Dimensionamiento de la bomba hidráulica en función del cilindro hidráulico

Una de las consultas más habituales que llegan a nuestro departamento técnico es la siguiente:

Normalmente el cliente nos realiza esta consulta cuando dispone de una máquina o sistema hidráulico al que le falta la bomba hidráulica (o grupo hidráulico) y el cilindro hidráulico ya está definido en el circuito.

Cuando decimos “definido”, nos referimos a que el cilindro hidráulico ya está en posesión del cliente porque el propio cilindro se está aprovechando de otra máquina hidráulica que ya no se va a utilizar o porque el cliente ya ha adquirido una máquina nueva o de segunda mano donde el cilindro hidráulico está ya montado y solo necesita la bomba hidráulica o el grupo hidráulico para mover el cilindro.

Supongamos que el cilindro en cuestión es un cilindro estándar de doble efecto como el de la foto adjunta.

Ahora seguiremos los 3 sencillos cálculos siguientes para determinar el tamaño de la bomba hidráulica.

En tal caso lo primero es determinar cuál es el volumen interno del cilindro en su lado contrario al lado de salida del vástago.

Para calcular dicho volumen necesitamos 2 datos:

D = Diámetro del pistón en mm (o diámetro interior de la camisa del cilindro, indicado como “PS” en la foto de más arriba).

C = Carrera del cilindro en mm (o longitud del cilindro cuando está completamente abierto a lo que hay que restarle la longitud del cilindro cuando está completamente cerrado).

El volumen interno V del cilindro hidráulico se puede calcular de la siguiente forma:

V = Volumen interno (litros) = 0,7854 x D x D x C / 1.000.000

Una vez tenemos el volumen interno del cilindro, tenemos que decidir en cuánto tiempo aproximado deseamos que el cilindro hidráulico realice todo su recorrido (o carrera).

A este tiempo, en segundos, le llamaremos t.

Ahora ya podemos calcular el caudal de la bomba necesario, al que llamaremos Q, con la siguiente fórmula:

Q = Caudal de la bomba (litros/minuto) = 60 x V / t

¡Atención! el tiempo t definido debe ser compatible con la velocidad máxima de movimiento permitida por diseño del cilindro hidráulico.

Ahora que ya hemos determinado el caudal de aceite que debe suministrar la bomba hidráulica, tenemos que definir la característica que realmente define el tamaño de la bomba: su cilindrada (a la que llamaremos Vc). La unidad de la cilindrada Vc la determinaremos en centímetros cúbicos por revolución (cc/rev).

Para calcular la cilindrada Vc de la bomba oleohidráulica, ésta será función básicamente de las 2 variables siguientes:

n = la velocidad de giro del motor / actuador (en revoluciones por minuto rpm) que haga mover la bomba hidráulica.

Rend_v = rendimiento volumétrico de la bomba hidráulica. Este valor es función de muchas variables tales como la presión de trabajo, la viscosidad del aceite, temperatura del aceite, etc. Normalmente este valor suele estar entre el 80% 95%.

Por lo tanto, la cilindrada de la bomba se calculará de la siguiente forma:

Vc = Cilindrada de la bomba (en cc/rev) = (100.000 x Q) / (n x Rend_v)

Para acabar de aclarar los conceptos y fórmulas mencionadas, veamos un ejemplo.

Imaginemos que el cilindro hidráulico de doble efecto tiene las siguientes características:

D = Diámetro del pistón = 80 mm

C = Carrera del cilindro = 600 mm

El volumen interno V del cilindro hidráulico se calcularía así:

V = Volumen interno (litros) = 0,7854 x 80 x 80 x 600 / 1.000.000 = 3,0 litros

Ahora debemos determinar qué tiempo t queremos que el cilindro tarde en realizar el recorrido de su carrera (o, lo que es lo mismo, definir el tiempo en el que queremos que dicho volumen interno del cilindro se llene con aceite hidráulico).

Imaginemos que, por la tipología de máquina y por su ciclo de trabajo, necesitamos que t sea igual a 10 segundos.

En tal caso, el caudal necesario de la bomba sería:

Q = Caudal de la bomba = 60 x 3,0 / 10 = 18 litros/minuto

Y, en el caso que el motor que haga girar la bomba, gire a 1500 rpm y que el rendimiento volumétrico de la bomba hidráulica sea del 90% (valor promedio que suele emplearse), la cilindrada sería:

Vc = Cilindrada de la bomba = (100.000 x 18) / (1500 x 90) = 13,3 cc/rev

Y con estos sencillos cálculos ya tenemos definido uno de los parámetros más importantes a la hora de determinar el tamaño de una bomba hidráulica por lo que ahora ya podemos ir al catálogo de bombas hidráulicas y seleccionar la más adecuada según su cilindrada.

No obstante, hay otras variables importantes como la tipología de la bomba hidráulica (bomba de engranajes, bomba de paletas o bomba de pistones), si es de caudal fijo o variable, su tipología constructiva: tipo de eje, tipo de brida delantera, etc. Pero esto lo veremos más adelante en futuros artículos del curso.

En próximos artículos explicaremos como determinar la potencia necesaria del motor eléctrico, o del motor de gasolina o motor Diesel que va a mover la bomba hidráulica en función de:

-La presión de trabajo (o la fuerza que debe hacer el cilindro).

-En función del ciclo de trabajo (tiempo de marcha/paro)

-Etc.

También comentaremos la importancia de tener en cuenta el caudal de aceite que se produce cuando el cilindro hidráulico de doble efecto se retrae, es decir, cuando el caudal de aceite de la bomba entra por el mismo lado donde está el vástago del cilindro hidráulico:

-Se deberá tener en cuenta que dicho caudal de retorno será mayor que el que genera la bomba (según el diámetro que tenga el vástago). Esto será importante porque a mayor caudal en el retorno, mayor será la pérdida de carga en válvulas, tuberías, etc. y también será mayor el calentamiento que pueda generarse cuando pase a mayor velocidad el aceite.

-Respecto a este punto del caudal de retorno, también se deberá tener en cuenta que la velocidad del cilindro al retraerse (al recogerse) será mayor (vigilar el tema de la velocidad máxima de movimiento permitida por el cilindro).

Pero estos puntos los trataremos en mayor detalle, como hemos dicho, en próximos artículos.

Esperamos que esta información haya sido de ayuda o que, por lo menos, haya podido despejar alguna duda con respecto a la determinación de la cilindrada de la bomba hidráulica adecuada para su sistema oleohidráulico.