Lección 2: Fluidos Hidráulicos

Flu

idos

Hid

rául

icos

Introducción

La vida útil del sistema hidráulico depende en gran medida de laselección y del cuidado que se tenga con los fluidos hidráulicos. Aligual que con los componentes metálicos de un sistema hidráulico, elfluido hidráulico debe seleccionarse con base en sus características ypropiedades para cumplir con la función para la cual fue diseñado.

Objetivos

Al terminar esta lección, el estudiante estará en capacidad de:

1. Describir las funciones de los sistemas hidráulicos.

2. Medir la viscosidad de los fluidos.

3. Definir el índice de viscosidad.

4. Nombrar los tipos de fluidos hidráulicos resistentes al fuego.

Siste m as H id ráu licos Bás ic os

¥ Fluid os hidráu licos

¥ Tan que hid ráulico

¥ M otores y b omb as hid ráulico s

¥ V álvu las de control d e pres ión

¥ Válvulas de con trol direccion al

¥ Válvulas de control de flujo

¥ Cilin dros

Fig. 3.2.1 Fluidos hidráulicos

Funciones de los fluidos hidráulicos

Los fluidos prácticamente son incompresibles. Por tanto, en un sistemahidráulico los fluidos pueden transmitir potencia en forma instantánea.

Por ejemplo, por cada 2.000 lb/pulg2 de presión, el aceite lubricante secomprime aproximadamente 1%, es decir, el aceite lubricante puedemantener su volumen constante cuando está bajo una presión alta. Elaceite lubricante es la materia prima con que se produce la mayoría delos aceites hidráulicos.

Las principales funciones de los fluidos hidráulicos son:

• Transmitir potencia• Lubricar• Sellar• Refrigerar

Transmisión de potencia

Puesto que un fluido prácticamente es incompresible, un sistemahidráulico lleno de fluido puede producir potencia hidráulica instantáneade un área a otra. Sin embargo, esto no significa que todos los fluidoshidráulicos sean iguales y transmitan potencia con la misma eficiencia.Para escoger el fluido hidráulico correcto, se deben tener en cuenta eltipo de aplicación y las condiciones de operación en las que funcionaráel sistema hidráulico.

Lubricación

Los fluidos hidráulicos deben lubricar las piezas en movimiento delsistema hidráulico. Los componentes que rotan o se deslizan debenpoder trabajar sin entrar en contacto con otras superficies. El fluidohidráulico debe mantener una película delgada entre las dos superficiespara evitar el calor, la fricción y el desgaste.

Acción sellante

Algunos componentes hidráulicos están diseñados para usar fluidoshidráulicos en lugar de sellos mecánicos entre los componentes. Lapropiedad del fluido de tener acción sellante depende de su viscosidad.

Unidad 3 3-2-2 Fundamentos de los Sistemas HidráulicosLección 2

Enfriamiento

El funcionamiento del sistema hidráulico produce calor a medida quese transfiere energía mecánica a energía hidráulica y viceversa. Latransferencia de calor en el sistema se realiza entre los componentescalientes y el fluido que circula a menor temperatura. El fluido a suvez transfiere el calor al tanque o a los enfriadores, diseñados paramantener la temperatura del fluido dentro de límites definidos.

Otras propiedades que debe tener un fluido hidráulico son: evitar laoxidación y corrosión de las piezas metálicas; resistencia a laformación de espuma y a la oxidación; mantener separado el aire, elagua y otros contaminantes; y mantener su estabilidad en una ampliagama de temperaturas.

Viscosidad

La viscosidad es la medida de la resistencia de un fluido para fluir auna temperatura determinada. Un fluido que fluye fácilmente tieneuna viscosidad baja. Un fluido que no fluye fácilmente tiene unaviscosidad alta.

La viscosidad de un fluido depende de la temperatura. Cuando latemperatura aumenta, la viscosidad del fluido disminuye. Cuando latemperatura disminuye, la viscosidad del fluido aumenta. El aceitevegetal es un buen ejemplo para mostrar el efecto de la viscosidadcon los cambios de temperatura. Cuando el aceite vegetal está frío, seespesa y tiende a solidificarse. Si calentamos el aceite vegetal, sevuelve muy delgado y tiende a fluir fácilmente.

Unidad 3 3-2-3 Fundamentos de los Sistemas HidráulicosLección 2

Viscosímetro Saybolt

El equipo usado generalmente para medir la viscosidad de un fluido es elviscosímetro Saybolt (figura 3.2.2). El viscosímetro Saybolt debe sunombre a su inventor George Saybolt.

