Cuaderno de Hidráulica: Aceite hidráulico refrigerado, limpio y seco

Últimamente me interesan bastante los sistemas hidráulicos y en concreto, los fluidos empleados en ellos y su correcto mantenimiento. No hay duda que la importancia que tiene el mantener dentro de valores aceptables los parámetros relativos a los fluidos de nuestras centrales hidráulicas es enorme y básico, ya sean éstos sistemas de lubricación o de potencia. El tipo de aceite, viscosidad, temperatura de funcionamiento, grado de limpieza, etc. son todos ellos parámetros que debemos controlar. La teoría es fácil y la práctica sencilla, realizando metódicamente unas sencillas comprobaciones periódicas podremos mantener nuestros sistemas hidráulicos con un grado de funcionalidad elevado y con las ventajas que ello conlleva. En esta entrada os traigo un interesante artículo que he encontrado al respecto y que me gustaría compartir con vosotros.

El mantenimiento de los aceites hidráulicos comienza seleccionando entre todos ellos el más idóneo. Una vez realizado esto podrá preocuparse de cómo controlar la contaminación, la temperatura y el contenido en agua del aceite.

Con el fin de maximizar la vida útil de los equipos hidráulicos, todo lo que tiene que hacer es mantener el aceite limpio, seco y a la temperatura adecuada. Es una idea vieja y conocida, y es simple. Pero como con la mayoría de los temas relativos a la hidráulica, basta remover un poco en la superficie para darse cuenta que hay más de lo que a simple vista parece.

Esta idea la podemos completar aún más dando un primer paso necesario e importante. Esto es, usar el aceite adecuado, mantenerlo limpio, seco y a la temperatura adecuada.

Seleccionar el aceite correcto

El aceite hidráulico no solo es un lubricante, también es el medio por el cual la energía se transfiere a través del sistema hidráulico. Es esta doble función lo que hace que la viscosidad y el índice de viscosidad sean las propiedades más importantes del aceite. Estas propiedades afectan tanto al rendimiento de la máquina como a su vida útil. La viscosidad es una medida de la resistencia de un líquido a fluir, mientras que el índice de viscosidad es una medida de la variación de la viscosidad del aceite respecto a la variación de su temperatura.

La viscosidad del aceite determina en gran medida el rango de temperatura de un aceite dentro del cual el sistema hidráulico puede funcionar con seguridad. Es lo que a veces viene a llamarse la ventana de temperaturas de funcionamiento.

Si se utiliza un aceite con una viscosidad que es demasiado alta para la temperatura ambiente donde la máquina está funcionando, el aceite no fluirá o dejará de lubricar adecuadamente cuando se produzca el arranque en frío. Por el contrario, si se utiliza un aceite con una viscosidad demasiado baja para la temperatura imperante, no proporcionará una lubricación adecuada durante los días más calurosos del año.

Pero aquí no acaba la cosa. Dentro de los límites de viscosidad requeridos para una adecuada lubricación, hay una banda de valores de viscosidad mas estrecha donde las pérdidas de potencia se reducen al mínimo. Así podemos deducir que, si la viscosidad del aceite es superior al valor ideal, la perdida de energía se producirá por la fricción del fluido. Por el contrario, si la viscosidad del aceite es inferior al ideal, la perdida de energía será debida a la mayor fricción entre componentes mecánicos y a las fugas internas.

Así, utilizando un aceite con una viscosidad o indice de viscosidad inapropiada no sólo se produce una lubricación inadecuada o el fallo prematuro de los componentes principales, sino que también aumenta el consumo de energía.

Así que, ¿cómo saber si estamos utilizando el aceite adecuado? No necesariamente haremos lo correcto siguiendo simplemente la recomendación del fabricante de la máquina respecto al tipo de aceite. La única manera de estar seguro es comprobar que la ventana de temperatura actual de funcionamiento de la máquina se encuentra dentro de la ventana de temperatura de operación permisible e, idealmente, dentro de la ventana de temperatura de funcionamiento óptima del aceite. Si la máquina funciona a temperaturas lejos de estas cifras, es seguro que algo tiene que cambiar, y es probable que sea el aceite.

