Un cierto aumento de temperatura es normal cuando un sistema hidráulico está en funcionamiento.
Las bombas hidráulicas, válvulas de control, tuberías, mangueras y actuadores generan fricción, fugas internas y pérdidas de presión al transmitir presión y flujo. Parte de la energía suministrada por el motor eléctrico o motor se convierte por lo tanto en calor.
La verdadera preocupación es si el sistema genera más calor del que el reservorio, tuberías y enfriador pueden eliminar.
Cuando la generación de calor permanece por encima de la disipación de calor, la temperatura del aceite hidráulico sigue aumentando. La máquina puede entonces experimentar alarmas de alta temperatura, movimiento más lento, reducción de eficiencia, presión inestable, envejecimiento acelerado del aceite, o apagado automático.
La mayoría de los problemas de sobrecalentamiento en sistemas hidráulicos se pueden dividir en tres categorías:
- Generación de calor excesiva dentro del sistema
- Disipación de calor insuficiente
- Selección incorrecta de aceite hidráulico o mala condición del aceite
Entender cuál categoría es responsable es el primer paso hacia una solución efectiva.
La válvula de alivio opera continuamente
Una válvula de alivio es una de las fuentes de calor más comunes en un sistema hidráulico.
Cuando la presión del sistema alcanza la configuración de la válvula de alivio, el flujo excesivo de la bomba regresa del lado de alta presión al reservorio. La gran caída de presión a través de la válvula convierte la energía hidráulica en calor.
En condiciones normales, la válvula de alivio debería proteger principalmente al sistema de presiones excesivas. No debería controlar o descargar continuamente el flujo completo de la bomba.
El flujo de alivio continuo puede ocurrir cuando:
- El cilindro alcanza el final de su recorrido mientras la bomba sigue suministrando aceite
- La carga excede la capacidad del sistema
- La presión de alivio está ajustada demasiado baja
- El vástago de la válvula está contaminado, desgastado o incapaz de cerrarse completamente
- Un sistema de bomba de desplazamiento fijo no tiene un circuito de descarga efectivo
- El operador mantiene la válvula de control en una posición de operación durante demasiado tiempo
Si la válvula de alivio y la línea de retorno cercana están significativamente más calientes que el resto del sistema, se debe investigar el flujo de alivio continuo.
El estrangulamiento excesivo crea calor
Los sistemas hidráulicos a menudo controlan la velocidad del actuador a través de válvulas estranguladoras, válvulas de control de flujo, válvulas proporcionales o pequeños orificios de control.
Siempre que el aceite pase a través de una apertura restringida, se pierde presión. Si el flujo es alto, la apertura de la válvula es pequeña o la diferencia de presión es grande, una cantidad significativa de energía hidráulica se convierte en calor.
Por ejemplo, si la bomba entrega mucho más flujo del que el actuador requiere, el flujo excesivo debe pasar a través de una válvula de estrangulación o válvula de alivio. La velocidad del actuador puede ser controlada, pero la eficiencia general del sistema se vuelve deficiente.
Las causas comunes incluyen:
- Una bomba hidráulica sobredimensionada
- Una válvula de control de flujo ajustada demasiado cerrada
- Una válvula proporcional que controla un gran flujo a través de una pequeña apertura
- Varias restricciones de válvula actuando en serie
- Falta de una bomba de desplazamiento variable o sistema de control de detección de carga
Si un bloque de válvula está mucho más caliente que los componentes circundantes, puede contener un punto de estrangulación continuo.
Fugas internas en bombas y válvulas
Las bombas hidráulicas y las válvulas de control contienen holguras internas controladas.
A medida que los componentes se desgastan, o a medida que el aceite hidráulico se vuelve más delgado a altas temperaturas, más aceite puede filtrarse internamente de áreas de alta presión a áreas de baja presión.
La bomba puede seguir consumiendo energía del motor o del motor mientras produce un flujo de salida menos efectivo. La energía perdida se convierte en calor dentro de la bomba o la válvula.
Los síntomas típicos incluyen:
- Funcionamiento normal cuando está fría pero movimiento más lento cuando está caliente
- Temperatura anormalmente alta del carcasa de la bomba o del bloque de la válvula
- Rendimiento de mantenimiento de presión deficiente
- Movimiento débil del actuador a pesar del funcionamiento continuo de la bomba
- Salida real de la bomba por debajo de la tasa de flujo esperada
Si el flujo de la bomba disminuye significativamente después de que el sistema se calienta, se deben revisar la eficiencia de la bomba y la fuga de la válvula.
