiento, también conocido como volumen de aspiración o volumen de carrera, es un parámetro decisivo en la hidráulica. Describe la proporción de volumen de un líquido que es desplazado o fluye a través de un componente hidráulico, como una bomba, un motor o un cilindro, por unidad de tiempo o por unidad de movimiento. Este volumen es fundamental para determinar el rendimiento y el comportamiento operativo de los sistemas hidráulicos.

Fundamentos del volumen de desplazamiento en la hidráulica

El volumen de desplazamiento es una medida de la cantidad de fluido que mueve una unidad de desplazamiento por ciclo de trabajo. En el caso de las bombas y los motores, esto se refiere normalmente al volumen por revolución del eje de transmisión. En el caso de los cilindros, es el volumen desplazado por cada carrera del pistón. Conocer el volumen de desplazamiento es esencial para calcular el caudal de una bomba, la velocidad de un motor o la velocidad de un cilindro.

Definición y unidades

El volumen desplazado se expresa normalmente en centímetros cúbicos por revolución (cm³/rev) o metros cúbicos por segundo (m³/s). Estas unidades ilustran la relación con el movimiento del componente.

Volumen de desplazamiento geométrico

El volumen de desplazamiento geométrico es un valor teórico que se deriva exclusivamente de las dimensiones de diseño de un componente. En un cilindro hidráulico, se calcula multiplicando la superficie del pistón por la longitud de la carrera. En bombas y motores, se obtiene a partir de las dimensiones de los elementos de desplazamiento, como engranajes, paletas o pistones. Este valor no tiene en cuenta las fugas internas ni los efectos de compresibilidad del fluido.

Volumen de desplazamiento teórico y efectivo

El volumen de desplazamiento teórico suele ser algo mayor que el volumen de desplazamiento geométrico, ya que asume condiciones ideales sin pérdidas. El volumen de desplazamiento efectivo, por el contrario, es el valor realmente medido. Tiene en cuenta las fugas internas y la compresibilidad del fluido hidráulico. En las bombas, el volumen de desplazamiento efectivo es el cociente entre el caudal real y la velocidad de rotación.

Importancia del volumen de desplazamiento para los componentes hidráulicos

El volumen de desplazamiento influye de manera decisiva en los parámetros de rendimiento de las bombas, motores y cilindros hidráulicos.

Bombas hidráulicas

En las bombas hidráulicas, el volumen de desplazamiento, junto con la velocidad de rotación, determina el caudal teórico. Una bomba con un mayor volumen de desplazamiento transporta una mayor cantidad de fluido a la misma velocidad de rotación. Esto es decisivo para la velocidad a la que se puede mover un actuador.

Motores hidráulicos

En el caso de los motores hidráulicos, el volumen de desplazamiento es un indicador del par que el motor puede generar a una presión determinada. Un motor con un mayor volumen de desplazamiento genera un par más alto a la misma presión, pero también necesita un mayor caudal para alcanzar una velocidad determinada.

Cilindros hidráulicos

En los cilindros hidráulicos, el volumen de desplazamiento es directamente proporcional a la superficie del pistón y a la carrera. Determina la cantidad de fluido necesaria para mover el pistón a lo largo de una distancia determinada. Esto es relevante para calcular la velocidad del cilindro y el consumo de fluido.

Cálculo del volumen de desplazamiento

El cálculo del volumen de desplazamiento depende del tipo de componente hidráulico.

Para cilindros hidráulicos

La fórmula básica para el volumen de desplazamiento de un cilindro hidráulico de simple efecto es:

V = A * H 

Donde:

• V = el volumen de desplazamiento
• A = la superficie del pistón
• H = la longitud de la carrera

En los cilindros de doble efecto, el volumen del lado del vástago del pistón debe calcularse por separado, ya que la superficie efectiva se reduce por el vástago del pistón.

Para bombas y motores hidráulicos

En las bombas y motores de desplazamiento, el volumen de desplazamiento es el volumen que se desplaza por cada revolución del eje de transmisión. En las bombas y motores de desplazamiento variable, el volumen de desplazamiento se puede ajustar de forma variable. Esto se expresa a menudo mediante un ángulo de ajuste o un ajuste de volumen (α):

V_i = α * V_{{i, max}}

Donde:

• V_i = El volumen de desplazamiento actual
• α = El factor de ajuste (entre 0 y 1)
• V_{{i, max}} = El volumen de desplazamiento máximo

Factores influyentes y aplicaciones prácticas

El volumen de desplazamiento no es solo una magnitud teórica, sino que tiene efectos directos en el diseño y el funcionamiento de los sistemas hidráulicos.

Compresibilidad del fluido

Aunque los fluidos hidráulicos son prácticamente incompresibles, bajo alta presión puede producirse una ligera reducción de volumen. Este volumen adicional, que se comprime en el fluido a presión, debe ser suministrado por la fuente de presión cada vez que se conecta el accionamiento. En instalaciones con muchos accionamientos y grandes volúmenes, este caudal de compresión no puede descuidarse.

Fugas

Las fugas internas en bombas, motores y cilindros hacen que el volumen de desplazamiento efectivo sea menor que el geométrico. Estas fugas son un factor importante para la eficiencia de los componentes hidráulicos.

Diseño del sistema

En el diseño de sistemas hidráulicos, el volumen de desplazamiento es decisivo para la selección de los componentes adecuados. Influye en las velocidades, fuerzas y pares alcanzables, así como en el consumo de energía del sistema. Para un funcionamiento eficiente, es imprescindible ajustar con precisión el volumen de desplazamiento de la bomba a las necesidades de los actuadores.