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SISTEMA HIDRÁULICO

ING. FACUNDO RAMIREZ

La hidráulica es la ciencia que estudia las leyes que regulan el equilibrio y el movimiento de los líquidos. Se divide en dos grandes ramas: 

Hidrostática: es la ciencia que estudia el equilibrio de los líquidos y la presión que ejercen sobre los recipientes que lo contienen.

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Hidrodinámica: estudia el movimiento y la circulación de los líquidos y las fuerzas resultantes.

En su aplicación a las aeronaves la hidráulica constituye el método de transporte de potencia de un lugar a otro del avión, mediante el empleo de un líquido como agente o medio operacional. La transmisión tiene lugar por tuberías y elementos de control del líquido hidráulico. Físicamente se basa en la conversión de energía mecánica (que toma del grupo motor) en energía de presión sobre un fluido líquido, este a su vez, acciona actuadores que entregan nuevamente energía mecánica.

Los sistemas hidráulicos se emplean como medios reforzados de la acción de mando del piloto, tanto en vuelo para mover los mecanismos del avión, como de manejo del mismo en tierra. Por esta razón el sistema hidráulico es uno de los llamados sistemas de potencia del avión. Entre los usos más comunes para los cuales es destinado se pueden mencionar: mecanismo de accionamiento de tren de aterrizaje, frenado de ruedas, actuación de flaps, de frenos aerodinámicos y comandos de vuelo ( alerones y timones).

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Fluido hidráulico

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Bombas

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Actuadores hidráulicos

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Depósito

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Válvulas

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Conductores

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Filtros

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Refrigeradores

Fluidos: El fluido hidráulico es el medio transmisor de la presión hidráulica en los sistemas hidráulicos de a bordo. Se pueden distinguir dos tipos de líquidos hidráulicos, que se clasifican según su origen: líquidos hidráulicos de origen mineral y sintético. a) Liquido hidráulico de origen mineral: se utiliza en la carga de amortiguadores, frenos y sistemas hidráulicos completos. Se deben emplear retenes y mangueras sintéticas con estos tipos de líquidos. El líquido hidráulico estándar de este grupo tiene el número de especificación MIL-H-5606. Características: 

El campo operacional es de -54°C a 135°C.

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Se deriva del refino del petróleo.

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Tiene coloro rojos

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Su viscosidad es baja

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Es inhibidor de la corrosión.

b) Líquidos hidráulicos sintéticos: se deben emplear con estos líquidos sellos, retenes y mangueras de caucho etileno-propileno o de teflón. Las marcas comerciales y registradas son Skydrol 500B, Chevron Hyjet W, y versiones posteriores, pertenecen al grupo de los líquidos sintéticos. Los líquidos hidráulicos sintéticos mejoras todos los índices y propiedades de los anteriores, salvo, que son más oxidantes que los líquidos minerales. Su temperatura máxima de servicio se sitúa en torno a 150°C. Tienen tres grandes inconvenientes: 

Son caros

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Solo admiten elastómeros del tipo etileno-propileno en las juntas de estanqueidad del sistema

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Atacan a toda clase de pinturas, excepto las de poliuretano

Tipos de sistemas hidráulicos: La clasificación de los sistemas hidráulicos del avión se efectúa a partir de sus dos secciones fundamentales: sección de potencia y actuadora. Se llama sección de potencia a la parte del sistema que produce, limita y dirige la presión hidráulica necesaria para efectuar los movimientos. La sección actuadora es la parte del sistema que contiene los elementos de actuación de los mecanismos y sus unidades de transmisión.

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Estos sistemas pueden ser abiertos o cerrados Es abierto cuando la sección de potencia mantiene un valor muy bajo de la presión hidráulica operativa durante las fases en que no se actúa el mecanismo del avión o cuando tienen las válvulas electoras conectadas en serie. Se suele usar en aviación general, es un sistema poco complicado y de mantenimiento más simple que el sistema cerrado. Es cerrado cuando mantiene siempre la presión hidráulica en su valor máximo operativo debido a esto facilita la rapidez de actuación de los mecanismos, además cuenta con la posibilidad de conectar mecanismos a la línea de distribución general, donde se mantiene la presión nominal. Permite multiplicidad de servicios hidráulicos a un mismo tiempo. Sistemas hidráulicos secuenciales: Hay mecanismos en el avión cuyo desplazamiento debe ser secuencial, o por etapas, lo que complica algo el esquema hidráulico un ejemplo de este tipo de sistemas es el encargado de la extensión y retracción del tren de aterrizaje. Sistemas hidráulicos de control automático: La característica de estos sistemas es la capacidad de control de los martinetes hidráulicos, de forma automática. Se debe a los sistemas de seguimiento del movimiento, que limita su desplazamiento de forma proporcional al ajuste hecho por el piloto. Sistemas compactos: Con este nombre se conoce al equipo en el que todos sus componentes, a excepción de los martinetes, están contenidos en un mismo carácter o unidad. Pueden ser del tipo abierto o cerrado.

