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Consideraciones para Seleccionar Bomba y Motor Hidráulicos para Aplicaciones de Trituración de alta producción

Hydraulic Pump/Motor Selection Considerations For High-Production Shredding ApplicationsLas aplicaciones de trituración de alta producción producen un tremendo choque en los sistemas hidráulicos. El diseño de la transmisión hidráulica, la velocidad de la flecha y el torque de operación son solo el comienzo del proceso de toma de decisiones cuando seleccionamos una bomba y motor. Hay 12 preguntas técnicas que necesitan ser abordadas entre el diseño del equipo de trituración y la bomba hidráulica y/o el fabricante del motor hidráulico.

La reducción del material – Electrodomésticos, concreto, llantas, etc. – en partículas más pequeñas para reciclar el reusó es el objetivo final de un sistema de trituración. La tecnología hidráulica es un ajuste natural para ambos sistemas con cajas de engranes y aquellos que utilizan motores de baja velocidad y alto torque como accionamiento directo.

En operación, las trituradoras de alta producción experimentan un choque del sistema cuando las cuchillas de trituración se atascan y cambian de dirección. Dado que algunos cortadores pueden cortar en ambas direcciones, puede tomar solo una fracción de una revolución del eje del cortador para crear lo que se convierte en un “evento violento” antes del ciclo de inversión. Las cargas dinámicas altas con los picos de presión del sistema antes de o durante la inversión de, son comunes con los sistemas de alimentación para martillos de molino.

Estos “eventos violentos” pueden causar picos de presión instantáneos desde 700 a 5000 psi en milisegundos (ms). Cada fabricante de bombas tiene un enfoque para aplicaciones de trituración robustas y resistentes, así como también la forma que se tomaran en cuenta los picos de presión. Un enfoque común es a través de una válvula de alivio. En las bombas Gold Cup de Parker (figura 1), es la tecnología de bloque de válvulas (figura 2) que corta los picos de presión.

Antes de diseñar un Sistema es importante tener un debate técnico entre el equipo del triturador y el equipo fabricante de la bomba/motor hidráulico. Hay 12 preguntas que deben de tenerse en cuenta.

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Pregunta 1: ¿Cuál es la capacidad de enfriamiento del sistema?

Comprender la capacidad de enfriamiento a menudo determina si se requiere o no una bomba adicional o si es necesario aumentar el flujo de la bomba de una bomba de precarga existente. Para el enfriamiento del sistema, una consideración importante es la temperatura ambiente donde la maquina será instalada y funcionará con la temperatura del medio refrigerante (como el agua). Es importante conocer cuanta precarga o cuanto flujo se requiere para intercambiar y enfriar el fluido. Si hay un intercambiador de calor o enfriador de abanico inadecuados, es posible que se requiera extraer fluido del sistema para enfriarlo. Como regla general, la capacidad de enfriamiento debe de tener un tamaño aproximado de 25 a 30 por ciento del flujo del sistema.

2Pregunta 2: ¿Cuál es la eficiencia de la bomba para un ciclo de trabajo dado?

La eficiencia total de la bomba es una combinación de la eficiencia mecánica y volumétrica. Entendiendo que las pérdidas de fluido y mecánicas son importantes para el sistema. Los diseñadores deben de asegurarse de que se pueda lograr la cantidad potencia necesaria para hacer el trabajo a la velocidad deseada. Por ejemplo, a medida que la maquina se carga y aumenta la presión del sistema, las eficiencias volumétricas pueden variar, resultando en una operación más lenta de la maquina.

Pregunta 3: ¿Cuáles son los parámetros de eficiencia óptima para la bomba y el motor?

Conocer las condiciones de operación donde la bomba y el motor proporcionaran la mayor eficiencia es crítico en el diseño del sistema. La clave es dimensionar los componentes para que puedan funcionar en o cerca de donde se pueda lograr el mayor torque o potencia. Por ejemplo, si uno opera una bomba a un desplazamiento bajo donde el Angulo del plato basculante en la bomba está en un Angulo bajo, la bomba es menos eficiente. Los catálogos de los fabricantes de las bombas incluyen las curvas de eficiencia que muestran la eficiencia a diferentes presiones. La eficiencia general de una bomba hidráulica típica mejorara a medida que incremente la presión del sistema, pero también puede tener una tendencia a tener una ligera caída a medida que se acerca a los valores máximos de presión de la bomba. Operar la bomba donde es más eficiente también hará que las condiciones de operación del sistema sean eficientes. En general existe una compensación en lo que respecta a la eficiencia y la vida útil: Flujo máximo (Q) x Presión máxima (P) = Eficiencia máxima (%) = Vida mínima.

Pregunta 4:  ¿Cuáles son las curvas de rendimiento de la válvula de cambio (Shuttle Valve)?

