Paso 1 – Colador de entrada de la bomba

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Paso 1

El problema de campo que más comúnmente se encuentra es el de cavitación de la bomba debido a acumulamiento de suciedad en el colador de la bomba. No solo ocurre en sistemas que hayan estado en servicio por un largo tiempo, ocurre también en sistemas que han estado en operación tan solo unas cuantas horas. Produce estos síntomas: incremento en el ruido de la bomba, pérdida de presión o pérdida de velocidad del cilindro.

Si no hay un colador en la línea de entrada de la bomba, se encuentra entonces en la línea que está sumergida por debajo del nivel de aceite del depósito. Puede ser removida para darle servicio desacoplando la línea de entrada a la bomba, removiendo la cubierta de brida donde la línea entra al depósito, entonces se puede retirar el colador. Algunos operadores no saben que hay un colador en el depósito, o si lo saben, no lo limpian regularmente. Un colador sucio restringe el flujo hacia adentro de la bomba y pudiera causar que la bomba falle prematuramente.

Se debe remover el colador de la entrada y debe limpiarse aunque aparentemente no tenga suciedad, porque algunos materiales son difíciles de ver. Si hay agujeros en la malla u otros daños obvios, se debe instalar un colador nuevo. Los coladores de malla pueden limpiarse efectivamente con aire comprimido, aplicando el aire de adentro hacia afuera. Deben ser lavados en solvente, usando un cepillo de alambre. Si fuera posible, utilicie un solvente de base mineral. Una marca de solvente a la venta es una llamada solvente Stoddard. Si no se encuentra un solvente seguro, y si fuera necesario utilizar un solvente a base de hidrocarburo tal como el kerosene, no trabaje en áreas cerradas y mantenga lejos de cualquier flama o cualquier otra fuente de calor. Nunca use solventes altamente inflamables tales como la gasolina, la laca, el thinner, la nafta, etc. Después de limpiar con el solvente use una manguera de aire comprimido para eliminar cualquier residuo de solvente. Para sistemas a base de agua o con fluidos sintéticos, utilice el mismo fluido para limpiar el colador.

Cuando reinstale el colador inspeccione todas las juntas en la tubería de entrada buscando fugas de aire, particularmente en las juntas de la unión. No debe haber fugas de aire en la línea de entrada. Revise el nivel de aceite del depósito para asegurarse que es suficiente para cubrir al colador con al menos 3 pulgadas de aceite en el nivel mínimo de aceite, el cual es cuando todos los cilindros, están extendidos. Si no lo hace hay peligro de que se cree un vacío sobre el colador lo cual permitiría que entre aire al sistema cuando la bomba no esté trabajando.

Revisión del sistema hidráulico

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Circuito típico de sistemas de fuerza fluida | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Circuito típico de sistemas de fuerza fluida | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Aquí se describe un procedimiento de revisión paso a paso para los sitemas hidráulicos que trabajaban bien antes pero han desarrollado un problema que afecta su operación.

El diagrama de arriba muestra un circuito básico y los componentes principales típicos de la mayoría de los sistemas. Generalmente las fallas en los sistemas se pueden relacionar con alguno de estos componentes. Para revisar el sistema se requiere que un indicador de presión esté instalado en la línea de presión.

Síntomas del problema

Muchas de las fallas en los sistemas hidráulicos muestran síntomas similares: una pérdida repentina o gradual de alta presión, resultando de una pérdida de la velocidad del cilindro y/o potencia. Puede que el cilindro no se mueva, o si lo hace, lo hace muy lentamente o se detiene al enfrentar cargas ligeras. Comúnmente la pérdida de fuerza es acompañada por un incremento del ruido de la bomba, especialmente al intentar la presión contra la carga.

Por supuesto, cualquiera de los componentes principales – bomba, válvula de alivio, válvula de 4 vías o el filtro pudiera estar fallando. Y en un sistema más sofisticado hay otros componentes que pudieran estar fallando.

