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Los cuatro pilares de la eficacia hidráulica de la máquina

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Si usted no considera el líquido hidráulico ser un componente crítico de ningún sistema hydráulico, usted puede sufrir el mismo destino que estos ingenieros.

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La mayoría de los lectores de esta columna son bien conscientes que la viscosidad de un líquido hidráulico hidrocarburo-basado es inverso proporcional a la temperatura. Como aumentos de la temperatura, disminuciones flúidas de la viscosidad y vice versa. Esto no es una situación ideal por varias razones. De hecho, el líquido hidráulico ideal tendría un índice de viscosidad (el cambio en la viscosidad de un líquido en relación con temperatura) representado por una linea horizontal que intercepta el eje de Y en 25 centiStokes.

Esta temperatura-viscosidad muestra que un líquido hidráulico ideal no exhibiría ningún cambio en viscosidad sin importar temperatura.

Desafortunadamente, ningún tal líquido existe para la eficacia y la longevidad hidráulicas de la máquina. Y es inverosímil tal líquido será convertido en mi curso de la vida. Pero si tal líquido fuera desarrollado y patentado, su creador llevaría a cabo la llave a una mina de oro. Por ahora, tenemos aceite hidráulico multigrado. Estos líquidos tienen un índice de gran viscosidad, así que su viscosidad es menos sensible a los cambios en temperatura que un aceite del monograde.

Consecuencias involuntarias

La viscosidad del líquido es uno de los factores que determina si la lubricación de la lleno-película está alcanzada y mantenida. Si la carga y la velocidad de la superficie siguen siendo constantes, pero la temperatura de funcionamiento elevada hace viscosidad bajar debajo de eso requerida mantener una película hidrodinámica, la lubricación del límite ocurre; esto crea crear la posibilidad de la fricción y del desgaste adhesivo.

Por otra parte, hay una gama de la viscosidad donde están óptimas la fricción flúida, la fricción mecánica, y las pérdidas volumétricas para el funcionamiento del sistema hydráulico. Ésta es la gama de la viscosidad donde el sistema hydráulico actuará lo más eficientemente posible: el ratio más alto de potencia de salida a la energía de entrada.

Para ilustrar el punto antedicho, considere este ejemplo: En la búsqueda para el consumo de combustible mejorado, el fabricante de una máquina hidráulica motor-accionada, móvil substituyó su bomba de la fijo-dislocación que accionaba el accesorio de la máquina por una unidad volumétrica. La impulsión de tierra en la máquina utilizó ya una bomba de pistón volumétrica (transmisión hidrostática), actualizando tan el circuito hidráulico del accesorio a una configuración más-eficiente parecía progresión lógica de los ingenieros del diseño de máquina.

¡Cuando esta modificación fue probada, chocaron a los ingenieros para encontrar que el consumo de combustible había aumentado realmente en 12 al 15%! Sobre análisis, el alza en el consumo de combustible fue atribuida a un aumento en la viscosidad del aceite causada por un descenso 30°C en temperatura de aceite de funcionamiento. Es decir el aceite “más grueso” había dado lugar a la fricción adicional en la transmisión hidrostática que accionaba la tierra-impulsión, haciendo la máquina utilizar más combustible.

La máquina utilizó un calor-cambiador bipartito, de la combinación para el aceite hidráulico y el líquido refrigerador del motor. El enfriamiento del motor fue mejorado por una impulsión hidráulica termostático controlada de la fan basada en temperatura del líquido refrigerador del motor. La sección más fresca de aceite fue clasificada para la pompa hydráulica de la fijo-dislocación original.

La desventaja con este arreglo es, debido a ser controlado de enfriamiento del motor termostático y el sistema hydráulico no, aire atraviesa el calor-cambiador combinado depende totalmente de temperatura del motor. ¡Esto significa que la reducción en calor-carga de substituir la bomba de la fijo-dislocación por una unidad volumétrica dio lugar a una reducción significativa en el aceite hidráulico temperatura-que es normalmente una buena cosa!

Los ingenieros bloquearon la mayor parte de la sección del aceite hidráulico del refrigerador y funcionaron con la prueba otra vez. Esto volvió el consumo de combustible al nivel original, pero no se consideró ninguna mejora significativa.

Fue concluido que la modificación probada podría dar lugar a un pequeño ahorro costes en cuanto a una reducción de tamaño del refrigerador de aceite. Pero con el consumo de combustible que era más importante que cualquier ahorro modesto en capacidad de enfriamiento, la idea de pagar más una bomba que dio lugar al aceite que era guardado en un funcionamiento más bajo temperatura-pero combustible creciente consumo-era irreconciliable a los ingenieros de la máquina.

Lección aprendida

Esta historia ilustra el impacto que la temperatura de aceite hidráulico (y por lo tanto, viscosidad) puede tener en el consumo de combustible. Para recapitular los puntos claves:

La calor-carga en el sistema hydráulico fue reducida (eficacia creciente) substituyendo una bomba fija por una unidad volumétrica;

Esto dio lugar a un descenso significativo en el funcionamiento de temperatura de aceite hidráulico;

El aumento resultante en viscosidad del aceite hidráulico aumentó el consumo de combustible en una cantidad significativa.

Es decir si su aceite hidráulico es demasiado grueso, usted pagará él en el surtidor de gasolina o el metro de la electricidad. El flipside preventivo a esto, aunque, es que si su aceite es demasiado fino, usted pagará él en el taller de reparaciones.

