Una sola fuga hidráulica de una gota por segundo equivale a 1625 litros de aceite en un período de 12 meses. Este volumen se acumula rápidamente. Se estima que se podrían ahorrar más de 367 millones de litros de fluidos cada año en Norteamérica si se eliminaran las fugas externas de la maquinaria hidráulica y otros equipos lubricados.
Solo en Canadá, se desperdician más de 46 millones de litros de ace debido a fugas. En términos económicos, el costo de este desperdicio es enorme. Además del alto consumo de aceite, las consecuencias económicas de las fugas en los sistemas hidráulicos incluyen un funcionamiento ineficiente de la maquinaria, daños ambientales, riesgos para la seguridad y responsabilidad civil por accidentes, fallas prematuras de los componentes, mala calidad de fabricación y mayores costos de capital.
Los efectos de las fugas
1. ALTO CONSUMO DE ACEITE
Hace varios años, Mobil Oil Corporation realizó un estudio en Estados Unidos que comparó la capacidad de aceite de los depósitos hidráulicos con el consumo real de aceite. El estudio dio como resultado el desarrollo del Índice de Fluido Hidráulico (IFH) de Mobil, el cual concluyó que en Estados Unidos el promedio nacional del IFH es de 4. Esto significa que, cada año en Estados Unidos, la planta promedio utiliza cuatro veces más aceite del que sus máquinas realmente contienen.
Supongamos, de forma conservadora, que la mitad de los 387 millones de litros de lubricantes perdidos descritos anteriormente son fluidos hidráulicos. Si suponemos que el costo promedio de reponer estos fluidos hidráulicos es de USD $1.3 por litro, ¡el costo directo resultante solo en lubricantes de reemplazo es de $250 millones de dólares!
2. FUNCIONAMIENTO INEFICIENTE DE LA MAQUINARIA
Un porcentaje muy elevado de gerentes de plantas de fabricación e instalaciones industriales asume erróneamente que si la maquinaria hidráulica está disponible y en funcionamiento, opera de manera satisfactoria. Esta suposición es un error grave y costoso. Lo que estos gerentes no consideran es si la maquinaria hidráulica está operando realmente a su máxima eficiencia.
La estrategia de Mantenimiento Productivo Total exige un objetivo de clase mundial en el que la Eficacia General de los Equipos (OEE, por sus siglas en inglés) de la maquinaria sea de al menos el 85%, la disponibilidad del 90%, la eficiencia del desempeño del 95% y la tasa de calidad del 99%.
Si el equipo hidráulico presenta una fuga (interna o externa), su eficiencia se verá afectada de forma directa y drástica. Por ejemplo, si el tiempo de ciclo previsto de un circuito hidráulico es de 3 segundos, pero la fuga lo altera a 6 segundos, la eficiencia disminuirá en un 50 %.
Si la máquina presenta varias fugas hidráulicas, su eficiencia puede verse reducida de forma aún más drástica, lo que a su vez afectará su eficacia general. La mayoría de las plantas de procesamiento y las instalaciones de fabricación en Norteamérica presentan índices de OEE entre el 30 % y el 50 %, ¡incluso cuando la disponibilidad medida es del 90 % o superior! En la maquinaria hidráulica, la principal causa de la reducción de la eficiencia suele ser la fuga de fluido, ya sea interna o externa.
3. DAÑOS AMBIENTALES
Aproximadamente 60 millones de litros de fluidos hidráulicos se utilizan anualmente en aplicaciones industriales solo en Canadá. Estudios ambientales recientes demuestran que una parte de este fluido derramado termina en aguas subterráneas, ríos, lagos y en el suelo, causando daños incalculables al medio ambiente, los peces y la vida silvestre.
A nivel internacional, los sectores marítimo, forestal, minero y agrícola, en particular, son responsables de gran parte del daño ambiental y del consiguiente alto costo de la limpieza, gran parte del cual no se denuncia ni se aborda.
Lamentablemente, solo incidentes como el catastrófico derrame del Exxon Valdez reciben mucha atención. De hecho, el daño ambiental general causado por las fugas acumuladas de aceite hidráulico en todo el mundo debería preocupar mucho más a los ambientalistas y a la industria que el causado por la fuga de un buque cisterna.
