Diseño de ensamblajes de mangueras hidráulicas: Guía completa para ingenieros

Por Josh Cosford, Editor Colaborador

Al igual que sus hermanos accesorios y adaptadores, los ensamblajes de mangueras hidráulicas a menudo son una idea tardía para el diseñador hidráulico. Yo también preferiría estar trabajando en la creación de un circuito hidráulico único, pero no debemos olvidar la importancia de un enfoque holístico en el diseño de máquinas. Tus técnicos de potencia de fluidos son una pieza esencial del rompecabezas para asegurar que las mangueras sean elaboradas e instaladas expertamente, pero tu previsión ayuda mucho a ahorrar costos, facilitar la instalación y mejorar la fiabilidad.

Suponiendo que eres el diseñador hidráulico, no el ingeniero responsable de la máquina en sí, hay muchas consideraciones al planificar los ensamblajes de mangueras. Generalmente, debes considerar tres cosas al seleccionar y planificar el ensamblaje de mangueras de tu máquina: construcción de la manguera, selección de extremos de manguera y opciones de enrutamiento.

Primero lo primero: construcción de la manguera

Seleccionar el estilo correcto de construcción de manguera juega el papel más importante en proporcionar a los clientes una máquina hidráulica efectiva y segura. La compatibilidad de presión es el factor principal que debes considerar al seleccionar tu manguera, y tu punto de partida debería ser la tabla a continuación sobre estándares de mangueras hidráulicas SAE J517.

Estándar de construcción de manguera hidráulica SAE J517

Debes seleccionar tu manguera hidráulica basada en el rango máximo de presión de trabajo que experimenta tu máquina. El rango toma en consideración el diámetro más grande (presión más baja) y el diámetro más pequeño (presión más alta), que están en el corazón de la hidráulica. Por su propia naturaleza, la manguera pequeña maneja alta presión más fácilmente que la manguera de gran diámetro, así que consulta con tu proveedor de mangueras la clasificación de presión del diámetro que necesitas para el caudal de tu máquina.

Todas las mangueras hidráulicas están clasificadas para su presión de trabajo, que es la mitad de la presión de prueba y la mitad de alta como la presión de estallido. Si tu sistema es propenso a picos de presión, es posible que necesites seleccionar una manguera clasificada para un poco más que tu presión de trabajo nominal. La presión de prueba describe el punto donde una manguera hidráulica está sujeta a daño permanente, por lo que es mejor evitar besar esa demarcación en el manómetro.

En muchos casos, es posible que quieras evitar los venerables estándares 100R1 y 100R2 si tu máquina tiene una variedad de tamaños de manguera mientras opera al menos a 3,000 psi. Muchos fabricantes de máquinas están estandarizando en una de las designaciones de manguera isobárica, como 100R17, donde cada manguera de 3/16 a 1 pulgada está clasificada para 3,000 psi. Su creciente popularidad ha reducido los costos de producción, ya que muchos fabricantes de mangueras han escalado a este diseño.

Es muy importante usar una manguera del diámetro interior correcto, ya que cambiar el diámetro interior de la manguera puede cambiar la presión del sistema. Si la manguera de reemplazo es demasiado pequeña para el flujo, has introducido una nueva restricción. La presión del sistema aumentará.

Si requieres manguera de gran diámetro y a más de 3,000 psi, tendrás que explorar opciones como 100R12, 100R13 y 100R15, que emplean alambres de refuerzo enrollados en espiral con cuatro o seis capas. Algunas personas sugieren elegir una manguera clasificada para 25-50% por encima de tu presión de trabajo, pero en realidad, las estrictas directrices de manguera ya tienen en cuenta los picos de presión, y los fabricantes construyen en consecuencia.

Consideraciones de flujo

Después de decidirse por un tipo de construcción de manguera, necesitarás el diámetro que mejor se adapte al flujo. Recuerda tener en cuenta situaciones únicas, como cilindros diferenciales y el flujo aditivo generado fuera del puerto de tapa durante la retracción. En casos donde la relación de área es alta, puedes observar más del doble de la tasa de flujo, así que asegúrate de que la manguera esté dimensionada apropiadamente.