La unidad de medida del viscosímetro Saybolt es el Segundo UniversalSaybolt (SUS). En el viscosímetro original, un recipiente de fluido secalienta hasta una temperatura específica. Cuando se alcanza latemperatura, se abre un orificio y el fluido drena a un matraz de 60 ml. Uncronómetro mide el tiempo que tarda en llenarse el matraz. La viscosidadse lee como los segundos que el matraz tarda en llenarse, tomando comoreferencia la temperatura del líquido. Si un fluido calentado a 23,5 0C (750F) tarda 115 segundos en llenar el matraz, su viscosidad Saybolt es de115 SUS a 23,5 0C (75 0F). Si el mismo fluido, calentado a 37,5 0C (1000F) tarda 90 segundos en llenar el matraz, su viscosidad Saybolt es de 90SUS a 37,5 0C (100 0F).

Indice de Viscosidad

El Indice de Viscosidad (IV) de un fluido es la relación del cambio deviscosidad con respecto al cambio de temperatura. Si la viscosidad delfluido cambia muy poco en una amplia gama de temperaturas, el fluidotiene un Indice de Viscosidad alto. Si a temperaturas bajas el fluido sevuelve muy espeso y a temperaturas altas se vuelve muy delgado, el fluidotiene un Indice de Viscosidad bajo. Los fluidos de la mayoría de lossistemas hidráulicos deben tener un Indice de Viscosidad alto.

Aceite lubricante

Todos los aceites lubricantes se adelgazan cuando la temperatura aumentay se espesan cuando la temperatura disminuye. Si la viscosidad de unaceite lubricante es muy baja, habrá un excesivo escape por las juntas y lossellos. Si la viscosidad del aceite lubricante es muy alta, el aceite tiende a“pegarse” y se necesitará mayor fuerza para bombearlo a través delsistema. La viscosidad del aceite lubricante se expresa con un númeroSAE, definido por la Society of Automotive Engineers. Los números SAEestán definidos como: 5W, 10W, 20W, 30W, 40W, etc.

TE R M O M ET RO

R ES IS T EN C IA

O RIFICIO V ISCO SIM ET ROSAYB OLT

M AT RA Z 60 m l.

Fig. 3.2.2 Viscosímetro Saybolt

Unidad 3 3-2-4 Fundamentos de los Sistemas HidráulicosLección 2

Entre más bajo sea el número SAE, mejor es el flujo de aceite a bajastemperaturas. Entre más alto sea el número SAE, mayor es la viscosidad delaceite y mayor su eficiencia a altas temperaturas.

Aceites sintéticos

Los aceites sintéticos se producen por procesos químicos en los quemateriales de composición específica reaccionan para producir uncompuesto con propiedades únicas y predecibles. El aceite sintético seproduce específicamente para cierto tipo de operaciones realizadas atemperaturas altas y bajas.

Fluidos resistentes al fuego

Hay tres tipos básicos de fluidos resistentes al fuego: mezclas de glicol-agua, emulsiones de aceite-agua-aceite y fluidos sintéticos.

Los fluidos agua-glicol son una mezcla de 35% a 50% de agua (el aguainhibe el fuego), glicol (químico sintético o similar a algunos compuestoscon propiedades anticongelantes) y espesantes del agua. Los aditivos seañaden para mejorar la lubricación y evitar la oxidación, la corrosión y laformación de espuma. Los fluidos a base de glicol son más pesados que elaceite y pueden causar cavitación de la bomba a altas velocidades. Estosfluidos pueden reaccionar con algunos metales y material de los sellos, y nose pueden usar con algunas clases de pintura.

Las emulsiones de agua-aceite son los fluidos resistentes al fuego máseconómicos. Al igual que en los fluidos a base de glicol, un porcentajesimilar de agua (40%), se usa como inhibidor al fuego. Las emulsionesagua-aceite se usan en sistemas hidráulicos típicos. Generalmente contienenaditivos para prevenir la oxidación y la formación de espuma.

Los fluidos sintéticos se usan bajo ciertas condiciones para cumplirrequerimientos específicos. Los fluidos sintéticos resistentes al fuego sonmenos inflamables que los aceites lubricantes y mejor adaptados pararesistir presiones y temperaturas altas.

Algunas veces los fluidos resistentes al fuego reaccionan con el material delos sellos de poliuretano y en estos casos puede requerirse el uso de sellosespeciales.

