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Motores neumáticos

Los motores neumáticos son actuadores que transforman la energía almacenada en el aire comprimido en trabajo mecánico, ya sea rotativo o alternativo. Destacan por su ligereza y compacidad y ofrecen una densidad de potencia comparable o incluso superior a la de motores eléctricos equivalentes. Además, comparten con los sistemas hidráulicos ventajas importantes, como la seguridad en atmósferas explosivas, ya que no generan arcos eléctricos ni chispas, y la capacidad de transmitir un par elevado en relación con su peso.

Frente a la tecnología oleohidráulica, también presenta ventajas operativas específicas. En cuanto a la gestión térmica, el aire se enfría al expandirse y al realizar trabajo. Esto proporciona un efecto refrigerante natural que evita la acumulación de calor, incluso durante trabajos prolongados bajo carga, a diferencia de los motores hidráulicos.

En cuanto a la infraestructura, las redes de distribución de aire comprimido son más sencillas y económicas de instalar. Como el aire es un fluido inocuo, no se requieren líneas de retorno. Tras su expansión, puede evacuarse directamente a la atmósfera. Además, en caso de fuga, no existe riesgo de contaminación del suelo ni de incendio. Por ello, estos motores son especialmente adecuados para trabajos en túneles y en explotaciones mineras.

En el ámbito de la edificación y la obra civil, los motores neumáticos constituyen la solución estándar para accionar herramientas portátiles y equipos de elevación. Entre ellos se incluyen amoladoras, llaves de impacto, polipastos y cabrestantes. Su elevada frecuencia de impacto también los hace especialmente adecuados para martillos rompedores, perforadoras y vibradores de hormigón. En estas aplicaciones, la fiabilidad en entornos con polvo y vibraciones intensas es un requisito fundamental.

Desde el punto de vista técnico, los motores neumáticos presentan las siguientes características diferenciales frente a los motores eléctricos e hidráulicos:

Elevada relación potencia-peso: su diseño simplificado permite fabricar unidades más ligeras y compactas que las de un motor eléctrico de potencia equivalente. Esto facilita su integración en herramientas manuales y en espacios reducidos.
Seguridad ambiental: al no utilizar electricidad, son intrínsecamente seguros en atmósferas explosivas, húmedas, polvorientas o corrosivas. Además, ofrecen una elevada resistencia a impactos mecánicos y vibraciones.
Gestión térmica por expansión: la disminución de la temperatura asociada a la expansión del aire evita la acumulación de calor incluso tras largos periodos de funcionamiento a plena carga. De este modo, se elimina el riesgo de quemaduras por contacto y se reduce el riesgo de incendio en el entorno de trabajo.
Flexibilidad de control y reversibilidad: el par y la velocidad pueden regularse de forma continua mediante válvulas de estrangulamiento. Su baja inercia rotacional permite arrancar, detener e invertir el sentido de giro prácticamente al instante.
Tolerancia al calado: pueden detenerse a carga máxima sin sufrir daños internos. A diferencia de los motores eléctricos, no existe riesgo de sobreintensidad. Una vez eliminada la sobrecarga, el motor recupera inmediatamente su funcionamiento normal.
Sencillez y bajo mantenimiento: la ausencia de sistemas eléctricos y la robustez de sus componentes mecánicos reducen las necesidades de mantenimiento. Como resultado, ofrecen una elevada fiabilidad en ciclos continuos de arranque y parada.

Aunque los tipos y principios de funcionamiento de los motores neumáticos son similares a los de los motores hidráulicos, en ambos casos existen variantes de paletas, pistones y engranajes. Sin embargo, su comportamiento difiere debido a las propiedades del fluido de trabajo. El aceite es prácticamente incompresible, lo que permite movimientos rígidos y precisos. El aire, por el contrario, es altamente compresible. Esta característica proporciona una respuesta más suave ante las variaciones de carga, aunque el control de velocidad resulta menos preciso si no se emplean reguladores específicos.

Os dejo algunos vídeos sobre este tipo de motores.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Motores hidráulicos

Un motor hidráulico es un actuador mecánico que convierte la energía hidrostática —presión y caudal— de un fluido incompresible, generalmente aceite mineral, en energía mecánica rotativa. A diferencia de las bombas, que suministran energía al fluido, los motores la extraen para generar un par motor (M) y una velocidad angular (ω) en el eje de salida.

En el ámbito de la ingeniería civil y de la maquinaria pesada, estos dispositivos son componentes esenciales de los sistemas de transmisión hidrostática. Sus aplicaciones más habituales abarcan los sistemas de traslación —accionamiento de orugas en excavadoras y mandos finales en maquinaria de movimiento de tierras—, los sistemas de elevación y tracción —cabrestantes, grúas torre y tornos de perforación— y los implementos auxiliares —mecanismos de dirección asistida, martillos hidráulicos y rotación de torretas—.

Conviene distinguir estos motores de las turbinas hidráulicas —Pelton, Francis o Kaplan—. Las turbinas son máquinas de flujo continuo destinadas a la generación eléctrica a gran escala mediante el aprovechamiento de la energía cinética y potencial del agua. Los motores empleados en la construcción son, por el contrario, máquinas de desplazamiento positivo, que permiten un control preciso de la velocidad, una alta densidad de potencia y la capacidad de entregar el par máximo desde el arranque, características indispensables para el trabajo en obra y en minería.

A diferencia de los motores eléctricos o de combustión interna, el motor hidráulico no es una máquina motriz primaria, sino un actuador rotativo. Su funcionamiento depende de una fuente de potencia hidráulica externa, generalmente una bomba de desplazamiento positivo impulsada por un motor térmico o eléctrico. Pese a la doble conversión de energía, de mecánica a hidráulica y de nuevo a mecánica, el conjunto motor-bomba-actuador resulta eficiente y competitivo en maquinaria pesada gracias a su elevada densidad de potencia y robustez mecánica.