No hay una descripción absoluta de la capacidad de flujo para una manguera hidráulica porque cuatro escenarios determinan la velocidad máxima del fluido, que suele ser nuestro factor limitante en lugar de algo más difícil de calcular, como la caída de presión. Comenzando por el extremo inferior, previene la velocidad excesiva a través de líneas de succión, donde el vacío podría resultar en la formación espontánea de burbujas de gas que llamamos cavitación. Como regla general, nunca dejes que las líneas de succión superen 3-4 pies/seg; más bajo siempre es mejor, así que no hay daño en apuntar a 1 pie/seg si el espacio lo permite.

Además, asegúrate de que las líneas de drenaje de caja y piloto estén limitadas a 1 pie/seg de velocidad o más lento. Bajo ninguna circunstancia querrás arriesgar daños a los internos de la bomba o controles. Puedes ser más liberal con las velocidades de líneas de presión y retorno, en su mayor parte. Las líneas de presión, como la presión de bomba y líneas de trabajo, pueden variar de 20 a 30 pies/seg y dependen de la presión. Los sistemas de mayor presión son más adecuados para velocidades más altas porque se pierde menos fluido como caída de presión relativa a la presión máxima. Por ejemplo, correr 30 pies/seg en un sistema de 4,000 psi es menos problemático que correr 30 pies/seg en un sistema de 1,000 psi.

Ten en cuenta que las líneas de retorno también deben dimensionarse para limitar la velocidad, aunque no tanto como las líneas de succión. Es razonable operar alrededor de 6-10 pies/seg en este caso, y el objetivo principal es limitar la contrapresión en las líneas de tanque de válvulas y drenajes de caja, pero también prevenir presión excesiva en las carcasas de filtros de retorno. Se debe dar cierta consideración al tamaño de la línea a pesar de la velocidad ideal del fluido. Las líneas pequeñas son naturalmente más propensas a la caída de presión, así que asegúrate de evitar líneas de succión, presión y retorno muy pequeñas incluso si encajan dentro del rango de velocidad ideal.

El diámetro interior pequeño de la manguera está sujeto a mayores fuerzas de fricción del fluido que corre desproporcionadamente a través de la capa límite. Por el contrario, una manguera más grande permite el flujo a través del centro y lejos de las paredes del tubo interior. Asimismo, las líneas de retorno y presión son más propensas a experimentar flujo turbulento y disipación de energía, lo que lleva a caída de presión. Cuando dudes, no escatimes en diámetro y arriesgues los problemas resultantes de ensamblajes de manguera de tamaño insuficiente. En la práctica, al hacer un conjunto de ensamblajes de manguera para una máquina hidráulica, es común ver una manguera de succión de 2 pulgadas, una manguera de presión de 3/4 pulgadas, una manguera de retorno de 1 pulgada y una manguera de drenaje de caja de 1/2 pulgada.

No pases por alto los extremos de manguera

Hemos finalizado el tipo de construcción más adecuado para la presión hidráulica de nuestra máquina y refinado nuestro diámetro interior para adaptarse al flujo del sistema; ahora debemos elegir nuestros extremos de manguera. Eres un diseñador hidráulico en 2025, así que cortemos la paja; solo vamos a seleccionar conexiones sin fugas usando sellos de goma sintética. Lo siento, NPT y JIC — han sido geniales, y atesoro todos nuestros recuerdos, pero son ustedes y no yo. Cara con junta tórica, jefe con junta tórica y bridas ofrecen mucho más en esta relación.

ORFS se ha convertido rápidamente en la conexión de elección, ofreciendo todos los beneficios del estilo JIC con una conexión sin fugas. Está disponible en una variedad de tamaños, con dobleces de extremo de manguera de 45° y 90°, y los extremos hembra están equipados con giro para facilitar la instalación. La junta tórica fácilmente reemplazable se encuentra en la cara del extremo macho, lo que hace que el trabajo de servicio sea rápido cuando ocurren fugas.

Los accesorios de brida, como los estilos comunes SAE Código 61 y Código 62, se usan comúnmente para conexiones de alta presión y/o alto flujo. Las conexiones de brida dividida permiten al técnico alinear el extremo de la manguera apropiadamente para evitar ataduras o torsiones, y, como el accesorio ORFS, la junta tórica reside en el extremo macho (no hay brida "hembra" porque los machos se conectan a la superficie de conexión plana donde se encuentra el puerto).