Para seguir un procedimiento organizado de revisión, el problema se puede rastrear a un área general, entonces si fuera necesario, cada componente en esa área puede ser probado o puede ser temporalmente reemplazado con un componente similar que se conoce que está bien.

Ejemplo de selección de intercambiador de calor

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Un sistema hidráulico que esté trabajando con una temperatura de superficie del depósito de 190° F. En un cuarto donde la temperatura ambiente es de 80° F. Así que la diferencia de temperatura es de 110° F. La capacidad de radiación del depósito, de la tubería y de los componentes es de aproximadamente 90 pies cuadrados. ¿Cuál es la capacidad en HP de un intercambiador de calor el cual debe ser agregado para reducir la temperatura de la superficie del depósito a 140°F?.

Solución:

Primero, encontrar la columna marcada «110°F», luego buscar en la columna de la izquierda «90 pies cuadrados». La cifra en HP mostrada es de 9.90. Esta es la capacidad de irradiación del depósito para mantener una superficie de 190°F de temperatura de superficie.

Después, en 140° F que es la temperatura deseada va a haber una diferencia de 60° F entre la temperatura del depósito y la temperatura ambiente. Ver en la columna 60° F en la línea de 90 pies cuadrados. La cifra mostrada es 8.10 HP. Este es el máximo de calor que puede ser irradiado por el sistema por si mismo sin la ayuda de un intercambiador de calor si se deseara mantener una temperatura de 140° F en el depósito de aceite. Restar 8.10 de 9.90 = 1.80 HP. Esta es la capacidad del intercambiador de calor que debe ser agregado. Convertir BTU por hora multiplicando HP por 2545.

Tabla para seleccionar un intercambiador de calor | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México. S.A. de C.V.

Tabla para seleccionar un intercambiador de calor | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México. S.A. de C.V.

Selección de un intercambiador de calor

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La tabla que se muestra abajo fue preparada con el propósito de determinar la capacidad por hora en HP o BTU de un intercambiador de calor que debe ser agregado a un sistema existente para reducir la temperatura del aceite de un nivel alto no aceptable a un nivel más bajo.

Se tienen que hacer tres mediciones antes de utilizar la tabla. La primera es la de la temperatura del aceite en grados Fahrenheit en la pared lateral del depósito por debajo del nivel de aceite. La segunda es la de la temperatura ambiete cerca del depósito, en grados Fahrenheit también. La tercera es la de el área en pies cuadrados de todas las superficies metálicas incluyendo la parte de abajo, la de arriba y las paredes laterales del depósito que irradian calor. Se puede incluir un estimado de las superficies de las válvulas y la tubería.

Instrucciones para el uso de la tabla

Tomar la diferencia entre el aire del ambiente y la temperatura en la superficie del depósito y en la parte superior de la tabla la columna apropiada. Ver en la parte de esta columna hasta en contra la línea que represente la cantidad en pies cuadrados de superficie de radiación de sus sistema.

Después, decidir a que temperatura estaría bien mantenerlo. Restar esto de la temperatura ambiente para encontrar la nueva diferencia de temperatura. Encontrar la columna apropiada y ver en esa misma línea. Esta cifra es la capacidad máxima de radiación del sistema en las condiciones actuales para mantener una temperatura de 140 F de temperatura de superficie en el depósito.

Tabla para seleccionar un intercambiador de calor | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México. S.A. de C.V.

Tabla para seleccionar un intercambiador de calor | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México. S.A. de C.V.

 

 

Como seleccionar el tamaño de un acumulador

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Asumiendo que la descarga  del acumulador va a ser usada solo en el movimiento de extensión (de trabajo) de la carrera y que se le va a permitir al cilindro retraerse con el aceite de la bomba, se pueden seguir los siguientes pasos:

Paso 1:

Seleccione el tamaño del cilindro para que tenga suficiente fuerza no solo a 3,000 PSI sino a presiones más bajas a las cuales pudiera estar durante la descarga.

Paso 2:

Calcular el número de pulgadas cúbicas de aceite necesarias para llenar al cilindro de acuerdo a su tamaño y longitud de carrera.

