Comprender las tolerancias de riesgo en el diseño del sistema hidráulico más eficiente.
A los directores de planta que supervisan una instalación de fabricación en la que se utilizan sistemas hidráulicos se les ha dicho muy probablemente que las fugas en esos sistemas son inevitables. Sin embargo, es más exacto decir que el diseño y el mantenimiento son los principales factores que provocan las fugas en las válvulas. Las fugas roban eficiencia a los sistemas hidráulicos, aumentan los costos y exponen a los trabajadores y al medio ambiente a condiciones potencialmente dañinas.
Explicación de las fugas de las válvulas hidráulicas
Hay dos tipos de fugas en los sistemas hidráulicos: internas y externas. Los goteos y charcos en los pisos de las plantas o equipos son evidencia de fugas externas. Pueden ser peligrosas para los trabajadores, el público en general y el medio ambiente, dependiendo del medio de flujo. Incluso si el medio de flujo no contiene sustancias que presenten un riesgo de exposición, existe un riesgo añadido de resbalones y caídas, que, según la OSHA, se encuentra entre las cinco principales causas de lesiones con pérdida de tiempo en el lugar de trabajo. Además, la pérdida del medio de flujo en un sistema de circuito cerrado tiene un impacto negativo en la eficiencia del sistema. Por ejemplo, si una prensa hidráulica tiene un tiempo de ciclo de un minuto, pero la fuga está causando que ese tiempo de ciclo baje a dos minutos, entonces la eficiencia de esa prensa se ha reducido a la mitad. También puede haber otros posibles efectos perjudiciales asociados con el funcionamiento de todos los componentes del sistema en condiciones de funcionamiento subóptimas.
Las fugas externas pueden dar lugar a una menor presión de funcionamiento, lo que puede provocar vibraciones y causar un estrés excesivo en los componentes del sistema.
Las fugas internas, por otro lado, a veces están diseñadas en una válvula para proporcionar lubricación a varios componentes de la válvula, como sellos, carretes o pistones. Sin esa lubricación, la fricción envejecería esos componentes prematuramente. Además, esta forma de fuga intencionada mantiene la presión dentro de un sistema a un nivel seguro.
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Este es el caso de algunos tipos de válvulas reductoras de presión , que pueden tener un orificio diseñado para ventilar la presión al tanque como parte de su capacidad para controlar la presión en el circuito reducido.
Las fugas internas involuntarias, sin embargo, pueden ser tan problemáticas como las externas. Las fugas internas a través de una válvula pueden dar lugar a un sistema que funcione de manera ineficiente e impactar en la presión, la temperatura, el flujo, la velocidad y otros parámetros. Este tipo de fuga probablemente dará lugar a ineficiencias en los equipos, lo que provocará incoherencias en los procesos que dependen del circuito hidráulico. La variación no intencionada del proceso conduce a una mala calidad, lo que significa que se está produciendo chatarra y se están perdiendo dólares.
Hay una suposición común de que si una máquina está funcionando, está funcionando a un rendimiento óptimo. La fuga interna es un culpable oculto que desacredita esa mentalidad.
¿Cuánto es demasiada fuga?
¿Cuántas fugas deben ser aceptadas como inevitables? Esa pregunta será respondida de manera diferente por cualquier entidad que utilice sistemas hidráulicos de alta presión. Una cantidad aceptable de fugas externas en una operación de forjado será muy probablemente inaceptable en una planta de procesamiento de alimentos. Las fugas internas en las válvulas de un sistema hidráulico utilizado para crear piezas de alto coste se tolerarán menos que las fugas internas en un sistema en el que se esté fabricando un artículo de consumo. Se han desarrollado normas industriales para ayudar a cuantificar la cantidad aceptable de fugas para diferentes aplicaciones. ANSI, el Instituto de Control de Fluidos (FCI), el Instituto Americano del Petróleo (API) y la Sociedad de Estándares de Fabricantes (MSS) han creado estándares de fugas para diferentes tipos de válvulas:
Estas normas se desarrollaron con la intención de establecer pautas de diseño de válvulas para los fabricantes de válvulas. Los estándares utilizan un conjunto de parámetros operativos específicos, como la viscosidad, la presión y la temperatura, para medir las fugas. Estas directrices pueden ser útiles en el proceso de selección de válvulas, pero no ofrecen ninguna garantía sobre cómo funcionará una válvula concreta en condiciones de servicio -en las que los parámetros de funcionamiento reales pueden superar los que figuran en el protocolo de prueba de fugas de una norma concreta. La válvula tendrá que ser probada en condiciones de servicio reales para verificar que está proporcionando el control de fugas deseado.
