Ante el cuestionamiento de qué es la hidráulica, es básico mencionar que se trata de una tecnología de fluidos y transmisión de energía, dos elementos necesarios para que ciertos mecanismos puedan funcionar. Por ejemplo, las bombas hidráulicas.
¿Qué es la hidráulica?
La hidráulica es la disciplina “que se encarga de estudiar el comportamiento y el movimiento de los fluidos. Se divide en hidrostática o estática de fluidos (estudia los fluidos en reposo) y en hidrodinámica o dinámica de fluidos (estudia los fluidos en movimiento)”.
Esta definición, de la Universidad Autónoma del estado de Hidalgo (UAEH) añade que los fluidos son todas aquellas sustancias que se deforman continuamente, es decir, que fluyen “bajo la aplicación de una tensión tangencial, por muy pequeña que sea”.
Los fluidos no se encuentran solamente en estado sólido, también pueden ser gases; la diferencia entre ambos es la fluidez, ya que los primeros tienen una mayor movilidad de sus partículas y ocupan un volumen determinado.
Esta rama de la física y de la ingeniería se enfoca en el estudio del equilibrio y el movimiento que tienen los fluidos en aplicaciones cotidianas. Por ejemplo: saneamientos, riegos, conducciones y abastecimientos, entre otras.
Por la importancia que tienen los fluidos para esta disciplina, es necesario mencionar algunas de sus propiedades, pues son la base para entender en qué consiste y cómo funciona la hidráulica. Según la UAEH, dichas propiedades son:
- Su volumen definido y entropía (magnitud termodinámica) intermedia.
- La fuerza de atracción que hay entre sus partículas (menores que en los sólidos y mayores que en los gases).
- El cambio de estado que presentan de acuerdo con la temperatura a la que se someten.
- La densidad mayor que tienen respecto a los gases.
- Su solubilidad, más rápida que en los sólidos y menor que en los gases.
A partir de esta información, podemos decir de manera concreta qué es la hidráulica. Aquella disciplina que consiste en aumentar la presión de un fluido por medio de un circuito hidráulico, con la finalidad de que dicha presión ejerza un trabajo directo en el cilindro, generalmente presente en las bombas y las válvulas hidráulicas.
Fuerza hidráulica
Uno de los conceptos que facilitan la comprensión del tema es la fuerza hidráulica, pues se trata del elemento que actúa directamente sobre el cilindro hidráulico, para que al ser presionado por un fluido, lleve a cabo acciones como abrir una puerta.
La fuerza hidráulica es un concepto relacionado con la Ley de Pascal, misma que veremos más adelante. Sin embargo, podemos mencionar que en los circuitos hidráulicos, la fuerza es la que se encarga de presionar el fluido que viene desde una bomba mecánica.
“Cuando el fluido presionado por la bomba es confinado dentro de un área restringida, como en el cuerpo de un cilindro, existe una presión y esta puede ser utilizada para facilitar el trabajo”, explica un documento de la Universidad Rafael Landívar de Guatemala.
Fundamentos teóricos de la hidráulica
Ahora es conveniente dejar claro que la hidráulica es una tecnología que apareció hace muchos años, específicamente con Arquímedes, quien es considerado como el creador de esta disciplina. Este físico e inventor griego postuló que “todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del fluido desalojado”.
Después de los trabajos y postulados que Arquímedes realizó sobre la hidráulica, el ingeniero Herón de Alejandría descubrió que no hay una presión hidrostática en el seno de los fluidos, pero puede notarse cuando el objeto sobre el que el fluido se apoya es la pared de un depósito.
Todo esto se explica en el libro “Hidráulica básica” de Edmundo Pedroza, donde detalla algunos fundamentos teóricos y momentos históricos que hicieron posible la aplicación de esta disciplina como la conocemos actualmente. Por ejemplo, antes de las aportaciones de Blaise Pascal, el italiano Benedetto Castelli hizo una de las contribuciones más importantes sobre el tema: la medición de caudal.
