Aprenda a calcular el rendimiento de una bomba hidráulica en unos sencillos pasos

Una forma de determinar si una bomba hidráulica necesita ser sustituida es calcular su rendimiento.

Las bombas hidráulicas con bajo rendimiento no sólo hacen que disminuya el rendimiento de todo el sistema, sino que también plantean riesgos potenciales de seguridad y financieros.

A veces, cuando el equipo hidráulico se ralentiza considerablemente, puede que no sea necesario calcular el rendimiento de la bomba antes de sustituirla.

Sin embargo, en otros casos, puede ser útil comparar el rendimiento real de la bomba con su rendimiento teórico.

1. ¿Cuáles son las diferentes categorías de eficiencia de las bombas hidráulicas?

El rendimiento de las bombas hidráulicas se clasifica en tres tipos principales: rendimiento volumétrico, rendimiento mecánico (o hidráulico) y rendimiento global. Cada tipo proporciona información única sobre el rendimiento de la bomba y la optimización del sistema.

(1) Eficacia volumétrica

El rendimiento volumétrico es la medida más utilizada para evaluar el rendimiento de las bombas hidráulicas. Cuantifica las fugas internas de la bomba comparando la salida real de fluido hidráulico con la salida teórica. Este rendimiento es crucial para evaluar la integridad del sellado y el estado de desgaste de la bomba.

Para calcular la eficiencia volumétrica:

1. Determinar el caudal teórico:
   Caudal teórico = Cilindrada por vuelta × Velocidad de accionamiento
2. Mida el caudal real con un caudalímetro calibrado.
3. Calcular el rendimiento volumétrico:
   Rendimiento volumétrico (%) = (Caudal real / Caudal teórico) × 100

Un alto rendimiento volumétrico indica una fuga interna mínima y un rendimiento óptimo de la bomba.

(2) Eficiencia mecánica/hidráulica

El rendimiento mecánico, también conocido como rendimiento hidráulico, compara el par de entrada real necesario para accionar la bomba con el par teórico necesario para generar la presión y el caudal de salida deseados. Esta métrica de eficiencia tiene en cuenta las pérdidas de energía debidas a la fricción mecánica en cojinetes, engranajes y otros componentes móviles, así como la fricción del fluido dentro de la bomba.

Rendimiento mecánico (%) = (Par teórico / Par real) × 100

Aunque un rendimiento mecánico de 100% es teóricamente ideal, en la práctica es inalcanzable debido a las pérdidas mecánicas y por fricción del fluido inherentes. Las bombas de alta calidad suelen alcanzar rendimientos mecánicos entre 85% y 95%, dependiendo del diseño y las condiciones de funcionamiento.

(3) Eficiencia global

El rendimiento global proporciona una medida completa del rendimiento de la bomba combinando los rendimientos volumétrico y mecánico. Representa la eficacia total de conversión de energía de la bomba hidráulica.

Rendimiento global (%) = Rendimiento volumétrico (%) × Rendimiento mecánico (%)

Esta métrica es muy valiosa para comparar distintos diseños de bombas o evaluar la misma bomba en distintas condiciones de funcionamiento. Un mayor rendimiento global se traduce en un menor consumo de energía y generación de calor para un caudal y una presión de salida determinados.

Comprender y optimizar estas métricas de eficiencia es crucial para:

• Minimizar el consumo de energía y los costes operativos
• Reducir la generación de calor en los sistemas hidráulicos
• Prolongación de la vida útil de la bomba y los componentes del sistema
• Mejora de la fiabilidad y el rendimiento general del sistema

2. ¿Cuándo debe sustituirse una bomba hidráulica?

La sustitución de la bomba hidráulica es crucial cuando la eficiencia cae por debajo de niveles aceptables. Descuidar o no reconocer los signos de deterioro de la bomba no solo compromete la seguridad, sino que también puede acarrear importantes pérdidas económicas debido a fallos del sistema, tiempos de inactividad y daños colaterales a otros componentes.

Para determinar la necesidad de sustitución, los ingenieros deben evaluar periódicamente el rendimiento de la bomba y controlar los indicadores clave de rendimiento. El rendimiento volumétrico (ηv) y el rendimiento global (η) son parámetros especialmente importantes, que se calculan del siguiente modo:

• ηv = (Caudal real / Caudal teórico) × 100%
• η = (Potencia hidráulica de salida / Potencia mecánica de entrada) × 100%

Por lo general, cuando la eficiencia global cae por debajo de 80-85%, debe considerarse la sustitución, aunque este umbral puede variar en función de la aplicación específica y los requisitos del sistema.

Además de las mediciones cuantitativas de eficiencia, varias señales de advertencia cualitativas indican un posible fallo de la bomba hidráulica:

(1) Niveles de ruido anormales: La cavitación excesiva, el desgaste de los cojinetes o los daños en los componentes internos se manifiestan a menudo en forma de ruidos inusuales, como golpes, chirridos o rechinidos.

(2) Fugas internas: Detectadas mediante pruebas de caudal o pruebas de caída de presión, las fugas internas significan que las juntas, pistones o placas de válvula están desgastados, lo que reduce la eficiencia volumétrica.

(3) Fugas externas: La pérdida visible de fluido alrededor de los retenes del eje, las juntas de la carcasa o los racores indica el deterioro de los retenes o las juntas, lo que puede provocar contaminación y mayores daños en el sistema.

(4) Temperatura de funcionamiento elevada: Las temperaturas que exceden los rangos normales de funcionamiento (normalmente 60-80°C) pueden significar un aumento de la fricción interna, degradación del fluido o refrigeración insuficiente, acelerando el desgaste de la bomba.

(5) Fluctuaciones erráticas de la presión: Las lecturas de presión inestables o las caídas de presión frecuentes pueden indicar componentes internos desgastados o problemas de control.

(6) Disminución del caudal: Una reducción notable del caudal del sistema, incluso con condiciones de entrada adecuadas, sugiere una disminución de la capacidad de la bomba.

(7) Mayor consumo de energía: Un mayor consumo de energía para la misma potencia puede indicar una disminución de la eficiencia mecánica.

La supervisión periódica del estado de las bombas, que incluye análisis de vibraciones, análisis de aceite e imágenes térmicas, puede ayudar a detectar estos problemas en una fase temprana, lo que permite planificar el mantenimiento o la sustitución antes de que se produzca un fallo catastrófico. La aplicación de una estrategia de mantenimiento predictivo basada en estos indicadores puede optimizar la vida útil de las bombas, minimizar los tiempos de inactividad imprevistos y garantizar un funcionamiento seguro y eficiente de los sistemas hidráulicos.