Consejos a Problemas Comunes en Sistemas Hidráulicos

BOLETIN TCNICO

BTR 12 / AT / Abril del 2014

Consejos a Problemas comunes en Sistemas Hidrulicos Un sistema hidrulico que trabaja de manera ininterrumpida, es una pieza muy valiosa para cualquier industria por muy pequea que esta sea, sobre todo aquellas que operan bajo el rgimen de un proceso continuo.

Considerando esto, en este boletn, te mencionaremos algunos problemas a los que se enfrentan los sistemas hidrulicos, las causas y posibles soluciones, para lo cual empezaremos por lo ms bsico.

La hidrulica

La hidrulica se define como un medio para transmitir potencia, al presionar sobre un fluido confinado (el cual es incompresible) y este a su vez sobre un peso o carga a mover.

El sistema hidrulico se vale de una fuente de energa como puede ser un motor elctrico y sus ventajas con relacin a un conjunto mecnico (cople-reductor-equipo, por ejemplo), son:

Velocidad Variable: Tener una velocidad variable, ya sea mediante el abastecimiento de la bomba (variable) y/o por medio de una vlvula de control de flujo.

Reversible: Para hacer una inversin de rotacin, los equipos mecnicos

necesitan frenarse completamente, mientras que un actuador hidrulico puede invertirse en plena operacin sin dao alguno a los componentes.

Proteccin de Sobrecarga: Mediante una vlvula de alivio, el sistema se protege de un dao al existir una sobrecarga, regresando al tanque el exceso del fluido con sobrepresin.

Paro brusco: Un motor elctrico si se detiene de manera busca, puede sufrir daos. Un actuador hidrulico puede frenar por alguna causa sin sufrir algn dao y arrancar de inmediato al dejar de existir la causa.

Componentes de un sistema hidrulico

Un sistema hidrulico est integrado por varios componentes, cada uno por dems importante, como son:

Depsito Bomba (s) Tubera Filtros de succin, filtro de alta, filtro

de retorno y filtro del respiradero. Vlvulas direccionales Actuadores o motores hidrulicos. Enfriador

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Todos y cada uno de estos componentes juega un papel muy importante, pues si alguno de estos no cuenta con las caractersticas (tamao o capacidad) y/o estado adecuado, provocar que el sistema funcione de manera incorrecta y/o provocar paros innecesarios.

Una vez que conocemos ya las partes vitales del sistema hidrulico, veamos ahora lo relacionado a los Fluidos Hidrulicos, los problemas comunes que se presentan en estos y cmo podremos afrontarlos mediante una re-ingeniera del sistema.

Los fluidos hidrulicos

Los fluidos hidrulicos son la sangre del sistema hidrulico. Las funciones de un fluido hidrulico son, transmitir presin y energa, sellar las piezas con ciertas tolerancias contra las fugas, minimizar el desgaste y la friccin, remover el calor, limpiar de suciedad y partculas de

desgaste, y proteger a las superficies de la herrumbre y la corrosin.

La vida del sistema hidrulico (relacionada con su productividad), consiste en seleccionar el fluido adecuado tanto en caractersticas como tipo de fluido, viscosidad y aditivacin, as como libre de contaminantes y a la temperatura de operacin normal ms baja.

Normalmente se usan aceites hidrulicos convencionales derivados del petrleo, pero en situaciones especiales se usan fluidos resistentes al fuego, sintticos o biodegradables.

Los fluidos hidrulicos qumicamente tienen una gran duracin, sin que se agoten sus caractersticas y aditivacin, lo que nos obliga a cambiarlos, es la contaminacin, la cual afecta tanto a los equipos, como al propio fluido.

Comenzaremos por decir que, la conservacin de un sistema hidrulico consiste en observar las tres reglas que indica un Mantenimiento Proactivo: Limpio, Fro y Seco, con las cuales se obtendr una vida extendida en operacin tanto del sistema como del aceite, libres de problemas.