Una de las ventajas más relevantes de la tecnología oleohidráulica es su capacidad para funcionar como un sistema de transmisión de variación continua. Mediante una bomba de caudal variable, habitualmente de pistones axiales con plato oscilante, es posible regular la velocidad del motor con precisión y progresividad. Dado que la velocidad angular del motor (ω) es directamente proporcional al caudal (Q) suministrado por la bomba e inversamente proporcional a su cilindrada unitaria (Vd), el sistema ofrece las siguientes prestaciones:

Control continuo de velocidad: variación de cero a su valor máximo sin escalonamientos.
Reversibilidad instantánea: cambio del sentido de giro mediante la inversión de la dirección del flujo en la bomba, sin necesidad de engranajes inversores.
Gestión del par a baja velocidad: capacidad de mantener un par motor elevado incluso a velocidades extremadamente bajas, prestación que las transmisiones mecánicas convencionales no pueden ofrecer sin un desgaste severo del embrague.

Los motores hidráulicos presentan una serie de ventajas frente a los motores eléctricos o mecánicos en aplicaciones de alto par y condiciones de trabajo severas:

Alta densidad de potencia: su diseño compacto y robusto permite que, a igual potencia, un motor hidráulico ocupe entre un 25 % y un 50 % del volumen de un motor eléctrico equivalente, lo que facilita su integración en espacios reducidos, como el interior de las orugas de una excavadora.
Baja inercia rotacional: la reducida masa móvil en relación con el par aplicado permite aceleraciones, frenados y cambios de giro casi instantáneos, lo cual resulta fundamental para el control de implementos y de sistemas de dirección.
Tolerancia al calado: pueden detenerse a carga máxima sin sufrir daños térmicos ni mecánicos, ya que el exceso de presión se libera a través de válvulas de seguridad. Un motor eléctrico, bajo las mismas condiciones, sufriría una sobreintensidad que lo dañaría en cuestión de segundos.
Transmisión elástica: el fluido hidráulico actúa como amortiguador frente a picos de carga e impactos mecánicos, proporcionando un acoplamiento semielástico que protege la integridad de la transmisión.
Autolubricación y durabilidad: al operar en contacto permanente con aceite mineral a presión, todos los componentes internos se mantienen lubricados de forma continua, lo que minimiza el desgaste por fricción y prolonga la vida útil del equipo, incluso en ambientes con polvo o humedad.
Control independiente de velocidad y par: mediante válvulas proporcionales es posible regular el movimiento con gran precisión, sin necesidad de variadores de frecuencia electrónicos.
Seguridad en ambientes críticos: al no generar chispas ni requerir cableado eléctrico de alta potencia en el punto de actuación, resultan adecuados para trabajos en minería, en ambientes con riesgo de explosión o en aplicaciones sumergidas.

Atendiendo a su capacidad de entrega de par (M) y régimen de giro (n), los motores hidráulicos se clasifican en tres grupos:

Motores de elevado par y baja velocidad: generalmente con pistones radiales o axiales. Se caracterizan por su gran cilindrada, lo que les permite operar a velocidades de giro muy bajas —en ocasiones inferiores a 1 rpm— con total estabilidad. Son los más empleados en los mandos finales de tracción.
Motores de par y de velocidad medios: principalmente de paletas, engranajes o pistones. Ofrecen un comportamiento equilibrado para funciones auxiliares que exigen ciclos de trabajo continuos sin esfuerzos de arranque extremos.
Motores de alta velocidad: de engranajes o de pistones axiales. Diseñados para alcanzar regímenes elevados —hasta 5.000 rpm o más—, con una cilindrada unitaria menor que los hace más ágiles, aunque con menor capacidad de par.

En general, existe una relación inversamente proporcional entre el par entregado y la velocidad de giro: los motores de elevado par operan a bajas revoluciones, mientras que los de alta velocidad presentan una menor cilindrada unitaria y, con ello, una capacidad de par más limitada.

En este vídeo se resumen las ideas más interesantes sobre los motores hidráulicos.

Os dejo algunos vídeos más sobre este tipo de motores.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Depósitos de almacenamiento de aire comprimido

Una instalación de aire comprimido incorpora uno o varios depósitos acumuladores, habitualmente denominados calderines, cuyo tamaño se adapta a la capacidad del compresor, al sistema de regulación, a la presión de trabajo y a las variaciones en el consumo de la obra o de la planta.

El depósito, que consiste en un cilindro de acero en disposición horizontal o vertical, se diseña conforme a lo establecido en el reglamento de equipos a presión y sus instrucciones técnicas complementarias, lo que implica el cálculo de espesores, la realización de pruebas de presión, la ejecución de soldaduras homologadas y la elaboración de la documentación necesaria para su puesta en servicio.

Los depósitos se dotan de manómetro, válvulas de seguridad frente a sobrepresión, puerta de registro para inspección interior y grifo de purga situado en el punto más bajo, destinado a evacuar el agua condensada, el aceite y las partículas sólidas acumuladas en el fondo.

Las funciones principales del depósito de almacenamiento son las siguientes: almacenar aire comprimido para atender demandas que superen momentáneamente la capacidad del compresor; contribuir al enfriamiento del aire y facilitar la eliminación de humedad residual mediante purgas; igualar las variaciones de presión en la red y amortiguar las pulsaciones de caudal propias de los compresores alternativos; y regular las demandas punta, evitando arranques y paradas frecuentes del compresor con la consiguiente reducción del consumo energético. De forma orientativa, se recomienda un volumen de acumulación de entre 6 y 10 litros por cada litro por segundo de caudal del compresor, según la estabilidad requerida por la instalación.

