Problemas de Sobrecalentamiento en Sistemas Hidraulicos

Recientemente fui requerido para analizar y solucionar un problema de sobrecalentamiento, en una aplicacion de hidraulica tipo movil. El sistema hidraulico estaba formado de una unidad hidraulica impulsada por motor diesel que accionaba una sierra para corte de tuberia. La sierra estaba diseñada para trabajar bajo nivel de agua, conectada con mangueras de 710 [pies] de longitud. Los parametros de operacion de la sierra eran de 24 [GPM] a 3,000 [PSI].

Porque se sobrecalientan los sistemas hidraulicos

El aumento de temperatura de un fluido hidraulico en operacion, se debe a ineficiencias en el sistema, las cuales dan por resultado perdidas en la potencia suministrada que se transforman en calor. La carga de calor de un sistema hidraulico es igual a la perdida total de potencia (PL) causada por las ineficiencias del sistema y se puede expresar matematicamente de la siguiente forma:

Si la potencia total perdida en forma de calor es mayor que la cantidad de calor disipada, eventualmente el sistema hidraulico se sobrecalentara.

Temperatura del fluido hidraulico ? que tan caliente es ?muy caliente?

Fluidos hidraulicos que presenten temparaturas por encima de los 180 [°F] o bien los 82 [°C], aceleran su degradacion y provocaran que se dañen la mayoria de los compuestos con los que se fabrican los sellos. Por un lado, debe evitarse operar sistemas hidraulicos con temperaturas por encima de los 180 [°F], pero tambien, la temperatura de un aceite sera demasiado alta, si la viscosidad cae por debajo del valor optimo, para el correcto desempeño de los componentes del sistema. Esto puede ocurrir mucho antes de los 180 [°F], dependiendo del grado de viscosidad del fluido que se este utilizando.

Manteniendo estable la temperatura del fluido hidraulico

Para conseguir mantener estable la temperatura del fluido, la capacidad del sistema hidraulico para disipar calor, debera ser mayor a la carga de calor generada por el mismo. Por ejemplo, un sistema con un suministro de potencia de 100 [kW] y una eficiencia del 80%, tendra que ser capaz de disipar como minimo, una carga de calor de 20 [kW]. Es importante notar, que un incremento en la carga de calor generada o una disminucion en la capacidad del sistema hidraulico de disipar calor, alterara el balance y la estabilidad de temperatura.

Regresando al problema inicial para el cual fui requerido, la unidad hidraulica tenia una potencia de diseño de 37 [kW] y tenia instalado un enfriador aire-aceite capaz de disipar 10 [kW] en condiciones ambiente, es decir, 27% de la potencia suministrada (10/37 x 100 = 27). Desde un punto de vista de diseño, esta capacidad de disipacion es correcta. El desempeño en cuanto a los componentes de enfriamiento en el sistema, operaban dentro de los limites de diseño.

La caida de presion significa calor

Hasta este punto, era claro que el problema de sobrecalentamiento era causado por una carga de calor adicional en el sistema. Preocupado por la excesiva longitud de las lineas de alimentacion al actuador, calcule la caida de presion en ellas. La caida de presion teorica a traves de 710 [pies] de manguera de ¾ [pulg] con un caudal de 24 [GPM] es de 800 [PSI], mientras que la caida de presion en la manguera de retorno cuyo diametro era de 1 [pulg] es de 200 [PSI].

La carga de calor teorica producida en ambas lineas debida a esa caida de presion de 1,000 [PSI] es de 10.35 [kW]. Esto significa, que la carga de calor en las lineas de alimentacion al actuador era 0.35 [kW] mayor que la capacidad de disipacion del intercambiador de calor instalado en el sistema. Esto, combinado con la carga de calor normal del sistema por ineficiencia, es lo que provocaba el sobrecalentamiento del sistema hidraulico.

Elime el Calor

Existen dos formas para resolver problemas de sobrecalentamiento en sistemas hidraulicos:

Disminuir las cargas de calor es siempre la mejor opcion, ya que esto incrementa la eficiencia del sistema hidraulico. En el ejemplo anterior, la carga de calor en las lineas de alimentacion al actuador era por si sola de casi el 30% de la potencia disponible, cifra que normalmente se considera inaceptable. Disminuir esta carga de calor a un nivel aceptable, implicaba reducir la caida de presion, sustituyendo las mangueras de presion y de retorno por otras de mayor diametro. El alto costo de esta solucion para una instalacion que era temporal nos llevo a la conclusion de que la solucion indicada era instalar una mayor capacidad de enfriamiento en el circuito.

Continuar operando un sistema hidraulico cuando el fluido se encuentra sobrecalentado, equivale a operar un motor de combustion interna con temperatura de enfriamiento muy alta. El daño esta garantizado. Por lo tanto, siempre que un sistema hidraulico comience a sobrecalentarse, pare de inmediato, identifique la causa del problema y resuelvala.

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