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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.

¿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.

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.

Alquiler frente a la compra de maquinaria empleada en la construcción

Figura 1. Maquinaria auxiliar, habitual en alquiler. Imagen: V. Yepes

Una opción interesante frente a la compra de maquinaria es alquilar las máquinas más comunes y disponibles en el mercado. El alquiler permite reducir el tiempo de inactividad en las obras y evitar que las máquinas queden paradas en momentos de recesión. Por otro lado, la competencia entre las empresas dedicadas al alquiler permite encontrar buenos precios.

También hay otras motivaciones que aconsejan el alquiler frente a la compra: la falta de recursos financieros suficientes en la empresa, una cartera de obras reducida o heterogénea, la dispersión geográfica de las obras, el bajo uso de las máquinas o la falta de mano de obra cualificada. De forma similar al alquiler, existen pequeños subcontratistas que cuentan con máquinas y subcontratan parte de la obra (voladura, movimiento y compactación de tierras, extensión de firme, etc.).

El alquiler puede realizarse con conductor (maquinaria de movimiento de tierras, compactación, etc.) o sin conductor (generadores eléctricos, compresores, etc.). El periodo de alquiler puede ser por horas o por varios meses. También se puede facturar por horas de funcionamiento o de permanencia en la obra.

En la Figura 2 se representa la influencia del coste de la maquinaria según su uso. El alquiler resulta interesante siempre que los costes lo aconsejen, lo cual está relacionado con un bajo grado de utilización de la maquinaria. En empresas pequeñas o medianas, puede considerarse el alquiler de una máquina cuando no se superen las 1000 horas de trabajo anuales.

Figura 2. Conveniencia del alquiler frente a la compra de maquinaria

Referencias:

PELLICER, E.; YEPES, V.; TEIXEIRA, J.C.; MOURA, H.P.; CATALÁ, J. (2014). Construction Management. Wiley Blackwell, 316 pp. ISBN: 978-1-118-53957-6.

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente nº 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 256 pág. Depósito Legal: V-4598-1997. ISBN: 84-7721-551-0.

YEPES, V. (2022). Gestión de costes y producción de maquinaria de construcción. Colección Manual de Referencia, serie Ingeniería Civil. Editorial Universitat Politècnica de València, 243 pp. Ref. 442. ISBN: 978-84-1396-046-3

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

Curso:

Curso de gestión de costes y producción de la maquinaria empleada en la construcción.

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Compresores de lóbulos o tipo Roots

Figura 1. Compresor Root de dos lóbulos. http://dopedia.blogspot.com/2014/09/compresor-de-lobulos-roots-neumatica.html

Formados por dos rotores iguales que habitualmente tienen forma de ocho, aunque existen rotores de tres lóbulos. En la Figura 1 se representa un compresor Root de dos lóbulos, de gran aplicación como sobre alimentador de los motores diésel o de los sopladores de gases a presión moderada. Como el volumen de las cámaras de trabajo no disminuye durante el giro de los rotores, no existe compresión interna, por lo que sólo se utilizan para relaciones de compresión menores de 2.

Su rendimiento no es muy alto, contando además con la desventaja de que el aire se calienta mucho y su caudal no el muy elevado. En cambio presentan la ventaja de prescindir del movimiento alternativo. Se fabrica normalmente para presiones inferiores a 2 bares, por lo que su utilidad en los equipos principales de aire comprimido es muy limitada. Se consideran, por tanto, más soplantes que compresores.

La holgura presente entre los dos rotores y la que queda entre estos y el estator, hacen innecesaria la lubricación. Se emplean usualmente para la impulsión neumática de materiales a granel, en “camiones-silo” o en fábricas de cemento u otras instalaciones industriales.

Os dejo algún vídeo de su funcionamiento.

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.

Compresor de pistón

Un compresor de pistón, compresor volumétrico alternativo o compresor de émbolo es un compresor de gases que funciona por el desplazamiento de un émbolo dentro de un cilindro (puede tener varios) movido por un cigüeñal para obtener gases a alta presión. El gas a comprimir entra, a presión ambiental, por la válvula de admisión en el cilindro, donde se comprime con el pistón, que tiene un movimiento alternativo mediante un cigüeñal y un biela, y se descarga, comprimido, por la válvula de descarga.

Es uno de los compresores más antiguos y conocidos, aunque hoy se emplean especialmente los compresores rotativos. El principio de funcionamiento del compresor alternativo, basado en el desalojamiento del aire por el émbolo, permite fabricar máquinas con pequeño diámetro y un recorrido insignificante del pistón, que desarrollan alta presión con un caudal relativamente pequeño.