La capacidad del depósito V, expresada en metros cúbicos, puede calcularse en función del caudal aspirado Q del compresor, expresado en metros cúbicos por minuto: V=1,12·√Q

Calderín de aire comprimido en una instalación.

Os dejo un vídeo explicativo. Espero que os resulte de interés.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Bombas de pistones axiales

Las bombas de pistones axiales constituyen el componente de mayor sofisticación tecnológica en los sistemas de transmisión de potencia oleohidráulica. Su configuración se basa en un bloque de cilindros rotativo que alberga varios pistones dispuestos en paralelo al eje de accionamiento. El movimiento alternativo de los pistones se debe al contacto de sus cabezas con un plato inclinado u oscilante. A medida que el bloque de cilindros gira, los pistones siguen la geometría del plato, realizando la carrera de aspiración cuando se alejan de la placa de válvulas y la de impulsión cuando se acercan a ella.

Desde el punto de vista del diseño, existen dos configuraciones principales. En las de eje alineado, el bloque de cilindros y el eje motor son colineales y el desplazamiento se regula mediante la inclinación del plato oscilante. En las de eje inclinado, el bloque de cilindros forma un ángulo respecto al eje de accionamiento, lo que permite carreras más largas y, en general, una mayor eficiencia mecánica y una mayor capacidad de presión. Estas bombas suelen integrar cojinetes de empuje de alta resistencia para absorber las cargas axiales del bombeo y, en determinados modelos, pequeñas bombas de engranajes de precarga para mantener la presión de pilotaje o el cierre de las válvulas de control.

Sección de una bomba de pistones axiales de caudal constante

La versatilidad de la bomba de pistones axiales radica en su capacidad para ofrecer un caudal variable de manera eficiente. Al modificar el ángulo del plato oscilante mediante un servocontrol hidráulico o electrónico, el ingeniero puede ajustar el volumen desplazado por carrera desde cero hasta su valor nominal máximo. Esta característica es fundamental en la maquinaria de movimiento de tierras, como excavadoras o tuneladoras, donde se requiere adaptar la potencia hidráulica a la resistencia del terreno en tiempo real, manteniendo un aprovechamiento óptimo del motor térmico mediante un control de potencia constante.

Por último, cabe señalar que estos equipos no solo operan como generadores de flujo, sino que su diseño reversible también les permite funcionar como motores hidráulicos de alta densidad de potencia. De este modo, el fluido a presión entra en los cilindros y obliga al bloque a girar al reaccionar contra el plato inclinado, transformando la energía hidráulica en par mecánico para el accionamiento de orugas, de implementos de perforación o de cabrestantes. Debido a sus estrechas tolerancias de fabricación, requieren un mantenimiento riguroso del sistema de filtrado de aceite, ya que cualquier contaminante sólido puede comprometer la estanqueidad de la placa de distribución y reducir drásticamente su rendimiento volumétrico.

Bomba/motor hidráulico de pistones axiales mod. LUCAS HD.

Os dejo algunos vídeos sobre esta bomba axial. Espero que os sean de interés.

Axial_Piston_Pump_Technology

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

¿Cómo se mueve el aire a cientos de metros de profundidad? El arte de la ventilación minera.

Trabajar a cientos de metros bajo la superficie terrestre no solo supone un desafío logístico o geológico, sino también uno biológico. En un entorno donde la circulación natural del aire es inexistente y los gases nocivos representan una amenaza constante, la supervivencia depende de una ingeniería que suele pasar desapercibida: los sistemas de ventilación. Lo que a simple vista parece un «ventilador gigante» es, en realidad, una pieza de precisión crítica diseñada para aportar aire al interior de la roca.

A continuación, se analiza cómo estas máquinas electromecánicas son esenciales para movilizar aire y gases y garantizar la seguridad de los trabajadores al compensar las pérdidas de presión en los circuitos mineros. Con un enfoque práctico, se detallan las propiedades físicas del aire, los distintos tipos de tecnologías, como los ventiladores axiales y centrífugos, y la importancia de la eficiencia energética en su funcionamiento.

También se analizan criterios fundamentales, como el rendimiento mecánico, los métodos de regulación del caudal y las normativas de mantenimiento preventivo. Finalmente, se subraya que una elección técnica y económica adecuada permite optimizar la productividad y la ventilación en entornos de excavación profunda.

No todos los «sopladores» son iguales (la jerarquía de la presión).

En el lenguaje coloquial, suele llamarse «ventilador» a cualquier equipo que mueve aire. Sin embargo, en la ingeniería de minas, la precisión terminológica es el primer paso para evitar fallos de diseño. La distinción fundamental no radica en el tamaño, sino en el rango de presión que el equipo es capaz de generar para superar las resistencias del circuito.

Ventiladores: son equipos que operan a presiones inferiores a 100 mbar. Son los caballos de batalla que mueven volúmenes masivos de aire y compensan las pérdidas naturales del sistema.
Soplantes: operan en un rango intermedio, entre 100 y 2000 mbar.
Compresores: diseñados para presiones elevadas, superiores a 2000 mbar.

Subestimar esta clasificación pone en riesgo la calidad del aire respirable.

«El ventilador es parte esencial de un sistema de ventilación en minería subterránea, ya que está diseñado para generar una diferencia de presión que permite su desplazamiento».

El dilema axial vs. centrífugo (caudal, presión y reversibilidad).

La elección de la tipología de ventilador no solo depende del volumen, sino también de la estrategia operativa. Aquí es donde cobran sentido los conceptos de ventiladores principales, secundarios y auxiliares.

