Diseño de conjuntos de mangueras hidráulicas:una guía completa para ingenieros

Por Josh Cosford, editor colaborador

Al igual que sus hermanos de accesorios y adaptadores, los conjuntos de mangueras hidráulicas suelen ser una ocurrencia tardía para el diseñador hidráulico. Preferiría trabajar también en la creación de un circuito hidráulico único, pero no debemos olvidar la importancia de un enfoque holístico en el diseño de la máquina. Sus técnicos de energía hidráulica son una pieza esencial del rompecabezas para garantizar que las mangueras estén diseñadas e instaladas por expertos, pero su previsión contribuye en gran medida a ahorrar costos, facilitar la instalación y mejorar la confiabilidad.

Suponiendo que usted sea el diseñador hidráulico, no el ingeniero responsable de la máquina en sí, existen muchas consideraciones al planificar los conjuntos de mangueras. Generalmente, debe considerar tres cosas al seleccionar y planificar el conjunto de mangueras de su máquina:construcción de la manguera, selección del extremo de la manguera y opciones de enrutamiento.

Lo primero es lo primero:construcción de la manguera

Seleccionar el estilo correcto de construcción de manguera juega el papel más importante para brindar a los clientes una máquina hidráulica eficaz y segura. La compatibilidad de presión es el factor principal que debe considerar al seleccionar su manguera, y su punto de partida debe ser la siguiente tabla sobre los estándares de mangueras hidráulicas SAE J517.

Estándar de construcción de manguera hidráulica SAE J517

Debe seleccionar su manguera hidráulica según el rango máximo de presión de trabajo que experimenta su máquina. La gama tiene en cuenta el diámetro mayor (presión más baja) y el diámetro más pequeño (presión más alta), que son el corazón de la hidráulica. Por su propia naturaleza, las mangueras pequeñas manejan la alta presión más fácilmente que las mangueras de gran diámetro, así que consulte con su proveedor de mangueras para conocer la presión nominal del diámetro que necesita para el caudal de su 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 la presión de rotura. Si su sistema es propenso a sufrir picos de presión, es posible que deba seleccionar una manguera con una capacidad nominal ligeramente superior a su presión de trabajo nominal. La presión de prueba describe el punto donde una manguera hidráulica está sujeta a daños permanentes, por lo que es mejor evitar tocar esa demarcación en el manómetro.

En muchos casos, es posible que desee evitar los venerables estándares 100R1 y 100R2 si su máquina tiene una variedad de tamaños de manguera mientras opera al menos a 3000 psi. Muchos fabricantes de máquinas están estandarizando una de las designaciones de mangueras isobáricas, como 100R17, donde cada manguera de 3/16 a 1 pulgada tiene una capacidad nominal de 3000 psi. Su creciente popularidad ha reducido los costos de producción, ya que muchos fabricantes de mangueras han adoptado este diseño.

Es muy importante utilizar una manguera del diámetro interior correcto, ya que al cambiar el diámetro interior de la manguera. puede cambiar la presión del sistema. Si la manguera de repuesto es demasiado pequeña para el flujo, ha introducido una nueva restricción. La presión del sistema aumentará.
Imagen cortesía de LunchBox Sessions

Si necesita una manguera de gran diámetro y a más de 3000 psi, tendrá que explorar opciones como 100R12, 100R13 y 100R15, que emplean alambres de refuerzo enrollados en espiral con cuatro o seis capas. Algunas personas sugieren que elija una manguera con una capacidad nominal entre un 25 % y un 50 % superior a su presión de trabajo, pero en realidad, las pautas estrictas para las mangueras 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, necesitará el diámetro que mejor se adapte al flujo. Recuerde tener en cuenta situaciones únicas, como los cilindros diferenciales y el flujo de aditivo generado fuera del puerto de la tapa durante la retracción. En los casos en los que la proporción de área es alta, es posible que observe más del doble del caudal, así que asegúrese de que la manguera tenga el tamaño adecuado.

No existe una descripción absoluta de la capacidad de flujo de 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, evite la velocidad excesiva a través de las líneas de succión, donde el vacío podría provocar la formación espontánea de burbujas de gas que llamamos cavitación. Como regla general, nunca permita que las líneas de succión superen los 3 a 4 pies/seg; más bajo siempre es mejor, por lo que no hay nada de malo en apuntar a 1 pie/seg si el espacio lo permite.

A la izquierda está el radio de curvatura mínimo permitido para esta manguera. A la derecha, la curva de la manguera (trazada en rojo) es mucho más estrecha que el radio de curvatura mínimo permitido por el fabricante (que se muestra en verde).
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Además, asegúrese de que las líneas piloto y de drenaje de la caja estén limitadas a una velocidad de 1 pie/seg o menos. Bajo ninguna circunstancia querrá correr el riesgo de dañar los controles o los componentes internos de la bomba. Puedes ser más liberal con las velocidades de presión y líneas de retorno, en su mayor parte. Las líneas de presión, como las de presión de la bomba y las 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 a medida que cae la presión en relación con la presión máxima. Por ejemplo, ejecutar 30 pies/seg en un sistema de 4000 psi es menos problemático que ejecutar 30 pies/seg en un sistema de 1000 psi.

Tenga en cuenta que las líneas de retorno también deben dimensionarse para limitar la velocidad, aunque no tanto como las líneas de succión. En este caso, es razonable operar entre 6 y 10 pies/seg, y el objetivo principal es limitar la contrapresión en las líneas del tanque de las válvulas y los drenajes de la caja, pero también evitar una presión excesiva en las carcasas del filtro de retorno. Se debe prestar cierta consideración al tamaño de la línea a pesar de la velocidad ideal del fluido. Las líneas pequeñas son más propensas naturalmente a la caída de presión, así que asegúrese de evitar líneas de succión, presión y retorno muy pequeñas, incluso si se ajustan al rango de velocidad ideal.