Paso 3:

Utilizar el tiempo en segundos, que está permitido para el movimiento de avance.

Paso 4:

Restar el volumen calculado en el Paso 3 del volumen calculado en el Paso 2. Este es el volumen de aceite que debe ser proporcionado por el acumulador.

Seleccionar el tamaño de un acumulador hidráulico

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Los sistemas hidráulicos que usan acumuladores son generalmente diseñados para presiones de trabajo, con el acumulador completamente cargado de 3,000 PSI. A esta presión la capacidad máxima del acumulador puede ser utilizada y el sistema puede producir la máxima capacidad por el costo del dinero.

Uno de los problemas con un acumulador es que, al iniciar a plena carga de presión, su presión baja al descargarse el aceite. Así que la presión de arraque debe ser lo suficientemente alta para que la fuerza que el cilindro necesita pueda todavía ser producida a la presión más baja a la que el acumulador va a estar cuando se descargue.

La capacidad en galones requerida está relacionada a el diámetro y carrera del cilindro, al tiempo permitido para la carrera de trabajo (asumiendo que es lo largo de la carrera de extensión).

Las cifras de la tabla de abajo muestran el número de pulgadas cúbicas de aceite que pueden ser recuperados de un acumulador de un galón al descargarse de una presión total de 3,000 PSI a el nivel de presión más bajo mostrado en la columna de la izquierda. Un acumulador de 2 galones va a proporcionar el doble de estas cantidades, uno de los 5 galones va a proporcionar cinco veces el valor, etc.

Seleccionar el tamaño del acumulador | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México. S.A. de C.V.

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Ejemplo de un cálculo de fuerza de entrada a un sistema hidráulico

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Vamos a estimar la fuerza de entrada de un sistema que tiene una carga de 50,000 Lbs en la extensión del cilindro y la velocidad del cilindro es de 200 pulgadas por minuto.

Escogemos al azar un cilindro de 6″ de diámetro, el cual tiene un área de pistón de 28.28 pulgadas cuadradas. La presión teórica requerida es = 50,000 ÷ 28.7 = 1857 PSI. Agregar un 5% por pérdidas del cilindro: 1857 + (.05 x 1857) = 1950 PSI que se requieren en realidad en los puertos del cilindro. Agregar un 20% por pérdidas estimadas en el circuito entre la bomba y el cilindro: 1950 + (.20 x 1950) = 2340 PSI requeridas en la bomba.

El flujo de aceite requerido para 200 pulgadas por minuto: 28.27 x 200 = 56.54 pulgadas cúbicas por minuto. Dividir por 231 (1 galón = 231 pulgadas cúbicas) para tener GPM: 5654 ÷ 231= 24.5 GPM.

Los HP fluidos de salida de la bomba: 2340 PSI x 24.5 GPM ÷ 1714 = 33.4 HP. Agregar 15% por pérdidas de conversión en la bomba: 33.4 ÷ 0.85 = 39.3 HP mecánicos de entrada son requeridos en la flecha de la bomba.

Estimando la fuerza de entrada a un sistema hidráulico

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La entrada a un sistema hidráulico es casi siempre fuerza mecánica de un motor eléctrico o de una máquina. Esta fuerza debe ser primero convertida de fuerza mecánica a fuerza fluida por medio de una bomba y una cierta cantidad de ella se va a perder debido a la fricción y a la resistencia al flujo en la bomba. La fuerza fluida después tiene que ser transmitida a través de tubos y válvulas y una parte adicional de la fuerza se va a perder debido a la resistencia al flujo. Finalmente la fuerza tiene que ser convertida a fuerza mecánica antes de ser utilizada. Esta conversión es por medio de un cilindro, un motor hidráulico o un actuador rotatorio y algo de esta fuerza se va a perder debido a fricción mecánica. Todas estas pérdidas de fuerza se deben tomar en cuenta cuando se estime la cantidad de entrada de fuerza requerida para producir la salida de fuerza mecánica requerida.