Ventiladores centrífugos (radiales): el aire entra axialmente y se expulsa perpendicularmente a la entrada debido a la fuerza centrífuga. Generan presiones muy altas, por lo que son ideales como ventiladores principales en minas profundas o en redes con configuraciones geométricas complejas de alta resistencia. Son robustos y toleran bien el polvo, aunque su rendimiento decae drásticamente fuera de su punto de diseño.
Ventiladores axiales: el flujo es paralelo al eje. Tradicionalmente se les ha considerado equipos de «bajo esfuerzo», pero la realidad técnica es más compleja: los modelos modernos pueden alcanzar presiones estáticas superiores a las de los centrífugos, con una eficiencia global mucho más elevada. Su gran ventaja estratégica es la reversibilidad, una característica vital en los protocolos de emergencia para revertir el flujo de aire ante un incendio. Además, su versatilidad en la regulación los hace perfectos tanto para funciones principales en trayectos rectos como para la ventilación secundaria o auxiliar.

En este análisis, se deben considerar las pérdidas por choque y la capacidad de regulación, ya que elegir el equipo equivocado puede provocar la acumulación de gases, incluso si el ventilador parece «mover aire».

El «híbrido» inteligente (el flujo mixto).

Cuando la red minera presenta una complejidad moderada —ni tan simple como la de un axial básico ni tan restrictiva como la de un centrífugo masivo—, surge el ventilador de flujo mixto. Su diseño impulsa el aire en una dirección oblicua, combinando lo mejor de ambos tipos.

La verdadera «verdad» detrás del flujo mixto es su eficiencia operativa: este equipo requiere menos RPM (revoluciones por minuto) que un centrífugo para alcanzar el mismo caudal y la misma presión. Esto se traduce directamente en un menor nivel de ruido y un menor desgaste mecánico, por lo que es la opción inteligente para optimizar el rendimiento global en sistemas de ventilación secundaria de trayectos largos.

La geometría es el enemigo (el «punto de funcionamiento»).

Un ventilador nunca trabaja en el vacío, sino que lucha constantemente contra la mina. La rugosidad de las rocas, los codos de las galerías y los obstáculos de los túneles crean una «curva característica del sistema».

El éxito de la ventilación radica en encontrar el punto de funcionamiento, es decir, la intersección exacta entre la curva de rendimiento del ventilador y la de resistencia de la mina. Si estas curvas no coinciden, el sistema será ineficiente o inestable. Un diseño que ignore el rendimiento manométrico (es decir, la eficiencia con la que se genera presión útil) acabará desperdiciando energía y comprometiendo la seguridad en los frentes de trabajo.

Un ventilador mal dimensionado no solo es un error técnico, sino también una zona mal ventilada que permite la acumulación de gases peligrosos y una fuga constante de capital en la factura eléctrica.

El poder de la velocidad variable (VSD).

La minería del futuro es dinámica, no estática. Las necesidades de aire varían según la fase en la que nos encontremos: perforación, voladura, carga o sostenimiento. Aquí es donde los sistemas de velocidad variable (VSD) marcan la diferencia.

A diferencia de los ventiladores de velocidad fija, que operan a un régimen constante e ignoran la demanda real, los VSD permiten ajustar el caudal en tiempo real. Este control no solo mejora el rendimiento global del sistema, sino que también es fundamental para la minería sostenible, ya que permite ahorrar energía y prolongar la vida útil del motor al reducir el estrés mecánico.

Conclusión: hacia una responsabilidad ética.

La ventilación minera es un ejercicio de equilibrio entre la física de los fluidos y la economía de la explotación. Sin embargo, más allá de los mbar y los caudales, existe una responsabilidad que ningún programa informático de cálculo puede sustituir. Como se enseña en el ámbito académico de la ingeniería:

«La respuesta ante un caso particular requerirá siempre un análisis específico para dictaminar la idoneidad de la solución y los riesgos asumidos, así como las incidencias en los costes de explotación».

Nuestra prioridad no debe ser el equipo más económico del catálogo, sino aquel que garantice que cada trabajador regrese a casa con los pulmones limpios.

En un entorno en el que el aire fresco es el recurso más valioso y vital de la operación, ¿elegimos nuestras máquinas por su precio de compra o por su capacidad para mantenernos a salvo en las profundidades?

En esta conversación puedes escuchar las ideas más interesantes sobre este tema.

Este vídeo resume bien los conceptos básicos de la ventilación.

Underground_Mining_Fans

Referencias:

ŁUSZCZEWSKI, A. (1999). Redes industriales de tubería. Bombas para agua, ventiladores y compresores. Diseño y construcción. Reverté Ediciones. México. 302 pp.

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Claves para el dimensionamiento y optimización de grupos electrógenos en obra.

En el ecosistema de una obra, el grupo electrógeno, es a menudo el corazón invisible que mantiene el ritmo de la producción. Sin embargo, su presencia suele darse por sentada hasta que ocurre un fallo. Ya sea en proyectos remotos, donde la infraestructura pública es inexistente, en trazados lineales como túneles y carreteras, o en las fases iniciales de la edificación, la dependencia de estos equipos es total. Cuando la red falla o no puede cubrir los picos de demanda de la maquinaria pesada, la continuidad del proyecto depende de estas máquinas.

Aunque a primera vista puedan parecer simples cajas ruidosas compuestas por un motor térmico y un alternador síncrono, los generadores esconden una compleja ciencia de optimización técnica y económica. Una gestión energética deficiente no solo implica un mayor consumo de combustible, sino que también puede comprometer la rentabilidad debido a averías prematuras y paradas no planificadas. Como ingeniero, he comprobado cómo un error de cálculo en el cuadro de control puede arruinar un presupuesto. Por ello, a continuación se exponen cinco lecciones para convertir la generación autónoma en una ventaja estratégica.

