Evite la expansión de la manguera hidráulica:guía experta

Por Josh Cosford, editor colaborador

Apuesto a que ni siquiera sabías que existía la expansión de mangueras, ¿verdad? Claro, sabemos que la manguera hidráulica está hecha principalmente de caucho sintético, que es flexible y suave. De hecho, el objetivo de utilizar caucho es agregar flexibilidad a las opciones de enrutamiento de plomería, literal y figurativamente. El tubo interior de goma y la capa de cubierta son el pan no tan delicioso del refuerzo de nuestro sándwich de manguera. La combinación es fuerte y flexible, pero no inmune a la expansión.

La expansión de la manguera ocurre cuando el diámetro interior del tubo aumenta bajo presión a pesar del respaldo de la capa de refuerzo de acero, fibra sintética o textil. Aunque el refuerzo se estira un poco, la expansión de la manguera es tanto lineal como radial:a medida que la manguera se alarga un poco mientras el tubo se comprime bajo presión, el diámetro interno aumenta efectivamente al quedar atrapado entre el aceite y el refuerzo.

El tipo de capa de refuerzo interior tiene el mayor impacto a la hora de contener la expansión de la manguera.

La expansión de la manguera es una mala noticia por varias razones, especialmente en aplicaciones precisas de control de movimiento que operan a alta presión. En sistemas con actuadores de alta velocidad y alta precisión, tramos largos de manguera añaden elasticidad al aceite hidráulico, reduciendo su módulo de volumen efectivo (la resistencia del aceite a la compresión). En aplicaciones de alta precisión, a veces un poco de esta reducción de la rigidez inducida por la manguera es buena, ya que ayuda a reducir los picos de presión y proporciona amortiguación durante el funcionamiento de alta frecuencia.

Sin embargo, es fácil exagerar lo bueno aquí, porque la expansión de la manguera provoca un rendimiento lento, un control deficiente e incluso un aumento de calor a medida que el caucho genera su propia fricción interna inducida por la deformación. Las aplicaciones controladas por servoválvulas no funcionan como la hidráulica estándar:siempre se aplica presión a ambos lados del pistón y el movimiento funciona controlando el diferencial, no solo la presión absoluta que sale de un puerto al tanque. Esto mantiene el actuador en un estado de tensión que es fácil de acelerar y controlar con precisión.

La presión puede circular docenas de veces por segundo entre el puerto de tapa y el puerto de trabajo, expandiendo cada vez el tubo de la manguera y reduciendo el rendimiento. Cada vez que el caucho se comprime, también almacena energía y la libera a medida que cambia el estado de presión. Pero hay maneras de mitigarlo, e incluso un método extremo para eliminarlo.

Algunos tipos de construcción de mangueras son más propensos a la expansión, por lo que puede comenzar seleccionando una manguera más resistente durante la etapa de diseño de la máquina. La manguera trenzada es muy flexible y las versiones modernas de la manguera trenzada 100R17 serán superiores a la construcción anterior 100R2, especialmente dada la naturaleza isobárica del R17 (todos los tamaños suelen tener una clasificación de 4000 psi). Para obtener la máxima resistencia a la expansión, elija una manguera enrollada en espiral 100R12 o 100R13 con cuatro o seis capas de refuerzo. Los devanados en espiral pueden contener la fuerza radial mejor que los refuerzos trenzados, eliminando un poco de la flexibilidad hacia afuera.

Y, por supuesto, una manguera más corta tendrá menos área total para expandirse. Siempre que instale actuadores, intente instalar las válvulas lo más cerca posible de los actuadores. Esto proporciona un sistema con mayor capacidad de respuesta no solo debido a la superficie reducida del caucho, sino también porque elimina la masa adicional de aceite entre la válvula y el cilindro que debe acelerarse.

Finalmente, para eliminar por completo la expansión de la manguera, simplemente deshágase de la manguera. Puede conectar su actuador utilizando un tubo de acero de alta resistencia, que es mucho más rígido que la manguera hidráulica. O bien, monte el servo o la válvula proporcional directamente en el cilindro, lo que requiere solo un recorrido corto de plomería hacia ambos puertos de trabajo. Ayuda cuando los puertos de trabajo de la válvula están equidistantes a los puertos de trabajo del cilindro, manteniendo el mismo volumen de fluido en ambas direcciones.

La expansión de mangueras es un tema interesante y se podría profundizar mucho más en el tema de lo que he podido dilucidar aquí. Los efectos de cumplimiento se pueden modelar para incluir varios parámetros, incluido el módulo de volumen de aceite, la masa de carga y la dinámica de válvulas antes mencionados, y no se moleste en investigarlos si no es bueno con el cálculo diferencial. La conclusión es que debe tener en cuenta la expansión de la manguera en sus diseños de alto rendimiento y, si es necesario, detenerla en seco.

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