Salida de fuerza

El primer paso al diseñar un sistema hidráulico es el estimar la cantidad de fuerza que se requiere para igualar justamente la resistencia de la carga a ser movida. La fuerza de salida puede ser calculada con la siguiene fórmula:

PSI = Fuerza de salida ÷ Área del pistón

La presión producida por la bomba va a ser más alta que la presión calculada para balancear la resistencia de la carga. El aceite no puede moverse por el circuito a menos que haya presión adicional de la bomba al cilindro para empujarlo a través de la resistencia al flujo de las válvulas y los tubos. Es raramente posible el calcular con exactitud la presión necesaria para superar la resistencia al flujo y un diseñador tiene que hacer un cálculo solo aproximado.

Como regla de experiencia, para empezar el diseño una presión adicional de al menos 15% o hasta 20% sobre la presión de balance de la carga debe ser estimada para equipo móvil. Si va a haber válvulas reductoras de presión, divisoras de flujo o válvulas de control de flujo compensado, se debe agregar un 3% a 5% adicional por cada uno de estos componentes.

La velocidad de un cilindro se puede calcular con la siguiente fórmula:

Rango de flujo de aceite (GPM) = Área del pistón (pulg. cuad.) x Velocidad de viaje (pulg. por minuto) ÷ 231

Selección de la bomba y entrada de fuerza

Con los cálculos anteriores se puede seleccionar ahora una bomba, la cual debe proveer el flujo requerido a la presión estimada. Se puede seleccionar utilizando la siguiente fórmula:

HP fluidos = PSI x GPM ÷ 1714

Para encontrar la entrada de la fuerza mecánica estimada a la bomba, agregue un 15% para compensar por pérdidas mecánicas y de flujo en la bomba.

Ejemplo de un cálculo de selección de tamaño de tubería

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Puntos de flujo en un sistema hidráulico simple | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México. S.A. de C.V.

Puntos de flujo en un sistema hidráulico simple | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México. S.A. de C.V.

Utilizando el diagrama de arriba vamos a calcular el flujo máximo y el rango de presión de cada línea en un sistema de 3,000 PSI utilizando un cilindro con un vástago de 2″ y un flujo de la bomba de 50 GPM.

Primero se calcula el flujo máximo en cada línea, A, B, C, D, E y F. El flujo en las líneas A, B y F será por supuesto de 50 GPM. El flujo de la línea C será de 50 GPM cuando el cilindro se esté retrayendo y menor cuando el cilindro se esté extendiendo. El flujo de las líneas D y E será mayor que el flujo de la bomba cundo el cilindro se esté retrayendo y será mayor por la misma relación en la que el área total del pistón es mayor que su área de red. Para este cilindro el área total del pistón es de 12.57 pulgadas cuadradas y el área de red es de 9.43. La relación es de 1.33. Por lo tanto, el flujo en las líneas D y E será de 50 x 1.33 = aproximadamente 65 GPM.

Se puede hacer una tabla con el rango de flujo y presión de cada línea como la de abajo:

Selección de tubería | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México. S.A. de C.V.

Selección de tubería | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México. S.A. de C.V.

Cálculos para diseño – Seleccionar tamaño de tubería para sistemas hidráulicos

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Puntos de flujo en un sistema hidráulico simple | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México. S.A. de C.V.

Puntos de flujo en un sistema hidráulico simple | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México. S.A. de C.V.

El tamaño de la tubería o mangueras para los sistemas hidráulicos es muy importante y tiene que ser el adecuado para cada sistema. Si su tamaño es demasiado pequeño, la velocidad del aceite va a ser muy alta y esto genera calor excesivo y crea pérdida de fuerza. Por otra parte si la tubería fuera demasiado grande habría pocas pérdidas y la transferencia de fuerza sería buena pero los costos de los materiales y de su instalación serían más altos de lo necesario.

En algunos sistemas de baja potencia el tamaño de la tubería es el mismo para todas la líneas del sistema completo y esto está bien si el tamaño es el adecuado para mantener las pérdidas de flujo a lo mínimo. El puerto de tamaño de salida de la bomba sirve como guía para determinar el tamaño mínimo de la tubería.

