La presión del agua entra en el sistema de alta presión

El agua fue el primer fluido utilizado como medio de transmisión de energía: las primeras aplicaciones hidráulicas del agua datan de hace 2000 años. Por supuesto, la hidráulica hidráulica moderna es muy diferente de las aplicaciones históricas debido a la llegada de nuevos diseños, materiales y tecnologías de control.

En la década de 1990, muchos países del mundo llevaron a cabo una extensa investigación y desarrollo en hidráulica. RD se enfrió al comienzo del nuevo milenio, pero se está recuperando en medio de las crecientes preocupaciones sobre el medio ambiente y el cambio climático global.

Sustentabilidad

La cuestión gira en torno a la sostenibilidad de la hidráulica del agua. Depende de dos factores principales: el ciclo de vida del medio de presión y la eficiencia energética. Al comparar la sostenibilidad de varias alternativas de medios de presión, se deben considerar todos los procesos relacionados con la cadena de suministro. En la industria petrolera, por ejemplo, esto significa todos los procesos relacionados con la extracción, el transporte, la refinación, la comercialización, la entrega, el uso y la eliminación de petróleo.

En este caso, la comparación de las cadenas de suministro de petróleo y agua reveló marcadas diferencias. El agua está más fácilmente disponible y requiere procesos mínimos de purificación y tratamiento. El petróleo, por otro lado, tiene una larga cadena de suministro, requiere una gran inversión de capital y es dañino para el medio ambiente. Asimismo, el aceite debe estar en baldes, recipientes, tinajas, etc., mientras que el agua suele estar disponible de un grifo.

Por otro lado, el crecimiento microbiano se convierte en una preocupación para los sistemas hidráulicos de agua, aumentando los costos de mantenimiento y servicio. Los aditivos antimicrobianos pueden prevenir el crecimiento microbiano, lo que nuevamente aumenta el costo total. Aún así, las ventajas de costo de un almacenamiento más fácil y cambios de fluidos menos frecuentes superan los aspectos negativos.

En términos de eficiencia energética general, la comparación del agua y el petróleo es un poco más complicada. Los sistemas hidráulicos utilizan acero inoxidable y materiales similares para resistir la corrosión de los componentes. Además, la fabricación de ciertas características de diseño puede ser compleja y la producción de lotes pequeños aumenta el consumo de energía de producción de cada pieza de producción. Por otro lado, el agua tiene una pérdida de presión menor que el petróleo, lo que es un gran beneficio para la eficiencia, especialmente con grandes caudales y tuberías largas.

Los principios básicos de diseño y control del sistema también juegan un papel importante en términos de consumo de energía. A diferencia de la presión del aceite, la presión del agua debe depender de un enfoque diferente para mejorar la eficiencia general del sistema debido a la disponibilidad limitada de bombas de desplazamiento variable y opciones de controlador limitadas.

La solución más fácil es usar una válvula de descarga y una válvula de alivio, como las que se usan en los sistemas hidráulicos de aceite (las bombas de desplazamiento variable se volvieron comunes en los sistemas basados ​​en aceite). En algunos casos, la capacidad de control cada vez mayor de los variadores de frecuencia de CA modernos ha hecho posible el uso del control de velocidad de la bomba para la función de control de las bombas de desplazamiento variable en los sistemas hidráulicos. Una opción para el futuro implica la aplicación de hidráulica digital para optimizar el consumo de energía para tareas de control de carga precisas y rápidas.

Implicaciones de la investigación de mercado

Estudiantes de la Universidad Tecnológica de Tampere (TUT) en Finlandia realizaron una encuesta de mercado internacional de fabricantes de componentes y sistemas hidráulicos de agua en la primavera de 2013. Aunque el tamaño de la muestra es bastante pequeño, arroja luz sobre las tendencias en el mercado de la hidráulica del agua. Por ejemplo, el 75% de los encuestados dijo que las ventas de productos hidráulicos han estado creciendo en los últimos cinco años y el 87,5% espera un mayor crecimiento en los próximos cinco años. Esas son buenas noticias, considerando la evolución de todo el panorama tecnológico.

¿Cuál es la razón más importante para usar agua a presión?La primera respuesta es la seguridad para las personas y el medio ambiente (protección contra incendios). Por lo tanto, Europa, Asia y los Estados Unidos serán los que más se beneficiarán del uso más amplio de la tecnología hidráulica. Otras respuestas indicaron que el uso de soluciones de HF-A y sistemas de agua pura se dividieron casi por igual, que era el más común. Sin embargo, muchos sistemas de agua pura son sistemas abiertos de alta presión, lo que puede afectar significativamente la distribución. Mientras tanto, los sistemas HF-A dominan en las aplicaciones de transmisión de energía.