El diámetro interno pequeño de la manguera está sujeto a mayores fuerzas de fricción debido al fluido que corre desproporcionadamente a través de la capa límite. Por el contrario, una manguera más grande permite que el flujo pase por el centro y se aleje de las paredes del tubo interior. Además, es más probable que las líneas de retorno y presión experimenten flujo turbulento y disipación de energía, lo que provoca una caída de presión. En caso de duda, no gaste el diámetro y corra el riesgo de sufrir problemas derivados de conjuntos de mangueras de tamaño insuficiente. En la práctica, al fabricar un conjunto de mangueras 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 pase por alto los extremos de las mangueras

Ahora hemos finalizado el tipo de construcción que mejor se adapta a la presión hidráulica de nuestra máquina y hemos refinado nuestro diámetro interno para adaptarlo al flujo del sistema; Ahora debemos elegir nuestros extremos de manguera. Eres diseñador hidráulico en 2025, así que seamos sinceros; Solo seleccionaremos conexiones estancas que utilicen sellos de caucho sintético. Lo siento, NPT y JIC:habéis sido geniales y atesoro todos nuestros recuerdos, pero sois vosotros y no yo. La cara de la junta tórica, el saliente de la junta tórica y las bridas ofrecen mucho más en esta relación.

ORFS se ha convertido rápidamente en la conexión preferida, ya que ofrece todos los beneficios del estilo JIC con una conexión sin fugas. Está disponible en una variedad de tamaños, con extremos de manguera con codos de 45° y 90°, y los extremos hembra están equipados con pivotes para facilitar la instalación. La junta tórica fácilmente reemplazable está ubicada en la cara del extremo macho, lo que agiliza el trabajo de servicio cuando se producen 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 adecuadamente para evitar que se atasque o se tuerza y, al igual que el conector ORFS, la junta tórica reside en el extremo macho (no hay una brida "hembra" porque los machos se conectan a la superficie de conexión plana donde se encuentra el puerto).

Normalmente, el conector tipo saliente con junta tórica se utiliza como conexión intermedia al extremo de la manguera. Similares a BSPP o Métrico, estos utilizan 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 unida (BSPP y Métrico). Sin embargo, ORB rara vez se utiliza como extremo de manguera porque el conector macho requiere un conector giratorio costoso. Están disponibles en el mercado y con 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, la guía de este diseñador se inclina hacia una tecnología superior y sería negligente no empujar nada más que los extremos de las mangueras con sellos reemplazables. Los ORFS y los accesorios de brida son simplemente mejores, así que póngase al día y utilícelos. Entonces, a pesar de que JIC es fácil de usar con sistemas de abocardado de tubos, muchos fabricantes ofrecen conexiones de tubos de dos piezas para ORFS, y los accesorios de brida también se pueden soldar a los tubos. Además, este artículo trata realmente sobre conjuntos de mangueras, no sobre tuberías de plomería.

Debido a que la longitud de la manguera puede cambiar bajo un aumento de presión alta, es importante dejar suficiente holgura para la expansión.
Imagen cortesía de LunchBox Sessions

Diseño y enrutamiento

La consideración final para los diseñadores hidráulicos se refiere a la disposición física de los conjuntos de mangueras en la propia máquina. Las mangueras merecen algo mejor que la simple unión del punto A con el punto B. Su orientación, disposición y ajuste deben evitar el desgaste por fricción, la presión excesiva en las juntas y las fuerzas de torsión/torsión. En la imagen se muestran varios métodos incorrectos y correctos para montar conjuntos de mangueras hidráulicas para evitar que se doblen en la junta de engarce. El peso de la manguera nunca debe provocar que se doble en el punto donde el extremo de acero de la manguera aprieta la cubierta de la manguera. Si el peso de una manguera hace que se hunda, use extremos de manguera de 90° para soportar la curva y deje que la manguera cuelgue naturalmente.

La longitud de la manguera debe ser suficiente para evitar tensiones durante la conexión y el ajuste, pero no tan larga como para que roce o vibre contra cualquier manguera u otra superficie. Es necesario sujetar largos tramos de mangueras a la máquina utilizando una de muchas tecnologías. Los fabricantes ofrecen bloques, silletas, abrazaderas y diversas tecnologías, soldadas o atornilladas a la máquina, para sujetar cuidadosamente la manguera.

Se deben usar abrazaderas para sostener adecuadamente la manguera. esto evita que se agiten cuando están presurizados y no se producen tensiones innecesarias en los accesorios. Imagen cortesía de LunchBox Sessions

Al instalar tramos de manguera en dichos sistemas, asegúrese de evitar apretar excesivamente tanto la abrazadera como la manguera entre las conexiones. Para gestionar los ciclos de presión y temperatura debe existir una ligera holgura entre cada punto de conexión evitando un apriete excesivo que pueda dañar la cubierta o capa de refuerzo. Cuando no se pueda evitar que las mangueras rocen contra superficies duras u otras mangueras, instale cada manguera con una envoltura protectora diseñada para reducir el desgaste y la fricción. Estos también pueden proteger contra daños ambientales o ambientales, como la lluvia radiactiva industrial o los rayos UV, y también deben usarse cuando las mangueras se colocan dentro de canales o vigas.

Cuando el diseñador hidráulico considera que su función es integral, cada capa del diseño de la máquina (desde el esquema original hasta el producto terminado) debe planificarse y organizarse de manera inteligente para lograr el diseño más eficiente, económico y efectivo posible. Los conjuntos de mangueras parecen elementales, pero el resto de la máquina importa poco cuando las mangueras rotas o dañadas afectan el sistema hidráulico.

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