Caída de presión excesiva en la tubería y presión de retorno
El aceite hidráulico experimenta resistencia a medida que pasa a través de tuberías, mangueras, accesorios, filtros, acopladores rápidos, válvulas y enfriadores.
Si una línea es demasiado pequeña, demasiado larga, doblada bruscamente o parcialmente bloqueada, la bomba debe producir presión adicional para mantener el flujo requerido. Esta pérdida de presión adicional se transforma en calor.
Las áreas problemáticas pueden incluir:
- Líneas de presión o retorno subdimensionadas
- Mangueras largas o dobladas bruscamente
- Acopladores rápidos con capacidad de flujo insuficiente
- Filtros bloqueados o sobrecargados
- Enfriadores con resistencia al flujo excesiva
- Mangueras aplastadas o dañadas internamente
- Accesorios o adaptadores restrictivos
Una alta presión de retorno puede aumentar la resistencia del actuador y afectar el funcionamiento de motores hidráulicos, válvulas y cilindros.
La presión de retorno y la presión diferencial del filtro deben medirse bajo el flujo de trabajo real de la máquina.
Frecuencia de ciclo alta o operación continua a alta presión
Cuanto más frecuentemente opere un sistema hidráulico, más energía hidráulica transfiere por unidad de tiempo.
Las siguientes condiciones de operación pueden causar un aumento continuo de la temperatura del aceite:
- Extensión y retracción frecuentes del cilindro
- Varios actuadores funcionando al mismo tiempo
- Largos períodos de retención de presión
- Operación continua de la máquina
- Aceleración y desaceleración frecuentes
- Frecuencia de ciclo superior a la del requisito de diseño original
- Aumento de la velocidad del actuador sin actualizar el sistema de refrigeración
Algunos sistemas hidráulicos permanecen fríos durante una prueba corta, pero se sobrecalientan tras un funcionamiento continuo.
Esto generalmente significa que el sistema puede cumplir con los requisitos de presión y caudal instantáneos, pero su equilibrio térmico a largo plazo es insuficiente.
El tamaño o diseño del reservorio es inadecuado
Un depósito hidráulico hace más que almacenar aceite. También ayuda a liberar calor, separar aire, asentar contaminantes y proporcionar condiciones estables de succión de la bomba.
Si el depósito es demasiado pequeño, el aceite circula demasiado rápido y no permanece dentro el tiempo suficiente para liberar calor o aire arrastrado.
Un mal diseño interno también puede permitir que el aceite de retorno caliente fluya directamente hacia el área de succión de la bomba.
Los problemas comunes del depósito incluyen:
- Volumen de aceite efectivo insuficiente
- Puertos de retorno y succión posicionados demasiado cerca el uno del otro
- Baffles internos mal diseñados
- Nivel de aceite bajo
- Instalación cerca de un motor o fuente de calor externa
- Polvo o aceite cubriendo la superficie del depósito
Agregar más aceite por sí solo puede no resolver el problema. También se deben revisar la trayectoria de retorno, el arreglo de succión, la separación de aire y la ventilación del depósito.
La capacidad de refrigeración es insuficiente
Cuando la disipación de calor natural del depósito y de las tuberías no es suficiente, el sistema requiere un intercambiador de calor refrigerado por aire o agua.
En verano, la diferencia de temperatura entre el aceite y el aire circundante se vuelve menor, reduciendo el rendimiento del enfriador de aire.
La eficiencia de enfriamiento también puede disminuir debido a:
- Un enfriador de aceite de tamaño insuficiente
- Polvo o aceite obstruyendo las aletas de refrigeración
- Rotación incorrecta del ventilador
- Flujo de aire insuficiente
- Fallo del motor del ventilador o del interruptor de temperatura
- Pobre ventilación alrededor del enfriador
- Aire caliente de descarga que regresa a la entrada del enfriador
- Escala dentro de un intercambiador de calor enfriado por agua
- Temperatura del agua de enfriamiento alta o flujo de agua insuficiente
Un enfriador solo puede eliminar el calor que ya se ha generado.
Si el sistema contiene flujo de alivio continuo, fuga interna severa o estrangulamiento excesivo, la instalación de un enfriador más grande puede reducir la temperatura, pero no corregirá el problema de eficiencia subyacente.
El aceite hidráulico es incorrecto o está degradado
Tanto una viscosidad de aceite excesivamente alta como una excesivamente baja pueden contribuir al sobrecalentamiento.
El aceite que es demasiado espeso crea resistencia adicional en las líneas de succión, filtros, válvulas y tuberías de retorno. El aceite que es demasiado delgado aumenta la fuga interna en bombas, válvulas, motores y cilindros.
