Una vez que se ha determinado el tipo de banco de pruebas hidráulico, el siguiente paso es definir sus especificaciones técnicas. Esto significa traducir el procedimiento de prueba en la presión, el flujo, la potencia hidráulica, la capacidad de medición, las funciones de automatización y la capacidad térmica que la máquina realmente necesita.
Un error común es comenzar con los números más grandes posibles. Una mayor clasificación de presión, una mayor capacidad de flujo, o un motor más potente pueden parecer hacer que un banco de pruebas sea más capaz, pero un sobredimensionamiento innecesario puede aumentar el costo, el consumo de energía, la generación de calor, el tamaño de los componentes y la complejidad del sistema.
El mejor enfoque es definir la envoltura operativa real de la prueba y construir el banco de pruebas en torno a ella.
Cómo determinar la presión de prueba requerida
La presión requerida debe basarse en la mayor presión que debe generarse durante el procedimiento de prueba, no simplemente en la presión de trabajo normal del componente.
Por ejemplo, un cilindro hidráulico puede operar a una presión en la máquina pero requerir una prueba de presión de prueba más alta durante la producción o verificación de reparación. Una válvula hidráulica también puede necesitar ser probada por encima de su configuración normal para verificar el alivio, la rupturabilidad o el rendimiento del control de presión.
El circuito de alta presión completo debe estar clasificado para la condición de prueba prevista. Esto incluye bombas, válvulas, colectores, mangueras, accesorios, sensores, adaptadores y accesorios de prueba, no solo la unidad principal de potencia hidráulica.
También es importante considerar si todas las pruebas se realizan dentro del mismo rango de presión. Un banco puede necesitar alta presión para la prueba de prueba, pero una presión mucho más baja para el ciclo funcional o la prueba de fugas. En esta situación, utilizar un rango de presión muy grande para cada prueba puede reducir la controlabilidad y la utilidad de la medición.
Un mejor diseño puede usar etapas de presión separadas, múltiples sensores de presión o diferentes circuitos de bomba para que tanto las pruebas de baja presión como las de alta presión puedan realizarse de manera efectiva.
Cómo determinar el flujo requerido
Los requisitos de flujo dependen de lo que debe suceder durante la prueba.
Para la prueba de cilindros hidráulicos, el flujo determina principalmente la velocidad de movimiento. Un cilindro más grande o una velocidad de extensión más rápida requieren más aceite, mientras que una prueba de mantenimiento de presión estática puede requerir muy poco flujo después de que se haya alcanzado la presión objetivo.
La relación básica es:
Flujo = Área efectiva × Velocidad
Esto significa que el flujo del cilindro requerido debe calcularse a partir de la mayor área efectiva y la velocidad de prueba requerida, en lugar de seleccionarse de un valor general de catálogo.
La prueba de bombas, válvulas y motores crea diferentes requisitos de flujo. Un banco de pruebas de bombas puede necesitar manejar la salida completa de la bomba, mientras que un banco de pruebas de válvulas puede requerir suficiente flujo para evaluar la caída de presión o el rendimiento del control de flujo en condiciones nominales. Un banco de pruebas de motores hidráulicos necesita flujo suficiente para alcanzar la velocidad requerida mientras el motor está operando bajo carga.
El punto principal es que el flujo máximo del sistema y el flujo de medición no siempre son el mismo requisito.. Un banco de pruebas puede necesitar un circuito principal de alta capacidad mientras que también requiere un rango de medición mucho más pequeño para pruebas de fuga o bajo flujo.
Cómo la presión y el flujo determinan la potencia hidráulica
Una vez que se conocen la presión y el flujo requeridos, se puede estimar la potencia hidráulica aproximada.
Para presión en bar y flujo en L/min:
Potencia Hidráulica (kW) = Presión (bar) × Flujo (L/min) ÷ 600
Si una condición de prueba requiere 250 bar a 60 L/min, la salida hidráulica teórica es:
250 × 60 ÷ 600 = 25 kW
El motor eléctrico real normalmente necesita más potencia de entrada porque la bomba, el motor, el acoplamiento y el circuito hidráulico tienen pérdidas de eficiencia.