Mantenerse alejado de la contaminación

Una vez establecido que estamos utilizando el aceite correcto, podemos dirigir nuestra atención al grado de limpieza de la misma y a su mantenimiento. Más exactamente, esto quiere decir que debemos controlar que la contaminación por partículas en el aceite se encuentre dentro de unos niveles aceptables. La contaminación por partículas se puede dividir en partículas duras, tales como el polvo o las virutas metálica producidas por el desgaste y partículas blandas, tales como las producidas por la oxidación o los lodos. Tenga en cuenta que las partículas blandas pueden causar problemas de fiabilidad, como rozamientos en las válvulas de corredera y la obstrucción de los filtros, incluso si las partículas duras se mantienen dentro de los niveles aceptables.

Las partículas duras aceleran el desgaste de los componentes hidráulicos. La velocidad a la que el daño se produce depende de las holguras internas presentes en los componentes del sistema, el tamaño, la forma y la cantidad de partículas presentes en el aceite, así como la presión de operación.

Las partículas que son de un tamaño mayor que el juego interno de los componentes hidráulicos no son necesariamente peligrosas pero pueden producir atascos en los pequeños orificios internos como por ejemplo en aquellos que sirven para equilibrar hidrostáticamente los elementos internos de ciertos componentes hidráulicos. Las partículas del mismo tamaño que el juego interno pueden causar una fuerte fricción y desgaste a través de un proceso conocido como abrasión de tres cuerpos.

Sin embargo, a la larga, las partículas más peligrosas para un sistema hidráulico son aquellas que son más pequeñas que las holguras o juego interno del componente. Si estas partículas se presentan en cantidades suficientes pueden causar sobre éste un desgaste por erosión que producirá, a la larga, el fallo por degradación.

Teniendo en cuenta lo anterior, los niveles típicos de limpieza del aceite para los diferentes tipos de sistemas hidráulicos así como el grado mínimo de filtración, generalmente necesaria para alcanzar dicho nivel de limpieza, puede seleccionarse de la tabla que aparece a continuación.

Niveles de limpieza para diferentes sistemas y grados de de filtración recomendados

Mantener la correcta temperatura del sistema

Una vez elegido el grado de limpieza adecuado así como el grado de filtración necesario para mantenerlo, podemos pasar a ocuparnos de cómo mantener el aceite a la temperatura óptima. Como ya se ha explicado, tanto la correcta lubricación de los componentes hidráulicos como la eficiente transmisión de potencia dependen de la adecuada viscosidad del aceite. Si permitimos que la temperatura de operación del sistema exceda los valores necesarios para mantener la viscosidad en valores cercanos a los 20 cSt, la probabilidad de que se produzca una lubricación límite, resultando por tanto un efecto de fricción y desgaste de componentes, se incrementa drásticamente.

La temperatura a la que se alcanza este punto, depende tanto de la viscosidad del aceite utilizado como de su índice de viscosidad. En otras palabras, la temperatura crítica puede ser relativamente baja o alta, dependiendo del aceite utilizado en el sistema.

Pero cuando se trata de la vida del aceite, de los elementos de sellado o de las manguera hidráulicas, debemos considerar la temperatura limite superior como la más peligrosa. De acuerdo con la ley de Arrhenius, por cada 10 °C de aumento de temperatura, la velocidad de las reacciones químicas se duplica. Las reacciones químicas que nos interesan para la vida del aceite hidráulico son primeramente la debida a la presencia del aire u oxidación y en segundo lugar la debida a la presencia del agua o hidrólisis. Así que cuanto más caliente esté el aceite, mayor es la velocidad de este tipo de reacciones, incrementándose de forma exponencial.