Los problemas relacionados con el aceite más comunes incluyen:
- Grado de viscosidad incorrecto para la temperatura ambiente
- Mezcla de diferentes tipos o grados de aceite hidráulico
- Aceite oxidado o envejecido
- Contaminación por agua, combustible o productos químicos
- Un índice de viscosidad inadecuado para grandes cambios de temperatura
- Filtración deficiente o contaminación excesiva por partículas
El aceite hidráulico debe seleccionarse de acuerdo con el tipo de bomba, la temperatura de funcionamiento esperada, las condiciones ambientales, la presión de trabajo y las recomendaciones del fabricante del equipo.
El aceite no debe cambiarse solo según la temporada sin considerar los requisitos completos del sistema.
Las fuentes externas de calor afectan al sistema
La alta temperatura ambiente reduce la capacidad del reservorio y del enfriador para liberar calor.
La temperatura real alrededor del sistema hidráulico puede ser mucho más alta que la temperatura exterior cuando el equipo está instalado dentro de un compartimento cerrado o cerca de una fuente de calor.
Las fuentes de calor externas comunes incluyen:
- Motores y tubos de escape
- Hornos y equipos de calefacción
- Materiales o procesos de producción calientes
- Luz solar directa
- Aire caliente atrapado dentro de maquinaria cerrada
- Aire caliente descargado del enfriador
Las posibles soluciones incluyen mejorar la ventilación, instalar escudos térmicos, reubicar componentes, agregar aislamiento o rediseñar el camino del flujo de aire.
Cómo identificar la fuente principal de calor
Una investigación práctica sobre el sobrecalentamiento debe comparar temperatura, presión, flujo y rendimiento de la máquina.
Temperatura
Mida la temperatura del depósito, la carcasa de la bomba, el bloque de válvulas, la línea de presión, la línea de retorno y las temperaturas de entrada y salida del enfriador. Un punto caliente local a menudo indica fugas internas, estrangulación o pérdida de presión excesiva.
Presión
Verifique la presión de salida de la bomba, la presión de carga real, la presión de la línea de retorno y la presión diferencial del filtro. Esto puede revelar un flujo de alivio continuo, estrangulación excesiva, alta contrapresión o bloqueo.
Flujo
Mida la salida real de la bomba y compare las tasas de flujo en frío y caliente. Una reducción significativa después del calentamiento puede indicar desgaste de la bomba o fuga en la válvula.
Rendimiento
Compare la velocidad del actuador, el tiempo de ciclo, la capacidad de retención de presión, el ruido y la corriente del motor antes y después de que el aceite se calienta.
Si la presión de la bomba es mucho más alta que la presión requerida por la carga, verifique la estrangulación, la contrapresión y las pérdidas de la válvula de alivio.
Si el flujo, la velocidad o el rendimiento de retención disminuyen después del calentamiento, verifique la viscosidad del aceite, la eficiencia de la bomba y las fugas internas en las válvulas y actuadores.
Conclusión
El sobrecalentamiento del sistema hidráulico rara vez es causado por un solo componente.
El flujo de alivio continuo, la estrangulación excesiva, las fugas en la bomba y la válvula, las tuberías restrictivas, la alta contrapresión de retorno, la capacidad insuficiente del depósito, el pobre rendimiento de enfriamiento y el aceite hidráulico degradado pueden generar o retener calor excesivo.
Las temperaturas de verano reducen aún más la disipación de calor, haciendo que los sistemas que ya operan cerca de sus límites de diseño sean más propensos al sobrecalentamiento.
La solución correcta no es simplemente monitorear la temperatura del depósito o instalar un enfriador más grande.
La solución eficaz debe primero identificar dónde se genera el calor, determinar por qué no puede ser eliminado y comparar la presión, el flujo y el rendimiento del actuador en condiciones de operación frías y calientes.
Una vez que se ha identificado la principal fuente de calor, se pueden optimizar la bomba, las válvulas, las tuberías, el depósito, el aceite hidráulico y el sistema de enfriamiento para reducir la temperatura de operación y mejorar la fiabilidad a largo plazo.
AiSoar Hydraulics proporciona unidades de potencia hidráulica, bloques de válvulas, cilindros hidráulicos y servicios de diseño y optimización completos de sistemas hidráulicos para equipos móviles e industriales.
Para la evaluación técnica, los clientes pueden proporcionar el esquema hidráulico, la presión de trabajo, el flujo de la bomba, la potencia del motor, la capacidad del depósito, el ciclo de trabajo, la temperatura ambiente, la temperatura normal del aceite, la temperatura máxima del aceite y una descripción de los síntomas de sobrecalentamiento.
