El próximo avance en hidráulica: ¿progreso o retroceso?

La mejora continua es parte de la vida. A veces podemos objetarlo. Pero no podemos detenerlo. Se manifiesta de muchas maneras diferentes.

En ingeniería, estamos acostumbrados a que las máquinas y sus componentes se vuelvan más fuertes, más livianos, más baratos, más pequeños, más fuertes y más eficientes. Esto es más evidente en el campo de la tecnología de la información. De hecho, de acuerdo con la Ley de Moore, llamada así por el cofundador de Intel Corp., Gordon Moore, el poder de los chips de computadora se duplica cada 18 meses. Al mismo tiempo, el costo para los consumidores de esta potencia informática adicional se ha reducido exponencialmente.

Pero a medida que el costo de consumo de la potencia informática ha disminuido, el costo de implementar la Ley de Moore ha ido en la dirección opuesta para los fabricantes: los costos de I+D, fabricación y pruebas han aumentado constantemente con cada generación de chips.

Esto condujo a la definición de la «Segunda ley de Moore», que establece que el costo de capital de la fabricación de semiconductores aumenta exponencialmente con el tiempo. Eso significa que el progreso tiene un precio, al menos en algún lugar de la cadena de suministro.

Avances en la tecnología hidráulica
El desarrollo rápido y continuo que hemos visto en el mundo de TI es un comportamiento difícil de seguir. Pero como la mayoría de los otros campos de la ingeniería mecánica, la hidráulica no se duerme en los laureles.

La presión operativa sobre los componentes ha aumentado constantemente durante los últimos 30 años y se espera que esta tendencia continúe. Los diseños de sellos y mangueras también han mejorado en consecuencia, al igual que los aditivos de aceite y la tecnología de filtración. Los avances en materiales y técnicas de fabricación significan que los componentes hidráulicos más eficientes con densidades de potencia más altas están disponibles a un costo más bajo.

Figura 1. Una gota de aceite hidráulico oxidado en papel de filtro muestra cómo los desechos oxidados son altamente polares y propensos a apelmazarse.(Todas las fotos son cortesía de la Escuela de Ingeniería de Milwaukee).

En resumen, se han hecho muchos progresos, la mayoría buenos. Pero esto tiene un precio. Las presiones de trabajo más altas y las tolerancias más estrictas hacen que las prensas hidráulicas sean más susceptibles al desgaste y daños por la contaminación del aceite y la lubricación insuficiente. Esto significa que el mantenimiento proactivo es fundamental para la confiabilidad y el rendimiento óptimos de los equipos hidráulicos actuales.

Pero así como se espera que la Ley de Moore se aplique a otra generación, también lo hará la búsqueda de un mejor rendimiento por parte de los fabricantes de equipos hidráulicos. La pregunta es: ¿a dónde ir desde aquí?Al responder a esta pregunta, creo que algunos fabricantes de equipos hidráulicos van en la dirección equivocada. Se puede decir que son «danzas con el diablo». Espero que mi uso de esta metáfora tenga sentido una vez que explique.

Un colega que trabaja para un gran fabricante de componentes hidráulicos me dijo recientemente que los clientes del fabricante de equipos originales (OEM) de su empresa requerían componentes que pudieran manejar temperaturas de funcionamiento del sistema hidráulico superiores a 110 °C. Este número no es para un margen de seguridad, es para operación continua. Pero el calor es el peor enemigo de la hidráulica, más que las partículas y la contaminación del agua en estos días, gracias a la comprensión y adopción generalizadas de la tecnología de filtración moderna.

Figura 2. Otro componente de un sistema hidráulico que puede dañarse cuando se opera a temperaturas excesivas es el filtro del sistema. Esta imagen muestra la acumulación de barniz en los medios filtrantes hidráulicos.

Así que me parece que un sistema hidráulico que funciona a 110 °C es un sistema hidráulico del infierno, en sentido figurado. Diseñar deliberadamente un sistema de este tipo es como bailar con el diablo. Consideremos algunas de estas razones.

Vida del aceite
De acuerdo con la ley de Arrhenius, la velocidad de reacción se duplica por cada 10 °C de aumento de temperatura. Debido a la presencia de aire, la reacción química que nos preocupa con respecto a la vida útil del aceite hidráulico es la oxidación;e hidrólisis debido a la presencia de agua. Cuanto más caliente está el aceite, más rápidas son estas reacciones, y exponencialmente.