En términos de energía, la entrega del sistema se distribuye de manera bastante uniforme desde 10kW hasta más de 100kW. Sin embargo, las clasificaciones de potencia de los sistemas están un tanto concentradas en los dos extremos, menos dentro del rango de 50â_x005F_x0080__x005F_x0091_kW. Los sistemas de baja potencia tienden a operar en el rango de presión de 50 a 160 bar, mientras que los sistemas de alta potencia operan a presiones superiores a los 300 bar.

¿Qué mejoras se necesitan?A los encuestados les gustaría ver desarrollos que mejoren las válvulas de control, los materiales, los sellos y la confiabilidad, y reduzcan los costos de fabricación. Más del 70 % de las empresas encuestadas planea aumentar los esfuerzos de desarrollo de productos en el futuro.

¿Cuáles son las principales aplicaciones de la hidráulica del agua?La industria metalúrgica ocupa el primer lugar (50%), y las industrias de tratamiento de agua, minería, petróleo y gas también están bien representadas.

Una de las aplicaciones hidrohidráulicas más comunes en la actualidad son los sistemas de corte por chorro de agua en la industria papelera, donde los sistemas abiertos cortan líneas de papel en una máquina papelera. Los rangos de presión típicos son de 800 a 1500 bar y los caudales son de aproximadamente 1 a 5 lpm.

La figura 1 muestra una bomba triplex de transmisión directa desarrollada por Hytar Oy. Tiene una presión máxima de 900 bar y un caudal de 4,7 lpm a 1.200 rpm. Es adecuado para pruebas hidrostáticas, corte por chorro de agua a media presión y sistemas de limpieza a alta presión. La bomba se puede utilizar para agua pura y filtración de fluidos de baja viscosidad de 40 µm. Rango de velocidad de 100 a 1200 rpm de forma continua;0 a 1.500 rpm temporal.

bomba mas importante

Durante décadas, ha habido una tendencia clara en la hidráulica del agua y su desarrollo: la distinción entre sistemas abiertos que usan agua pura y sistemas cerrados de transmisión de energía que usan fluidos HFA u otros fluidos a base de agua. Esto dio lugar al término sistema o solución de agua a alta presión, y tiene sentido.

La mayoría de las bombas de agua de alta presión actuales son unidades de pistón en línea impulsadas por mecanismos de cigüeñal lubricados con aceite. Hay muy pocas bombas lubricadas con agua, generalmente un diseño de pistón axial con un banco de cilindros giratorios y un plato oscilante fijo.

Debido a las limitaciones del agua como medio de presión, el diseño y la fabricación de bombas de pistones axiales lubricadas con agua suelen ser complicados. No obstante, hay ciertas características y características de las bombas de pistones axiales que se convierten en activos para aplicaciones hidrohidráulicas, a saber, alta eficiencia y alta densidad de potencia.

Las bombas de pistones axiales de desplazamiento variable para hidráulica de agua son muy escasas. Water Hydraulics Co. Ltd. (bit.ly/1eOphW3) de Hull, Inglaterra, es el único fabricante de estas bombas y ofrece solo dos cilindradas (70 y 225 cm)3/Rvdo). Esto limita la aplicabilidad de la hidráulica del agua, especialmente en aplicaciones de alta potencia donde la eficiencia general del sistema debe sacrificarse debido a la capacidad de control limitada de la bomba.

Los problemas clave que rodean a las bombas de pistones axiales lubricadas con agua involucran el diseño y los materiales de las diversas interfaces deslizantes lubricadas con agua dentro de la bomba. La última investigación integral relacionada con este campo proviene de un artículo proporcionado por el Dr. Markus Rokala. En su disertación, Rokala se centró en el comportamiento del deslizador durante el funcionamiento, el comportamiento del deslizador durante la rotación del plato cíclico y, especialmente, el efecto de la deformación del deslizador en las bombas hidráulicas de pistones axiales.

El objetivo de Rokala es encontrar una manera de lograr una mayor densidad de potencia para las bombas de pistones axiales en los sistemas hidráulicos de agua. Esto significa que se necesitan mejores componentes para ampliar el rango de aplicación de la hidráulica del agua. Estudió la estructura básica de las zapatillas con una combinación de dos materiales diferentes. Descubrió que el comportamiento de las zapatillas se podía predecir con suficiente precisión utilizando un modelo de simulación. El modelo se basa en cálculos de interacción fluido-estructura, teoría básica y mediciones.

