Libro electrónico Fluid Power, 1.ª edición, capítulo 2: Fluidos hidráulicos

Por razones de longevidad, seguridad y operación confiable de los circuitos hidráulicos, es importante usar el fluido correcto para la aplicación. Los fluidos más comunes se basan en aceite mineral, pero algunos sistemas requieren resistencia al fuego debido a su proximidad a fuentes de calor u otros peligros de incendio.(El agua también está regresando a algunos sistemas hidráulicos porque es barata, a prueba de incendios y no daña el medio ambiente).

transferir energía.
El propósito principal del fluido en cualquier sistema es transmitir energía . Un motor eléctrico de combustión interna, de vapor u otro motor principal impulsa una bomba que suministra aceite a través de una línea a una válvula que controla un actuador. El fluido en estas líneas debe transferir la energía del motor primario a los actuadores para que los actuadores puedan realizar su trabajo. El fluido debe fluir fácilmente para reducir la pérdida de energía y hacer que el circuito responda rápidamente.

lubricante.
En la mayoría de los sistemas hidráulicos, el fluido debe tener buena lubricante Calidad. Las bombas, motores y cilindros requieren una lubricación adecuada para su eficiencia y longevidad. Los aceites minerales con aditivos antidesgaste funcionan bien y están disponibles en la mayoría de los proveedores. Ciertos fluidos pueden requerir una consideración especial en el diseño de componentes para superar su falta de lubricidad.

sello.
El espesor del fluido también es importante porque uno de sus requisitos es sello . Casi todas las bombas y muchas válvulas tienen ajustes de sellado de metal con metal que tienen pequeñas holguras pero fugas a altas presiones. Los fluidos acuosos delgados pueden fluir a través de estos espacios, lo que reduce la eficiencia y erosiona las superficies de contacto. Los fluidos más espesos minimizan las fugas y son eficientes.

Hay varias áreas adecuadas para especificar fluidos para circuitos hidráulicos. Viscosidad es una medida del espesor del fluido. El espesor del fluido hidráulico se designa con la designación SUS o SSU, similar a la designación SAE utilizada para fluidos automotrices. SUS significa Saybolt Universal Seconds (o como algunos dicen, Saybolt Seconds Universal). Es un sistema de medición construido por un tipo llamado Seybot. En pocas palabras, el sistema toma una muestra de fluido, la calienta a 100 °F y luego mide cuánto fluido pasa a través de un orificio específico durante una cierta cantidad de segundos.

La viscosidad es la más importante ya que se aplica a la bomba. La mayoría de los fabricantes especifican límites de viscosidad para sus bombas y es mejor mantenerse dentro de los límites recomendados. La razón principal para especificar una viscosidad máxima es que la caída de presión en la línea de succión de la bomba suele ser baja, y si el aceite es demasiado espeso, la bomba puede dañarse por cavitación. La bomba puede suministrar fluidos de cualquier viscosidad si el suministro de entrada es adecuado. Por otro lado, si el fluido es demasiado delgado, la derivación de la bomba desperdicia energía y genera calor adicional. Todos los demás componentes del circuito pueden operar con fluidos de cualquier viscosidad porque solo usan el fluido que los alimenta. Sin embargo, los fluidos más espesos desperdician energía porque son difíciles de mover. Los líquidos diluidos desperdician energía porque permiten demasiados desvíos.

Índice de Viscosidad (o VI) es una medida del cambio de viscosidad de una temperatura a otra. Como todos sabemos, calentar cualquier aceite lo diluirá. Los circuitos hidráulicos industriales normales operan entre 100° y 130° F. Los arranques en frío pueden ser tan bajos como 40° a 50° F. Los aceites con valores bajos de VI pueden comenzar bien, pero terminar con fugas excesivas y daños por desgaste o cavitación en el arranque y funcionan bien a temperatura. La mayoría de los fluidos hidráulicos industriales operan en el rango de 90 a 105 VI y son satisfactorios para la mayoría de las aplicaciones.

punto de fluidez es la temperatura mínima a la que el fluido sigue fluyendo. Debe estar al menos por debajo de la temperatura mínima a la que estará expuesto el sistema para que la bomba siempre pueda lubricarse. Considere instalar calentadores de tanques y circuitos de circulación en circuitos que comiencen u operen a temperaturas por debajo de los 60 °F.