En sistemas de más alta potencia se seleccionan diferentes tamaños de tubería basándose en las partes del circuito en  las que vaya a ser utilizada. Seleccionando diferentes tamaños de tubería según sea necesario en cada parte del sistema hidráulico se pueden mantener sus costos al mínimo y el desmpeño del sistema será bueno.

La imagen de arriba muestra un circuito típico para muchos sistemas hidráulicos. Los puntos de flujo se identifican con A, B, C, D, E y F.La tabla de abajo se puede utilizar como guía para recomendar los tamaños de tubo para cada una de estas líneas. Lás áreas de flujo son para 5 GPM, multiplique por el flujo real de la bomba real.

Seleccionar tamaño de tubería | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México. S.A. de C.V.

Seleccionar tamaño de tubería | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México. S.A. de C.V.

La tabla de arriba muestra los tamaños sugeridos para las líneas de presión A, C y F trabajando a la máxima presión del sistema. Estas áreas de flujo están basadas en una velocidad de flujo de 10 pies por segundo en líneas de alta presión para operar de 0 a 1,000 PSI. 15 pies por segundo para rangos de 1,000 a 2,000 PSI. 20 pies por segundo para rangos de 2,000 a 3,500 PSI. Y 30 pies por segundo para rangos de 3,500 a 5,000 PSI.

Punto A (3 lugares)

El volumen de flujo en estas líneas va a ser siempre igual que la salida de flujo de la bomba. La tubería puede ser del tamaño sugerido en la tabla o puede ser del tamaño del puerto de salida de la bomba.

Punto B (Succión de la bomba)

La velocidad del aceite debe ser mantenida baja para evitar dañar la bomba por cavitación.

Punto C

El material para la tubería debe ser para rangos de presión de cerca de 1 1/2  o 2 veces el ajuste de la válvula de alivio porque la intensificación de presión puede ocurrir si el flujo del cilindro fuera restringido o bloqueado.

Punto D

En este punto de la línea el máximo flujo va a ocurrir al retraerse el cilindro y va a ser más grande que el flujo de la bomba. El material para la tubería en este punto debe ser igual a la presión de la válvula de alivio.

Punto E

Retorno de aceite al depósito. El flujo máximo será cuando el cilindro se está retrayendo pero se deben utilizar materiales para la tubería para baja presión.

Punto F

El flujo máximo será igual al flujo de la bomba. Se puede utilizar el mismo diámetro de tubo que el de la entrada de la válvula de alivio pero con materiales para baja presión.

 

Cómo seleccionar la capacidad de un intercambiador de calor

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En teoría la capacidad máxima de un intercambiador de calor no tiene que ser mayor que la entrada en HP al sistema, debe ser mucho menor. Una regla de experiencia es colocar el intercambiador de calor con capacidad de remoción de al menos el 25% de la entrada de HP.

Instalación de Intercambiadores de calor

Intercambiador de calor instalado en la línea de retorno | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Intercambiador de calor instalado en la línea de retorno | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Los intercambiadores de calor no soportan presiones altas, son usualmente para rangos de 150 a 250 PSI máximo y por lo tanto se deben instalar en lugares donde haya presiones bajas.

El lugar más práctio para instalar un intercambiador de calor es en la línea de retorno. En la imagen de arriba se muestra una válvula de alivio de baja presión, que es opcional y puede proteger a la línea de retorno de oleadas de alta presión que pudieran dañar al intercambiador de calor. Si se utiliza debe ser del tipo no ajustable para prevenir que se hagan ajustes equivocados.

Tipos de intercambiadores de calor

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Radiador de calor enfriado por aire de ventilador | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Radiador de calor enfriado por aire de ventilador | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

El aceite fluye a través del radiador de acero mientras una corriente de aire pasa a través del corazón. En sistemas industriales la corriente de aire es producida por un ventilador de aspas movido por un motor eléctrico. Los intercambiadores de calor enfriados por aire son más costosos que los enfriados por agua, pero no requieren suministro de agua. Trabajan bien si el aire del medio ambiente es relativamente frío, y su capacidad disminuye en proporción al incremento de la temperatura del aire en el medio ambiente.