A continuación se revisan los criterios técnicos para la selección de equipos en función de la potencia nominal requerida, y se incluye la consideración de los picos de arranque y de factores ambientales como la altitud y la temperatura. Se recomienda el uso de sistemas en paralelo para garantizar la redundancia y facilitar el mantenimiento mediante la estandarización de los componentes. Asimismo, se advierte sobre los riesgos mecánicos del subdimensionamiento y del funcionamiento a baja carga, también conocido como «wet stacking».

El peligro de la «fuerza excesiva»: por qué un generador demasiado grande es un error costoso.

Existe la creencia errónea de que alquilar más potencia garantiza la seguridad. En realidad, el sobredimensionamiento es uno de los errores más perjudiciales. Para generar una frecuencia de 50 Hz, el motor debe mantener una velocidad constante de 1500 rpm. Si el equipo opera habitualmente por debajo del 30 % de su capacidad nominal, la temperatura interna de los cilindros no alcanza el nivel necesario para una combustión eficiente.

Este régimen de baja carga provoca el fenómeno técnico conocido como «wet stacking».

«La combustión es incompleta, ya que la temperatura interior de los cilindros no alcanza el nivel necesario para quemar todo el combustible inyectado. Esto provoca la acumulación de residuos de hidrocarburos no quemados en el sistema de escape, así como la vitrificación de las paredes de los cilindros y la obstrucción de los inyectores y las válvulas. Este fenómeno conduce a averías frecuentes».

Para los responsables del mantenimiento, la solución de ingeniería es clara: si la operación a baja carga es inevitable, deben realizarse ciclos periódicos de carga elevada para limpiar los depósitos acumulados y preservar la integridad del motor.

La regla de oro de la redundancia: mejor muchos pequeños que uno grande.

Desde el punto de vista de la fiabilidad, es más ventajoso utilizar una batería de generadores en paralelo que una única unidad de mayor capacidad. Esta configuración modular requiere sistemas de sincronización de tensión y frecuencia gestionados por un cuadro de sincronismo, pero ofrece una redundancia crítica: si un equipo falla, los demás equipos mantienen activos los servicios esenciales (bombas de achique o iluminación de seguridad).

Un diseño experto debe seguir dos pautas adicionales:

La reserva del 15 %: la capacidad total de los grupos debe cubrir la demanda total, manteniendo siempre una reserva de potencia de al menos el 15 % para absorber picos imprevistos.
Gestión de carga activa: esta configuración permite desconectar unidades excedentes durante periodos de baja actividad, de modo que las unidades restantes operen en sus rangos de carga más eficientes y seguros.

Es fundamental estandarizar la marca y el modelo para simplificar la logística de repuestos (filtros, inyectores y correas) y unificar los protocolos del personal técnico.

El «salto de corriente» que nadie planea: el desafío del arranque.

Un error común es dimensionar únicamente en función de la potencia nominal. Los motores eléctricos de grúas o de bombas presentan un comportamiento transitorio crítico. En los motores con arranque directo, la demanda de corriente puede ser de tres a siete veces la corriente nominal durante unos segundos.

Si el alternador no tiene suficiente capacidad de respuesta transitoria, se producirá una caída de tensión que puede dañar el motor diésel. Como ingenieros, mitigamos este problema sin sobredimensionar masivamente el equipo mediante el uso de arrancadores suaves o variadores de frecuencia, que «suavizan» esa curva de demanda y protegen la estabilidad de toda la red de la obra.

El «impuesto» de la naturaleza: la reducción de la potencia debida al calor y a la altitud.

La potencia de placa es una cifra teórica que el entorno suele penalizar mediante factores de reducción de potencia (derating).

Calor: el aire caliente es menos denso, lo que empeora la combustión y la refrigeración. La penalización estándar es del 3 % por cada 5 °C que se superen los 40 °C de referencia.
Altitud: a mayor altura, menos oxígeno. Un motor de aspiración natural pierde un 3,5 % de potencia cada 300 metros. No obstante, la ingeniería ofrece una solución: los motores sobrealimentados con turbocompresor resisten mucho mejor este efecto que los de aspiración natural.

En obras situadas a más de 2000 metros de altitud, la pérdida puede aumentar un 4 % por cada 300 metros adicionales, lo que explica por qué un equipo que brilla en la costa puede fracasar estrepitosamente en un proyecto de montaña.

Gasolina vs. diésel: una cuestión de escala y eficiencia.

La elección del combustible depende del par motor y de la robustez. La gasolina se reserva para grupos portátiles ligeros (de 0,5 a 10 kVA). Para el estándar industrial de hasta 2000 kVA, el diésel es el más eficiente.

Sin embargo, hay un factor económico que pocos consideran: el salto de 200 kVA. Al superar este umbral, el coste de adquisición y mantenimiento aumenta significativamente, ya que los equipos empiezan a incorporar sistemas de control avanzados, cuadros de sincronización y componentes de alta gama necesarios para gestionar dichas potencias. Independientemente del tamaño, en entornos polvorientos es fundamental mantener limpios los radiadores de los sistemas de refrigeración líquida para evitar la recirculación de aire caliente.

Conclusión: hacia una gestión energética inteligente.

Dimensionar la energía requiere un estudio preciso con un coeficiente de simultaneidad adecuado (habitualmente, 0,8). Aunque el límite mecánico peligroso es del 30 %, el umbral de rentabilidad económica comienza por encima del 50 % de carga y el «punto dulce» de consumo y rendimiento se sitúa entre el 75 % y el 100 %.

La energía autónoma no es un gasto inevitable, sino una decisión estratégica. Un generador bien dimensionado protege sus activos y garantiza los plazos de entrega.

En su próxima obra, ¿está dimensionando para el éxito o simplemente comprando el equipo más grande que permite el presupuesto?

En esta conversación puedes escuchar las ideas más interesantes sobre los generadores en obra.

Este vídeo resume bien los conceptos básicos de estos generadores eléctricos.