La calidad lubricante de los aceites minerales refinados no es suficiente para los sistemas hidráulicos modernos. Alguno Aditivos lubricantes Para potenciar esta propiedad, se añade al aceite mineral un envase específico del fabricante. Estos aditivos están formulados para funcionar sinérgicamente y no deben mezclarse con otros aditivos, ya que algunos ingredientes pueden ser incompatibles.

Los aceites minerales refinados también se ven muy afectados por los cambios de temperatura. En su estado prístino, no solo es de baja lubricidad, sino que se vuelve significativamente más delgado con solo un ligero aumento de la temperatura. modificador de viscosidad Mejora la capacidad del aceite para mantener la viscosidad operativa en un amplio rango de temperaturas.

El aceite hidráulico se oxida por una variedad de razones. Estos incluyen la contaminación, el aire y el calor. La interacción de estas influencias externas conduce a la formación de lodos y ácidos. Los inhibidores de oxidación retrasan o evitan la degradación del fluido y permiten que funcione según lo previsto.

Inhibidor de desgaste Un aditivo que se une a los componentes metálicos dentro de un sistema hidráulico y deja una película delgada para reducir el contacto de metal con metal. Cuando estos aditivos funcionan, prolongan la vida útil de las piezas al reducir el desgaste.

En la mayoría de los sistemas hidráulicos, el flujo de fluido rápido y turbulento puede causar la formación de espuma. desespumante El agente hace que sea menos probable que el líquido forme burbujas y hace que las burbujas que se forman se disipen más rápido.

La humedad del aire puede condensarse en el tanque hidráulico y mezclarse con el fluido. Los inhibidores de óxido pueden contrarrestar los efectos de esta agua no deseada y proteger las superficies de las partes metálicas del sistema. Todos estos aditivos son necesarios para prolongar la vida útil del sistema y mejorar la confiabilidad.

sobrecalentar Los fluidos pueden contrarrestar los aditivos y reducir la eficiencia del sistema. sobrecalentar También diluye el aceite y reduce la eficiencia debido a la derivación interna. A medida que aumenta la presión, los espacios en la bomba y el carrete dejan pasar el fluido, lo que genera más calor hasta que el fluido se descompone. A medida que aumenta la temperatura del fluido, también aumentan las fugas externas a través de accesorios y sellos.otro problema sobrecalentar Es la descomposición de algunos materiales de sellado. La mayoría de los compuestos de caucho se curan mediante calentamiento controlado durante un período de tiempo específico. El calentamiento prolongado dentro del sistema hidráulico continúa el proceso de curado hasta que el sello pierde su elasticidad y capacidad de sellado. Lo mejor es que el aceite hidráulico no supere los 130 °F durante un período de tiempo prolongado. La instalación de un intercambiador de calor es el tratamiento más habitual sobrecalentar Pero la ingeniería de calor de un circuito es una mejor manera.

En lo que respecta al aceite, el aceite frío no es un problema, pero el enfriamiento aumenta la viscosidad. Cuando la viscosidad es demasiado alta, puede causar que la bomba se cavite y se dañe internamente. En la mayoría de los casos, un calentador de tanque controlado termostáticamente resuelve fácilmente este problema.

fluido refractario
Ciertas aplicaciones deben operar a altas temperaturas o incluso cerca de la fuente de calor de una llama abierta o un dispositivo de calentamiento eléctrico. El aceite mineral es muy inflamable. No solo es propenso al fuego, sino que seguirá ardiendo incluso después de retirar la fuente de calor. Esta situación de riesgo de incendio se puede eliminar con varias opciones de fluidos diferentes. Estos líquidos no son ignífugos, solo ignífugos, lo que significa que se quemarán si se calientan más allá de cierta temperatura, pero no seguirán ardiendo cuando se retiren de la fuente de calor.

Generalmente hablando, fluido refractario Diferentes especificaciones de los fluidos a base de aceite mineral. Las bombas a menudo tienen que ser degradadas porque los fluidos tienen diferente lubricidad o gravedad específica y pueden reducir drásticamente la vida útil de la bomba a altas presiones o altas velocidades. Alguno fluido refractario No es compatible con los materiales de sello estándar, por lo que se deben reemplazar los sellos. Siempre consulte al fabricante de la bomba y al proveedor del fluido antes de usar o reemplazar la bomba. fluido refractario .

agua
Inicialmente usando un circuito hidráulico agua Transmite energía (de ahí el nombre de hidráulica). El principal problema con los circuitos llenos de agua es la operación a baja presión o las bombas y válvulas muy costosas para operar con fluidos de baja viscosidad por encima de 500 a 600 psi. Cuando se descubren grandes reservas de petróleo, el aceite mineral reemplaza al agua para su beneficio adicional. El agua reapareció brevemente durante la crisis de escasez de petróleo, pero capituló rápidamente cuando el petróleo volvió a fluir libremente.

