Determinación de los requisitos de viscosidad del fluido hidráulico

Los fabricantes de maquinaria recomiendan fluidos hidráulicos para sus equipos especificando características como la viscosidad, el desempeño antidesgaste y la estabilidad a la oxidación. También pueden identificar los lubricantes calificados por la marca o el grado de viscosidad ISO. En la Tabla 1 se incluye una versión abreviada de los grados de viscosidad ISO.

Tabla 1. Tabla abreviada de grados de viscosidad ISO

La adaptación a las preferencias de los distintos fabricantes de maquinaria puede generar una gran cantidad de fluidos y costos elevados de inventario. La consolidación de fluidos hidráulicos puede mejorar el desempeño del sistema y reducir los costos; sin embargo, requiere un análisis cuidadoso. Las pautas que se muestran en las Figuras 2 y 3 están diseñadas para ayudar en este análisis. También se deben considerar otros factores, como las especificaciones del fabricante de la máquina, los requisitos de aditivos y la compatibilidad.

Viscosidad y eficiencia

Uno de los criterios más importantes en la selección de un fluido hidráulico es la viscosidad. Existe la idea errónea de que reducir la viscosidad del fluido hidráulico reducirá las temperaturas de funcionamiento, cuando en realidad unas viscosidades más altas pueden provocar una reducción de las temperaturas de funcionamiento en aplicaciones hidráulicas. Esto se debe a que un fluido hidráulico con una viscosidad demasiado baja reducirá la eficiencia volumétrica de las bombas y provocará un sobrecalentamiento del fluido.

Además, los fluidos de baja viscosidad pueden provocar un aumento de la fricción y el desgaste de la bomba. Por otro lado, un fluido con una viscosidad demasiado alta provocará una deficiente eficiencia mecánica, problemas de arranque y desgaste debido a cavitación.

Por lo tanto, la selección del fluido adecuado implica optimizar la viscosidad del aceite en términos de eficiencia volumétrica y mecánica de la bomba, como se muestra en la Figura 1. Para lograr esto, se deben tener en cuenta los requisitos de los componentes hidráulicos, así como el rango de temperatura de operación.

Figura 1. Efecto de la viscosidad sobre la eficiencia volumétrica y mecánica en bombas hidráulicas

Criterios de selección de la viscosidad

Se realizó una encuesta a fabricantes de bombas y motores hidráulicos sobre los requisitos de viscosidad de fluidos para sus bombas y motores. Se determinó que la mayoría de los equipos ofrecen un desempeño satisfactorio con un rango de viscosidad de funcionamiento de 13 a 860 cSt. Con base en este rango de viscosidad, se desarrolló el gráfico de ventana de temperatura de funcionamiento (TOW, por sus siglas en inglés), que se muestra en la Figura 2, para fluidos hidráulicos de grado puro. Un fluido que tiene una TOW correspondiente a la temperatura del depósito de aceite hidráulico proporcionará un desempeño satisfactorio, al menos desde el punto de vista de la viscosidad.

Figura 2. Ventana de temperatura de funcionamiento para fluido hidráulico
de IV 100 y 13 a 860 mm2/s (cSt)

La tabla TOW se puede utilizar para identificar los requisitos de viscosidad para los sistemas hidráulicos que se encuentran en la mayoría de los entornos de fabricación con clima controlado. Estos sistemas suelen incorporar enfriadores y termostatos para estabilizar la temperatura del aceite. Los sistemas hidráulicos que funcionan en un entorno exterior generalmente requieren fluidos hidráulicos multigrado para un desempeño eficiente a temperaturas altas y bajas. El documento T2.13.13 de la Asociación Nacional de Fluidos y Energía (NFPA, por sus siglas en inglés) proporciona pautas para seleccionar fluidos hidráulicos multigrado para aplicaciones en equipo móvil. Los métodos para seleccionar fluidos hidráulicos para aplicaciones móviles y máxima eficiencia aparecerán en diversos artículos de Machinery Lubrication.

Para seleccionar un fluido hidráulico utilizando los criterios TOW, determine la temperatura ambiente más baja en el arranque y la temperatura más alta del fluido en uso. Por ejemplo, considere un taller de máquinas con arranques a baja temperatura de 7 ºC (45 °F) y una temperatura máxima del sistema de 65.5 ºC (150 °F). Compare este rango de temperatura con el gráfico TOW en la Figura 3. Los fluidos ISO VG 46 e ISO VG 68 cubren los límites superior e inferior del rango de 7 ºC a 65.5 °C. En consecuencia, el inventario se puede consolidar utilizando un aceite hidráulico antidesgaste ISO VG 46 o ISO VG 68 en toda la planta. Debido a que los fluidos tienden a operar en el lado izquierdo del rango óptimo en la Figura 1, se esperaría que un fluido ISO 68 proporcione una mejor eficiencia volumétrica y general de la bomba.

Figura 3. Ventana de temperatura de funcionamiento
para el sistema hidráulico que funciona entre 7 ºC y 65.5 °C

Consolidación de fluidos

La consolidación de fluidos hidráulicos puede reducir los requisitos de espacio de almacenamiento y disminuir los costos de inventario. Sin embargo, implica un análisis cuidadoso, en particular si el hecho de no utilizar un fluido de la lista de productos calificados del fabricante anula la garantía de la máquina. Las pautas de selección de viscosidad están diseñadas para ayudar en este análisis. También se deben tener en cuenta otros factores, como las especificaciones del fabricante de la máquina, los requisitos de aditivos y la compatibilidad. Si se lleva a cabo correctamente, la consolidación de fluidos puede mejorar el desempeño de los sistemas hidráulicos y reducir los costos operativos.

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Referencias

ISO 3448 – Industrial Liquid Lubricants – ISO Viscosity Classifications.
C. Neveu, S. Herzog, D. Placek, M. Alibert, K. Hedrich. «Influence of Viscosity Increase on the Rate of Temperature Increase of Hydraulic Fluids.» NCFP paper I05-13.4 presented at the International Fluid Power Exposition, March 17, 2005, Las Vegas, Nev.
P. Michael, S. Herzog, and T. Marougy. «Fluid Viscosity Selection Criteria for Hydraulic Pumps and Motors.» Proceedings of the 48th National Conference on Fluid Power, 2000, Chicago, Ill.
NFPA/T2.13.13-2002 Recommended Practice – Hydraulic Fluid Power – Fluids – Viscosity Selection Criteria for Hydraulic Pumps and Motors, Milwaukee, Wis.

Steven Herzog, RohMax; Thelma Marougy, Eaton Corporation. Traducción por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América