Vida útil del aceite hidráulico

El aceite hidráulico no se desgasta. El uso de filtros para remover laspartículas sólidas y contaminantes químicos alargan la vida útil del aceite.Sin embargo, eventualmente el aceite se contamina tanto que debereemplazarse. En las máquinas de construcción, el aceite se debe cambiar aintervalos de tiempos regulares.

Los contaminantes del aceite pueden usarse como indicadores de desgasteno común y de posibles problemas del sistema. Uno de los programasCaterpillar que miden los contaminantes del aceite hidráulico y utiliza losresultados como fuente de información acerca del sistema, es el AnálisisProgramado de Aceite (S•O•S).

En este punto, realice las prácticas de taller 3-2-1 y 3-2-2.

Unidad 3 3-2-5 Fundamentos de los Sistemas HidráulicosLección 2

PRACTICA DE TALLER 3.2.1: VISCOSIDAD Y TEMPERATURA DE LOS FLUIDOSNombre _________________________

ObjetivoMedir la viscosidad y la temperatura de los fluidos seleccionados.

Material necesario1. Agua del grifo (16 onz)2. Dos recipientes vacíos de 1/4 de galón de capacidad3. Viscosímetro4. Aceite hidráulico (16 onz)5. Cronómetro

Procedimiento1. Tape con un dedo el orificio que se encuentra en la parte inferior del viscosímetro.

2. Llene completamente el viscosímetro con aceite hidráulico.

3. Tenga listo el cronómetro para medir el tiempo de drenaje del viscosímetro.

4. Coloque el viscosímetro lleno de aceite sobre un recipiente vacío. Inicie el cronómetro al mismo tiempo que quita el dedo del orificio de drenaje del viscosímetro. Detenga el cronómetro cuando el aceite deje de fluir.

5. Anote los segundos en la casilla correspondiente de la tabla.

6. Limpie el viscosímetro usando una toalla de papel.

7. Tape con un dedo el orificio que se encuentra en la parte inferior del viscosímetro.

8. Llene completamente el viscosímetro con agua.

9. Tenga listo el cronómetro para medir el tiempo de drenaje del viscosímetro.

10. Coloque el viscosímetro lleno de agua sobre un recipiente vacío. Inicie el cronómetro al mismo tiempo que quita el dedo del orificio de drenaje del viscosímetro. Detenga el cronómetro cuando el agua deje de fluir .

11. Escriba los segundos en la casilla correspondiente de la tabla.

A. Compare los dos valores hallados. Explique.

El agua drenó en 4 segundos menos que el tiempo enque tardó en drenar el aceite. La viscosidad del aguaes mucho menor.

Unidad 3 - 1 - Fundamentos de los Sistemas HidráulicosCopia del Instructor: Práctica de Taller 3.2.1

Cop

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el I

nstr

ucto

r:P

ráct

ica

de T

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r 3.

2.1

SUBSTANCIA TIEMPO (SEGS.)

ACEITE

AGUA

PRACTICA DE TALLER 3.2.1: VISCOSIDAD Y TEMPERATURA DE LOS FLUIDOSNombre _________________________

ObjetivoMedir la viscosidad y la temperatura de los fluidos seleccionados.

Material Necesario1. Agua del grifo (16 onz.)2. Dos recipientes vacíos de 1 cuarto de galón de capacidad3. Viscosímetro4. Aceite hidráulico (16 onz.)5. Cronómetro

Procedimiento1. Tape con un dedo el orificio que se encuentra en la parte inferior del viscosímetro.

2. Llene completamente el viscosímetro con aceite hidráulico.

3. Tenga listo el cronómetro para medir el tiempo de drenaje del viscosímetro.

4. Coloque el viscosímetro lleno de aceite sobre un recipiente vacío. Inicie el cronómetro al mismo tiempo que quita el dedo del orificio de drenaje del viscosímetro. Detenga el cronómetro cuando el aceite deje de fluir.

5. Anote los segundos en la casilla correspondiente de la tabla.

6. Limpie el viscosímetro usando una toalla de papel.

7. Tape con un dedo el orificio que se encuentra en la parte inferior del viscosímetro.

8. Llene completamente el viscosímetro con agua.

9. Tenga listo el cronómetro para medir el tiempo de drenaje del viscosímetro.

10. Coloque el viscosímetro lleno de agua sobre un recipiente vacío. Inicie el cronómetro al mismo tiempo que quita el dedo del orificio de drenaje del viscosímetro. Detenga el cronómetro cuando el agua deje de fluir .