A fines de la década de 1990, el agua volvió a invadir el sistema hidráulico. Varias empresas han desarrollado bombas y válvulas confiables para operar a presiones de 1500 a 2000 psi. Todavía existen limitaciones para usar agua (por ejemplo, congelación), pero tiene muchos beneficios en algunas aplicaciones. Una gran ventaja es que hay menos problemas ambientales durante la operación o en el manejo de fluidos. El precio también es un factor, ya que el agua es barata y está disponible en casi cualquier lugar.

Algunos proveedores están fabricando equipos que funcionan con agua de mar para eliminar la posible contaminación de las fuentes de agua potable del planeta. Estos sistemas funcionan a alta presión sin pérdida de rendimiento.

fluidos con alto contenido de agua
Algunos tipos de fabricación todavía usan agua como base y agregan un poco de aceite soluble para lubricación. Este tipo de líquido se llama Fluido con alto contenido de agua (o HWCF) . Una mezcla común es 95% agua y 5% aceite soluble. Esta mezcla puede resolver la mayoría de los problemas de lubricación, pero no los problemas de baja viscosidad. Por lo tanto, el sistema utiliza HWCF Aún se requieren bombas y válvulas costosas para aumentar la eficiencia y prolongar la vida útil.

Los trenes de laminación y otras aplicaciones que utilizan metal fundido son un área HWCF muy común. Por lo general, el aceite soluble es el mismo compuesto que se usa como refrigerante en el proceso de laminación de metales. Esto elimina las preocupaciones sobre la contaminación cruzada de fluidos y los problemas que puede causar.

emulsión de agua en aceite
Algunos sistemas utilizan aproximadamente un 40 % de agua para la protección contra incendios y un 60 % de aceite para consideraciones de lubricación y viscosidad. Nuevamente, estos no son fluidos comunes ya que requieren aceites especiales y un mantenimiento continuo para mantenerlos bien mezclados y mantener sus proporciones dentro de los límites. La mayoría de los fabricantes no quieren problemas asociados con emulsión de agua en aceite Por lo que su uso es muy limitado.

agua glicol
un muy común incombustible el fluido es agua glicol . Este líquido utiliza agua para prevenir incendios, productos como glicol (anticongelante permanente) para mejorar la lubricidad y espesantes para aumentar la viscosidad. El glicol de etileno se quemará, pero una vez que abandona la fuente de calor, la energía requerida para vaporizar el agua presente extingue rápidamente la llama. Esto significa que el fuego no puede extenderse a otras partes de la planta. Recuerda siempre que el fuego no es fuego.

Los fluidos de agua con glicol son más pesados ​​que los aceites minerales y no tienen propiedades lubricantes, por lo que la mayoría de los fabricantes de bombas especifican velocidades más bajas de agua con glicol y presiones de operación más bajas. Además, el agua de este líquido se evapora, sobre todo a altas temperaturas, por lo que debe probarse periódicamente para asegurarse de que la mezcla es la correcta.

El costo también es una consideración. agua glicol Más caro que el petróleo, y la mayoría de los mismos factores deben tenerse en cuenta cuando se trata de petróleo.

Siempre consulte con el fabricante de la bomba antes de especificar agua glicol líquido para ver qué cambios se requieren para hacer funcionar la bomba con ese líquido. La compatibilidad con los sellos generalmente no es un problema, pero asegúrese de verificar las especificaciones de cada fabricante antes de usar este fluido. Además, cualquier otro fluido en el sistema debe enjuagarse completamente antes de volver a llenarlo. agua glicol .

material sintético
otro principal incombustible el fluido es Sintético escribe. Están hechos de aceite mineral pero se procesan y contienen aditivos para un punto de inflamación más alto. Necesitan más calor para comenzar a arder, pero no tienen suficientes volátiles para mantenerlos ardiendo. Estos líquidos pueden incendiarse en una olla de metal caliente, pero se extinguen rápidamente después de dejar la fuente de calor.

Sintético Los fluidos conservan la mayoría de las cualidades de los aceites minerales de los que se derivan, por lo que la mayoría de los componentes hidráulicos no tienen límites operativos específicos. Sin embargo, la mayoría de estos fluidos no son compatibles con los materiales de sello comunes, por lo que a menudo se requieren cambios en las especificaciones del sello. Se debe prestar especial atención al manejo compuesto Porque pueden causar irritación de la piel y otros peligros para la salud.también lo más Sintético Todas las partes en contacto con líquidos requieren recubrimientos protectores de epoxi.

