TEMA T14: Funcionament d’equips hidràulics del vaixell
1. Principis fonamentals
Els sistemes hidràulics utilitzen un fluid (normalment oli) gairebé incompressible per transmetre energia. El seu avantatge principal a bord és la gran densitat de potència: amb components relativament compactes es poden obtenir forces i parells molt elevats i controlables.
Llei de Pascal: la pressió aplicada a un fluid en equilibri es transmet igualment en totes direccions. Això permet multiplicar forces: una pressió P aplicada a una superfície A genera una força F = P·A.
Conversió d’energia:
- 1.Energia mecànica (motor elèctric o dièsel)
- 2.→ energia hidràulica (pressió + cabal) a la bomba
- 3.→ energia mecànica útil (força o parell) a cilindres i motors
2. Components i el seu funcionament
2.1. Bombes hidràuliques
La bomba no crea pressió per si sola: crea cabal. La pressió apareix quan el cabal troba resistència (càrrega).
- •Bombes d’engranatges: simples i robustes; adequades per mitjana pressió.
- •Bombes de paletes: funcionament suau; poden ser de cabal variable.
- •Bombes de pistons (axials/radials): alta eficiència i pressions elevades; molt comunes en govern, grues i CPP. Les de cabal variable permeten control fi de velocitat sense grans pèrdues.
2.2. Motors hidràulics
Transformen pressió i cabal en parell i velocitat. En cabrestants i molinets són habituals motors de baixa velocitat i alt parell (LSHT), sovint de pistons radials.
2.3. Cilindres
- •Simple efecte: impulsa en una direcció; retorn per gravetat/molla.
- •Doble efecte: control en ambdós sentits.
- •Diferencial: velocitat diferent en extensió/retracció per diferència d’àrees.
2.4. Vàlvules de control
- •Direcccionals: determinen el sentit del moviment (P→A/B i retorn a T).
- •Pressió:
- •Relief (alleujament): protegeix davant sobrepressions desviant cabal a dipòsit.
- •Reductores: mantenen pressió constant en circuits secundaris.
- •Seqüència: obren a una pressió per encadenar moviments.
- •Cabal:
- •Estranguladors i reguladors: control de velocitat.
- •Vàlvules proporcionals/servo: control continu i precís (més exigents en netedat del fluid).
2.5. Acumuladors
Emmagatzemen energia hidràulica comprimint gas (nitrogen) separat del fluid. Funcions:
- •absorbir cops d’ariet i pics de pressió,
- •proporcionar energia en emergència (p. ex. govern),
- •compensar fuites i estabilitzar pressió.
2.6. Dipòsit, filtració i refredament
El dipòsit permet decantar aire i contaminants i donar volum. La filtració (retorn, pressió i “offline”) i el refredament (intercanviador oli-aigua) mantenen el fluid dins rangs de netedat i temperatura.
3. Tipus de circuits i control
- •Circuit obert: la bomba aspira de dipòsit i el retorn torna a dipòsit. Comú en equips de coberta.
- •Circuit tancat: el retorn de l’actuador torna a la succió de la bomba; més eficient i amb millor control; habitual en aplicacions de propulsió i transmissió.
Control de velocitat:
- •en bombes de cabal variable: variant l’angle del plat oscil·lant;
- •en cabal fix: amb vàlvules reguladores (menys eficient perquè dissipa energia en calor).
4. Equips hidràulics típics a bord
4.1. Servo-timó (govern)
És un dels sistemes més crítics. Típicament incorpora redundància (dues unitats motobomba) i circuits que garanteixen maniobrabilitat.
Funcionament general:
1. Ordre del pont (timoner/autopilot).
- 2.Control actua sobre bomba de pistons de cabal variable.
- 3.El cabal i el sentit del flux alimenten cilindres (rams) que mouen la canya/tiller.
- 4.Sistema de realimentació (feedback) informa de posició i la bomba torna a cabal zero quan s’assoleix l’angle.
Elements de seguretat: relief, alarmes de nivell i temperatura, acumuladors, i bloquejos.
4.2. Grues de càrrega
Integren motors i cilindres per giro, elevació i ploma. S’utilitzen vàlvules de contrabalanç per impedir caigudes incontrolades i vàlvules proporcionals per maniobra suau.
4.3. Molinet d’àncora i cabrestants
Motors LSHT aporten parell elevat a baixa velocitat. Control habitual amb distribuïdores i, en equips moderns, vàlvules proporcionals. Proteccions: relief i frens mecànics/hidràulics.
4.4. Tapes d’escotilla i rampes
Cilindres de gran carrera i capacitat, amb sistemes de bloqueig per mantenir posició en cas de pèrdua de pressió. Sovint hi ha seqüències d’obertura/tancament.
4.5. Hèlix de pas variable (CPP)
Un sistema hidràulic (sovint circuit tancat o unitat dedicada) acciona un servo-cilindre dins l’eix que modifica l’angle de les pales. Permet variar empenta i invertir marxa sense canviar RPM del motor principal.
5. Paràmetres de funcionament i valors orientatius
- •Pressions (orientatives):
- •baixa: 15–50 bar (control auxiliar),
- •mitjana: 150–210 bar (equips de coberta mitjans),
- •alta: 250–350 bar (govern, CPP, grues grans).
- •Temperatura d’oli:
- •ideal: 40–60 °C,
- •evitar >70–80 °C continu per degradació d’oli i juntes.
- •Cabal: molt variable (de pocs L/min en control fins a centenars en govern/grues).
Un control sistemàtic d’aquests paràmetres, juntament amb filtració i manteniment planificat, és la base de la fiabilitat.
OPOSGRATIS