En la limpieza, las estadsticas indican que del 75 al 80% de las fallas hidrulicas provienen de fluidos contaminados con polvo, partculas de desgaste y otros materiales extraos con tamaos microscpicos, sobre todo en los equipos

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con altas presiones, donde los huelgos entre los componentes en movimiento son muy pequeos, lo que hace del control de contaminacin de slidos un aspecto muy importante.

Al decir que los sistemas se deben mantener Fros, consiste en manejar una temperatura de operacin tal, que la temperatura del aceite en el tanque nunca deba exceder los 55C, lo que hace que la operacin sea confiable y libre de paros no programados.

Para mantener los fluidos secos, se debe evitar la penetracin de humedad o agua al sistema, ya que esta tiene una influencia directa tanto en la operacin, la durabilidad de los componentes del sistema, as como del propio aceite. Los fabricantes recomiendan que la concentracin de agua en un sistema cerrado deber estar en 300 ppm (partes por milln) o sea 0.03%, en volumen, (critico 1000 ppm o 0.1%) dependiendo del diseo del sistema.

Problema de aire o espuma en el aceite.

La existencia de aire en el aceite es considerada como contaminante y puede ocasionar daos a los sistemas hidrulicos, as como prdidas de produccin. Esta es conocida como Aireacin.

Existen dos formas en que se presenta el aire en el aceite, una de ellas llamada Arrastre de Aire, donde el aceite tiene una apariencia turbia, la cual da la sospecha que se trata de contaminacin con agua.

Para comprobar esta sospecha, se calienta una pequea lmina de acero con un encendedor y se dejan caer una o dos gotas del aceite sobre la lmina caliente y si este crepita (chisporrotea) ligeramente (como cuando se vierten huevos en aceite caliente), el diagnstico es que contiene agua, pero si no crepita, seguramente es arrastre de aire o sea, muy pequeas burbujas de aire disueltas en el aceite, provocadas por una penetracin de aire a travs de la admisin de la bomba, lo cual se comprueba cuando se deja en reposo el aceite durante un tiempo y se libera el aire, quedando un aceite brillante y traslcido.

La otra forma de encontrar el aire (aireacin) en el aceite es a travs de espuma abundante, la cual tambin tiene su origen en la succin de la bomba, pudiendo ser por:

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Adaptadores o tubera de succin floja.

Sello del eje de la bomba defectuoso.

Tanque muy pequeo sin bafle. Manguera de succin porosa. Bajo nivel del aceite en el tanque.

Como se puede observar, la mayora de las causas estn concentradas en el lado de succin de la bomba, as como tambin en la tubera de retorno del aceite al depsito, cuando esta se encuentra arriba del nivel del aceite y el aceite al regresar golpea el espejo del aceite, lo cual atrapa aire mezclndolo con el aceite.

Si las burbujas no se rompen antes de llegar a la succin de la bomba, estas son succionadas y al viajar del lado negativo (succin) al lado positivo de la bomba, se provoca una explosin de las burbujas de aire, lo que golpea las superficies de la bomba perforndolas (ver amplificacin).

En la siguiente figura, se observan dos aspectos importantes para evitar y/o eliminar la espuma del aceite:

Uno de ellos es la o las mamparas que se instalan dentro del depsito, cuya finalidad es la de hacer ms largo el recorrido del aceite desde la descarga de la lnea de retorno hasta la lnea de succin de la bomba, haciendo adems, que el aceite brinque por la parte superior de la mampara, todo lo cual provoca tanto el asentamiento de los contaminantes slidos que pudiese traer el aceite, como el rompimiento mismo de la espuma. Otro de los aspectos que se observan en la figura, es el tubo retorno (crculo rojo), el cual no obstante que est sumergido

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completamente en el aceite, el corte de su extremo inferior est hecho en diagonal y este corte est dirigido hacia la pared del depsito, con la finalidad de que el aceite no libere los contaminantes y la espuma directamente al volumen de aceite del depsito y en direccin de la succin de la bomba, para que esta no absorba las burbujas.

