Determinando la Condición de una Bomba Hidráulica Utilizando el Concepto de Eficiencia Volumétrica

Recientemente fui requerido para dar una segunda opinión sobre el estado de una bomba hidráulica de desplazamiento variable. Al usuario se le había advertido que la eficiencia volumétrica de dicha bomba estaba por debajo del 80% y basado en ello el consideraba que debía realizar una revisión completa de la misma.

Que es la Eficiencia Volumétrica

La eficiencia volumétrica es el porcentaje de flujo que se tiene disponible para realizar un trabajo, respecto al flujo teórico que por construcción dicha bomba debería suministrar. En otras palabras, es una medida de las perdidas en volumen debidas a fugas internas de la bomba hidráulica y se calcula dividiendo el caudal actual que entrega la bomba en litros o galones por minuto, entre el caudal teórico que por construcción la bomba debería de entregar y se expresa en porcentaje. El caudal actual de la bomba se mide utilizando un medidor de flujo o bien vaciando la entrega de la bomba en un recipiente y midiendo el tiempo de llenado y el volumen correspondiente.

Debido a que las fugas internas se incrementan conforme se incrementa la presión de operación y conforme disminuye la viscosidad del fluido, estas variables deben ser establecidas cuando se documenta la eficiencia volumétrica.

Por ejemplo, si se tiene una bomba hidráulica con un caudal teórico de 100 [GPM] y al momento de la prueba nos entrega un caudal de 94 [GPM] a 5,000 [PSI] y 120 [SUS], se dice que la bomba tiene una eficiencia volumétrica del 94% a 5,000 [PSI] y 120 [SUS].

En la practica, la viscosidad del fluido se establece, tomando nota de la temperatura del fluido a la salida de la bomba y verificando la tabla de viscosidad correspondiente, del fluido que se esta utilizando en el sistema hidráulico.

Cual es el Significado de la Eficiencia Volumétrica

Conforme una bomba hidráulica se va desgastando por estar en servicio, se incrementan las fugas internas y por lo tanto la cantidad de flujo útil disponible para realizar un trabajo, disminuye. Si el valor de eficiencia volumétrica disminuye por debajo de un valor considerado como aceptable, deberá hacerse una revisión completa de los componentes de la bomba.

Calculo de la Eficiencia Volumétrica de Bombas Hidráulicas de Caudal Variable

La bomba hidráulica del usuario mencionado anteriormente, estaba especificada para entregar un caudal teórico de 1,000 [litros por minuto] a su máximo desplazamiento y con el máximo de revoluciones por minuto permitidas.

Su entrega en ese momento era de 920 [litros por minuto] a 4,350 [PSI] y 100 [SUS]. Cuando le informe al usuario que la eficiencia volumétrica de la bomba era de hecho de un 92%, quedo sumamente sorprendido y confundido por la diferencia en los reportes. Tratando de explicarle la diferencia entre ambos, le pedí que me mostrara el reporte del primer técnico.

Después de revisarlo, me di cuenta de que los resultados si coincidían con los míos, pero que habían sido interpretados equivocadamente. La prueba había sido realizada a la misma presión de operación y a la misma temperatura si acaso con un grado de diferencia con mi prueba, pero con un desplazamiento reducido de la bomba. El técnico había limitado el desplazamiento de la bomba para suministrar 400 [litros por minuto] al máximo de revoluciones permitidas y sin carga en el sistema, probablemente debido a que estas eran las condiciones máximas que su medidor de flujo podía manejar.

A 4,350 [PSI] el flujo medido fue de 320 [litros por minuto] y por lo tanto, la conclusión había sido de un 80% de eficiencia volumétrica.

Para ayudar a entender el porque esta ultima interpretación es incorrecta, pensemos por un momento que las fugas internas de una bomba se realizan por orificios fijos. La cantidad de flujo a través de un orificio depende del diámetro (y en realidad de la forma) del orificio, la caída de presión a través de él y la viscosidad del fluido. Esto quiere decir que si estas variables permanecen constantes, el valor de las fugas internas permanecerá constante, independientemente del desplazamiento de la bomba.

Nótese entonces en el ejemplo anterior, que las fugas internas en ambas pruebas, fueron de 80 [litros por minuto]. Si se realizara la misma prueba calibrando el desplazamiento de la bomba a 100 [litros por minuto] sin carga, el caudal entregado por la bomba seria de 20 [litros por minuto] a 4,350 [PSI] y la misma viscosidad del fluido. Esto significa que la misma bomba tiene una eficiencia volumétrica del 20% cuando se calibra su desplazamiento al 10%, 80% cuando se calibra su desplazamiento al 40% y del 92% cuando su desplazamiento se calibra al 100%.

Como puede verse, si el caudal suministrado por la bomba es medido con un desplazamiento menor al total, necesita hacerse un ajuste en el cálculo de la eficiencia volumétrica.

Será Momento de una Revisión General

Al momento de tener que decidir si se tiene que realizar una revisión general a una bomba hidráulica, el número importante a considerar es la eficiencia volumétrica, medida esta calibrando la bomba al 100% de su desplazamiento. En el ejemplo anterior, si el usuario hubiera tomado su decisión de abrir y revisar la bomba basado en la prueba realizada con el 40% de desplazamiento, hubiera gastado mucho dinero por un trabajo innecesario.

Traducción del artículo: How to determine hydraulic pump condition using volumetric efficiency
Traduccion: Ing. Miguel Mota Bush

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