¿Qué pasa con la energía?
Otra forma de entender la hidráulica es pensar en la energía.
Ya hemos visto que los cilindros hidráulicos pueden darnos más fuerza o velocidad, pero no pueden hacer las dos cosas a la vez, y eso es por la energía. Si presionas rápidamente el tubo estrecho (con un poco de fuerza), el émbolo del tubo ancho sube lentamente (con mucha fuerza). ¿A qué se debe esto? Una ley básica de la física, la ley de la conservación de la energía, dice que no podemos crear energía de la nada. La cantidad de energía que se utiliza para mover el émbolo es igual a la fuerza que se utiliza por la distancia que se mueve. Si nuestra pistola de agua produce el doble de fuerza en el extremo ancho que la que suministramos en el extremo estrecho, sólo puede moverse la mitad de la distancia. Esto se debe a que la energía que suministramos al empujar hacia abajo se transporta alrededor del tubo hasta el otro extremo. Si la misma cantidad de energía tiene que moverse ahora con el doble de fuerza, sólo puede mover la mitad de la distancia en el mismo tiempo. Por eso el extremo más ancho se mueve más lentamente que el estrecho.
La hidráulica en la práctica
En esta excavadora se puede ver cómo funciona la hidráulica.Cuando el conductor tira de una manivela, el motor de la excavadora bombea fluido hacia los tubos estrechos y los cables (mostrados en azul), obligando a los cilindros hidráulicos (mostrados en rojo) a extenderse. Los cilindros se parecen un poco a las bombas de las bicicletas que funcionan en sentido inverso. Si se juntan varios cilindros, se puede hacer que el brazo de una excavadora se extienda y se mueva como el de una persona, pero con mucha más fuerza. Los cilindros hidráulicos son los músculos de la excavadora:
Foto: En esta excavadora trabajan varios arietes hidráulicos diferentes. Los arietes se muestran con flechas rojas y los tubos hidráulicos estrechos y flexibles y los cables que los alimentan, en azul.
Cada ariete funciona como una pistola de agua impulsada por diésel en sentido inverso:
Foto: Primer plano de los arietes hidráulicos de una excavadora.
El motor está bombeando fluido hidráulico a través de uno de los tubos finos para mover el ariete más grueso hacia fuera con una fuerza mucho mayor, así:
Foto: Cómo un ariete hidráulico multiplica la fuerza.
Tal vez te preguntes cómo un ariete hidráulico puede moverse tanto hacia dentro como hacia fuera si el fluido hidráulico lo empuja siempre desde una dirección.La respuesta es que el fluido no empuja siempre en el mismo sentido. La respuesta es que el fluido no empuja siempre en la misma dirección. Cada cilindro es alimentado desde lados opuestos por dos tuberías distintas. Dependiendo de la dirección en que se mueva el fluido, el cilindro empuja hacia dentro o hacia fuera, de forma muy lenta y suave, como muestra esta pequeña animación:
Foto: Un ariete hidráulico se mueve hacia dentro o hacia fuera dependiendo de la dirección en la que fluya el fluido hidráulico.
La próxima vez que salga a la calle, vea cuántas máquinas hidráulicas puede detectar. Te sorprenderá la cantidad de camiones, grúas, excavadoras, volquetes, excavadoras y bulldozers que las utilizan.Aquí tienes otro ejemplo: un cortasetos hidráulico en la parte trasera de un tractor. El cabezal de corte tiene que ser robusto y pesado para cortar los setos y los árboles, y no hay forma de que el conductor pueda levantarlo o colocarlo a mano. Afortunadamente, los controles hidráulicos hacen todo eso automáticamente: con varias articulaciones hidráulicas, un poco como el hombro, el codo y la muñeca, la cortadora se mueve con tanta flexibilidad como un brazo humano:
Foto: Una típica cortasetos hidráulica.
Sistema hidráulico oculto
Sin embargo, no todas las máquinas hidráulicas son tan evidentes; a veces sus arietes hidráulicos están ocultos a la vista. Los ascensores mantienen su funcionamiento bien oculto, por lo que no siempre es evidente si funcionan de la manera tradicional (subiendo y bajando por un cable unido a un motor) o utilizando la hidráulica en su lugar. Los ascensores más pequeños suelen utilizar simples cilindros hidráulicos montados directamente debajo o al lado del hueco del ascensor. Son más sencillos y baratos que los ascensores tradicionales, pero pueden utilizar bastante más potencia.
Los motores son otro ejemplo en el que la hidráulica puede quedar oculta a la vista. Los motores eléctricos tradicionales utilizan el electromagnetismo: cuando una corriente eléctrica fluye a través de las bobinas de su interior, crea una fuerza magnética temporal que empuja contra un anillo de imanes permanentes, haciendo que el eje del motor gire.Los motores hidráulicos son más bien bombas que funcionan a la inversa. En un ejemplo, llamado motor hidráulico de engranajes, el fluido entra en el motor a través de una tubería, haciendo girar un par de engranajes estrechamente engranados, antes de volver a salir por otra tubería. Uno de los engranajes está conectado al eje del motor que acciona lo que el motor está impulsando, mientras que el otro («la rueda loca») simplemente gira libremente para completar el mecanismo. Mientras que un ariete hidráulico tradicional utiliza la fuerza de un fluido bombeado para empujar el ariete hacia adelante y hacia atrás una distancia limitada, un motor hidráulico utiliza un fluido que fluye continuamente para hacer girar el eje durante el tiempo que sea necesario. Si desea que el motor gire en la dirección opuesta, sólo tiene que invertir el flujo de fluido. Si quieres que gire más rápido o más lento, aumentas o disminuyes el flujo de fluido.
Imagen: Un motorreductor hidráulico simplificado. El fluido (amarillo) entra por la izquierda, hace girar los dos engranajes y sale por la derecha. Uno de los engranajes (rojo) acciona el eje de salida (negro) y la máquina a la que está conectado el motor. El otro engranaje (azul) es un rodillo loco.
¿Por qué utilizar un motor hidráulico en lugar de uno eléctrico? Mientras que un motor eléctrico potente generalmente tiene que ser muy grande, un motor hidráulico igual de potente puede ser más pequeño y más compacto, porque obtiene su energía de una bomba a cierta distancia. También se pueden utilizar motores hidráulicos en lugares en los que la electricidad no es viable o segura, por ejemplo, bajo el agua, o donde existe el riesgo de que las chispas eléctricas provoquen un incendio o una explosión. (Another option, in that case, is to use pneumatics—the power of compressed air.)