Intercambiadores de calor enfriados por agua

Enfriador de agua | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Enfriador de agua | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Si hay una fuente de agua disponible, se prefiere un intercambiador de calor de concha y tubos de agua a un intercambiador que enfría por aire, debido a que es menos costoso y enfría eficientemente sin importar que tan alta es la temperatura del aire en el ambiente, porque su enfriamiento depende de la temperatura del agua y no del aire.

El agua de enfriamiento circula a través de un grupo de tubos de bronce desde uno de los extremos al otro. Hay tres tipos de modelos de estos enfriadores, los de «paso sencillo», en donde el agua entra y pasa a través de todos los tubos y sale. Los de «doble paso» en donde el agua entra, pasa a través de la mitad de los tubos, es dirigida en dirección contraria y fluye de regreso a través de la mitad de los tubos y regresa al punto inicial. Y los de «cuatro pasos», en donde el agua hace cuatro pasos, a través de un cuarto de los tubos en cada paso. Se selecciona que tipo de modelo que se va a utilizar dependiendo del volumen de agua disponible. Los de «paso sencillo» son los más eficientes pero son los que más agua necesitan.

El aceite a ser enfriado es llevado por tubería hacia adentro de la concha y fluye sobre el exterior de los tubos. Los deflectores se colocan para dirigir el aceite hacia adelante y hacia atrás por los tubos al fluir de un extremo al otro de la concha.

Intercambiadores de calor para sistemas hidráulicos

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En cualquier sistema, aunque esté bien diseñado, siempre hay pérdidas de fuerza al convertir la energía mecánica a fuerza fluida. Esto genera calor que generalmente acaba en el aceite hidráulico. En sistemas pequeños, de menos de 25 HP, el calor que está en el aceite puede ser irradiado a la atmósfera a través de las paredes del depósito, del cilindro, de las bombas, de las válvulas y de la tubería, y el calor no excedería un nivel aceptable para trabajar. En sistemas más grandes no hay superficie suficiente para irradiar el calor y así evitar que se alcance una temperatura excesiva del aceite. En estos sistemas se agrega un intercambiador de calor.

¿Por qué se caliente el aceite hidráulico?

La bomba genera calor al perder del 10% al 15% fuerza mecánica. También cuando el flujo tiene que pasar a un lugar en donde el flujo está a menor presión, se genera calor. El calor puede ser generado también por una válvula de alivio de presión, por una válvula de control de flujo, una válvula reductora de presión y en la resistencia al flujo de la tubería y otros componentes.

¿Como minimizar el calentamiento del aceite?

  • Usar un depósito de aceite como se tan grande como sea posible.
  • Instalar el depósito en un área ventilada, lejos de paredes y expuesto a corrientes de aire si es posible.
  • No instalar el depósito en un lugar cerrado como un gabinete o consola, a menos que tenga un sistema de ventilación.
  • Diseñar el sistema para que la bomba se descargue al mínimo de presión cuando los actuadores no estén trabajando.
  • Usar líneas de tuberías y componentes suficientemente grandes para mantener las pérdidas de flujo a un nivel moderado.
  • Ajustar la válvula de alivio al nivel más bajo posible en el cual pueda hacer el trabajo.

Amortiguador de oleadas

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Amortiguador de oleadas | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Amortiguador de oleadas | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Los acumuladores se pueden colocar apropiadamente para reducir las ondas de golpe o los picos de presión que pasan a través del sistema. Se deben colocar físicamente tan cerca del lugar donde se produce el choque como sea posible.

La mayoría de los choques se generan en tres lugares: la bomba, la válvula de 4 vías o la prensa del cilindro. Las bombas de pistones generan más choques que las de los otros tipos. Las válvulas de carretes generan choques cuando el carrete se mueve de una posición lateral a la posición neutral y esto se produce porque el flujo del aceite es detenido cuando el carrete se está moviendo. En la prensa hidráulica se genera un choque cuando se relaja la presión y algunos componentes que tienen resortes regresan forzados a su posición normal.

