Cómo proteger y optimizar los instrumentos de presión en la hidráulica móvil

Este artículo se publicó originalmente el 1 de junio de 2021 y se actualizó el 9 de diciembre de 2024.

La maquinaria hidráulica supera a casi todos los demás métodos mecánicos de transmisión de potencia en entornos extremos. Excavadoras, cosechadoras de árboles, camiones mineros, grúas y otros vehículos hidráulicos realizan las tareas más duras en terrenos irregulares, transportando cargas pesadas que ejercen fuerzas inmensas sobre los sistemas hidráulicos.

Estas operaciones pueden provocar fuertes sacudidas y vibraciones, junto con cambios significativos de temperatura, polvo y humedad. Además, los picos o impulsos de presión dentro de los sistemas hidráulicos pueden suponer un reto importante para la fiabilidad de los componentes internos, como los instrumentos de presión. Entonces, ¿cómo puede mejorar el rendimiento de su sistema hidráulico móvil para resistir estos peligros?

Los dispositivos de control y supervisión de la presión son esenciales para gestionar los sistemas hidráulicos y mejorar la potencia, la flexibilidad, la velocidad y la seguridad. Regulan y supervisan los niveles de presión del fluido hidráulico para proporcionar la fuerza necesaria para vencer la resistencia. También detectan condiciones inseguras, activan alarmas o apagan automáticamente las bombas hidráulicas para evitar situaciones de sobrepresión.

En mi amplia experiencia en este sector, he aprendido a aplicar eficazmente transductores de presión en sistemas de control de hidráulica móvil. Este artículo le guiará a través de los retos del control y la medición de la presión, incluidos golpes, vibraciones, picos de presión, pulsaciones y factores ambientales, y le mostrará cómo mantener sus máquinas hidráulicas móviles en las mejores condiciones.

Comprender los retos de las aplicaciones hidráulicas.

Los sistemas hidráulicos OEM desempeñan un papel fundamental en el funcionamiento de la maquinaria pesada. Sin embargo, las duras y exigentes condiciones que soportan estos equipos tendrán un impacto significativo en los instrumentos diseñados para garantizar el rendimiento y la durabilidad del sistema. Estos son los retos más comunes a los que se enfrentan los sensores de presión en las aplicaciones hidráulicas:

Choque en sistemas hidráulicos OEM

El choque hidráulico se produce cuando hay un cambio repentino en la velocidad del fluido, que suele estar causado por un impacto externo. Cuando esto ocurre, tu instrumento de presión debe soportar el impacto físico, el cambio brusco de velocidad del fluido y la parada repentina del sistema.

Muchos instrumentos también se ven afectados por impulsos de corta frecuencia y gran amplitud. A diferencia del aire, el fluido hidráulico no es compresible y los picos de presión en el sistema pueden aumentar de cuatro a cinco veces por encima de la presión de funcionamiento normal. Esto afecta al rendimiento y la vida útil de los instrumentos de presión si no se diseñan y protegen estratégicamente.

El impacto de las vibraciones

Las vibraciones en los sistemas hidráulicos están causadas por oscilaciones mecánicas o ruido de motores,bombas, actuadores, válvulas, conductos hidráulicos y otros componentes. Estas vibraciones pueden crear ondulaciones en el flujo, dando lugar a ondas de presión armónicas que afectan a los componentes del sistema. Los impulsos de alta frecuencia/baja amplitud procedentes de las vibraciones pueden degradar el rendimiento y la vida útil de los instrumentos de presión si no se diseñan y protegen estratégicamente.

Picos de presión

Los picos de presión, o impulsos, se producen cuando los caudales de fluido cambian rápidamente, de forma similar a un efecto de golpe de ariete. Estos picos pueden generar ondas de presión de gran magnitud que superan las presiones normales de funcionamiento en microsegundos. Sin una protección adecuada y una colocación estratégica, los instrumentos de presión pueden resultar dañados por estos cambios repentinos, comprometiendo la fiabilidad del sistema.

Transductores de presión en hidráulica móvil.

Los transductores de presión para aplicaciones hidráulicas móviles pueden dañarse en condiciones de funcionamiento con golpes y vibraciones si no se diseñan adecuadamente. Contar con elementos de detección compactos, uniones de cables más cortas, un diseño coplanar y un tamaño reducido para soportar golpes y vibraciones son características importantes que pueden ayudar a evitar daños en estos instrumentos.

Para cumplir con los requisitos anteriores, Ashcroft desarrolló nuestro sensor de presión de película delgada CVD con alta estabilidad, precisión y amplios rangos de temperatura de funcionamiento. Además, utilizamos un gel de silicona que absorbe los golpes y las vibraciones para proteger las delicadas uniones de los cables, que conectan el elemento sensor a la electrónica. La figura 1 muestra la sección transversal del Transductor de Presión Ashcroft® GV diseño mejorado para aplicaciones de vibración y choque.

Figura 1- Transductor de presión Ashcroft GV con protección mejorada contra vibraciones y golpes

El Transductor de Presión Ashcroft® S1 OEM también incorpora la tecnología de detección CVD para proporcionar un transductor rentable que proporciona un rendimiento superior. El S1 es un sensor de presión hidráulica diseñado para aplicaciones de alto impacto, vibración y ciclos de presión excesiva. Es una opción ideal para la medición de presión en aplicaciones de volumen medio a alto.