Requisitos generales de los sistemas hidráulicos: De acuerdo con la normativa aeronáutica los sistemas hidráulicos de los aviones comerciales deben cumplir tres tipos de requisito: el proyecto, de ensayo y de protección contra incendio. Requisitos del proyecto: Todos los componentes del sistema hidráulico deben soportar sin deformación la presión máxima operativa del sistema multiplicado por 1.5. El sistema debe tener instrumentos para indicar a la tripulación de vuelo la presión del fluido en el sistema hidráulico y la cantidad del mismo que hay en el sistema. Deben existir los medios para asegurar que la presión del sistema hidráulico se mantenga entre el 90 y 110% de la presión media de descarga de la bomba hidráulica. Cualquier período transitorio de presión hidráulica no debe sobrepasar el valor de la presión operativa de diseño del sistema. Requisitos de ensayo: Ensayo completo del sistema para asegurar que todos los elementos soportan sin deformación la operación prevista con presión de 1.5 veces la presión operativa del diseño. Que se mantiene, o son aceptables, las separaciones entre los componentes del sistema y la estructura del avión.

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Ensayos completos de compatibilidad y funcionalidad con el resto de sistemas del avión. Requisitos de protección contra incendios: Son aplicables todas las normas referidas a los fluidos inflamables de a bordo.

Bombas: Las bombas son los mecanismos que convierten la energía mecánica en hidráulica. La energía necesaria para impulsar las bombas se obtiene por motores eléctricos, motor del avión (a través de una toma de potencia), turbina de aire de impacto (RAM AIR TURBINE: RAT), movida por la presión dinámica del aire. Este último sistema de accionamiento de la bomba hidráulica es un sistema de emergencia, y se emplea en caso de avería de los sistemas principales y de respaldo. El movimiento que acciona la bomba se transforma en movimiento de fluido hidráulico. Según su caudal son de dos tipos: -Bomba de caudal constante o desplazamiento constante: Cuando el caudal de líquido que suministra es proporcional al régimen de giro de la bomba (revoluciones por minuto). Por tanto, la cantidad de líquido desplazada es fija y constante por cada revolución de la bomba. -Bombas de caudal variable o desplazamiento variable: el caudal de líquido que suministra a la salida es independiente del número de revoluciones por minuto de la bomba. La cantidad de líquido desplazada por revolución depende de las necesidades del sistema (hay situaciones en que el único flujo de líquido es que pasa por el interior de la bomba, con fines de lubricación y refrigeración).

Según sus elementos constituyentes se clasifican en: 

De cilindro y pistón

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De engranajes

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Manual

Bombas de cilindro y piston: Es la bomba estandar para sistemas de alta presion. Puede ser caudal constaten o variable. Estas bombas pueden ser accionadas mediante mecanismos que pueden ser: De biela manivela: permiten la regulacion del caudal variando el apoyo de la manivela

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De leva y resorte: regula el caudal de la bomba de dos formas, reteniendo la carrera de los pistones (b) y variando la alzada de la leva (c).

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Bombas de un solo pistón: -De simple efecto: el embolo de una sola de sus caras, provoca el movimiento del fluido

-De doble efecto: el embolo provoca el movimiento del fluido mediante ambas caras

Bombas de pistones múltiples:

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De línea

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Radiales

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Axiales. Es la más empleada

Bomba de engranajes: Se emplea en muchos sistemas hidráulicos de presión intermedia. El rendimiento volumétrico de la bomba de engranajes es relativamente bajo, pero tiene la ventaja de su fabricación sencilla. Los engranajes son dientes cilíndricos rectos. Son de caudal fijo.