4. SEGURIDAD Y RESPONSABILIDAD POR ACCIDENTES
Diariamente en Norteamérica, un operario o técnico de maquinaria resbala y cae sobre los residuos de fluido de un sistema hidráulico con fugas. Esta caída supone un costo medio de 200 dólares por incidente solo en salarios perdidos. Si se tienen en cuenta las interrupciones en la producción, los costos de indemnización laboral, los gastos médicos y los costos derivados de las demandas que puedan surgir, el costo por incidente aumenta drásticamente.
Asimismo, el fluido hidráulico a presión presenta un riesgo considerable de incendio cuando los conectores roscados de las tuberías, los sellos de las válvulas y las mangueras flexibles se rompen o se aflojan por vibración.
Este riesgo es especialmente alto cuando la máquina opera en un entorno con fuentes de ignición constantes, como en procesos de moldeado de plásticos, fundición a presión, etc.
Los fluidos derivados del petróleo presentan el mayor riesgo de incendio. Las fugas a alta presión suelen producir una pulverización atomizada, o niebla, que puede alcanzar hasta 12 metros de altura. El contacto con una superficie caliente podría inflamar esta mezcla de aceite y aire, generando una llama similar a la de un soplete.
Si bien es necesario seguir investigando para cuantificar los riesgos de incendio en aplicaciones hidráulicas, siempre existe cierto riesgo cuando hay hidrocarburos líquidos sin control en presencia de oxígeno y superficies calientes. Esta situación es común en la mayoría de los entornos industriales donde se utilizan máquinas hidráulicas, por lo que el riesgo no debe tomarse a la ligera.
5. FALLA PREMATURA DE COMPONENTES DE MAQUINARIA
Es un hecho estadístico que el 80 % de las paradas y fallas de componentes de maquinaria y equipos se deben a lubricantes contaminados. Muchos de estos fluidos contaminados son consecuencia directa de fugas de fluidos en maquinaria hidráulica. En pocas palabras, si el aceite se filtra a través del sello, contaminantes como polvo, suciedad, agua y productos químicos pueden ingresar al sistema de lubricación, lo que provoca un mayor desgaste por abrasión, rayado de piezas móviles, adherencia, fatiga y corrosión.
Imaginemos el vástago de un cilindro hidráulico extendiéndose bajo presión. A medida que el vástago se extiende, el aceite se filtra a través del sello.
Al retraerse, los contaminantes se adhieren a la película de aceite como si fueran papel matamoscas y son arrastrados al sistema. Lo mismo ocurre con los ejes de las bombas hidráulicas y otros equipos rotativos. Cuando el aceite se filtra a través del sello, los contaminantes pueden entrar en la bomba por el eje, contaminando así el sistema.
Dependiendo del diseño del cilindro o de la bomba, de la limpieza general de la planta y de la magnitud de la fuga, el sistema hidráulico puede contaminarse excesivamente en cuestión de meses, semanas o incluso horas, y entonces comienza el proceso de falla prematura del sistema.
6. FABRICACIÓN DE PRODUCTOS DE BAJA CALIDAD
Una vez que el sistema hidráulico se contamina con polvo y suciedad, que pueden ingresar al sistema a través de sellos con fugas, puede desarrollarse otro problema grave que puede afectar directamente la calidad de fabricación. Gran parte de la maquinaria hidráulica actual está controlada por servoválvulas electrohidráulicas que son extremadamente sensibles a los contaminantes en el fluido hidráulico.
La contaminación provocará que las servoválvulas se atasquen o funcionen de forma irregular, lo que a su vez puede afectar la precisión del proceso o las dimensiones de los productos fabricados.
El resultado será un proceso de fabricación que incrementará la producción de artículos que no cumplen con las especificaciones y que, de hecho, constituyen un desperdicio.
Esto está directamente relacionado con la fórmula del OEE de la máquina que se analizó anteriormente. En otras palabras, la fuga hidráulica provoca la contaminación del fluido, lo que a su vez causa que los controles hidráulicos funcionen de forma errática, lo que puede provocar una mala calidad de fabricación o un aumento de los desperdicios, lo que, en última instancia, resulta en enormes pérdidas financieras.
Esta es la razón principal por la que las plantas de fabricación y de procesamiento deben considerar las fugas hidráulicas como un problema económico directo, y explica por qué el cálculo de la fórmula de OEE debe aplicarse de forma sistemática para mejorar la confiabilidad de la maquinaria. Es fundamental para la supervivencia económica de nuestras instalaciones industriales.