11. Escriba los segundos en la casilla correspondiente de la tabla.

A. Compare los dos valores hallados. Explique.

Unidad 3 - 1 - Fundamentos de los Sistemas HidráulicosCopia del Estudiante: Práctica de Taller 3.2.1

Cop

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stud

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alle

r 3.

2.1

SUBSTANCIA TIEMPO (SEGS.)

ACEITE

AGUA

PRACTICA DE TALLER 3.2.2: TEMPERATURA DE UN FLUIDO A PRESION

Objetivo

Medir la temperatura de un fluido a presión.

Material necesario

1. Termómetro2. Equipo de capacitación de hidráulica básica

Procedimiento

1. Monte el circuito hidráulico mostrado en la figura 3.2.2.

2. Gire al máximo a la derecha el tornillo de ajuste de la válvula de alivio en línea.

3. Introduzca el bulbo del termómetro en el fluido del tanque y espere un minuto.

4. Lea la temperatura y anote el valor en la tabla de la hoja siguiente. (Las respuestas puedenvariar de acuerdo con el uso que tuvo el sistema antes de la prueba).

5. Ponga en contacto el bulbo del termómetro con la parte frontal de la válvula de alivio en línea yespere un minuto.

6. Lea la temperatura y anote el valor en la tabla de la hoja siguiente. (Las respuestas puedenvariar de acuerdo al uso dado al sistema antes de la prueba).

7. Active el equipo de capacitación y ajuste la presión de la válvula de alivio del sistema a 850lb/pulg2.

8. Gire con cuidado al máximo a la izquierda el tornillo de ajuste de la válvula de alivio en línea.

Unidad 3 - 1 - Fundamentos de los Sistemas HidráulicosCopia del Instructor: Práctica de Taller 3.2.2

Cop

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nstr

ucto

r:P

ráct

ica

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r 3.

2.2

BO MBA

TA NQ UE

VA LV UL A D EAL IVIO D EL

SIS TE MAVA LV UL A D EAL IVIO DE

R ES PA LD O

VALVU LA DEA LIV IO EN LIN EA

1 11 1

2

2

Fig. 3.2.2 Circuito

Nombre ________________________________

PRACTICA DE TALLER 3.2.2: TEMPERATURA DE UN FLUIDO A PRESION(continuación)

9. Gire a la derecha el tornillo de ajuste de la válvula de alivio en línea hasta cuando el manómetro alcance una presión de 600 lb/pulg2.

10. Deje que el sistema funcione por 5 minutos con este ajuste.

11. Introduzca de nuevo el bulbo del termómetro en el fluido del tanque y espere un minuto.

12. Lea la temperatura y anote el valor en la tabla.

13. Ponga en contacto el bulbo del termómetro con la parte frontal de la válvula de alivio en línea y espere un minuto.

14. Lea la temperatura y anote el valor en la tabla.

A. ¿La temperatura del tanque es la misma en ambos casos?

Si No __X__

B. ¿Por qué?La fricción causada por el flujo de aceite a través de la válvula de alivio produce calor en

ésta. El calor se elimina a medida que el flujo de aceite del sistema pasa por la válvula. Elresultado es un aumento de temperatura del aceite del sistema.

C. ¿Qué produce el aumento de temperatura en la válvula de alivio en línea?La fricción causada por el flujo de aceite a través de la válvula de alivio produce calor en la

válvula de alivio.

D. Si la presión de la válvula de alivio en línea se aumenta a más de 600 lb/pulg2, ¿qué pasaríacon la temperatura del aceite del sistema? La temperatura del aceite del sistema aumentaría aún más.

15. Mida cualquier temperatura adicional que desee. Finalmente, desactive el equipo decapacitación y desconecte todas las tuberías.

Unidad 3 - 2 - Fundamentos de los Sistemas HidráulicosCopia del Instructor: Práctica de Taller 3.2.2

D EP OS ITO

VA LVU LA DEA L IVIO

E N LIN EA

A N TE S D ELA R RA NQ UE

DES PU ES D E5 MINU TO S

PRACTICAS DE TALLER 3.2.2: TEMPERATURA DE UN FLUIDO A PRESION

Objetivo

Medir la temperatura de un fluido a presión.

Material necesario

1. Termómetro2. Equipo de capacitación de hidráulica básica

Procedimiento

1. Monte el circuito hidráulico mostrado en la figura 3.2.2.

2. Gire al máximo a la derecha el tornillo de ajuste de la válvula de alivio en línea.

3. Introduzca el bulbo del termómetro en el fluido del tanque y espere un minuto.

4. Lea la temperatura y anote el valor en la tabla de la hoja siguiente. (Las respuestas puedenvariar de acuerdo al uso que tuvo el sistema antes de la prueba).

