Temperatura del fluido hidráulico – qué tan caliente es ‘muy caliente’

Resolviendo Problemas de Sobrecalentamiento en Sistemas Hidráulicos

Recientemente fui requerido para analizar y solucionar un problema de sobrecalentamiento, en una aplicacion de hidráulica tipo móvil. El sistema hidraulico estaba formado po una unidad hidráulica impulsada por un motor diesel que accionaba una sierra para corte de tuberías. La sierra estaba diseñada para trabajar debajo del agua, conectada con mangueras de 710 pies (216 metros aproximadamente) de longitud. Los parametros de operación de la sierra eran de 24 GPM (5.451 litros por hora aprox.) a 3.000 PSI (207 bares aproximadamente).

Por qué se sobrecalientan los sistemas hidráulicos

El aumento de temperatura de un fluido hidráulico en operacioón, se debe a ineficiencias en el sistema, las cuales dan por resultado pérdidas en la potencia suministrada que se transforman en calor. La carga de calor de un sistema hidráulico es igual a la pérdida total de potencia (PL) causada por las ineficiencias del sistema y se puede expresar matemáticamente de la siguiente forma:

PLtotal = PLbomba + PLvalvulas + PLtuberias + PLactuadores

Si la potencia total perdida en forma de calor es mayor que la cantidad de calor disipada, eventualmente el sistema hidráulico se sobrecalentará.

Temperatura del fluido hidráulico – qué tan caliente es ‘muy caliente’

Las temperaturas de los fluidos hidráulicos por encima de los 180 [°F] , es decir 82 [°C], aceleran la degradación del aceite y dañan la mayoría de los compuestos con los que se fabrican los sellos. Por un lado, debe evitarse la operación de sistemas hidráulicos con temperaturas por encima de los 180 [°F] , es decir 82 [°C], la temperatura de un aceite es demasiado alta cuando la viscosidad cae por debajo del valor que es óptimo para los componentes del sistema hidráulico. Esto puede ocurrir mucho antes de los 180 [°F], es decir 82 [°C], dependiendo del grado de viscosidad del fluido hidráulico.

Manteniendo estable la temperatura del fluido hidráulico

Para conseguir una temperatura del fluído estable, la capacidad del sistema hidráulico para disipar calor, debera exceder la carga de calor generada por el mismo. Por ejemplo, un sistema con un suministro de potencia de 100 [kW] y una eficiencia del 80%, tendrá que ser capaz de disipar como mínimo, una carga de calor de 20 [kW]. Es importante notar, que un incremento en la carga de calor generada o una disminución en la capacidad del sistema hidráulico de disipar calor, alterará el balance entre la carga de calor y la disipación.

Regresando al problema inicial para el cual fui requerido, la unidad hidráulica tenía una potencia de diseño de 37 [kW] y tenía instalado un enfriador aire-aceite capaz de disipar 10 [kW] en condiciones ambiente, es decir, 27% de la potencia suministrada (10/37 x 100 = 27). Desde un punto de vista de diseño, esta capacidad de disipación es correcta. El desempeño en cuanto a los componentes de enfriamiento en el sistema, operaban dentro de los límites de diseño.

La caida de presión significa calor

Hasta este punto, era claro que el problema de sobrecalentamiento era causado por una carga de calor adicional en el sistema. Preocupado por la excesiva longitud de las lineas de alimentación al actuador, calculé la caída de presión en ellas. La caída de presión teórica a través de 710 pies  ( 216 metros aproximadamente) de manguera de ¾ [pulg] con un caudal de 24 GPM ( 5.451 litros por hora aprox.) es de 800 PSI (55 bares aproximadamente), mientras que la caída de presión en la manguera de retorno cuyo diámetro era de 1 [pulg] es de 200 PSI (14 bares aproximadamente).

La carga de calor teórica producida en ambas líneas debida a esa caída de presión de 1.000 PSI (69 bares aproximadamente) es de 10.35 [kW]. Esto significa, que la carga de calor en las líneas de alimentación al actuador era 0.35 [kW] mayor que la capacidad de disipación del intercambiador de calor instalado en el sistema. Esto, combinado con la carga de calor normal del sistema por ineficiencia, es lo que provocaba el sobrecalentamiento del sistema hidráulico.

Elimine el Calor

Existen dos formas para resolver problemas de sobrecalentamiento en sistemas hidráulicos:

  • Disminuir las cargas de calor
  • Incrementar la capacidad de disipación de calor

Disminuir las cargas de calor es siempre la mejor opcioón, ya que esto incrementa la eficiencia del sistema hidráulico. En el ejemplo anterior, la carga de calor en las líneas de alimentación al actuador era por sí sola de casi el 30% de la potencia disponible, cifra que normalmente se considera inaceptable. Disminuir esta carga de calor a un nivel aceptable, implicaba reducir la caída de presión, sustituyendo las mangueras de presión y de retorno por otras de mayor diámetro. El alto costo de esta solución para una instalación que era temporal nos llevó a la conclusión de que la solución indicada era instalar una mayor capacidad de enfriamiento en el circuito.

Continuar operando un sistema hidráulico cuando el fluido se encuentra sobrecalentado, equivale a operar un motor de combustión interna con temperatura de enfriamiento muy alta. El daño está garantizado. Por lo tanto, siempre que un sistema hidráulico comience a sobrecalentarse, pare de inmediato, identifique la causa del problema y resuélvala. (1)

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Es recomendable mantener una temperatura máxima del aceite hidráulico por debajo de los 70°C

Si el fabricante de la bomba hidráulica dice, en base a la viscosidad y al índice de viscosidad del aceite hidráulico que planea usar, que si su excavadora opera a más de 70°C, el desempeño y vida útil de las bombas hidráulicas y motores hidráulicos será menor al óptimo. Con una temperatura máxima de operación del aceite hidráulico de 70°C, el aceite, sellos, mangueras y casi cualquier componente lubricado en el sistema durará más. (2)

Compilado por Gustavo Zamora para gruasytransportes (3)

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Fuentes:

(1):

Traducción del artículo: Solving hydraulic system overheating problems

( http://www.insidersecretstohydraulics.com/hydraulic-system-overheating.html )

Traduccion: Ing. Miguel Mota Bush, techniforum.com

Copyright © 2002 – 2013 Brendan Casey; Insider Secrets to Hydraulics

http://www.insidersecretstohydraulics.com/sobrecalentamiento-hidraulicos.html

Brendan Casey: https://plus.google.com/116134872267543380895/posts

(2):

Extraído de La Confiabilidad del Equipo móvil hidráulico de Brendan Casey traducido por Roberto Trujillo Corona)

https://gruasytransportes.wordpress.com/2013/10/05/la-confiabilidad-del-equipo-movil-hidraulico/

(3):

gruasytransportes

(*)Gustavo Zamora es un especialista en equipo de elevación y manejo de cargas. Vive y trabaja en Buenos Aires (Argentina)

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