Los compresores de pistones pueden clasificarse atendiendo a distintas características:

Por el número de cilindros:

Monocilíndricos.
Bicilíndricos.
Policilíndricos

Por la forma de trabajar el émbolo:

De simple efecto: la compresión se efectúa por una cara del pistón.
De doble efecto: la compresión se realiza por las dos caras del pistón

Por el número de etapas empleadas en la compresión:

Monoetápico.
Bietápicos.
Polietápicos.

Por la disposición de los pistones:

Horizontales.
Verticales.
En V.
A escuadra.

Los compresores monoetápicos son de poca potencia. La presión final alcanzada es de 4 a 5 bares, con una temperatura de salida entorno a los 180ºC (±20ºC). La refrigeración es por aire. Los compresores bietápicos son los más utilizados. Primero se llega de 2 a 3 bares para luego alcanzar unos 8 bares, con una temperatura de salida de 150ºC (±15ºC). La refrigeración puede ser por aire con un ventilador o por una corriente de agua.

Algunos de los compresores más habituales en el mercado presentan las siguientes características:

De simple efecto, monoetápicos y refrigeración por aire: capacidad hasta 1 m³/min, relación potencia (CV)/capacidad (m³/min) inferior a 10.
De simple efecto, bietápicos y refrigeración por aire: capacidad de 2 a 10 m³/min, relación potencia (CV)/capacidad (m³/min) de 7,5 a 8,5.
De doble efecto, bietápicos y refrigeración por agua: capacidad de 10 a 100 m³/min, relación potencia (CV)/capacidad (m³/min) de 6,5 a 7,5.

En la Figura siguiente se representan las cuatro fases del ciclo termodinámico que se desarrollan en el caso más simple de un compresor monoetápico de un cilindro de simple efecto.

Fase 1, admisión (4-1): Con la válvula de aspiración abierta, el pistón situado en el punto 4 inicia su avance hasta el 1 en el que se cierra la válvula. Entra aire a una presión P₁.
Fase 2, compresión (1-2): Al cerrarse la válvula de admisión, el pistón retrocede hasta 2 y el aire se comprime hasta la presión P₂.
Fase 3, expulsión (2-3): En 2 se abre la válvula de expulsión y el pistón al seguir retrocediendo hasta 3 va expulsando el aire y dejando el volumen V₃ correspondiente al espacio muerto del cilindro.
Fase 4, expansión (3-4): En 3 se cierra la válvula de expulsión y el aire encerrado en el cilindro se expansiona haciendo avanzar el pistón hasta 4. En ese instante se abre la válvula de admisión, reiniciándose de nuevo el ciclo.

Ciclo termodinamico piston — Ciclo termodinámico de un compresor alternativo de un cilindro

Os dejo a continuación una animación sobre un compresor de pistón de doble efecto:

También os dejo una presentación del profesor Pedro Loja sobre el compresor de pistón:

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.

El cigüeñal

El cigüeñal es un árbol de transmisión, con codos y contrapesos, presente en ciertas máquinas que, aplicando el principio del mecanismo de biela – manivela, transforma el movimiento rectilíneo alternativo en circular uniforme y viceversa. En realidad consiste en un conjunto de manivelas. Cada manivela consta de una parte llamada muñequilla y dos brazos que acaban en el eje giratorio del cigüeñal. Cada muñequilla se une una biela, la cual a su vez está unida por el otro extremo a un pistón. En los motores de automóviles, el extremo de la biela opuesta al bulón del pistón (cabeza de biela) conecta con la muñequilla, la cual junto con la fuerza ejercida por el pistón sobre el otro extremo (pie de biela) genera el par motor instantáneo. El cigüeñal va sujeto en los apoyos, siendo el eje que une los apoyos el eje del motor.

Os dejo a continuación un vídeo explicativo que espero os guste.

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.

Bandejas vibratorias o placas vibrantes

Figura 1. Bandeja Vibratoria Reversible VDR 26H

Son máquinas que transmiten su vibración mediante una bandeja accionada por el giro de masas excéntricas unidas a ella. Decaladas convenientemente las masas, se consigue una resultante de la fuerza centrífuga en el sentido de la marcha del operador. Las bandejas vibratorias con movimiento sólo de avance tienen una excéntrica situada en la parte delantera de la placa, mientras que las bandejas con movimiento en ambos sentidos, tienen dos. Las dos excéntricas permiten la regulación gradual de la velocidad. Son accionados por motores de gasolina o diésel, e incluso por motores eléctricos.

El motor y el manillar se montan sobre una placa separada, que está aislada de la bandeja vibratoria por muelles de acero o amortiguadores de goma. Tienen una longitud entre 0,50 y 1,00 m, con anchos entre 30 y 80 cm. Su velocidad varía entre 20 y 25 m/min. Se clasifican según su peso y frecuencia en:

Ligeros: alrededor de 100 kg, 100 Hz.
Medios: 500-1000 kg, 50 Hz.
Pesados: 1500-3000 kg, 20 Hz.