Sin embargo, la pregunta de diseño más importante es si la presión máxima y el flujo máximo deben ocurrir al mismo tiempo..
Considere un banco de pruebas que necesita 400 bar para una prueba de presión de fluido de bajo flujo, pero 300 L/min solo durante el ciclo de cilindro a baja presión. Diseñar el sistema para producir 400 bar y 300 L/min simultáneamente crearía un requisito de potencia hidráulica de 200 kW, aunque el procedimiento de prueba real puede nunca requerir ese punto de operación.
Por eso los bancos de pruebas a menudo se diseñan en torno a varias zonas de operación en lugar de una combinación de presión-flujo máxima. Bombas de alta presión y alto flujo separadas, sistemas de bombas multietapa o bombas de desplazamiento variable pueden reducir la potencia instalada mientras aún cubren el envolvimiento de prueba requerido.
Por lo tanto, la unidad de potencia debe basarse en las combinaciones de presión-flujo reales utilizadas durante las pruebas, no simplemente en dos valores máximos independientes.
Cómo especificar la precisión y el rango de medición
Un banco de pruebas hidráulico no debe asignarse un valor de precisión general para toda la máquina. La presión, el flujo, la temperatura, la fuga, la fuerza, el torque, la velocidad y la posición pueden tener diferentes requisitos de medición.
La precisión requerida debe ser determinada por los criterios de aceptación de la prueba. Si un componente pasa o falla basado en una diferencia muy pequeña de presión o fuga, el sistema de medición debe ser capaz de distinguir esa diferencia de manera confiable. Para pruebas funcionales generales, la precisión requerida puede ser menos exigente.
El rango de medición es igualmente importante. Un sensor de presión de 600 bar puede ser adecuado para una prueba de alta presión, pero puede que no sea el mejor instrumento para evaluar con precisión un rango de operación mucho más bajo, dependiendo de la especificación del sensor y de la incertidumbre requerida.
El mismo problema se vuelve aún más evidente en las pruebas de fugas. Un medidor de flujo principal puede estar dimensionado para cientos de litros por minuto, mientras que la fuga que se evalúa puede ser solo de unos pocos litros por minuto o menos. Usar rangos de flujo separados o un circuito de medición de fugas dedicado puede proporcionar datos mucho más útiles.
Por lo tanto, una especificación práctica debe definir lo que debe ser medido, el rango esperado y el rendimiento de medición requerido para cada parámetro importante.
Cómo definir las funciones de automatización requeridas
La automatización debe ser especificada por función, no simplemente diciendo que el banco de pruebas debe tener control PLC.
Una solicitud como “necesitamos un banco de pruebas controlado por PLC” no explica qué partes del proceso de prueba deben ser realmente automatizadas. La máquina aún puede requerir carga manual de componentes, ajuste de dispositivos de sujeción, conexión de mangueras o inspección visual.
Una especificación más útil describe la secuencia requerida. Por ejemplo, el sistema puede necesitar aumentar automáticamente la presión a un valor objetivo, mantener esa presión durante 60 segundos, ciclar el componente un número definido de veces, monitorear fugas, registrar datos de prueba, generar una alarma si se superan los límites y producir un resultado de aprobado/reprobado.
Esto le proporciona al fabricante del banco de pruebas una comprensión mucho más clara de la arquitectura de control requerida.
Las funciones de automatización pueden incluir incremento de presión, mantenimiento de presión por tiempo, ciclaje automático, cambio de válvulas, secuenciación de pasos de prueba, monitoreo de fugas, grabación de datos, gestión de alarmas, lógica de aprobado/reprobado y exportación de informes. Estas funciones no tienen que incluirse todas en cada máquina; deben seleccionarse de acuerdo con el flujo de trabajo de prueba real.