Por ejemplo, si vierte un poco de aceite de cocina en un vaso y tarda días o incluso semanas en oscurecerse, esto es un signo de oxidación, Figura 1. Pero vierta la misma cantidad de aceite de cocina en una sartén, lo que le da al aceite una gran área de contacto con el aire, y caliéntelo, y el aceite se volverá negro en muy poco tiempo.

Cuando se les preguntó acerca de la vida útil del aceite, los colegas del fabricante de componentes hidráulicos admitieron que cuando los componentes hidráulicos se probaron en el laboratorio a temperaturas de 110 °C y superiores durante largos períodos de tiempo, el aceite «se volvió negro como la tinta y olía mal».

Figura 3. Las altas temperaturas y la oxidación de fluidos no solo afectan a los fluidos. Esta imagen muestra desechos oxidados y partículas de desgaste de una máquina que opera a un calor extremo.

La cuestión es que el petróleo no falla de forma aislada. La Figura 2 muestra la acumulación de lodos en los medios de filtrado hidráulico (la película de pintura y los lodos son subproductos del proceso de oxidación del aceite), y la Figura 3 muestra los desechos de óxido y las partículas de desgaste de las máquinas hidráulicas que funcionan a temperaturas extremadamente altas.

viscosidad del aceite
La viscosidad de trabajo del aceite hidráulico es fundamental tanto para una lubricación adecuada como para una transmisión de potencia eficiente. Cuanto mayor sea la temperatura operativa máxima esperada, más amplia será la ventana operativa de temperatura. Y cuanto más amplia sea la ventana operativa de temperatura, más difícil será mantener la viscosidad del aceite dentro del rango permitido y óptimo.

Por ejemplo, considere un sistema con una temperatura de arranque en frío de 5 °C y una temperatura máxima de funcionamiento de 110 °C. Para mantener una viscosidad entre 800 cSt en arranque en frío y 25 cSt a temperatura máxima de funcionamiento, ¡se requiere un aceite ISO VG150 con un índice de viscosidad de 229!En caso de que esos números no signifiquen mucho para usted, este no es el tipo de aceite hidráulico al que puede llamar y obtener de su proveedor de aceite local. Los fluidos hidráulicos de uso común tienen grados de viscosidad ISO de 32, 46 y 68. Un aceite hidráulico típico de un solo grado tiene un VI de alrededor de 100 y un aceite hidráulico multigrado tiene un VI de alrededor de 150. Entonces, aunque está fácilmente disponible, el aceite VG150 con un VI de 229 es un producto premium, por decir lo menos.

Vida útil del sello y la manguera
Como todo lo demás, los elastómeros utilizados para fabricar sellos hidráulicos y mangueras están mejorando todo el tiempo. Pero las temperaturas del aceite superiores a 82°C aceleran la degradación de la mayoría de estos polímeros. De hecho, según un fabricante de sellos, las temperaturas de funcionamiento de 10 °C por encima del límite recomendado pueden reducir la vida útil del sello en un 80 % o más. Si la temperatura es lo suficientemente alta, algunos polímeros se derretirán, como se muestra en la Figura 4.

Figura 4. Esta imagen muestra plástico fundido de un sistema hidráulico sobrecalentado. Cuando el sistema se enfría, el plástico puede volver a solidificarse, lo que podría causar bloqueos y fallas en los componentes.

Además, el ciclo continuo de calentamiento y enfriamiento, conocido como proceso de envejecimiento, se exacerba cuando las temperaturas extremas son altas. El envejecimiento hace que estos polímeros pierdan su elasticidad. Esto puede causar fugas en los sellos y las mangueras.

En conclusión
El aumento de la temperatura a la que se espera que funcione el sistema hidráulico no mejora el rendimiento de la máquina. Solo exacerbará muchos problemas de confiabilidad que la tecnología actual no puede resolver. Así que no es progreso, es retroceso. Y este avance erróneo seguramente costará a los propietarios de equipos hidráulicos que operan estas máquinas de funcionamiento en caliente.

Brendan Casey tiene más de 20 años de experiencia en mantenimiento, reparación y reacondicionamiento de equipos hidráulicos móviles e industriales. Para información visite www.supermercadohidráulico.com .

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