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De engranaje exterior

De engranaje interior con separador

De engranaje interior sin separador:

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Bomba manual: Se trata de una bomba auxiliar cuya función es la de enviar fluido a presión en la eventualidad de falla o detención de la bomba principal. En la actualidad esta bomba es sustituida por un circuito hidráulico auxiliar paralelo al principal. En algunos aviones pequeños o antiguos se continúa utilizando.

Motores Hidráulicos Convierte la energía hidráulica en energía mecánica, usando el flujo del fluido enviado por la bomba y lo convierte en un movimiento rotatorio. Muchas veces es preferible al motor eléctrico por su menor peso y capacidad de producir un par de giro constante.

Depósitos Hidráulicos Es el recipiente que almacena al líquido hidráulico. La cantidad almacenada es suficiente para todo el sistema, con existencia de una reserva en caso de alguna fuga. Funciones generales: 1. Almacenar el líquido para el sistema 2. Compensar las pequeñas fugas (10% del total) 3. Actuar de regulador térmico 4. Permitir la des emulsión del líquido (sacar el agua proveniente de la humedad ambiente) Tipos: a) No presurizados: cuando la altitud máxima del avión es baja y cuando la presión atmosférica es suficiente para suministrar fluido hidráulico a la bomba. b) Presurizados: se emplean en aviones que vuelan a altas altitudes. Se los presuriza con una presión de 0,25 kg/cm2 a 4 kg/cm2. Se clasifican en: •

Depósitos presurizados por efecto Venturi

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Depósitos presurizados por aire a presión

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Depósitos presurizados por émbolo

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Acumuladores Hidráulicos Los acumuladores son dispositivos que almacenan energía en forma de fluido bajo presión. Debido a su capacidad para almacenar el excedente de energía y liberarlo cuando se lo necesita, son herramientas útiles para mejorar la eficiencia hidráulica. Los acumuladores hidroneumáticos aplican fuerza a líquido mediante gas nitrógeno. Los dos tipos más comunes de acumuladores hidroneumáticos son el acumulador de tipo de vejiga y el acumulador de pistón. El nombre de cada tipo indica cuál es el dispositivo que separa el gas del líquido.

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Función: 1. Prevenir el ciclaje de carga y descarga de la bomba ante posibles fugas 2. Amortiguar las oscilaciones de presión del sistema 3. Suministrar presión de emergencia en caso de averías de la bomba hidráulica 4. Permitir la expansión térmica del líquido hidráulico 5. Suplementando el trabajo de la bomba mecánica cuando ésta está por debajo de sus posibilidades de demanda máxima

Actuadores Hidráulicos Su función es generar la fuerza del sistema en base a la presión del fluido que actúa sobre las caras del émbolo, es decir transformar la presión hidráulica en movimiento. Consiste de un cilindro con un émbolo y un vástago en su interior, y con dos orificios, una para la entrada del fluido y otra para su salida. El líquido produce una fuerza que actúa en la cara superior.

Válvulas Hidráulicas Los sistemas hidráulicos tienen componentes que controlan y dirigen el líquido a los distintos subsistemas. Tipos: •

Válvulas selectoras

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Válvulas electrohidráulicas y servo válvulas

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Orificios restrictores

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Válvulas anti retorno

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Válvulas de lanzadera

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Válvulas reductoras de presión

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Interruptores de presión

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Fusibles hidráulicos

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Válvulas Selectoras Tienen la función de dirigir el líquido hidráulico a la parte adecuada del sistema.

Electroválvulas y Servo válvulas Las válvulas de accionamiento eléctrico se emplean cuando la distancia entre la cabina de mando y la posición física de la válvula en el avión es significativa. •

Electroválvula: alcanza sus posiciones de control en función de la señal eléctrica del piloto.

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Servo válvula: es la electroválvula que es capaz de realimentarse mediante un circuito de control del mecanismo de señal de posición alcanzada en cada instante. La precisión de la servo válvula es máxima.

Orificios Restrictores Se los utiliza para controlar la velocidad de movimiento de los mecanismos, regulando el caudal de líquido que puede circular. Pueden ser: •

Fijos

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Variables

Válvulas Anti retorno Restrictoras La función de esta válvula es permitir la velocidad normal de operación de los mecanismos en un sentido, cuando actúa como válvula, y velocidad restringida o limitada en el sentido opuesto cuando la válvula está cerrada. Esta última velocidad es impuesta por la cantidad de líquido que puede pasar por el orificio. Se la emplea en líneas alternativas.