La pregunta clave es:
¿Qué pasos de prueba necesitan ser automatizados para mejorar la repetibilidad, productividad, seguridad o trazabilidad?
Cómo el ciclo de trabajo afecta al diseño de la unidad de potencia y refrigeración
La presión y el flujo definen el requerimiento hidráulico instantáneo, pero el ciclo de trabajo determina cuánto tiempo debe operar el banco de pruebas bajo esas condiciones.
Una máquina utilizada para verificación de reparaciones ocasionales puede operar solo por períodos cortos. Un banco de pruebas de producción puede funcionar repetidamente a lo largo de la jornada laboral, y un sistema de I+D o de resistencia puede operar durante ciclos de prueba mucho más largos.
Esta diferencia tiene una influencia importante en el tamaño del reservorio, la temperatura del aceite, la capacidad de enfriamiento, la filtración, el deber del motor y la selección de la bomba. La ineficiencia hidráulica, el estrangulamiento, la operación de la válvula de alivio y la pérdida de presión convierten parte de la energía de entrada en calor, por lo que un sistema de alta potencia que operan continuamente puede requerir un arreglo de enfriamiento mucho más sustancial que el mismo sistema utilizado de forma intermitente.
Por lo tanto, el ciclo de trabajo debe considerarse junto con la presión, el flujo y la potencia, en lugar de agregarse como un pensamiento posterior.
Elaborando la especificación
La forma más efectiva de definir un banco de pruebas hidráulico es pasar del procedimiento de prueba hacia la especificación de la máquina.
| Paso | Pregunta Principal |
|---|---|
| Procedimiento de Prueba | ¿Qué debe hacer realmente el componente durante la prueba? |
| Presión | ¿Cuál es la presión de prueba más alta requerida? |
| Flujo | ¿Qué flujo se necesita en cada etapa operativa? |
| Potencia | ¿Qué condiciones de presión y flujo ocurren simultáneamente? |
| Medición | ¿Qué parámetros, rangos y precisión se requieren? |
| Automatización | ¿Qué pasos deben ser controlados o registrados automáticamente? |
| Ciclo de trabajo | ¿Cuánto tiempo y con qué frecuencia operará el banco? |
Esta secuencia ayuda a prevenir el sobredimensionamiento mientras también reduce el riesgo de perder una capacidad crítica.
En lugar de solicitar un banco de pruebas solo diciendo “400 bar, 300 L/min, controlado por PLC”, una especificación más completa podría describir las etapas de prueba requeridas, las combinaciones de presión-flujo de operación, los requisitos de medición, la secuencia automatizada y la carga de trabajo diaria esperada.
Esa información proporciona una base mucho más sólida para el diseño de circuitos hidráulicos, dimensionamiento de motores, selección de sensores, arquitectura de control y cotización.
Conclusión
Seleccionar presión, flujo, potencia, precisión y automatización para un banco de pruebas hidráulico requiere que estas especificaciones se consideren como un sistema conectado.
Presión define la condición de prueba hidráulica, mientras que flujo determina la velocidad del actuador o el punto de operación de bombas, válvulas y motores. Juntas determinan la potencia hidráulica requerida en cada etapa de prueba. El rango de medición y la precisión determinan si los datos resultantes son útiles, mientras que la automatización define cuán consistentemente y eficientemente se puede repetir el procedimiento.
El ciclo de trabajo luego determina si la unidad de potencia, el reservorio, el sistema de refrigeración y la filtración son adecuados para la carga de trabajo real.
Por lo tanto, el mejor banco de pruebas hidráulico no es la máquina con las especificaciones más altas. Es aquella cuya presión, flujo, potencia, capacidad de medición, funciones de automatización y ciclo de trabajo están ajustados al procedimiento de prueba real..
Para un proyecto de banco de pruebas personalizado, definir primero la secuencia de prueba es generalmente la forma más efectiva de llegar a la especificación técnica correcta.