Para la mayoría de los sistemas hidráulicos no se puede calcular el tamaño adecuado del acumulador, pero por una regla de experiencia se puede utilizar un acumulador con una capacidad de 1/10 GPM de flujo de aceite en el punto donde el choque es generado.

Acumulador para compensar pérdidas por fugas

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Acumulador para compensar pérdidas por fugas | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Acumulador para compensar pérdidas por fugas | ASHM, Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Las prensas hidráulicas que se utilizan para moldeo, laminado, curado y pegado, pueden necesitar que se mantenga la presión sobre el trabajo durante el periodo de curado. De otra manera, debido a las pequeñas fugas que existen en los sellos de pistón y en los carretes de las válvulas, la fuerza del pistón se relajaría. Durante este periodo no se debe permitir que la bomba descargue por la válvula de alivio.

El circuito opera de la siguiente forma: El operador posiciona la válvula de 4 vías, la prensa se detiene y se cierra, la presión se va acumulando. Cuando la presión máxima alcanza al acumulador éste está en posición de cargado. El operador puede entonces accionar la válvula  para que quede en la posición neutral para descargar la bomba. El acumulador va a compensar las fugas del circuito.

Aplicaciones para acumuladores

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Circuito hidráulico convencional | Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Circuito hidráulico convencional | Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Circuito hidráulico de acumulador | Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Circuito hidráulico de acumulador | Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

En las imágenes de arriba se muestran dos circuitos hidráulicos, uno convencional y el otro usando un acumulador. Los dos producen la misma velocidad y fuerza del cilindro. En algunas ocasiones el circuito de acumulador puede ser más económico de construir.

En el circuito convencional el cilindro solo se mueve el 20% del tiempo y está detenido el 80% del tiempo esperando que el operador haga la carga y descarga de la máquina. Y el motor eléctrico  y la bomba hidráulica deben producir caballos de fuerza en base contínua aunque no se necesiten todo el tiempo.

En el circuito del acumulador el cilindro producirá la misma fuerza y velocidad y operará también solo el 20% del tiempo pero con un motor  y una bomba de 1/4 de tamaño. La bomba se complementa con fluido de aceite de un acumulador. La bomba va a trabajar la mayor parte de tiempo a un rango más estable, independientemente de si el cilindro se mueve o no, almacenando aceite a presión en el acumulador. Después de que la bomba a cargado al acumulador éste se va a descargar al depósito por una válvula de descarga hasta que el próximo ciclo del cilindro empiece. Aún con el costo del acumulador, la válvula de descarga, la válvula de retención y el equipo de carga, el sistema será menos costoso debido al menor costo del motor eléctrico y de la bomba.

Tipos de acumuladores

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Acumulador de pistón | Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Acumulador de pistón | Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Acumulador de pistón

Se construye como un cilindro hidráulico, excepto que no tiene perno de pistón. El pistón está sellado con un par de anillos-O, con el espacio entre los anillos venteado al lado del aceite. El pistón evita que el gas nitrógeno se disuelva en el aceite. En un extremo tiene una válvula de gas y en el otro extremo tiene una entrada de aceite. Ya que el acumulador se ha cargado con nitrógeno a alta presión, el puerto de gas se cierra y la botella de nitrógeno se remueve. Estos acumuladores están disponibles en tamaños desde una fracción de galón hasta veinte galones de capacidad. Se pueden conectar varios acumuladores en paralelo para obtener una mayor capacidad.

Acumulador de vejiga | Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Acumulador de vejiga | Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Acumulador de vejiga

Una bolsa de hule sintético separa la carga de nitrógeno del aceite hidráulico. El rango usual de presión máxima es de 3,000 PSI y la precarga cerca de 1,500 PSI. Si todo el aceite es descargado una válvula de seguridad tipo disco en la boca del puerto del aceite es empujada hasta cerrar por la bolsa para que no haya extrusión.