Las bandejas ligeras operan normalmente a altas frecuencias y bajas amplitudes. Son adecuadas para la compactación de arena y grava, cuando trabajan en capas delgadas (10-15 cm). Cuando se equipan con sistema de riego, también son útiles para el tratamiento de superficies asfálticas. Las bandejas vibratorias medio-pesadas (>400 kg) son efectivas sobre suelos semicohesivos -hasta 12-15% de finos- debido a su peso y sus mayores amplitudes. Evidentemente, no se aconsejan para trabajos de alto volumen. Suelen ser muy útiles en la compactación de rellenos de zanjas.

Se pueden acoplar varias placas a una máquina sobre neumáticos o sobre orugas constituyendo un compactador de multiplacas vibrantes.

Figura 2. Compactador de multiplacas vibrantes

Figura 3. Placa vibrante acoplada al brazo de una retroexcavadora. Imagen: V. Yepes

Os dejo algún vídeo para que veáis el funcionamiento de esta máquina.

Referencias:

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente nº 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 253 pág. Depósito Legal: V-4598-1997. ISBN: 84-7721-551-0.

YEPES, V. (2021). Procedimientos de construcción para la compactación y mejora del terreno. Colección Manual de Referencia, 1ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 426 pp. Ref. 428. ISBN: 978-84-9048-603-0.

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

Los ventiladores en las instalaciones de ventilación

El ventilador es una turbomáquina que sirve para transportar gases, absorbiendo energía mecánica en el eje y devolviéndola al gas. En obra civil o en minería se emplean en la renovación del aire, funcionando en el medio de trabajo por impulsión o por extracción.

La ventilación cobra especial importancia en los trabajos subterráneos, como galerías, pozos y túneles. Esto conduce a una disminución notable de las enfermedades pulmonares profesionales, así como a un aumento sustancial de la productividad de los equipos. Además, se emplea la ventilación durante la construcción de los grandes túneles carreteros, de forma que se logre una atmósfera saludable para el automovilista y un aire puro que permita a los motores térmicos funcionar de manera eficiente.

Los ventiladores son máquinas destinadas a incrementar la presión total del aire pequeño, con una relación de compresión de 1,1. En este caso, la variación del volumen específico del gas a través de la máquina se puede despreciar, por lo que el ventilador se comporta como una turbomáquina hidráulica. Se distingue del turbocompresor en que las variaciones de presión en el interior del ventilador son tan pequeñas, que el gas se puede considerar prácticamente incompresible. Esto significa que las leyes que relacionan el caudal, la presión y la potencia de un ventilador con su velocidad de rotación son las mismas que las de las bombas axiales o centrífugas.

A continuación os paso un Polimedia presentado por la profesora Petra Amparo López Jiménez, de la Universitat Politècnica de València. Allí se presentan los tipos de ventiladores y se describe la importancia de las curvas de selección de estos, así como la determinación de su punto de funcionamiento y su idoneidad para su instalación. Espero que os guste.

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.

¿Quién inventó los motores?

Hoy os paso una entrada sugerente, pues es difícil dar nombre y apellido al inventor del primer motor conocido. El tema de los motores es muy importante en la ingeniería civil en tanto que las obras actuales no se pueden concebir sin el uso de máquinas. Veamos, pues, una breve definición de qué es un motor y luego un vídeo explicativo, bueno para verlo si tenéis un rato en estas vacaciones.

Un motor es la parte de una máquina capaz de hacer funcionar el sistema, transformando algún tipo de energía (eléctrica, de combustibles fósiles, etc.) en energía mecánica, capaz de realizar un trabajo. En los automóviles, este efecto es una fuerza que impulsa el movimiento.

Los orígenes de los motores son muy remotos. Especialmente si se consideran los inicios o precedentes de algunos elementos constitutivos de los motores, imprescindibles para su funcionamiento como tales. Considerados como máquinas completas y funcionales y productoras de energía mecánica, hay algunos ejemplos de motores antes del siglo XIX. A partir de la producción comercial de petróleo a mediados del siglo XIX (1850), las mejoras e innovaciones fueron muy importantes. A finales de ese siglo había una multitud de tipos de motores empleados en diversas aplicaciones.

Figura. Máquina de vapor en funcionamiento

En el siguiente enlace de Wikipedia tenéis las fechas más interesantes relacionadas con la historia de los motores: http://es.wikipedia.org/wiki/Historia_del_motor_de_combusti%C3%B3n_interna.