Ingeniería de diseño de depósitos hidráulicos

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Dimensionamiento del volumen del depósito y tiempo de permanencia

El volumen del depósito se expresa como múltiplo del caudal de salida de la bomba por minuto. El tiempo de permanencia (el tiempo disponible para que el fluido libere el aire arrastrado, permita la sedimentación de partículas y disipe el calor antes de volver a entrar a la bomba) se calcula como: t_d = V_res / Q_pump, donde V_res es el volumen del depósito en litros y Q_pump es el caudal de la bomba en litros por minuto, lo que da t_d en minutos. La ISO 4413 no especifica una relación volumen/caudal fija, pero la práctica de ingeniería derivada de los requisitos térmicos y de separación de aire establece un tiempo de permanencia mínimo de 3 minutos en sistemas con intercambiadores de calor y de 5 minutos en sistemas sin enfriamiento dedicado. Un tiempo de permanencia de 3 minutos permite que el aire libre suba a 0.1–0.2 m/min hasta la superficie del fluido y se disipe antes de que el fluido vuelva a la entrada de la bomba. Los sistemas con alta carga térmica requieren volumen adicional o capacidad de intercambiador de calor dedicada; el depósito no debe ser el mecanismo principal de enfriamiento en régimen estacionario.

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Inmersión de la línea de retorno y diseño del difusor

La ISO 4413:2011 exige que la salida de la línea de retorno esté sumergida por debajo del nivel mínimo de fluido para evitar que el aceite caiga en cascada sobre la superficie del fluido, lo que arrastra aire. La profundidad mínima de inmersión es de 75 mm por debajo del nivel mínimo de fluido de operación; en sistemas de alto caudal se prefiere una inmersión mayor (150–200 mm). La salida de la línea de retorno debe estar inclinada 45° hacia la pared del depósito, con la descarga orientada lejos de la conexión de succión de la bomba. Esta orientación crea un patrón de flujo que favorece la sedimentación de partículas hacia el fondo del depósito en lugar de su recirculación a la entrada de la bomba. Los difusores de retorno (placas difusoras perforadas o ranuradas) reducen la velocidad del fluido de retorno por debajo de 0.5 m/s en la zona del depósito, lo que favorece aún más la separación del aire y la sedimentación de partículas. Los chorros de retorno de alta velocidad crean turbulencia que vuelve a poner en suspensión la contaminación sedimentada e impide una separación eficaz del aire.

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Diseño de la placa deflectora

Una placa deflectora separa el depósito en una zona de retorno y una zona de succión e impide el flujo directo en cortocircuito de la línea de retorno a la succión de la bomba. La ISO 4413:2011 exige como mínimo una placa deflectora; su altura debe ir desde el fondo del depósito hasta al menos el 75% del nivel mínimo de fluido de operación, para obligar al fluido a pasar por debajo del deflector y por la zona de sedimentación antes de llegar a la conexión de succión. Los deflectores deben soldarse al fondo y a las paredes laterales del depósito sin dejar huecos. La conexión de succión se ubica al lado opuesto del deflector respecto de la conexión de retorno, a una altura de 50–75 mm sobre el fondo del depósito: por encima de la capa de contaminación sedimentada pero por debajo de la superficie del fluido. En términos de gestión térmica, el deflector también separa el fluido de retorno caliente de la zona de succión relativamente más fría, lo que reduce la temperatura del fluido que llega a la bomba. Los drenajes del depósito se ubican en el punto más bajo de cada zona para permitir el drenaje completo en los cambios de fluido.

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Filtración y dimensionamiento del respiradero

El respiradero del depósito compensa los cambios de nivel del fluido cuando los cilindros hidráulicos se extienden y se retraen, admitiendo y expulsando aire a través de un elemento filtrante. La ISO 4413:2011 exige que el elemento del respiradero dé una filtración equivalente o mejor que la del filtro de retorno del sistema. En sistemas con objetivo ISO 4406 17/15/12 o más limpio, el elemento del respiradero debe estar clasificado a ≤3 µm absoluto (β₃₍c₎ ≥ 200). La capacidad de flujo de aire del respiradero debe cubrir la tasa máxima de cambio del nivel de fluido: para un cilindro de 100 mm de diámetro que se extiende a 100 mm/s, el volumen de fluido desplazado es de aproximadamente 0.785 L/s, por lo que el respiradero debe dejar pasar 0.785 L/s de aire. Los respiraderos suelen dimensionarse a 1.5–2× el flujo de aire máximo calculado para dejar margen por la carga del elemento y por el aumento de la densidad del aire en clima frío. Los elementos de respiradero spin-on se reemplazan con el mismo intervalo que el filtro de retorno del sistema; monitorear la presión diferencial a través del respiradero no es práctica estándar, así que el reemplazo por intervalo es la acción de mantenimiento principal.

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Colador de succión y filtración de llenado

Un colador de succión en la entrada de la bomba da una filtración gruesa que protege la bomba de las partículas grandes que puedan entrar al depósito pese a la filtración de retorno. La malla del colador de succión suele ser de 74–149 µm (aproximadamente malla 100–200 US), más gruesa que la filtración principal del sistema, para minimizar la restricción en la entrada de la bomba y evitar la cavitación. El colador debe dimensionarse para que, incluso parcialmente cargado de contaminación, la restricción de entrada no supere el vacío de succión admisible especificado por el fabricante de la bomba (normalmente −0.3 bar absoluto como máximo a la velocidad nominal). El fluido hidráulico nuevo que se añade al depósito debe filtrarse a ≤3 µm absoluto durante la transferencia para no introducir contaminación por encima del código de limpieza objetivo del sistema: la Sección 5.2.3 de la ISO 4413:2011 trata expresamente la limpieza del fluido durante la puesta en marcha y la reposición. Los puertos de llenado deben incorporar filtración integrada o una unidad de filtro de transferencia separada de ≤3 µm absoluto.

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Gestión térmica, espacio superior e indicación de nivel

El aceite hidráulico mineral debe operar por debajo de 80°C para limitar la velocidad de degradación oxidativa; la ISO 4413 recomienda monitorear y controlar la temperatura del fluido dentro del rango especificado por el OEM. El depósito debe incluir un termómetro o un sensor de temperatura con salida de alarma. Debe mantenerse un volumen de espacio superior de al menos el 10% del volumen total del depósito por encima del nivel máximo de fluido de operación para absorber la dilatación térmica (dilatación volumétrica del aceite mineral de aproximadamente 7 × 10⁻⁴ por °C) y dejar una superficie para la liberación del aire. La ISO 4413 exige un visor con marcas de nivel mínimo y máximo; las marcas deben verse desde la posición normal de acceso de servicio sin quitar cubiertas. Los tapones de drenaje magnéticos en el punto más bajo del depósito recogen las partículas de desgaste ferrosas en suspensión en el fluido y dan un indicador cualitativo de desgaste en cada cambio de fluido, que complementa el programa cuantitativo de OCM.

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