Los elastómeros utilizado para hacer los elementos de sellado como juntas, retenes, etc. así como las mangueras están mejorando día a día pero las temperaturas del aceite por encima de 82 °C aceleran la degradación de la mayoría de estos polímeros. De hecho, de acuerdo con el fabricante de juntas Parker, las temperaturas de funcionamiento con valores de 10 °C por encima de los límites recomendados pueden reducir la vida útil de estos elementos en un 80% o más.

Del mismo modo, de acuerdo con el fabricante de mangueras Gates, exponiendo una manguera hidráulica a una temperatura de funcionamiento de 10 °C por encima de su máximo recomendado recorta su vida útil de servicio en un 50%. Por lo tanto, un simple sobrecalentamiento o exceso de temperatura de una magnitud significativa, puede dañar todas las mangueras y juntas, degradar el aceite, y producir la abrasión y el desgaste de las superficies lubricadas.

Entonces, ¿cuál es el valor para esa temperatura de funcionamiento peligrosa para los sistemas hidráulicos? Para no perjudicar el aceite, las manguera y la vida de las juntas, siempre es recomendable trabajar hasta un máximo de 85 °C. Sin embargo, para evitar comprometer la viscosidad, la lubricación y la eficiencia, hay que tener en cuenta el funcionamiento a una temperatura mucho más baja, entre 85 °C y 50 °C o menos tal vez, dependiendo de la calidad, el índice de viscosidad del aceite usado y, por extensión, de las condiciones climáticas donde la máquina funciona. Es importante conocer este valor límite y más si es usted propietario o responsable del mantenimiento de los equipos hidráulicos.

Mantener el agua fuera del sistema

Por último, pero no menos importante, hay que mantener el aceite seco. El agua es un contaminante desagradable y puede ser más perjudicial para la fiabilidad del sistema hidráulico que las partículas duras. El agua reduce la resistencia de la película lubricante, lo que hace que las superficies críticas de los elementos hidráulicos sean vulnerables al desgaste y la corrosión. También reduce algunos aditivos y reacciona con otros para formar subproductos corrosivos que atacan algunos metales y reducen por obstrucción la capacidad de las unidades de filtración.

El agua puede estar presente de tres formas diferentes: disuelto (en la estructura molecular del aceite); libre (suspensión inestable) y emulsionada (suspensión estable). El aceite se vuelve opaco cuando está contaminado con agua por encima de su nivel de saturación. Este nivel de saturación es la cantidad de agua que puede disolverse en la estructura molecular del aceite, típicamente toma un valor entre 200 y 300 ppm para el aceite hidráulico mineral.

Muchas referencias citan 1000 ppm (0,1%) como una concentración aceptable de agua en el aceite hidráulico. Pero, de acuerdo con fabricante de rodamientos Timken, con este nivel de agua en el aceite, la esperanza de vida del rodamiento será sólo del 30% de lo que debería ser si el contenido de agua es de 100 ppm (0,01%). Incluso a 500 ppm (0,05%) de agua, la vida del rodamiento es solo un 50% de lo que debería ser con 100 ppm de agua. Por esta razón, lo recomendable es mantener controlada la concentración de agua a un valor lo más cercano posible a 100 ppm y ciertamente no más alto que el nivel de saturación del aceite a 20 °C, la cual es de alrededor de 200-300 ppm para el aceite hidráulico mineral.

En resumen, para minimizar los costos de mantenimiento de nuestros equipos hidráulicos, debemos asegurar que estamos usando el aceite adecuado. Habrá que mantenerlo limpio, seco y a la temperatura adecuada. Haciendo estas cuatro cosas correctamente, casi todo lo demás se realizará por sí solo.

Es todo por el momento. Podréis encontrar el artículo original de Brendan Casey aquí. Os animo a dejar vuestros comentarios al respecto. Gracias.

Un saludo

mecantech@gmail.com

 

 

 

 

 

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