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Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.;

Ventiladores axiales

Ventilador axial. https://oa.upm.es/88126/1/TVSB4T1_Ventiladores_R0-20250304.pdf

El ventilador axial es una máquina de diseño aerodinámico que se caracteriza porque el flujo de aire entra y sale en dirección paralela al eje del impulsor. Consiste esencialmente en una hélice encerrada en una envolvente cilíndrica o en un conducto, sin que el aire experimente un cambio brusco de dirección al atravesar el equipo.

Puede funcionar en un amplio rango de volúmenes de aire, generando presiones estáticas bajas a medias y resulta muy adecuado para casos en los que se requiere mover grandes caudales con baja o moderada resistencia de la red. Aprovechando la conversión de la corriente de aire en un componente rotativo, este ventilador puede alcanzar una presión estática ligeramente superior a la de un ventilador de hélice de aspas rectas, a la misma velocidad axial, y hacerlo de forma más eficiente.

La facilidad de montaje y el flujo de aire en línea recta los hacen ideales para numerosas aplicaciones en ventilación industrial, edificación, túneles y minería subterránea, tanto en instalaciones de impulsión como de extracción. Por encima de aproximadamente 75–100 mm.c.a. de presión estática, los ventiladores axiales se utilizan poco en servicios de ventilación general, ya que el rendimiento y la estabilidad del punto de trabajo tienden a deteriorarse; en cambio, se prefieren ventiladores centrífugos o de flujo mixto, más adecuados para presiones más altas.

Cuando se trata de alcanzar presiones elevadas a través de un circuito con alta resistencia, como largos conductos o túneles de evacuación de humos, se recurre, en muchos casos, a ventiladores centrífugos, que permiten generar presiones totales más altas a costa de un mayor tamaño y peso. No obstante, los ventiladores axiales se prefieren a los centrífugos en numerosas aplicaciones de ingeniería civil y minería, porque su sistema de canalización no requiere codos pronunciados ni grandes cambios de dirección, lo que reduce las pérdidas y simplifica el diseño constructivo.

Además, su tamaño es notablemente menor que el de un ventilador centrífugo de caudal similar, lo que los hace muy útiles en obras donde el espacio es limitado, como túneles, estaciones de metro, locales técnicos de edificios o galerías mineras. En minería subterránea, los axiales se emplean tanto como ventiladores principales de superficie como auxiliares, generalmente en combinación con conductos flexibles que dirigen el aire limpio hasta los frentes de trabajo, donde el requisito prioritario suele ser el caudal más que la presión.

En esta conversación puedes escuchar las características más destacadas de este ventilador.

El vídeo recoge las ideas más relevantes sobre esta máquina.

También os dejo un vídeo explicativo.

The_Axial_Blueprint

Referencias:

ŁUSZCZEWSKI, A. (1999). Redes industriales de tubería. Bombas para agua, ventiladores y compresores. Diseño y construcción. Reverté Ediciones. México. 302 pp.

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Análisis técnico y comparativo de grúas y derricks.

https://www.liebherr.com/es-int/p/71977-5378441

El presente artículo sintetiza las características fundamentales, las diferencias operativas y las aplicaciones industriales de las grúas convencionales y de las grúas derrick, basándose en la normativa internacional y en las especificaciones técnicas de los fabricantes.

Las grúas derrick se definen como estructuras fijas de gran simplicidad y bajo coste, caracterizadas por un mástil central arriostrado que soporta una pluma. Por otro lado, las grúas se distinguen por integrar el mecanismo de izado como parte fundamental de su estructura y, en general, por ofrecer mayor movilidad.

Los puntos clave identificados son:

Capacidad y alcance: los derricks pueden elevar hasta 200 toneladas y alcanzar 20 metros, aunque estas cifras varían según el diseño y los requisitos de seguridad.
Diferenciación estructural: la presencia de un mástil vertical o torre central es el rasgo distintivo del derrick (que a menudo forma una «V» con la pluma), mientras que en la grúa, la pluma constituye el soporte principal.
Especialización operativa: los derricks sobresalen en instalaciones fijas a largo plazo (como puertos) y en trabajos en azoteas debido a su ligereza, mientras que las grúas modernas dominan en movilidad y en los límites superiores de la carga bruta.
Seguridad: el despliegue de estos equipos exige protocolos rigurosos de evaluación de riesgos diarios y de análisis de peligros en el lugar de trabajo para cumplir con los estándares de la OSHA y la MSHA.

«Un derrick es un aparato que consiste en un mástil o miembro equivalente sostenido en la cabeza por vientos o tirantes, con o sin pluma, para su uso con un mecanismo de elevación y cables de maniobra»

Definición y estructura de la grúa derrick.

La grúa derrick es una máquina fija apreciada por su sencillez y su alta capacidad de carga en relación con su coste. Según la terminología técnica, está compuesta por un mástil o elemento equivalente sujeto por vientos o tirantes.

Componentes principales:

Mástil: elemento vertical fijo a una plataforma o a un zócalo.
Pluma: apoyada en la base, puede girar mediante una rótula o una corona giratoria. Trabaja en conjunto con el mástil en un sistema de gran simplicidad estructural.
Base o zócalo: lugar donde se sitúan el motor, los cabestrantes y los contrapesos.
Sistema de arriostramiento: utiliza tornapuntas o tirantes que suelen formar un tetraedro indeformable. En otros casos, se emplean vientos (cables) o patas rígidas.
Mecanismo de elevación: El izado se realiza mediante cables y poleas y el cabrestante puede estar separado de la estructura principal.

Diferenciación técnica: grúas frente a derricks.

La distinción entre ambos aparatos de elevación está recogida en las regulaciones de la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA).