Problema de Cavitacin

Como su nombre lo dice, es la formacin de cavidades (cavernas) y se produce cuando el aceite pasa del estado lquido al estado de vapor (ver causas), formando burbujas de vaco, las cuales implotan cuando llegan a las zonas de mayor presin (dentro de la bomba), momento en el cual el vapor regresa a su estado lquido de manera sbita, lo que arrastra el lquido a manera de microjet, hacia las superficies metlicas de la bomba, perforndolas y formndoles cavidades (ver foto).

Este fenmeno va acompaado de ruido y vibraciones, dando la impresin de que se tratara de grava o canicas que golpean en las diferentes partes de la bomba. Algunas causas pueden ser:

Restriccin en la succin de la bomba, por un filtro tapado o por dimetro de tubera reducido.

Bomba muy lejos del tanque. Tubera de la succin con muchos

codos y reducciones. Viscosidad del aceite muy alta (muy

baja temperatura o mala seleccin del mismo).

RPM muy altas en la bomba. Aceite mezclado con agua,

kerosene, gasolina o algn solvente, acompaados con alta temperatura.

Agua en el sistema

Para un sistema hidrulico, el agua se considera un contaminante qumico, suspendida o mezclada, que genera una combinacin de problemas tanto fsicos como qumicos para el lubricante y para los

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componentes, pudiendo ser catastrficos, de manera inmediata o a mediano plazo y sus efectos podran ser:

Vida ms corta de los sistemas, provocada por la herrumbre y la corrosin.

Ataque cido del agua, as como erosin y cavitacin por vapor de agua.

Desgaste causado por prdida de pelcula lubricante o por los depsitos provenientes de la dureza del agua.

Los efectos sobre el aceite pueden ser dainos, ya que el agua acelera la oxidacin del aceite, as como tambin, agota los inhibidores de la oxidacin y los demulsificantes.

Causa adems, que algunos aditivos se precipiten y el aditivo antidesgaste a base de Ditiofosfato de Zinc (ZDDP), se desestabilice (arriba de los 82C) y por ltimo, desactiva algunos aditivos polares de proteccin a las superficies.

Cavitacin por vapor de agua, ya que al alcanzar la presin de vapor el agua en la zona de baja presin (en la succin de una bomba) las burbujas del vapor se expanden, pero al exponerse de manera brusca a la zona de alta presin (dentro de la bomba), estas implotan e impactan en pequeas reas de la bomba con la fuerza de microjet, lo que causa erosin en la superficie.

Cmo ingresa el agua en los sistemas hidrulicos?

Existen muchas fuentes de ingreso de agua, por mencionar, huecos en el depsito que alguna vez tuvieron alguna

funcin, pero, al quitar la tubera o componente, qued el hueco, permitiendo el ingreso de agua y polvo.

Tambin ingresa agua por los respiraderos del tanque, los cuales tambin funcionan como tapn de llenado.

Este respiradero debe existir, pues a travs de este, penetra la presin atmosfrica que

empuja al aceite en la succin por la accin del vaco que efecta la bomba, luego entonces, al tener intercambio con el medio ambiente, respira humedad, esta se condensa

y se forma agua.

Otro ingreso de agua es a travs del enfriador de aceite, ya que al corroerse con la agresividad del agua de enfriamiento, se perfora y deja pasar el agua al aceite.

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La afectacin del agua dentro del sistema repercute primeramente en la bomba, ya que al disminuir la pelcula, existe un severo desgaste en engranes, paletas o pistones, asi como cavitacin, cuando se alcanza la presin de vapor del agua y se generan implosiones en la bomba.

Tambin tendremos problemas en las vlvulas, principalmente en servo vlvulas,

en las que se forman lacas y herrumbre por la accin del agua y la temperatura,

impidiendo su libre deslizamiento para direccionar el fluido.