7. AUMENTO DE LOS COSTOS DE CAPITAL
Cada uno de los efectos de las fugas hidráulicas descritos anteriormente puede aumentar la frecuencia con la que una planta o instalación de fabricación debe adquirir maquinaria nueva de forma prematura. La vida útil de la maquinaria puede prolongarse significativamente si se reducen las tasas de desgaste y la consiguiente disminución de la confiabilidad, eliminando o, al menos, gestionando eficazmente las fugas de los sistemas hidráulicos.
Obviamente, un análisis de los efectos de las fugas en los sistemas hidráulicos no puede considerarse completo a menos que tengamos en cuenta las siguientes preguntas: «¿Cuáles son las principales causas de estas costosas fugas y cómo se pueden prevenir?».
Garantiza un diseño de sellado correcto y una selección adecuada del sello
La Asociación Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME, por sus siglas en inglés) ha indicado que existen más de 48,000 compuestos para sellado, materiales compuestos y combinaciones de elementos corrosivos diferentes que pueden afectar la vida útil y el funcionamiento del caucho y otros materiales de sellado elastoméricos.
Por lo tanto, es fundamental que el diseño inicial del sistema de sellado de la máquina y la selección de los sellos estén bien pensados y tengan en cuenta aspectos como la compatibilidad entre el fluido y el sello, la excentricidad del eje, el acabado del eje y del vástago del cilindro, las temperaturas de funcionamiento, las presiones nominales, los caudales, los límites de contaminación aceptables, las especificaciones de holgura de las servoválvulas y las bombas, y cualquier otro criterio de diseño del sistema que pueda afectar la tendencia de una máquina hidráulica a tener fugas.
Asegura el mantenimiento regular de los sistemas hidráulicos
Un mantenimiento adecuado incluye la correcta alineación de los ejes de transmisión de la bomba hidráulica con los motores eléctricos o las poleas, así como la correcta alineación de los vástagos de los cilindros, para evitar cargas laterales. También es fundamental controlar periódicamente la temperatura del aceite hidráulico. La temperatura del fluido hidráulico debe mantenerse lo más baja posible, pero un rango de funcionamiento aceptable es de 49 °C a 60 °C.
Las mangueras y los racores deben inspeccionarse periódicamente para garantizar que no haya fugas. Las mangueras mismas deben revisarse para detectar grietas y ampollas, que podrían indicar sobrecalentamiento o incompatibilidad. Sobre todo, los filtros deben seleccionarse cuidadosamente y recibir mantenimiento regularmente, mientras que la maquinaria debe mantenerse impecablemente limpia.
Establece un programa de análisis de aceite periódico
La oxidación causada por el sobrecalentamiento y la contaminación por suciedad, agua y metales de desgaste son dos de las principales causas de fallas en los sistemas hidráulicos y pueden provocar fugas. Los sistemas hidráulicos deben monitorearse al menos una vez cada tres meses para verificar la viscosidad, el contenido de agua y los niveles de desgaste por espectrometría. Además, se deben monitorear los niveles de contaminación mediante conteo de partículas.
Estos resultados deben compararse con los valores objetivo establecidos en el Código de Limpieza ISO 4406. Se recomienda que los sistemas de servocontrol sensibles a contaminantes en sistemas de laboratorio, aeroespaciales, mecatrónicos y robóticos mantengan un nivel de limpieza de */13/9 (15/13/9 según la norma ISO 4406 actual), mientras que los sistemas de máquinas herramienta e hidrostáticos con presiones superiores a 4500 PSI mantengan niveles de limpieza de */14/11 (16/14/11 según la norma ISO 4406 actual).
Cuando se superen estos niveles de contaminación, evalúe el sistema de filtración y realice una limpieza a fondo. (Consulte ISO 14830 para conocer los requisitos y estándares recomendados para las pruebas de análisis de aceite).
En conclusión, las fugas hidráulicas le cuestan a nuestra comunidad industrial millones de dólares anualmente, y el mayor problema asociado a este fenómeno es que las gerencias de nuestras plantas industriales a menudo considera que este desperdicio es normal. ¡No lo es!
Lloyd Leugner. Traducción por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América