Sistema de ultra alta presión

Las bombas de refuerzo accionadas hidráulicamente son la tecnología de bombas dominante en aplicaciones de ultra alta presión, como el corte por chorro de agua o en entornos hostiles, especialmente las bombas de barrera de transferencia utilizadas en las industrias del acero y la forja. También se ha convertido en una opción popular para sistemas móviles de agua a alta presión, como aplicaciones de limpieza a alta presión, supresión de polvo y chorro hidráulico. Además, la bomba hidráulica de Dynaset Oy en Ylöjärvi, Finlandia (bit.ly/1aOAuX6) demostró ser una tecnología versátil para aplicaciones móviles.

La mayoría de los supercargadores de hoy en día son alternativos con pistones de agua duales. Algunas unidades rotativas de pistones múltiples también están disponibles. Quizás su mayor fortaleza es su sencillez. Lo mejor de todo es que la relación potencia-peso, la relación de volumen y la eficiencia siguen siendo muy rentables a pesar del accionamiento principal hidráulico de aceite. Los accionamientos primarios hidráulicos de aceite tienen algunas ventajas en el control, como el control de potencia y la detección de carga, que normalmente no están presentes en los sistemas hidráulicos de agua.

presión de agua digital

La hidráulica digital ofrece otra forma de lograr un control diferente de la potencia del fluido. Gran parte de la investigación ha implicado la implementación de la hidráulica digital en los sistemas hidráulicos de aceite, pero también es aplicable a los sistemas hidráulicos de agua. De hecho, TUT descubrió por primera vez el control digital (discreto) cuando estaba estudiando la hidráulica de agua a baja presión hace unos 15 años. La hidráulica digital ayudó a impulsar aún más la hidráulica del agua, ya que reemplazó las válvulas servo y proporcionales que eran costosas y difíciles de encontrar.

El enfoque más básico es usar un control simple de tres o cinco estados con múltiples válvulas de encendido y apagado. Al incluir algoritmos de control más complejos y más válvulas, se puede establecer un control preciso más sofisticado. Sin embargo, actualmente no hay válvulas disponibles, especialmente para sistemas hidráulicos de agua digitales, lo que limita el diseño del sistema a cualquier válvula que se pueda encontrar en el mercado.

Los sistemas de agua pueden beneficiarse enormemente del diseño de unidades de control digital. La investigación ha demostrado que el control digital mejora la capacidad de control de los sistemas de agua.

KARE T. KOSKINEN es Jussi Aaltonen, Profesor y Gerente de Proyectos, Departamento de Ingeniería Mecánica y Sistemas Industriales, Universidad Tecnológica de Tampere, Finlandia.

calidad del agua

Tres tipos de contaminación definen la calidad del agua en los sistemas hidráulicos de agua cerrados: biológica, química y física. La bioincrustación se refiere al crecimiento de microorganismos en un sistema, ya sea en fluidos o en superficies húmedas. La contaminación química se refiere a los cambios en la química del agua debido a que los contaminantes se disuelven o reaccionan con los fluidos. La contaminación física involucra partículas de desgaste y otros desechos de partículas en el sistema.

La concentración de nutrientes en el fluido determina principalmente la tasa de crecimiento de bacterias en el sistema hidráulico de agua. Entonces, sin duda, la mejor manera de evitar problemas de crecimiento microbiano es mantener los niveles de nutrientes lo más bajos posible. Sin embargo, el crecimiento microbiano no es un gran problema en los sistemas abiertos.

Los experimentos con sistemas hidráulicos de agua han demostrado que la contaminación biológica, química y física se puede mantener en niveles aceptables para garantizar un funcionamiento fiable de la máquina. Sin embargo, los experimentos y experiencias también revelan fuertes interconexiones y efectos combinados.

Por ejemplo, descifrar los efectos combinados de partículas y biopelículas en filtros es un desafío. Los filtros suelen tener el llamado efecto biorreactor, es decir, una gran superficie combinada con caudales bajos y temperaturas adecuadas promueven un entorno en el que los microorganismos prosperan en el cartucho del filtro. Este crecimiento superficial afecta la tasa de filtración del filtro y la presión diferencial, mientras que otras partículas de contaminación manual retenidas por el filtro pueden contener nutrientes adecuados para los microorganismos.

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