La válvula de cambio juega un papel muy importante en el enfriamiento del circuito hidrostático. Conocer las características de flujo de la válvula de cambio ayudara a entender como la presión de precarga o de refuerzo puede ser influenciada como un resultado de la contrapresión. Excepcionalmente el alto flujo de refuerzo puede saturar de aceite caliente la válvula de cambio, lo que aumentara la presión mínima de refuerzo dentro del sistema. Siempre verifique para asegurarse de que la válvula de cambio sea capaz de manejar los requisitos de flujo de enfriamiento del sistema. Si fuera necesario, como una opción, las válvulas de cambio grandes se pueden montar externamente.   

Pregunta 5:  ¿Cuál es el tiempo de vida esperado de la bomba? ¿Programa de mantenimiento?

La vida útil de una boba o motor se calculan en función de la vida esperada de los rodamientos para todos los parámetros operativos (presión, viscosidad del fluido, desplazamiento de la bomba, etc.). Sin embargo, la mayoría de las veces, la vida útil de la bomba o motor hidráulicos es limitada o reducida debido a la falta de mantenimiento adecuado. La limpieza del fluido es crítica para cualquier componente hidráulico. Los sistemas bien mantenidos pueden agregar años fácilmente a la vida útil de la máquina. En términos de limpieza, se recomienda seguir los valores y niveles de contaminación de partículas y contenido de agua mostrados en el catalogo del fabricante de la bomba.  

Pregunta 6:  ¿Cuál es el tiempo de respuesta del compensador?

Que tan rápido una bomba puede reaccionar para limitar la presión del sistema es una consideración de selección extremadamente importante. La reducción de una sobrepresión en el sistema puede extender significativamente la vida útil general de los componentes de la máquina. El compensador de la bomba Gold Cup de Parker, por ejemplo, responde lo suficientemente rápido como para que no se requieran válvulas de alivio cruzado como las bombas hidrostáticas típicas de otros fabricantes. Esto elimina los picos de presión y calentamiento adicional en el sistema. Esto lo convierte en una opción ideal para aplicaciones con altas cargas dinámicas. El compensador sirve como un dispositivo de “recorte” para limitar la sobrepresión del sistema.

Pregunta 7:  ¿Cuál es la capacidad de ajustar manualmente el compensador y la presión de refuerzo?

Los ajustes del compensador se usan para limitar la presión en el sistema. También es el punto donde un sistema puede estancarse. Si tiene una carga que alcance el ajuste del compensador – una reducción primaria en el triturador, por ejemplo, puede simplemente traer el material y detener el motor hasta el punto donde se asienta y mantiene a la presión establecida. No podrá aplastar el material. El punto de ajuste del compensador debe seleccionarse como parte del diseño del sistema para permitir que el material se procese a las fuerzas requeridas sin exceder las limitaciones estructurales de la máquina. Además de limpiar y procesar el material de manera más eficiente, esta es la razón por la cual las trituradoras tienen una característica de inversión. Si esta obstruido, y se produce una condición de bloqueo, el sistema puede programarse para que se desplace automáticamente hacia atrás para desbloquear el material. 

El ajuste del compensador de la bomba Gold Cup de Parker es de fácil acceso en el block de válvulas si fuera necesario realizar un ajuste. El fabricante del triturador puede ajustar el compensador y entonces agregar un dispositivo de bloqueo para evitar manipulaciones y asegurarse que la estructura de la maquina no se sobre cargue y se vea comprometida. La presión de precarga o del sistema suele ser un ajuste de fábrica. Con la bomba Gold Cup de Parker es accesible, pero está dentro del block de válvulas para ayudar a eliminar las manipulaciones indeseadas. Para modificar este ajuste, apague el sistema, remueva y ajuste la válvula de alivio piloto, y reinstale antes de reiniciar el sistema.

En la realidad el compensador y la presión de precarga no deberán de ajustarse después de que el fabricante ha probado la maquina durante el periodo de arranque. La presión de precarga de algunos fabricantes de bombas esta preestablecida en la fábrica y por lo general, no requiere más ajustes.

Pregunta 8: ¿Cuál es el enfoque para incorporar válvula de cambio (shuttle valve)? ¿Instalado en la bomba? ¿O remotamente?

Como se mencionó anteriormente el aceite caliente en la válvula de cambio es un componente importante para enfriar el circuito hidrostático. Sin embargo, la ubicación dentro del sistema se reduce a la preferencia del diseño de la trituradora. La válvula de cambio de transferencia de aceite caliente se puede montar en la bomba o de manera remota como un componente independiente. El montaje directo elimina la necesidad de mangueras y tubería adicionales, reduciendo los posibles puntos de fuga. Esto proporciona una apariencia más limpia y simplificada del sistema y puede configurarse de fábrica. Las válvulas de cambio son a menudo una opción integrada para motores hidráulicos también. Se usan como válvulas de circulación y no deben ser confundidas para eliminar el calor en sistemas de circuito cerrado.

Pregunta 9:  ¿Cuál es el tiempo de respuesta de la bomba?