Característica	Grúa (Crane)	Derrick
Definición OSHA	Máquina para elevar, bajar y mover cargas horizontalmente con mecanismo de izado integral.	Aparato con mástil sostenido por vientos o tirantes, usado con un mecanismo de izado y cables.
Estructura principal	La pluma es el soporte principal del sistema de elevación.	Posee un mástil o una torre central en el que se fija la pluma.
Movilidad	Pueden ser fijas o móviles (hidráulicas), lo que permite su reposicionamiento.	Generalmente estacionarias y altamente especializadas.
Configuración visual	Perfil integrado del brazo/pluma con la maquinaria.	Perfil en forma de «V» entre el mástil vertical y la pluma inclinada.

Capacidades operativas y aplicaciones industriales

Tanto las grúas como los derricks son fundamentales en proyectos de infraestructura, en puertos, en la industria petrolera y en la manufactura. No obstante, sus ventajas competitivas varían según el escenario.

Aplicaciones específicas

Instalaciones a largo plazo: los derricks son el estándar para cargas repetitivas y uniformes, como la carga y descarga de buques en puertos.
Operaciones en azoteas: debido a su construcción más ligera, los derricks son preferibles para trabajos en azoteas. Es más seguro y económico que utilizar una grúa de gran tamaño desde el suelo.
Maniobras pesadas y montaje industrial: se emplean derricks, tanto fijos como semimóviles, en entornos portuarios para el izado de cargas de gran tonelaje.

Límites de carga y alcance

Capacidad de carga: se han registrado derricks capaces de elevar hasta 200 toneladas. Sin embargo, las grúas modernas tienden a superar a los derricks en los límites máximos de peso absoluto.
Alcance: de hasta 20 metros, aunque no existen límites universales, ya que dependen del radio de trabajo, del diseño del arriostramiento y de las condiciones de seguridad.

http://gruisacr.com/producto/especial-dr-derrick/

Limitaciones de giro y variantes de diseño.

La geometría del derrick condiciona su radio de acción. El diseño clásico presenta limitaciones que la ingeniería moderna ha resuelto mediante diversas configuraciones.

Limitación de 270°: en configuraciones con soportes rígidos (tirantes), el mástil no puede realizar un giro completo para evitar colisionar con los anclajes.
Solución de giro total (360°):
- Sustitución de soportes rígidos por tres o más cables (vientos) dispuestos en forma de paraguas.
- El diseño de la pluma tiene una altura inferior a la del mástil para permitir el paso libre bajo los cables.
Variantes modernas: existen diseños en los que el mástil no es completamente vertical, lo que permite un movimiento completo. Estas configuraciones de derrick se integran a menudo en grúas sobre orugas o móviles de gran capacidad para potenciar el izado pesado mediante sistemas de lastre de derrick.

Grúa Derrick. https://www.liebherr.com/es-int/gr%C3%BAas-automotrices-y-sobre-orugas/gr%C3%BAas-sobre-orugas/gr%C3%BAas-sobre-orugas-lr/tecnolog%C3%ADa/derrick-y-sistemas-de-lastre-5387347

Seguridad y gestión de riesgos en operaciones de izado

La operación de estos equipos conlleva riesgos significativos que requieren una gestión profesional y el cumplimiento de normativas como las de la OSHA y la MSHA.

Medidas de seguridad imprescindibles

Para garantizar una filosofía de «cero accidentes», se deben realizar los siguientes procedimientos en cada proyecto:

Evaluaciones previas al izado: análisis detallado del trabajo antes de iniciar las maniobras.
Evaluaciones diarias de riesgo: revisión constante de las condiciones del lugar y del equipo.
Análisis de peligros in situ: identificación de obstáculos o de condiciones climáticas adversas.
Auditorías de gestión rutinarias: supervisión de los procesos para asegurar el cumplimiento de los estándares de seguridad.

La experiencia del operador y la comunicación efectiva son las herramientas más importantes para la seguridad, más allá de las especificaciones técnicas del equipo.

En esta conversación puedes escuchar las ideas más interesantes sobre este tema.

Este vídeo resume bien los conceptos fundamentales de esta distinción entre grúas y derricks.

Derrick_Strategic_Blueprint

En este vídeo se distinguen las grúas torre y los derricks.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

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Ventilador de hélice o helicoidal

Ventilador helicoidal. https://www.qdpsfan.com/es/skf-customized-axial-flow-fan986

El ventilador helicoidal consiste en una hélice montada dentro de un anillo o marco de fijación, de modo que la dirección de la corriente de aire sea paralela al eje del ventilador. Se emplea para mover grandes caudales de aire a baja presión estática, especialmente cuando la resistencia del circuito es baja y no existe una red de conductos larga ni compleja.

La acción impulsora del ventilador se acentúa cuanto mayor es el ángulo de ataque de las paletas que forman la hélice, aunque un aumento excesivo del ángulo puede provocar pérdidas aerodinámicas, atascamiento y ruido excesivo; por tanto, el diseño debe buscar un compromiso entre caudal, presión, ruido y rendimiento.

Se utiliza generalmente cuando el aire no se impulsa a través de una canalización y, en muchos casos, el equipo está adosado a la pared. También puede instalarse en conductos cortos o en configuraciones tubulares y es muy habitual en aplicaciones de ventilación general, de extracción localizada y de ventilación auxiliar. Su empleo se vincula especialmente con la ventilación de locales cerrados, talleres, aparcamientos y naves, y es frecuente que estos ventiladores sean reversibles.

Las prestaciones de los ventiladores de hélice están muy influidas por la resistencia al flujo de aire; un pequeño incremento de la presión estática provoca una reducción importante del caudal. La curva característica de presión‑caudal es descendente: al aumentar la presión estática, disminuye el caudal disponible en el punto de trabajo.