Esto se puede evitar revisando a conciencia el depsito, sellando aquellos huecos intiles y colocando en los respiraderos,

filtros especiales contra el paso de polvo y humedad o membranas que ejerzan cierta presin positiva dentro del

depsito.

Por lo que se refiere al enfriador de aceite, se deber procurar manejar agua suavizada en estos e inspeccionar peridicamente los tubos con presin de aire, a fin de asegurar que no estn perforados y no pase al aceite.

Por otro lado, hay empresas que debido a su contaminacin prefieren tener depsitos

hermticos, por lo que, inyectan un gas inerte en el espacio libre dentro del depsito, cuya presin hace las veces de

presin atmosfrica con la que el fluido es forzado a subir por el tubo de succin con el vaco que hace la bomba, de esta forma no hay penetracin de humedad ni de polvo.

Consejos prcticos para evitar la contaminacin con agua:

A travs de estas recomendaciones, pretendemos que no nos aqueje que tenemos presencia de agua en el aceite.

Maneje adecuadamente el aceite nuevo.

Filtre el aceite del tambor al depsito.

Instale filtros desecantes

para respiraderos de depsitos o crter.

Al lavar las mquinas, evite dirigir agua hacia respiraderos y puertos de llenado.

Repare las fugas de enfriadores de aceite.

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Evite la existencia de agua en la tapa de los depsitos.

Instale y selle adecuadamente las tapas y puertos de los depsitos.

Observe la condensacin de lneas de agua fra, ubicadas cerca de depsitos.

Evite el almacenamiento del aceite a la intemperie. o Si se almacenan a la intemperie,

coloque los tambores boca-abajo u horizontales con los tapones tambin horizontales. o Instale extractores o ventiladores

de humedad, a fin de eliminar el agua de depsitos grandes, o inyecte aire seco de instrumentos y permita su salida.

Drene peridicamente el agua acumulada en la parte baja de los depsitos de aceite hidrulicos.

Temperatura del fluido

Retomando el tema de la temperatura del aceite, en alguna ocasin nos hicieron la consulta sobre un sistema hidrulico que necesitaba de un aceite hidrulico que soportara una mayor temperatura que los convencionales, ya que su sistema se calentaba mucho.

Preguntamos como es costumbre, cmo era su sistema hidrulico en cuanto a capacidad, a qu le daba movimiento y si su sistema de enfriamiento tena la capacidad suficiente para enfriar.

Es un sistema de trabajo continuo que mueve a un pistn y le caben 35 litros, pero no tiene enfriador, por lo que se calienta hasta los 80C y necesitamos un aceite que soporte esta temperatura ya que lo tenemos que estar cambiando muy seguido, fue la respuesta.

Como se puede observar, en este caso, se le est dejando toda la responsabilidad de la operacin al aceite y no se le est ayudando con el enfriamiento necesario para obtener una operacin sin problemas y una vida mayor del aceite.

La alta temperatura, mayor a los 55C, provoca que el aceite se adelgace y existan fugas internas en el sistema, movimientos errticos, poca duracin de los componentes y como es de suponerse, el aceite se oxida y se tiene que cambiar ms frecuentemente, ya que este aumenta de viscosidad y genera cierta acidez que daa a los componentes del sistema.

Cuando se calienta un sistema hay que tomar en cuenta:

1. Que la viscosidad del aceite sea la correcta, recomendada por el fabricante.

2. Que el depsito cuente con el tamao adecuado, para que permita el enfriamiento del aceite y separe los contaminantes slidos. El tamao del depsito debe ser de 2 a tres veces el gasto de la bomba.

3. Que las RPM del motor no sean mayores a la capacidad del depsito.

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4. Que el sistema de enfriamiento, del tipo aceite-agua, se encuentre en buenas condiciones, ya que de su limpieza y del tratamiento del agua, depender la capacidad de enfriamiento.