El tiempo de encendido y apagado para controlar el desplazamiento de la bomba es una consideración clave en el diseño para obtener las velocidades deseadas de la máquina y aumentar los niveles de productividad. Las bombas Gold Cup de Parker tiene un servo con los orificios de control adecuado para la mayoría de los sistemas de trituración. Sin embargo, estos orificios pueden cambiar fácilmente a diferentes tamaños para alcanzar diferentes velocidades. Las bombas usualmente salen de fabrica con orificios de control estándar. Si el diseñador necesita una diferente respuesta rápida para el movimiento de ida y vuelta del triturador, un cambio en el orificio puede ayudar a reducir los segundos de un minuto hacia atrás y hacia adelante. Dependiendo de la aplicación, esto puede hacer una diferencia significativa en el costo de los productos de trituración.

Pregunta 10:  ¿Cuáles son el tipo de fluido y su análisis para una vida y rendimiento máximo?

Las aplicaciones típicas de trituradoras usan fluido a base mineral. Sin embargo, si la maquina funciona en un entorno “peligroso” o “seguro” es posible que se requieran fluidos resistentes al fuego o “verde”. Algunos fabricantes de bombas publican recomendaciones para la óptima vida de la bomba en el catálogo     basados en la viscosidad del fluido. Para una vida útil optima, es mejor operar con una viscosidad de fluido alrededor de 140 SUS o 30 cSt, aunque entrar en este rango puede depender en donde vaya a trabajar la trituradora. ¿Cuál es la temperatura ambiente? ¿Cuál es el requisito de enfriamiento del fluido y como se va a enfriar la maquina? La elección de un fluido de grado más pesado o más delgado dependerá del clima donde esté trabajando la trituradora.

Pregunta 11: ¿Qué opciones fuera de catálogo están disponibles para un mejor rendimiento?

Un enfoque para lidiar con los picos de presión extrema del sistema en la bomba Gold Cup de Parker es conectar una manguera en el puerto de venteo del block de válvulas para que actué como un acumulador (consulte la figura 3). Esto es más rentable que instalar un alivio cruzado. En esta circunstancia el compensador deberá manejar un pico de presión entre 700 a 5000 psi durante 30 ms que es demasiado rápido para que la bomba controle y compense el pico de presión. En cambio, el rápido aumento de la presión hincha la manguera conectada al bloque de válvulas. Esto inicia el flujo en el bloque de válvulas que activa en compensador antes del ajuste de las 5000 psi para retrasar el pico de presión mas tiempo. En lugar de 20 o 30 ms se extiende de 50 a 60 ms y comienza a quitar presión de la bomba antes de alcanzar el ajuste del compensador. Esto corta el pico de presión, ahorrando energía e incrementando la vida del triturador eliminando la carga de fatiga sucesiva en los componentes del sistema.

El montaje vertical es otra opción donde el motor eléctrico se encuentra en la parte superior y la bomba está montada debajo para ahorrar espacio. En este caso se agrega a la bomba una check de 5 psi para mantener la carcasa llena de aceite y el balero lubricado. Una válvula check by-pass de 65 psi es una buena solución cuando la maquina funciona en posición neutral por un largo periodo de tiempo. El problema es que el aceite caliente de la válvula de cambio no se desplaza en ninguna dirección y no se expulsa aceite para proporcionar enfriamiento, ni hay filtración de fluido. Esto puede causar que el aceite en el circuito se caliente. El uso de la válvula check by-pass proporciona enfriamiento cuando está en posición neutral.

Esquema

 

 

 

 

 

 

Pregunta 12:  ¿Cuáles son las opciones de control para cualquiera flujo de respuesta o precisión de flujo o ambas?

 Para obtener una respuesta más rápida, el block de válvulas de la bomba se puede modificar fácilmente con unos pocos poppets y diferentes resortes. Además, para lograr una mayor respuesta para una carrera rápida, se pueden agregar servoasientos y servos con orificio de control más grandes para obtener más flujo de fluido y una mas rápida carrera. En combinación con los artículos mencionados, la Gold Cup tendrá dos controles que operan en paralelo para una respuesta rápida.

Conclusión

El diseño y aplicación exitoso de la solución hidráulica para aplicaciones de trituración de alta demanda es uno de los más difíciles de resolver. Cargas dinámicas, altos choques violentos en el sistema son la norma. De hecho, la trituración es, por mucho una de las aplicaciones más difíciles de los componentes hidráulicos, posiblemente más que los requerimientos que se observan en equipo de minería, aplicaciones gas y petróleo. La típica aplicación de trituración incluye chatarra ferrosa y no ferrosa, residuos sólidos, plásticos industriales, llantas, cables y desecho de demolición y construcción.

Para garantizar el máximo rendimiento y la vida útil prolongada de la maquina es fundamental que el equipo de diseño de trituración y el fabricante de la bomba y motor hidráulico analicen minuciosamente y resuelvan las 12 preguntas anteriores además del diseño de la transmisión hidráulica, la velocidad y el torque de operación.

 

MS

El artículo fue originalmente publicado en www.fluidpowerworld.com en Febrero del 2015.

Si desea conocer más sobre esta tecnología en México Miguel Sanchez es el gerente de Producto.

 

 

 

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