Acumulador hidráulico

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Un acumulador es un depósito de almacenamiento dentro del cual se puede bombear aceite bajo presión. Los acumuladores se utilizan en los sistemas hidráulicos en alguna de estas maneras:

  1. El aceite almacenado puede ser usado para proveer de un flujo de alta presión, para desarrollar una operación o para agregarse al flujo de una bomba por un periodo breve. Un Sistema de aire comprimido y un sistema hidráulico con acumulador actúan muy parecido. Una bomba pequeña trabajando contínuamente acumula aceite bajo presión en el acumulador hasta que alcanza un límite establecido, generalmente 3000 PSI.
  2. Se coloca un acumulador pequeño en la línea de presión cerca de un componente para amortiguar el golpe de presión producido por el componente. Algunos lugares para colocarlo son: el puerto de presión, cerca del puerto de presión en una válvula de 4 vías o cerca del cilindro de presión.
  3. En una prensa deteniendo a la aplicación donde la platina debe permanecer cerrada bajo presión por un lapso de tiempo, la bomba hidráulica puede ser desocupada y usar el acumulador para alimentar el aceite necesario del cilindro
  4. Un acumulador se puede usar en aplicaciones de cualquier tipo que requieran un alto volumen de aceite por un breve periodo de tiempo. Un acumulador se tiene que cargar con nitrógeno seco utilizando una manguera de carga. No se debe utilizar aire para cargarlos porque el oxígeno puede ser un riesgo de incendio y también va a deteriorar los sellos de hule.

La mayoría de los circuitos hidráulicos que van a trabajar con acumulador deben estar diseñados para trabajar a una presión máxima de 3,000 PSI para tomar ventaja de los acumuladores de 3,000 PSI. Para la mayoría de las aplicaciones la presión del gas de carga no es crítica y un nivel de 1,500 PSI funciona bien.

La posición preferida para los acumuladores es con el puerto de aceite hacia abajo para mantener la suciedad afuera. Los acumuladores le añaden un costo al sistema así es que se deben utilizar solo en situaciones en donde ofrezcan ventajas sobre circuitos convencionales.

Rangos para filtros hidráulicos

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¿Qué es el rango Beta?

El rango Beta es una forma de establecer la efectividad de un filtro, cuántas partículas de cierto tamaño puede remover. Este rango se expresa numéricamente y la eficiencia se expresa en porcentaje.

El rango Beta se expresa con la letra griega «ß» y también expresa la relación de partículas que son más grandes que entran al filtro con el número de partículas que pasan por él sin ser atrapadas. Por ejemplo, si 4,000 partículas por milímetro del fluido entran al filtro y 750 de estas pasan sin ser atrapadas, la relación ß o la filtración, es de 4000 ÷ 750, y esto da 5.33. Si con esta misma información se quisiera establecer la eficiencia del filtro, se dividiría 750 ÷ 4,000 y esto daría .1875 ó 18.75% en porcentaje. Por lo tanto la eficiencia del filtro sería 100% – 18.75%, y esto nos daría 81.25%, que sería la eficiencia del filtro. Y esto es lo mismo que la relación beta de 5.33.

Relación beta contra el porcentaje de eficiencia de filtrado

Relación beta contra el porcentaje de eficiencia | Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Relación beta contra el porcentaje de eficiencia | Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Filtración externa para un sistema hidráulico

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Filtración externa para un sistema hidráulico | Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

Filtración externa para un sistema hidráulico | Aceros y Sistemas Hidráulicos de México S.A. de C.V.

En algunos sistemas hidráulicos, sobretodo en los que son más grandes, se debe agregar filtración adicional. Se puede agregar esta filtración adicional con una unidad de filtración externa. Esta se coloca a un lado del depósito principal.

El aceite que va a ser filtrado se puede tomar de una de las conexiones de drenado del depósito principal. Después de que es filtrado puede retornar al depósito ya sea a través de la abertura del filtro, o colocando una extensión T a la línea de retorno al depósito, o a través de la otra abertura de drenaje.