En la actualidad sabemos que el caudal es el volumen de un fluido que atraviesa una superficie en un tiempo determinado, generalmente se mide en litros y el tiempo se mide en segundos.
La ley o Principio de Pascal
Para entender con mayor claridad qué es la hidráulica, es necesario hablar sobre las aportaciones de Pascal, en concreto la ley que lleva su nombre. Formulada alrededor del año 1650, dicha ley se enfoca en la presión que se ejerce sobre los fluidos, como se resume en esta definición de la UAEH:
“La presión ejercida en cualquier lugar de un fluido encerrado e incompresible se transmite por igual en todas las direcciones en todo el fluido. Es decir, la presión en todo el fluido es constante”.
Este principio se puede comprobar con una esfera hueca, la cual debe perforarse en diferentes puntos y complementarse con un émbolo. “Al llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre ella mediante el émbolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma presión”, precisa la UAEH.
Una de las aplicaciones más conocidas de esta ley es la prensa hidráulica, una máquina conformada por dos cilindros que tienen émbolos de diámetros diferentes, comunicados entre sí gracias a un tubo donde reposa un líquido, generalmente aceite.
La ley de Bernoulli
Otra de las leyes que es fundamental para poder aplicar la hidráulica correctamente es la de Bernoulli, formulada casi un siglo después que el principio de Pascal. Su aparición es importante pues establece que la energía de los fluidos se debe a tres factores: el movimiento, la presión y la elevación.
Por lo tanto, cuando no hay ninguna pérdida causada por la fricción en un sistema hidráulico, la suma de las energías va a permanecer constante. Con ello, el suizo Daniel Bernoulli demostró que estas tres variables no se pueden modificar independientemente una de la otra, sino que están determinadas por la energía mecánica que hay en todo el sistema.
Las aportaciones de Bernoulli hicieron posible que la mecánica de los fluidos naciera como una ciencia, y junto con los trabajos de Pascal, fue posible que con el transcurrir de los años se desarrollaran maquinarias como las bombas hidráulicas, útiles en tareas de bombeo y recirculación de agua.
Aplicaciones de la hidráulica
La hidráulica es una disciplina fundamental en la ingeniería y tiene una amplia gama de aplicaciones en diversos campos. Algunas de las aplicaciones más destacadas son:
- Maquinaria Industrial:
- Control de prensas hidráulicas.
- Sistemas de inyección en maquinaria pesada.
- Máquinas herramientas controladas hidráulicamente.
- Automoción:
- Sistemas de frenos hidráulicos en vehículos.
- Dirección asistida hidráulica.
- Transmisiones automáticas hidráulicas.
- Construcción:
- Excavadoras y retroexcavadoras hidráulicas.
- Grúas hidráulicas.
- Equipos de compactación y demolición.
- Aeroespacial:
- Sistemas de frenado en aviones.
- Controles de vuelo hidráulicos.
- Energía:
- Centrales hidroeléctricas.
- Sistemas de control en turbinas.
- Agricultura:
- Sistemas de dirección en maquinaria agrícola.
- Equipos de riego por goteo.
- Medicina:
- Equipos médicos como sillones dentales y camillas ajustables.
- Dispositivos de asistencia y rehabilitación.
- Sistemas de Control de Agua:
- Presurización y distribución de agua.
- Compensación de presión en sistemas de fontanería.
- Dispositivos de Elevación:
- Gatos hidráulicos para elevación de vehículos.
- Plataformas elevadoras.
- Industria Naval:
- Sistemas de control de timones.
- Equipos de carga y descarga en barcos.
- Reciclaje:
- Prensas hidráulicas para compactar materiales reciclables.
- Sistemas de Puertas y Compensación de Peso:
- Compensación de peso en ascensores.
- Puertas automáticas en edificios.
Estas aplicaciones ilustran la versatilidad y la importancia de la hidráulica en la mejora de la eficiencia y el rendimiento en una amplia variedad de sectores industriales.