Si se asume que este ensayo fue conducida en la misma temperatura ambiente para ambas opciones de la bomba, un 30° C (descenso de 54° F) en temperatura de aceite hidráulico es muy notable. Esto puede, en parte, sea explicada por el cambiador de calor de la combinación instalado en la máquina. Como aumentos de la viscosidad del aceite hidráulico, el motor funciona más duro (las quemaduras más combustible), así que el ventilador (controlado por temperatura del motor) corre más duro. Esto significa que más calor está disipado del aceite hidráulico y, por lo tanto, la viscosidad del aceite hidráulico aumenta más lejos. Es un círculo viscoso.

Otro para llevar del historia-que esté en relación con los diseñadores de la máquina y la gente que compran su máquina-es que la mayoría de los diseñadores no tratan el aceite como el componente clave del sistema hydráulico que es. La viscosidad del aceite hidráulico, el índice de viscosidad, o el número óptimo de la viscosidad para los componentes hydráulicos en el sistema no eran considerados al parecer durante la prueba. Esto sugiere que la línea de fondo, consumo de combustible normal de la máquina fuera apenas una coincidencia feliz.

Incluso después el descubrimiento ese consumo de combustible sube con viscosidad del aceite, y aunque la posibilidad de reducir la capacidad de enfriamiento instalada fuera reconocida y comtemplada, no se dio al parecer ninguna consideración a cambiar la viscosidad del aceite para hacer juego la eficacia más alta (por lo tanto, baje la temperatura de funcionamiento) del sistema. La bomba más eficiente con la capacidad de enfriamiento existente había sido hecha juego con un líquido de la viscosidad conveniente, él es probable la economía del combustible de la máquina habría sido superior al sistema original.

Es decir los diseñadores de la máquina no pudieron considerar correctamente los cuatro lados de lo que llamo el diamante de la eficacia de poder de una máquina hidráulica.

El diamante de la Poder-eficacia

Medios de la eficacia de poder el ratio de poder hacia fuera de accionar adentro. Noventa kilovatios hacia fuera a partir de 100 kilovatios adentro son una eficacia del 90%. Noventa kilovatios hacia fuera a partir de 110 kilovatios adentro son una eficacia del 82%. Y 90 kilovatios hacia fuera a partir de 120 kilovatios adentro son una eficacia del 75%. Observe eso en los tres casos, de potencia de salida sigue siendo lo mismo: 90 kilovatios. ¡Es apenas que la entrada poder-por lo tanto, el combustible o el consumo de electricidad del motor requerido para conseguir él-guarda el subir!

Los cuatro lados del diamante de la eficacia de poder de una máquina hidráulica todos se correlacionan; se afecta el cambio ninguno uno, y la simetría del diamante.

La eficacia diseñada refleja la eficacia “nativa” del hardware elegido para el sistema. Este hardware incluye el número de dispositivos poder-que pierden presentes, por ejemplo las válvulas proporcionales, los controles de flujo, y las válvulas manorreductoras. También incluye pérdidas “diseñar-en” por las dimensiones y la configuración de todos los conductores necesarios: tubos, mangueras, colocaciones, y múltiples.

En el lado opuesto del diamante, la capacidad de enfriamiento instalada, como un porcentaje de la energía de entrada continua, debe reflejar la eficacia diseñada o nativa del sistema hydráulico. Es decir cuanto más baja es la eficacia nativa, mayor es la capacidad de enfriamiento instalada.

Adyacente a capacidad de enfriamiento instalada es temperatura del aire ambiente que la máquina hidráulica actúa adentro. Esto influencia directamente la temperatura del aceite de funcionamiento del sistema hydráulico, que determina en gran parte viscosidad del aceite, terminando el diamante de la eficacia de poder.

Un diseñador de la máquina no tiene ningún control sobre el aire ambiente temperatura-aunque ella necesite saber es qué esta gama. Pero ella (o por lo menos deba) determina las otras tres variables; la eficacia del diseño, instaló capacidad de enfriamiento, y viscosidad del aceite. Mientras que la representación ilustrada del diamante de la eficacia de poder ilustra (y el estudio de caso antedicho demuestra), nadie de estas variables se puede considerar en el aislamiento.

Mirando el diamante de la eficacia de poder de la perspectiva de un dueño de la máquina, es útil apreciar que incluso después la máquina se ha diseñado, se ha construido, y se ha llenado de aceite, la eficacia del diseño, instaló capacidad de enfriamiento, y temperatura del aire ambiente está moviendo las blancos de blanco-mudanza que afectan a viscosidad del aceite y, así, al consumo de energía de funcionamiento.

La posibilidad de la variación en temperatura del aire ambiente, particularmente si la máquina se mueve entre las ubicaciones con diversas condiciones climáticas, es bastante obvia. Y aunque la eficacia del diseño no varíe, la eficacia operativa real deteriora típicamente en un cierto plazo de desgaste. Semejantemente, aunque la capacidad de enfriamiento instalada no cambie en un cierto plazo mientras que un porcentaje de la energía de entrada, la eficacia de él se puede reducir por el desgaste de los componentes de circuito de enfriamiento y-en el caso de la cambiador-variación del calor del golpe de viento en y altitud de temperatura del aire ambiente.

Tan conseguir una máquina hidráulica en su eficacia de poder “sweet spot” requiere diseño informado. La custodia de él allí requiere que cambio en las variables dependientes ser guardada a un mínimo. En ambos casos, el diamante de la eficacia de poder puede ser útil a los diseñadores de la máquina y a los dueños hidráulicos del equipo en la comprensión de la tarea a mano.