5. Ponga en contacto el bulbo del termómetro con la parte frontal de la válvula de alivio en línea yespere un minuto.

6. Lea la temperatura y anote el valor en la tabla de la hoja siguiente. (Las respuestas puedenvariar de acuerdo con el uso dado al sistema antes de la prueba).

7. Active el equipo de capacitación y ajuste la presión de la válvula de alivio del sistema a 850lb/pulg2.

8. Gire con cuidado al máximo a la izquierda el tornillo de ajuste de la válvula de alivio en línea.

Unidad 3 - 1 - Fundamentos de los Sistemas HidráulicosCopia del Estudiante: Práctica de Taller 3.2.2

Cop

ia d

el E

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e:P

ráct

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r 3.

2.2

BO MBA

TA NQ UE

VA LV UL A D EAL IVIO D EL

SIS TE MAVA LV UL A D EAL IVIO DE

R ES PA LD O

VALVU LA DEA LIV IO EN LIN EA

1 11 1

2

2

Fig. 3.2.2 Circuito

Nombre______________________________________

Nombre _________________________

PRACTICAS DE TALLER 3.2.2: TEMPERATURA DE UN FLUIDO A PRESION(continuación)

9. Gire a la derecha el tornillo de ajuste de la válvula de alivio en línea hasta cuando el manómetro alcance una presión de 600 lb/pulg2.

10. Deje que el sistema funcione por 5 minutos con este ajuste.

11. Introduzca de nuevo el bulbo del termómetro en el fluido del tanque y espere un minuto.

12. Lea la temperatura y anote el valor en la tabla.

13. Ponga en contacto el bulbo del termómetro con la parte frontal de la válvula de alivio en línea y espere un minuto.

14. Lea la temperatura y anote el valor en la tabla.

A.¿La temperatura en el tanque es la misma en ambos casos?

Sí_______ No _______

B. ¿Por qué?

C. ¿Qué produce el aumento de temperatura en la válvula de alivio en línea?

D. Si la presión de la válvula de alivio en línea se aumenta a más de 600 lb/pulg2,¿qué pasaría con la temperatura del aceite del sistema?

15. Tome cualquier temperatura adicional que desee. Finalmente, desactive el equipo decapacitación y desconecte todas las tuberías.

Unidad 3 - 2 - Fundamentos de los Sistemas HidráulicosCopia del Estudiante: Práctica de Taller 3.2.2

D EP OS ITO

VA LVU LA DEA L IVIO

E N LIN EA

A N TE S D ELA R RA NQ UE

DES PU ES D E5 MINU TO S

Nombre: _________________________

SISTEMA HIDRAULICO BASICO - FLUIDO HIDRAULICO - EXAMEN

Llene los espacios correspondientes con la respuesta correcta.

1. Las funciones principales de los fluidos hidráulicos son:

Transmitir fuerza

Lubricar

Sellar

Enfriar

2. La medida de la resistencia de un fluido a fluir a una temperatura específica se llamaviscosidad.

3. Todo aceite lubricante se adelgaza cuando la temperatura aumenta y se espesa cuandola temperatura disminuye.

4. La relación del cambio de viscosidad de un fluido con respecto al cambio de temperatura sellama Indice de Viscosidad .

5. Nombre los tres tipos básicos de fluidos resistentes al fuego.

Fluidos a base de glicol

Emulsión agua-aceite

Fluidos sintéticos

Unidad 3 - 1 - Fundamentos de los Sistemas HidráulicosCopia del Instructor: Examen 3.2.1

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en 3

.2.1

Nombre: _________________________

SISTEMA HIDRAULICO BASICO - FLUIDO HIDRAULICO - EXAMEN

Llene los espacios correspondientes con la respuesta correcta.

1. Las funciones principales de los fluidos hidráulicos son:____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

2. La medida de la resistencia de un fluido a fluir a una temperatura específica se llama__________.

3. Todo aceite lubricante se cuando la temperatura aumenta y se cuando latemperatura disminuye.

4. La relación del cambio de viscosidad de un fluido con respecto al cambio de temperatura sellama ______________________.

5. Nombre los tres tipos básicos de fluidos resistentes al fuego.

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

Unidad 3 - 1 - Fundamentos de los Sistemas HidráulicosCopia del Estudiante: Examen 3.2.1

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