Selección adecuada de la válvula hidráulica
Es vital tomarse el tiempo para dimensionar y seleccionar la válvula hidráulica adecuada para el proceso, para disminuir la posibilidad de una fuga de la válvula. Una válvula sobredimensionada es una de las causas más comunes de las fugas de las válvulas.
Las velocidades de flujo que son incompatibles con una válvula sobredimensionada resultarán en una eventual fuga. Es importante reconocer las posibles incompatibilidades entre el medio de flujo y los materiales utilizados para construir la válvula, especialmente las zonas húmedas. Además, los aditivos en el medio de flujo pueden causar estragos en los componentes de la válvula. Por ejemplo, el glicol que se añade a un sistema hidráulico a base de agua para la resistencia al fuego degradará un sello de poliuretano o poliéster en poco tiempo, lo que provocará una fuga a través del sello. Los fabricantes de válvulas, sellos y juntas suelen publicar tablas de incompatibilidad de materiales, que son herramientas esenciales para los ingenieros que seleccionan las válvulas hidráulicas.
Posicionamiento adecuado de la válvula hidráulica
Una vez que se selecciona la válvula hidráulica correcta y se instala en un sistema operativo, las fugas pueden minimizarse operando la válvula dentro de sus parámetros de diseño. Esto es probablemente más fácil de decir que de hacer, pero es lógico que una válvula de carrete que está diseñada para funcionar dentro de un cierto rango de temperaturas, presiones y velocidades de flujo no funcionará eficientemente si opera fuera de ese rango. Cuando se inspecciona una fuga en una válvula, es importante recordar que la válvula puede no funcionar como se pretende.
El problema también puede ser que el sistema en sí mismo puede estar presentando condiciones que están causando la fuga de la válvula.
Una de las condiciones que llevará a la fuga es la contaminación en el medio de flujo. La suciedad o las partículas no deseadas en el medio pueden causar una fuga en la válvula por un par de razones. Primero, esas partículas causarán un desgaste prematuro al viajar a alta velocidad por el circuito. En segundo lugar, estas partículas pueden prohibir las superficies de contacto del punto de cierre de la válvula, permitiendo espacios donde pueden producirse fugas. La contaminación es una condición que se alimenta de sí misma; si el medio de flujo es capaz de escapar del sistema en forma de fuga, entonces los contaminantes pueden entrar en el sistema a través de ese mismo punto. Los cilindros son los principales responsables de llevar la suciedad al sistema, ya que se extienden y se retraen en los ambientes sucios. Los sellos de los limpiaparabrisas de los cilindros pueden ayudar a evitar que esto suceda. La contaminación puede ser controlada filtrando los medios de flujo y monitoreando constantemente su limpieza.
Otra causa de la fuga es la desalineación entre el vástago de la válvula y el vástago del actuador. Si los dos vástagos están desalineados, puede haber una fuerza desigual aplicada a las superficies de cierre de la válvula, lo que puede permitir que se produzcan fugas en ese punto. Cualquier fuerza desigual sobre el vástago de la válvula también creará problemas con la empaquetadura que rodea al vástago. El actuador de la válvula también necesita ser inspeccionado regularmente y probado para asegurar que está funcionando correctamente. Si no es capaz de acoplar las superficies de cierre con la carga de asiento requerida, entonces se producirán fugas.
Adherirse a un programa de mantenimiento preventivo regular puede minimizar la mayoría de las fugas. Pero estos programas son típicamente dictados por la tolerancia de la organización a las fugas o a la eventual falla de una válvula. La forma en que las organizaciones manejan el mantenimiento varía; sin embargo, más compañías están implementando un programa de mantenimiento predictivo total en comparación con el mantenimiento reactivo. Los estudios de la industria han demostrado que el mantenimiento predictivo puede ser más rentable que el reactivo.
Las fugas internas y externas en las válvulas pueden minimizarse si la organización hace un esfuerzo por no caer en la mentalidad arcaica de que las fugas son inevitables. Todo comienza con el dimensionamiento y la selección de la válvula adecuada para el proceso.
Una vez que la válvula ha sido instalada en el sistema, necesita funcionar bajo un conjunto consistente de parámetros de operación y ser revisada regularmente para prevenir fugas. Mantener un enfoque disciplinado en todas estas áreas llevará a que las válvulas funcionen de manera segura y eficiente, con fugas mínimas.
– Mickey Heestand es vicepresidente e ingeniero mecánico senior de Hunt Valve Inc. Su función de liderazgo en Hunt Valve incluye la supervisión de los procedimientos de soldadura y de pruebas no destructivas de la compañía, la capacitación y el examen de la mano de obra de los soldadores y los informes de ingeniería de contratos.
