Eficiencia Hidráulica

El mundo competitivo y globalizado actual impulsa a los fabricantes a obtener lo máximo de sus equipos. Incluso pequeños incrementos en productividad de la maquinaria pueden significar la diferencia entre utilidades y pérdidas. Adicionalmente, las preocupaciones ambientales demandan enfocarse en prácticas de negocios sustentables y sistemas de energía eficientes. En respuesta, los sistemas hidráulicos de equipos industriales y móviles se han hecho más pequeños y livianos, y utilizan presiones más altas para alcanzar la máxima eficiencia del sistema. Ahora, fluidos hidráulicos avanzados están disponibles para satisfacer las demandas de estos sistemas, así como para contribuir a la eficiencia global del sistema y de energía.   Eficiencia Hidráulica: Teoría Los sistemas hidráulicos convierten la energía mecánica que reciben de un motor eléctrico o de combustión interna, en caudal y presión que pueden realizar una cantidad de trabajo especificada.  Las bombas hidráulicas convierten la energía mecánica del mecanismo que las mueve en flujo fluido. La presión es generada por las restricciones que enfrenta este flujo en el sistema. Desafortunadamente, la bomba hidráulica no puede ser 100% eficiente en esta conversión de energía. Una típica bomba hidráulica es sólo 80 a 90% eficiente en este proceso. La energía se pierde dedos formas principales: • Pérdidas mecánicas – energía que se pierde por fricción fluida. • Pérdidas volumétricas – energía que se pierde como resultadode fugas internas del fluido en la bomba.

La cantidad de pérdidas mecánicas y volumétricas en una bomba está principalmente en función de la viscosidad y propiedades de lubricidad del fluido. Esto puede verse en la gráfica de arriba a la derecha.

Las pérdidas mecánicas son más altas cuando la viscosidad del fluido es alta y las pérdidas volumétricas son más altas cuando la viscosidad del fluido es baja. Viendo estas dos curvas en la gráfica podemos establecer un rango de viscosidades para eficiencia óptima. Debido a que la viscosidad del fluido hidráulico es alta a bajas temperaturas y disminuye a medida que la temperatura del fluido sube, mantenerse dentro de este rango óptimo de operación no es sencillo. Los fluidos hidráulicos especialmente formulados pueden reducir la magnitud de estas pérdidas utilizando un alto índice de viscosidad para mantener la viscosidad del fluido en el rango óptimo a través de un amplio rango de temperatura de operación. Aumentar la presión del sistema también reduce la eficiencia de la bomba hidráulica. Presiones más altas generalmente llevan tanto a mayores pérdidas mecánicas (hay mayores cargas sobre la bomba) como mayores pérdidas volumétricas (mayores presiones aumentan la cantidad de fugas internas). Además de los beneficios de eficiencia hidráulica por mantener la viscosidad del fluido hidráulico en el rango óptimo, se pueden obtener ganancias adicionales en eficiencia mediante la selección de fluidos base óptimos y tecnología de aditivos para reducir la tracción: la resistencia inherente del fluido a cortarse bajo condiciones de Lubricación Elasto Hidrodinámica (EHL).   Teoría en Práctica: Las diferencias en la eficiencia hidráulica pueden ser cuantificadas comparando dos fluidos en un circuito hidráulico simple. El circuito contiene una bomba hidráulica y la presión del sistema es controlada sobre un rango especificado. La energía mecánica puesta en el sistema y el caudal de la bomba pueden entonces ser medidos y usados para calcular la eficiencia mecánica y volumétrica de dos fluidos diferentes. La gráfica siguiente muestra estos datos comparativos entre un fluido hidráulico antidesgaste ISO VG 46 típico y un fluido de prueba de alto IV especialmente formulado. El fluido de prueba demuestra un aumento en eficiencia hidráulica de entre 3% y 6% en esta prueba de banco. Note que a medida que la temperatura y presión aumentan, el beneficio de eficiencia del fluido de prueba aumenta.

Esta demostración muestra el impacto que la formulación y las características físicas del fluido pueden tener sobre la eficiencia hidráulica global. Pero la eficiencia hidráulica no es una meta final por si misma. Esta eficiencia adicional de bombeo puede traducirse en ahorros de energía, medido por el consumo de combustible o electricidad, o en disminuciones en el tiempo para completar un ciclo de trabajo en equipo movido hidráulicamente. Eficiencia hidráulica = mejoras en la productividad Un buen candidato para demostrar el impacto de la eficiencia hidráulica sobre el consumo de energía y el tiempo de ciclo es una excavadora. Una excavadora emplea hidráulica de alta presión, impulsada por un motor a diesel, para operar el brazo para girar la máquina y desplazarla por la zona de trabajo. Las presiones en el sistema hidráulico pueden alcanzar 4,000 psig (275 Bar) y las temperaturas generalmente se aproximan a los 100ºC.   Se organizó una demostración con una excavadora de tamaño medio para comparar un fluido típico SAE 10W, comúnmente usado en aplicaciones de equipos móviles, con un fluido hidráulico específicamente diseñado para optimizar la eficiencia hidráulica. Para el propósito de esta demostración, se usó un solo operador y un solo lote de combustible para operar la excavadora mediante una secuencia de movimientos previamente determinados. En esta demostración, la aplicación de fluido hidráulico eficiente resultó en hasta 6% de reducción en consumo de combustible por ciclo y una disminución de hasta 5% en el tiempo para completar cada ciclo de trabajo. El operador de la máquina también notó que la capacidad de respuesta del sistema mejoró inmediatamente luego de la adición del fluido de prueba. Los resultados de esta demostración claramente muestran el impacto de aumentar la eficiencia hidráulica: reducción del consumo de combustible o aumento en la productividad. El uso de este fluido hidráulico específicamente diseñado durante todo un año en una excavadora de tamaño medio reduciría el uso de combustible en 3,400 litros y las emisiones de CO2 en 9 toneladas métricas. Oportunidades de ahorro de energía similares existen en las aplicaciones hidráulicas industriales. Un ejemplo importante es el moldeo por inyección de plástico, que es caracterizado por temperaturas y presiones relativamente altas, gran consumo de potencia, ciclos repetidos, etc. El uso de fluidos hidráulicos eficientes en la inyección de plástico ha mostrado ahorros de energía de hasta 10% en comparación con un fluido hidráulico típico en pruebas controladas. Conclusión Aplicar conocimientos de cómo la eficiencia hidráulica puede ser mejorada a través de la selección del fluido hidráulico apropiado puede aumentar la línea base. El utilizar un fluido hidráulico bien formulado puede reducir las pérdidas de eficiencia en sistemas hidráulicos, generando ahorros de energía y aumentos de productividad.

Deja una respuesta

0