Los transductores de presión pueden dañarse bajo el funcionamiento continuo de picos de presión y pulsaciones. El efecto común de los picos de presión y las pulsaciones es el desplazamiento positivo del cero, y existen varias opciones para proteger los transductores, tales como tornillos de mariposa, amortiguadores y líneas capilares en función de la aplicación.

Protección de transductores de presión en aplicaciones hidráulicas.

He aquí algunos consejos que me han dado buenos resultados para proteger los transductores de presión utilizados en la hidráulica móvil:

• Elimine el aire del sistema hidráulico para reducir significativamente la magnitud de los picos de presión hidráulica.
• Evite colocar los transductores de presión al final de tramos de tubería largos y/o rectos.
• Considere la posibilidad de utilizar el transductor de mayor rango de presión para satisfacer los requisitos de la aplicación.
• Instale amortiguadores o amortiguadores de presión entre el proceso y la conexión del instrumento de presión con diferentes grados de selección de porosidad para su protección.
• Instale un tornillo de mariposa o un tapón en la conexión de proceso para amortiguar los picos de presión y las pulsaciones.
• Instale tuberías capilares para montar a distancia el instrumento de presión, lejos de golpes y vibraciones. Esto evita los picos de presión y las pulsaciones al restringir el efecto de estrangulamiento debido al pequeño tamaño de los tubos.
• Los amortiguadores son una opción rentable y eficaz para evitar los efectos nocivos de los picos de presión y las pulsaciones.

Presostatos en hidráulica móvil.

Un presostato presostato para su uso en sistemas hidráulicos móviles no debe ser sensible a golpes o vibraciones, sino que debe reaccionar a impulsos de presión de entre 5 y 10 milisegundos. Puede producirse una conmutación prematura si los picos de presión o las pulsaciones superan el punto de ajuste.

Los dispositivos de estrangulamiento también se utilizan para minimizar los picos de presión y las pulsaciones. La mejor práctica para eliminar los picos de presión o las pulsaciones es montar los presostatos a distancia en un lugar libre de golpes y vibraciones con un capilar, o instalar un amortiguador de presión entre el proceso y el presostato para amortiguar los picos de presión y las pulsaciones.

Protección de manómetros en aplicaciones hidráulicas.

Los manómetros digitales son menos vulnerables a los golpes y vibraciones que los manómetros analógicos o mecánicos, pero es una buena práctica proteger todos los dispositivos de presión para obtener un mejor rendimiento. El impacto de los golpes y las vibraciones dañará los manómetros mecánicos de varias maneras:

• Los picos de presión y los efectos de pulsación son visuales en los manómetros mecánicos, ya que la aguja se eleva rápidamente en respuesta.
• Si la aguja fluctúa, es difícil leer con precisión el manómetro.
• El movimiento del manómetro desgastará los dientes del engranaje a través del segmento cuando se exponga a señales de baja frecuencia/alta amplitud conocidas como picos de presión.

La mejor práctica para evitar daños por golpes y vibraciones es montar a distancia los manómetros con capilares. Para manómetros analógicos utilice un líquido de relleno como glicerina o silicona. Ashcroft ofrece sustitutos de relleno líquido como PLUS^™ Rendimiento.

Los tornillos de mariposa o los tapones de mariposa instalados en la conexión a proceso del manómetro pueden restringir el caudal y minimizar los picos de presión y las pulsaciones. También puede utilizar amortiguadores de presión o amortiguadores instalados entre el proceso y el manómetro.

Clasificaciones de instrumentos de presión para aplicaciones hidráulicas. 

Las aplicaciones hidráulicas móviles requieren instrumentos de presión que ofrezcan la protección eléctrica, mecánica y medioambiental más robusta, debido a las extremas condiciones dinámicas exteriores y de funcionamiento remoto.

Existen dos tipos de clasificaciones de protección de carcasas: Las clasificaciones de la Asociación Nacional de Fabricantes Electrónicos (NEMA) y las clasificaciones de protección contra la penetración (IP). Aunque las clasificaciones NEMA e IP no son idénticas, son similares y a menudo pueden utilizarse indistintamente para clasificar las cajas de los instrumentos de presión:

• Las envolventes NEMA 4 son aceptables para uso en exteriores, proporcionan un grado de protección contra la caída de suciedad, lluvia, aguanieve, nieve, polvo arrastrado por el viento, salpicaduras de agua o agua dirigida por mangueras, y quedarán intactas por la formación externa de hielo en la envolvente. Las clasificaciones NEMA también especifican la protección contra otras condiciones, como los agentes corrosivos.
• IP66 ofrece protección contra el polvo y los chorros de agua a baja presión procedentes de todas las direcciones. Las clasificaciones IP especifican normas de protección contra la entrada de objetos extraños sólidos o líquidos. 

Normalmente, la mayoría de los fabricantes de instrumentos de presión definen las especificaciones de temperatura del instrumento en la hoja de datos. Los transductores de presión con clasificación NEMA 4 o IP66 y superior son aceptables para su uso en la mayoría de los sistemas hidráulicos móviles.

¿Desea más información sobre instrumentos de presión para hidráulica móvil?

Los sistemas hidráulicos móviles requieren capacidad de resistencia, respuesta rápida y un control preciso que es posible con la ayuda de instrumentos de presión como transductores de presión, presostatos y manómetros. Espero que ahora comprenda mejor la importancia de contar con instrumentos de presión de calidad en su sistema hidráulico móvil.

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