Típicamente, el tipo de accesorio jefe con junta tórica se usa como conexión intermedia al extremo de la manguera. Similar a BSPP o Métrico, estos usan un sello de polímero situado en la parte superior de la rosca del puerto, sellado por una cavidad dentro de la rosca del puerto (ORB) o a través de una arandela adherida (BSPP y Métrico). Sin embargo, ORB rara vez se usa como extremo de manguera porque el accesorio macho requiere un giro vivo costoso. Están ahí y disponibles en orientación recta o de 90°, pero muchos diseñadores prefieren conexiones de manguera hembra.

Para mitigar el correo de odio, debo mencionar que algunas máquinas usan felizmente accesorios JIC y NPT, y eso está perfectamente bien. Sin embargo, esta guía del diseñador está sesgada hacia la tecnología superior, y sería negligente no impulsar algo que no sean extremos de manguera con sellos reemplazables. Los accesorios ORFS y de brida son simplemente mejores, así que ponte al día y úsalos. Así que, a pesar de que JIC es fácil de usar con sistemas de acampanado de tubos, muchos fabricantes ofrecen conexiones de tubo de dos piezas para ORFS, y los accesorios de brida también pueden soldarse a tubos. Además, este artículo realmente trata sobre ensamblajes de manguera, no plomería con tubos.

Debido a que la manguera puede cambiar de longitud bajo un pico de alta presión, es importante proporcionar holgura suficiente para la expansión.

Disposición y enrutamiento

La consideración final para los diseñadores hidráulicos se refiere al diseño físico de los ensamblajes de manguera en la máquina misma. Las mangueras merecen algo mejor que simplemente la unión del punto A al punto B. Su orientación, disposición y ajuste deben prevenir el desgaste por fricción, presión excesiva en juntas y fuerzas de torsión/torque. Se muestran varios métodos incorrectos y correctos para montar ensamblajes de mangueras hidráulicas para prevenir la flexión en la unión prensada. El peso de la manguera nunca debe fomentar la flexión en el punto donde el extremo de acero de la manguera pellizca la cubierta de la manguera. Si el peso de una manguera causa hundimiento, usa extremos de manguera de 90° para soportar la curva y deja que la manguera cuelgue naturalmente.

La longitud de la manguera debe ser suficiente para prevenir tensión durante la conexión y apriete, pero no tan larga como para rozar o vibrar contra cualquier manguera u otra superficie. Las tiradas largas de mangueras necesitan ser sujetadas contra la máquina usando una de muchas tecnologías. Los fabricantes ofrecen bloques, sillas, abrazaderas y diversas tecnologías, soldadas o atornilladas a la máquina, para sujetar la manguera de forma ordenada.

Las abrazaderas deben usarse para soportar adecuadamente la manguera. Esto evita que se agiten cuando se presurizan y no hay tensión innecesaria en los accesorios.

Al instalar longitudes de manguera en tales sistemas, asegúrate de evitar el apriete excesivo tanto de la abrazadera como de la manguera entre conexiones. Para gestionar los ciclos de presión y temperatura, debe haber una holgura ligera entre cada punto de conexión mientras se previene el apriete excesivo que podría dañar la cubierta o la capa de refuerzo. Donde las mangueras no pueden evitarse de rozar contra superficies duras u otras mangueras, instala cada manguera con envoltura protectora diseñada para reducir el desgaste y la fricción. Estos también pueden proteger contra daños ambientales o ambientales, como residuos industriales o rayos UV, y también deben usarse cuando las mangueras se enrutan dentro de canales o vigas.

Cuando el diseñador hidráulico ve su papel como integral, cada capa del diseño de la máquina —desde el esquema original hasta el producto terminado— debe planificarse e organizarse inteligentemente para el diseño más eficiente, económico y efectivo posible. Los ensamblajes de manguera parecen elementales, pero el resto de la máquina importa poco cuando mangueras rotas o dañadas plagan tu sistema hidráulico.

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