N.º 011 · Cómo funciona · viernes 30 de octubre

La hidráulica de una excavadora

En una excavadora el motor diésel no mueve el brazo, sino las bombas. Ellas empujan aceite hacia unos cilindros, y es la presión del aceite, cientos de bares sobre la cara de un pistón, la que arranca la tierra y la roca. Un solo cilindro de la pluma puede empujar unas cuarenta toneladas.

CILINDRO DE 120 mm A 350 bar≈ 40 t
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PASO A PASO

Del diésel al cazo

  1. 01

    Motor y bombas

    La Caterpillar 320, de la clase de 20 toneladas (22.700 kg en orden de marcha con su equipo de referencia), lleva un diésel Cat C4.4 de 121 kW netos. El motor no mueve ninguna pieza del brazo: arrastra las bombas principales, dos en la Cat 320, que juntas dan como mucho 429 L/min (214,5 cada una). La voz habla de «una bomba» porque van en un mismo grupo.

  2. 02

    El distribuidor

    El aceite llega a la válvula de control principal, un bloque con una corredera por función. Al mover un mando de la cabina, la corredera se desplaza y abre el paso del aceite hacia un lado del cilindro, mientras deja volver al depósito el aceite del otro lado. Hay correderas para la pluma, el balancín y el cazo, y también para los motores hidráulicos del giro y de la traslación.

  3. 03

    Cilindros de doble efecto

    Cada cilindro tiene una toma a cada lado del pistón. Si el aceite entra por el fondo, detrás del pistón, el vástago sale; si entra por el lado del vástago, delante, el vástago vuelve. En la Cat 320, los dos cilindros de la pluma miden 120 mm de diámetro y 1260 mm de carrera; el del balancín, 140 y 1504 mm; el del cazo, 120 y 1104 mm.

  4. 04

    La presión

    La válvula de alivio limita la presión del equipo: en la Cat 320, 35.000 kPa, 350 bar, y 380 bar en el modo de elevación; la traslación llega a 343 bar y el giro a 268. Es un máximo: en el trabajo normal, la presión es la que pide la carga. Otra de la clase, la Komatsu PC210LC-11, tara sus circuitos de equipo a 37,27 MPa, unos 373 bar.

  5. 05

    Centímetro a centímetro

    Un pistón de 120 mm de diámetro tiene π × 6² = 113,1 cm² de cara. Un bar son 10 N por centímetro cuadrado, así que a 350 bar cada centímetro cuadrado recibe 3500 N, unos 357 kilos de fuerza. Y la presión empuja igual en todos: es el principio de Pascal.

  6. 06

    La respuesta

    Fuerza = presión × superficie: 3500 N/cm² × 113,1 cm² = 395.841 N, unos 396 kN, que son unos 40.365 kilos de fuerza. Unas cuarenta toneladas por cilindro, empujando por el fondo y a la presión máxima, y la pluma lleva dos: unas 80 t entre los dos. El del balancín, de 140 mm, llega a unas 55 t.

CÓMO FUNCIONA

Presión por superficie

El aceite es casi incompresible y la presión, en un líquido en reposo, se transmite sin perderse a todo el recipiente (principio de Pascal). Por eso el aceite que sale de la bomba empuja con la misma presión cada centímetro cuadrado de la cara del pistón, y la fuerza total es la presión por el área: F = p × A.

La multiplicación no sale gratis: la hidráulica cambia fuerza por recorrido. Para sacar del todo un cilindro de la pluma hace falta llenar su lado del fondo, 113,1 cm² × 126 cm = unos 14,3 litros; los dos, unos 28,5 litros. El caudal de la bomba marca lo deprisa que se mueve el brazo, y la presión, lo que puede empujar.

Por el lado del vástago la fuerza es menor, porque el vástago ocupa parte de la cara del pistón y el área útil es un anillo. Por eso los cilindros empujan más al salir que al entrar.

Las 40 toneladas son en el cilindro, no en los dientes del cazo. El brazo es una cadena de palancas que cambia fuerza por recorrido: Caterpillar da para la 320 (pluma de alcance y balancín de 2,9 m) una fuerza de excavación ISO de 150 kN en el cazo y de 106 kN en el balancín, unas 15 y 11 toneladas. Y lo que puede levantar lo limita también el vuelco de la máquina.

Circuito hidráulico de una excavadora y fuerza de un cilindro Arriba, el circuito: el motor diésel mueve las bombas, que toman aceite del depósito y lo mandan al distribuidor. Una corredera del distribuidor manda el aceite al fondo del cilindro, detrás del pistón, y el vástago sale; el aceite del lado del vástago vuelve al depósito. Abajo, la cara de un pistón de 120 milímetros de diámetro, 113 centímetros cuadrados: a 350 bar cada centímetro cuadrado recibe unos 357 kilos de fuerza, y el pistón entero unas 40 toneladas. EL CIRCUITO MOTOR DIÉSEL BOMBAS DEPÓSITO 429 L/min DISTRIBUIDOR al depósito FONDO entra aceite PISTÓN VÁSTAGO SALE LA CARA DEL PISTÓN Ø 120 mm A = π × 6² = 113,1 cm² 350 bar: 3500 N por cm² ≈ 357 kg por cm² F ≈ 396 kN ≈ 40 t
Esquema simplificado, no a escala, con las cifras de la ficha técnica de la Cat 320. Para que el vástago vuelva, la corredera manda el aceite al lado del vástago y deja salir el del fondo. La fuerza es por el lado del fondo y a la presión máxima del equipo.
1Motor diésel mueve las bombas, no el brazo.
2Bombas principales dos en tándem en la Cat 320; hasta 429 L/min entre las dos.
3Distribuidor bloque de correderas, una por función, que abren los mandos.
4Cilindros de la pluma dos, de 120 mm de diámetro y 1260 mm de carrera.
5Cilindros del balancín y del cazo 140 mm y 120 mm de diámetro.
6Válvula de alivio limita la presión del equipo a 350 bar (380 en modo de elevación).

EN CIFRAS

429 L/mincaudal máximo de las dos bombas de la Cat 320 (214,5 L/min cada una)ficha técnica Caterpillar 320
350 barpresión máxima del equipo de la Cat 320; 380 bar en modo de elevaciónficha técnica Caterpillar 320
113,1 cm²cara de un pistón de 120 mm (π × 6²)cálculo
≈ 40 tempuje de un cilindro de la pluma a 350 bar (3500 N/cm² × 113,1 cm² ≈ 396 kN); la pluma lleva doscálculo (F = p × A)
150 kNfuerza de excavación ISO en el cazo de la Cat 320, unas 15 t; 106 kN en el balancínficha técnica Caterpillar 320

LO QUE SE OYE EN EL TALLER

Errores típicos

  • SE OYELa excavadora empuja cuarenta toneladas con el cazo.

    EN REALIDADLas 40 t son la fuerza de un cilindro de la pluma a la presión máxima. Las palancas del brazo cambian fuerza por recorrido, y en el cazo la Cat 320 da 150 kN, unas 15 t.

  • SE OYECuanto más aceite mande la bomba, más fuerza tiene el brazo.

    EN REALIDADEl caudal da la velocidad; la fuerza la da la presión por la superficie del pistón, y la presión la limita la válvula de alivio.

FUENTES

Comprobado dos veces el 20/10/2026. ¿Ves un error? Escríbenos por Instagram.