Por qué no debe pasar por alto el diámetro de la tubería hidráulica

Jack Weeks, GPM Consultoría Hidráulica. Traducción por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América

Rara vez encuentro un sistema hidráulico que nunca haya sido modificado de alguna manera a lo largo de los años. Por lo general, se han realizado modificaciones para hacer que el sistema funcione más rápido o para agregar alguna funcionalidad a la máquina. De cualquier manera, normalmente se requiere más flujo, lo que significa que la bomba debe actualizarse a un desplazamiento más alto. Desafortunadamente, el aumento del flujo a menudo excede la capacidad de al menos algunas líneas hidráulicas.

Las líneas hidráulicas que son demasiado pequeñas en diámetro causan calor y turbulencia excesivos, lo que en última instancia provoca daños en el sistema y degradación del fluido. Cada vez que se actualiza el sistema para aumentar su flujo, es importante asegurarse de que el tamaño de la línea actual sea suficiente para manejar el aumento.

El calor y la turbulencia causados ​​por líneas de tamaño insuficiente son el resultado de una velocidad excesiva del fluido. La velocidad del fluido es inversamente proporcional al tamaño de la línea. Cualquier aumento en el flujo conducirá a un aumento en la velocidad del fluido. Esto no es un gran problema en una línea que es recta. Imagina que el fluido está en un nivel molecular. Si todas las moléculas del fluido hidráulico viajan paralelas entre sí, tienes una condición conocida como flujo laminar.

Figura 1.- Características del flujo laminar y turbulento

El flujo laminar es la forma de flujo más eficiente y la forma en la que todo flujo busca convertirse. Naturalmente, el fluido en el centro de la línea se moverá un poco más rápido que el fluido en los bordes debido a la fricción con las paredes, pero la ganancia de temperatura resultante será insignificante en una línea recta. El problema surge cuando el fluido llega a una curva en la tubería, como se ilustra a la derecha.

Luego, las moléculas comienzan a chocar con los lados de la tubería, lo que hace que el flujo laminar se convierta en flujo turbulento y se genera calor. Por lo general, es bastante fácil saber cuándo el diámetro de la línea es demasiado pequeño midiendo la temperatura en las curvas en la tubería con una cámara termográfica. Los puntos calientes en las curvas son un claro indicio.

Figura 2.- Esta imagen térmica muestra un punto caliente en el codo de una tubería.

La cédula de la tubería también influye en la turbulencia. La mayoría de los sistemas requieren tubería cédula 40 para las líneas de succión y retorno, pero usan cédula 80 o 160 para las líneas de presión, dependiendo de la presión del sistema. La tubería de cédula más alta tiene paredes más gruesas para contener la fuerza de una presión mayor, por lo que la tubería de cédula más alta tiene un diámetro interior más pequeño. Aunque la tubería puede verse igual en el exterior, la velocidad del fluido será mayor a través de una tubería de mayor cédula.

Figura 3. Diferencia de diámetro en tuberías de diferente cédula

Para la mayoría de los sistemas, la turbulencia se puede mantener a un nivel aceptable utilizando las siguientes pautas:

Líneas de succión de la bomba

La mayoría de las bombas hidráulicas tienen una línea de succión que es más grande que la línea de presión. Esto se debe a que la velocidad de entrada debe ser muy baja para permitir que el fluido fluya libremente hacia la bomba. Cualquier restricción del flujo de entrada hará que la bomba cavite y finalmente se destruya. Se puede utilizar un gráfico de tuberías, tubos o mangueras para determinar el diámetro adecuado de la tubería. Estas tablas deben estar disponibles del fabricante. Dado que se necesitaría una tubería de cédula 40 para una línea de succión, utilice el cuadro de muestra de tuberías de cédula 40 en la Tabla 1 para dimensionar la línea.

Tabla 1. Ejemplo de tabla de tuberías cédula 40.

Tabla 2. Otro ejemplo de una tabla de tuberías cédula 40.

Tabla 3. Ejemplo de una tabla de tuberías cédula 80.

En este ejemplo, supongamos que la bomba del sistema se actualizó a una que suministra 30 galones por minuto (GPM). Como no desea exceder los 5 pies por segundo, mire hacia abajo en la columna de 5 pies por segundo para encontrar el caudal. Tenga en cuenta que una tubería de 1¼ de pulgada puede manejar hasta 23.4 GPM sin exceder una velocidad de fluido de 5 pies por segundo, mientras que una tubería de 1½ pulgada puede soportar 31.9 GPM. Siempre que su tasa de flujo esté entre dos tamaños, elija siempre el siguiente tamaño de tubería más grande, no el siguiente más pequeño. Por lo tanto, si la línea existente fuera más pequeña, instalaría una línea de succión de 1½ pulgadas.

Líneas de retorno

Dado que también puede usar tubería de cédula 40 para una línea de retorno, puede consultar el gráfico de cédula 40 nuevamente para determinar el tamaño de tubería adecuado.

Al mirar en la columna de 15 pies por segundo de la Tabla 2, encontrará que una línea de retorno de 1 pulgada puede entregar hasta 40.6 GPM sin exceder los 15 pies por segundo de velocidad del fluido. Por lo tanto, elegiría al menos una línea de retorno de cédula 40 de 1 pulgada.

Líneas de presión

La mayoría de los sistemas hidráulicos funcionan a menos de 3,000 libras por pulgada cuadrada (psi) y pueden usar tuberías de cédula 80 para las líneas de presión. Sin embargo, algunos sistemas funcionan a presiones mucho más altas y requieren tuberías más pesadas. Por lo general, los sistemas que funcionan a más de 3,000 psi tienen especificaciones de diseño muy rígidas y rara vez se modifican demasiado. El diseñador debe prestar mucha atención al tamaño de la tubería y especificar el número de curvas permitidas, así como el radio necesario de las curvas. A menudo, estas máquinas están diseñadas para permitir velocidades de fluido de 30 pies por segundo o más.

Si la presión de funcionamiento es inferior a 3,000 psi, puede utilizar una tabla de tuberías de cédula 80 para dimensionar la tubería. Al revisar la columna de 20 pies por segundo de la Tabla 3, puede ver que una tubería de cédula 80 de 1 pulgada puede entregar 45 GPM sin exceder una velocidad de fluido de 20 pies por segundo.

Siempre revise sus líneas

No ignore el diámetro de sus tuberías hidráulicas. El tamaño sí importa. Antes de actualizar sus sistemas, siempre verifique que las líneas sean del diámetro correcto. Además, si sospecha calor excesivo o turbulencia, use una cámara termográfica para buscar posibles puntos calientes.