Son capaces de manejar grandes volúmenes de aire a presiones estáticas bajas, que rara vez superan los 25 mm.c.a. Como referencia práctica, algunos equipos murales comerciales operan con caudales de varios miles de m³/h y presiones muy modestas; por tanto, la cifra de 25 mm.c.a. es razonable como orden de magnitud para ventiladores de hélice simple, aunque no debe presentarse como un límite universal.

El caudal de aire de un ventilador axial es elevado en relación con su tamaño. Por ejemplo, con hélices de 0,8 m de diámetro se pueden alcanzar caudales del orden de 30 000 m³/h; sin embargo, esta magnitud depende de manera decisiva del régimen de giro, del perfil de las palas y de las pérdidas de carga del sistema.

Generalmente se emplea un número reducido de aspas en ventiladores de baja presión, mientras que el ancho de las paletas, su ángulo de ataque, la velocidad axial del aire y el número de etapas son factores que inciden de forma significativa en el diseño y en la capacidad del ventilador. En aplicaciones mineras se recurre a veces a ventiladores axiales de varias etapas para aumentar la presión disponible, aunque ello conlleva una mayor longitud, complejidad y pérdidas aerodinámicas.

Ventilador helicoidal montado sobre anillo. https://airelimpioglobal.com/tipos-de-ventiladores/

Los ventiladores helicoidales se clasifican en dos grandes tipos según el perfil de las palas de la hélice:

De perfil delgado o de paletas planas: son palas de gran superficie y grosor relativamente constante, que proporcionan altos caudales pero con menor presión disponible. Es una configuración sencilla, asociada a ventiladores de baja presión y de bajo coste de fabricación, aunque con menor rendimiento aerodinámico.
De perfil sustentador o aerodinámico: son palas más estrechas, con espesor grueso y forma no uniforme, pensadas para generar un efecto de sustentación similar al de un perfil alar. Proporcionan un caudal menor que el de las palas planas, pero con mayor presión disponible y un mejor rendimiento, por lo que son más habituales en la ventilación industrial y minera.

En ingeniería civil y edificación, estos ventiladores resultan muy útiles para la ventilación de aparcamientos, locales técnicos, naves, túneles en obra y la extracción general, con baja pérdida de carga. En minería subterránea y en túneles, se emplean tanto en ventiladores auxiliares como en instalaciones de ventilación principal, donde se exigen grandes caudales y robustez, y en las que las configuraciones axiales reversibles y de varias etapas resultan especialmente relevantes.

Esta conversación te permitirá conocer los conceptos básicos de estos ventiladores.

En este vídeo se resumen las ideas fundamentales sobre los ventiladores axiales.

Dinámica_de_Ventiladores_Helicoidales

Referencias:

ŁUSZCZEWSKI, A. (1999). Redes industriales de tubería. Bombas para agua, ventiladores y compresores. Diseño y construcción. Reverté Ediciones. México. 302 pp.

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Fabricación y puesta en obra del hormigón

Os presento un Manual de Referencia sobre la fabricación y la puesta en obra del hormigón. Este libro ofrece una visión integral de la fabricación y la puesta en obra del hormigón, tanto en el ámbito de la edificación como en el de la ingeniería civil. Aborda los equipos y procesos asociados a la preparación del hormigón —incluidas las centrales de hormigonado—, su transporte, vertido, compactación y curado, así como los hormigones especiales, los pavimentos de hormigón para carreteras y el hormigón pretensado. La principal aportación de la obra es su enfoque constructivo, apoyado en abundante material gráfico —fotografías e ilustraciones— que refuerza y clarifica las explicaciones. El texto se completa con una amplia bibliografía, cuestiones de autoevaluación con sus respuestas y problemas resueltos que facilitan la consolidación de los conceptos fundamentales. Concebido como libro de texto para estudiantes de ingeniería y arquitectura, ofrece una orientación práctica clara para la construcción. Al mismo tiempo, está estructurado como un manual de consulta para profesionales vinculados al proyecto y a la ejecución de obras, complementando los contenidos de otros textos de carácter estructural o geotécnico, habitualmente más centrados en el desarrollo teórico y en el cálculo.

El libro está editado a todo color, con 452 páginas, 214 fotografías y dibujos, así como 200 preguntas tipo test (con sus respuestas) y un total de 19 ejercicios totalmente resueltos.

El libro lo podéis conseguir en la siguiente dirección: https://www.lalibreria.upv.es/portalEd/UpvGEStore/control/product?product_id=441-5-1

SOBRE EL AUTOR:

Víctor Yepes Piqueras. Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrático de Universidad del Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Civil de la Universitat Politècnica de València. Consejero del Sector de Docencia e Investigación del Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Número 1 de su promoción, ha desarrollado su vida profesional en empresas constructoras, en el sector público y en el ámbito universitario. Ha recibido el Premio a la Excelencia Docente del Consejo Social, así como el Premio a la Trayectoria Excelente en Investigación y el Premio al Impacto Excelente en Investigación, ambos otorgados por la Universitat Politècnica de València. Es investigador del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) y profesor visitante en la Pontificia Universidad Católica de Chile. Ha sido director académico del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón (acreditado con el sello EUR-ACE). Imparte docencia en asignaturas de grado y posgrado relacionadas con los procedimientos de construcción y gestión de obras, la calidad e innovación, los modelos predictivos y la optimización en la ingeniería. Sus líneas de investigación actuales se centran en la optimización multiobjetivo, la sostenibilidad y el análisis de ciclo de vida de puentes y estructuras de hormigón.

Referencia:

YEPES, V. (2026). Fabricación y puesta en obra del hormigón. Colección Manual de Referencia, serie Ingeniería Civil. Editorial Universitat Politècnica de València, 452 pp. Ref. 441. ISBN: 978-84-1396-418-8

A continuación, os podéis descargar las primeras páginas del libro y su índice:

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