De todos los fluidos discutidos, los compuestos son los más caros. Pueden costar cinco veces más que el aceite mineral.

Independientemente del fluido elegido, diseñe el circuito para operar dentro de un rango de temperatura razonable;Instale un buen filtro y manténgalo;Y revise los fluidos regularmente para ver si están dentro de las especificaciones.

Un buen rango de temperatura de funcionamiento es entre 70° y 130° F, con una temperatura óptima de alrededor de 110° F. La regla general es: lo suficientemente cálido para estar caliente al tacto, pero lo suficientemente frío como para mantenerlo apretado durante mucho tiempo. El aceite hidráulico sobrecalentado ocupa el segundo lugar después de la contaminación como causa de falla del fluido.

La filtración continua de cualquier sistema hidráulico es necesaria para prolongar la vida útil de los componentes. Los fluidos rara vez se desgastan, pero pueden contaminarse tanto que los componentes que impulsan pueden fallar.(La sección Filtros de este libro tiene algunos buenos consejos para mantener limpios los líquidos).

Incluso con mucho cuidado, cualquier fluido hidráulico debe revisarse al menos dos veces al año. Es posible que los sistemas ubicados en entornos sucios deban revisarse con mayor frecuencia en busca de patrones que requieran una consideración especial. Preste mucha atención al proceso de muestreo y los procedimientos de empaque recomendados por la instalación de prueba que procesará la muestra. Espere un informe sobre los niveles de contaminación y el análisis de los niveles de aditivos, los niveles de agua, las cantidades de materiales ferrosos y no ferrosos y cualquier otra área problemática identificada por la instalación de prueba. Utilice esta información para saber cuándo cambiar el líquido y verificar si hay desgaste anormal de las piezas.

Figura 2-1. Diagrama esquemático del carro filtro (utilizado para transportar aceite hidráulico) y su circuito

El aceite nuevo u otros fluidos de los proveedores no están necesariamente limpios. Los líquidos se envían en tambores oa granel, y no hay forma de saber qué tan limpios están estos contenedores. Algunos proveedores ofrecen aceites filtrados con niveles de contaminación garantizados a un costo adicional. De lo contrario, la mayoría de los fabricantes tienen un nivel mínimo de contaminación de unas 25 micras.

Siempre que el sistema necesite fluido nuevo, es mejor usar una unidad de transferencia, Figura 2-1 , con un filtro de 10 micras o más fino en el bucle. Otra forma de filtrar fluidos nuevos o reabastecidos es usar un filtro conectado permanentemente al depósito, Figura 2-2 . En esta disposición, los respiraderos u otros posibles puntos de llenado no deberían ser accesibles.


Figura 2-2 Diagrama de circuito de la unidad de potencia hidráulica y su arreglo de filtro

filtro de coche como se muestra Figura 2-1 También se puede utilizar para filtrar cualquier unidad hidráulica de la planta. No deje esta unidad de filtro inactiva excepto cuando llene el sistema, pero configúrela en la unidad de potencia de la máquina para una operación temporizada. Coloque la manguera de succión en un extremo del depósito y la manguera de retorno en el otro extremo. Esto agrega un circuito de filtración continuo a cualquier máquina, incluso si la bomba principal de la máquina está apagada. Haga funcionar el carro hasta que el fluido esté limpio, luego muévalo a otra unidad de potencia. Repetir este proceso regularmente puede ayudar a que la unidad hidráulica filtre y prolongue la vida útil del fluido y los componentes hidráulicos. Este proceso también puede mostrar un patrón en máquinas con problemas de contaminación.

El fluido hidráulico debe almacenarse en un ambiente limpio y seco. Mantenga todos los recipientes bien cerrados y vuelva a colocar las tapas en los baldes parcialmente usados.

Nunca mezcle fluidos en ningún sistema hidráulico. Asegúrese de que todos los contenedores estén claramente marcados y separados para que los líquidos no se mezclen entre sí. Los fluidos mezclados pueden dañar los componentes y algunas combinaciones son difíciles de limpiar. Tenga especial cuidado cuando use aceite mineral y fluidos sintéticos o de glicol de agua en diferentes partes de la misma planta.

El fluido es el elemento vital de cualquier sistema hidráulico y se le debe prestar la máxima atención.

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