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Válvulas de Lanzadera Sirve para conectar automáticamente el sistema auxiliar en caso de una falla del sistema principal. Por la línea (4) entra el líquido hidráulico y por la línea de servicio (3) se conecta con el actuador, la lanzadera (2) obtura el orificio de entrada del sistema de emergencia cuando hay presión en la línea (4). Si se produce una pérdida de presión y se activa el sistema de emergencia, la lanzadera se desplaza. De esta forma se abre la línea de emergencia.

Válvulas Reductoras de Presión Reducen la presión aguas debajo de donde están instaladas y ajustan la presión al valor previsto para los mecanismos que se encuentran enganchados en la línea. Esto se hace porque hay sistemas que no necesitan una presión tan elevada como la que suministra la bomba, o porque cierto sistema no está preparado para trabajar con dicha presión.

Interruptores de Presión Se emplean en sistemas con bombas accionadas por motores eléctricos. Cumplen una función similar que los reguladores de presión en los sistemas con bombas impulsadas mecánicamente. Además, es muy frecuente utilizar los interruptores de presión con fines de protección e indicación de averías, pues fácilmente permiten activar una luz o señal de aviso en la cabina. Funciona con la deformación de una lámina metálica que está expuesta a la presión del líquido hidráulico transmitiéndolo a unos contactos de un interruptor eléctrico para abrir o cerrar el circuito de operación de la bomba hidráulica.

Fusibles Hidráulicos Funcionan cortando el paso de líquido hidráulico cuando detectan un caudal excesivo del mismo en la tubería, propio de una rotura aguas abajo. De esta forma impide la que todo el fluido se escape al exterior. Hay dos tipos: uno detecta una caída de presión en el sistema (figura con el esquema operativo) y el otro detecta un aumento del caudal en el sistema.

Válvulas de Prioridad Son mecanismos que actúan por presión hidráulica y su función es mantener un valor mínimo de presión hidráulica en circuitos que tiene establecida una prioridad. En la figura se muestra un sistema hidráulico en el que la línea de los frenos tiene conectada una válvula de prioridad. 1. Regulador de presión 2. Válvula de alivio 3. Válvula de prioridad 4. Válvula selectora

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Conductos Hidráulicos Son el elemento esencial para la canalización hidráulica. Existen dos tipos de tuberías: •

Rígidas (metálicas): son de una aleación de aluminio (media y baja presión), de acero (alta presión) o de aleación de titanio (alta presión).

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Flexibles (elastómero o caucho sintético): se emplean en zonas en que los sistemas tienen movimiento relativo entre los equipos.

Filtros Son dispositivos que impiden la contaminación del fluido, de particular importancia es la protección frente a la contaminación sólida. La presencia de partículas puede generar efectos al sistema como: a) Impedir su funcionamiento. b) Degradar la actuación. c)

Reducir su efectividad.

d) Acelerar el desgaste. Todos los filtros se sitúan en dos categorías de filtración: a) Filtración en superficie: se dice es de filtración superficial cuando se retiene en la superficie de la malla a las partículas cuyo tamaño supera el grado de filtración utilizado. Por lo tanto, este filtro disminuye el caudal de la tubería. b) Filtración en profundidad: cuando las partículas contaminantes deben pasar por varias capas de mallas cuya porosidad disminuye en el sentido que avanza el líquido. Tiene la capacidad de retener partículas más finas y un costo de fabricación menor. Tipos según la función: •

Filtro de alimentación: se sitúa delante de la bomba hidráulica. Normalmente está fabricado con una malla de alambre.

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Filtro de pre alimentación: similar al anterior, pero de mayor capacidad filtrante. Se coloca siempre que la bomba hidráulica requiera mayor capacidad filtrante.

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Filtro Micronic o de derivación: es un cartucho de papel alisado impregnado con una resina fenólica. En el caso de taparse posee una válvula de derivación que permite pasar el fluido sin filtrarlo.

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Filtro de presión: está ubicado a la salida de la bomba hidráulica, suministra el líquido hidráulico con el grado de pureza necesario previsto por el fabricante. Son filtros hechos con una malla fina de acero inoxidable.

Radiadores No son muy usuales, no obstante, en diseños especiales pueden usarse, y su función es disipar el calor acumulado en el fluido circulante como consecuencia de su trabajo.

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Sistema hidráulico del MD-80

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Sistema hidráulico del A310

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