Comprender el calor y su impacto en los sistemas hidráulicos
¿QUÉ ES EL CALOR?
El calor en aplicaciones hidráulicas se genera cada vez que el fluido fluye de alta presión a baja presión, sin producir una salida de trabajo mecánico.
CAUSAS DE LA GENERACIÓN DE CALOR
- Restricción o estrangulamiento del flujo - El uso de controles de flujo, válvulas proporcionales, reductoras, de alivio, reductoras/de alivio, de contrapeso y servo válvulas, todas ellas crean una caída de presión para realizar su función.
- Velocidades de flujo excesivas - Un dimensionamiento incorrecto de los conductores de fluido puede causar la generación de calor. Por ejemplo, con una tubería de ½ pulgada de diámetro exterior, un caudal de 10 GPM genera calor a una tasa de aproximadamente 25 BTU/FT-HR. Duplicar el caudal a 20 GPM aumenta la generación de calor 8 veces, a aproximadamente 200 BTU/FT-HR. Aquí hay algunas reglas prácticas al dimensionar las velocidades de los conductores hidráulicos:
- Las líneas de succión de la bomba deben dimensionarse para 2 - 4 ft/seg
- Las líneas de retorno deben dimensionarse para 10 - 15 ft/seg
- Las líneas de presión media (500 - 2000 PSI) deben dimensionarse para 10 - 15 ft/seg
- Las líneas de alta presión (3000-5000 PSI) deben dimensionarse para 20-30 ft/seg
- Deslizamiento en bombas - El deslizamiento puede ocurrir dependiendo del tipo de bomba. El flujo de fuga desde la salida de alta presión de regreso a través de la bomba hasta la entrada de baja presión en el caso de una bomba de desplazamiento fijo. Mientras que en una bomba de compensación de presión, el flujo es forzado a salir a través del drenaje de la caja. Por lo tanto, el deslizamiento aumenta debido a la fuga interna de la bomba.
- Fuga interna en válvulas - Esta fuga interna se crea por el desgaste de las válvulas, lo que hace que el aceite a alta presión se escape a un puerto de baja presión, generando calor.
- Acumuladores llenos de gas - Los acumuladores vibrantes pueden desarrollar altas presiones en el lado del gas. La alta presión equivale a un aumento de la temperatura del aceite y los puntos calientes serían el nuevo problema del sistema hidráulico.
- Liberación no regenerativa de energía potencial - La energía potencial se almacena en la carga cuando se levanta una carga hidráulicamente. Una vez liberada, generalmente puede implicar un estrangulamiento no regenerativo, que genera calor.
EFECTOS DEL CALOR EN EL SISTEMA
Las temperaturas del aceite deben mantenerse a 120°F para un rendimiento óptimo, y nunca deben exceder los 150°F. Esto debe ser monitoreado ya que el calor tiene muchos efectos dañinos en los componentes del sistema hidráulico. Por nombrar algunos:
- Descomposición del aceite. A altas temperaturas, la oxidación del aceite se acelera, lo que acorta la vida útil del fluido al producir ácidos y lodos, que corroen las piezas metálicas. Este cambio o descomposición del medio hidráulico puede ser extremadamente perjudicial para los componentes hidráulicos, especialmente para los equipos de bombeo.
- Disminución de la viscosidad del aceite y de su capacidad para lubricar eficazmente las partes móviles de la bomba y del equipo hidráulico relacionado.
CÁLCULOS ÚTILES DE CALOR
- HP = caballos de fuerza
- GPM = galones por minuto
- PSI = libras por pulgada cuadrada
- HP = GPM x PSI / 1714
- 1HP = 2545 x BTU/hr
- HP x 746 = KW
- KW x 3413 = BTU/hr
- KW x 1341 = HP
RECOMENDACIONES PARA REDUCIR LA GENERACIÓN DE CALOR
- Vaciar la bomba durante los intervalos en que no se requiere presión - Simplemente agregue una válvula de alivio ventilada por solenoide en bombas de desplazamiento fijo y un control ventilado por solenoide en bombas de compensación de presión para eliminar el componente de alta presión.
- Utilice el depósito más grande que sea realista para su aplicación - Esto obtendrá la mayor superficie o capacidad de enfriamiento del depósito.
- Configure el alivio principal del sistema al valor más bajo aceptable y seguro - Este ajuste suele ser de 200 a 250 PSI por encima de la presión máxima necesaria en el sistema para realizar el trabajo.
- Coloque el tanque en un lugar que tenga la mayor cantidad de flujo de aire - Al hacerlo, reduce en gran medida la capacidad del tanque para disipar el calor y en algunas aplicaciones puede hacer que el sistema se sobrecaliente prematuramente.
- Establecer o diseñar intercambiadores de calor en el sistema ayudará a eliminar el exceso de calor.
- Los intercambiadores de calor pueden usarse para eliminar el exceso de calor en un sistema hidráulico, pero tienen muchas variables que deben tenerse en cuenta durante la implementación. Aquí están las siguientes:
- Circuito simple con válvulas mínimas - 25%
- Circuito simple con cilindros - 28%
- Circuito simple con motores de fluido - 31%
- Transmisiones hidrostáticas - 35-40%
- Sistemas basados en servo - 60-75%
- Sistemas de transferencia de fluidos de baja presión - 15%
Obtenga el producto de la potencia de entrada (hp del motor) y el porcentaje que se indica arriba que mejor describe los parámetros del sistema. Por ejemplo, si su sistema es un circuito simple con motores de fluido y tiene una potencia de entrada del motor eléctrico de 30 hp: 30 hp X 0.31 = 9.3 hp
El tanque necesita evaporar al menos 9.3 caballos de fuerza o el sistema se sobrecalentará. Otra regla a tener en cuenta es que si la presión de su sistema es superior a 1000 PSI y su tanque está dimensionado para 3 veces o menos la salida de la bomba, NECESITARÁ un intercambiador de calor.
CONCLUSIÓN
El sistema hidráulico tiene, de hecho, muchas características térmicas a considerar para prolongar la vida útil de sus equipos. Como se discute brevemente en este artículo, usted puede tomar decisiones informadas al trabajar con un sistema existente o un nuevo diseño para combatir la generación de calor. En consecuencia, debe consultar a su profesional local de energía fluida si tiene dudas sobre cualquier posible resultado.