5. Que en el enfriador por aire (radiador), existe una gran restriccin que impide lograr un buen enfriamiento, y esto permite el incremento de temperatura en el aceite y reduce su vida til, amn de los problemas que ocasiona en el sistema.

6. Un depsito hidrulico demasiado pintado, muy sucio o muy encerrado (con falta de ventilacin), tambin acumula mucha temperatura. Si se necesita pintar ya sea por poltica o por proteccin, debemos quitar la anterior pintura y aportar la nueva con el fin de no aislar demasiado las paredes para su enfriamiento.

7. Por ltimo (aunque an hay ms), el filtro del respiradero debe estar siempre limpio, ya que adems de que este permite la entrada de la presin atmosfrica que empuja al aceite a subir por la succin de la bomba, tambin permite el intercambio de aire fresco para enfriar al aceite dentro del depsito.

Y bueno, ya que estamos hablando de limpieza, ahora toquemos el punto de la limpieza del fluido, esa que hace o provoca que los sistemas hidrulicos incrementen su vida til hasta en un 70% y que por aadidura, prolongan tambin la vida del fluido.

Los fabricantes hidrulicos como Vickers, Husky, Racine, Denison, entre otros, recomiendan y exigen el uso de filtracin de los fluidos, con el fin de controlar las micromtricas partculas abrasivas que provocan los micro desgastes a los

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componentes hidrulicos, lo cual se logra por medio de filtracin en la succin de la bomba, en la lnea de alta presin y en la lnea de retorno y si no fuese suficiente, con filtracin externa utilizando filtros porttiles.

Recordemos que una micra equivale a una milsima de milmetro (0.001 mm) y que partculas de 3, 5 y 10 micras, aunque no las vemos, provocan desgaste abrasivo continuo, para lo cual el sistema ISO estableci un cdigo de limpieza ISO 4406:99 que cuantifica los niveles de contaminacin por mililitro de aceite en tres tamaos: 4, 6 y 14.

Basados en estos niveles, se logra obtener un determinado cdigo de limpieza ISO, de acuerdo a la cantidad de partculas que se obtienen en cada tamao de partcula, para lo cual, Vickers establece que cada componente debe contar con un cierto cdigo de limpieza, el cual es sensible a este cdigo, mismo que se logra con el apoyo de expertos especializados en filtracin.

Una vez dados los consejos y prcticas para prolongar la vida de los sistemas, hablemos de nuestros fluidos.

Raloy cuenta con los fluidos hidrulicos:

Raloy Hidraloy (150, 220, 300, 450), fluidos de origen mineral cuyo nivel de aditivacin permite la proteccin de sistemas con cierto desgaste y con fugas.

Raloy Hidrafluid (32, 46, 68 y 100), fluidos de origen mineral para sistemas hidrulicos de equipos an bajo garanta, ya que estn homologados por Denison, cuyo nivel de aditivacin y filtrabilidad, permite obtener cdigos de limpieza muy bajos, para obtener una vida prolongada de los equipos y el aceite.

Krnen Hidrafluid BWX-46 (ISO 46), fluido elaborado con bsico del Grupo II y libre de zinc, formulado para satisfacer los requerimientos de Shuler Press GmbH ( fluido hidrulico HLP) para operar con sistemas hidrulicos sofisticados de alto rendimiento.

Krnen Hidrafluid HC (32, 46, 68, 100 y 150), fluidos elaborados con bsicos hidrocraqueados, as como libres de zinc, con lo cual se obtiene una gran proteccin a los sistemas hidrulicos por largos perodos de tiempo.

Krnen Hydraulikl (32, 46, 68 y 100), fluidos 100% sintticos, con los cuales se obtiene una sobreproteccin de los sistemas hidrulicos y una vida prolongada de sus componentes, as como del propio fluido.

Ing. Ignacio Ortz Salcido

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