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Mejoras en la eficiencia de las bombas hidr�ulicas mediante control inteligente

 

Improving the efficiency of hydraulic pumps through intelligent control

 

Melhorando a efici�ncia das bombas hidr�ulicas por meio do controle inteligente

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: f.bravo@istlam.edu.ec

 

 

Ciencias T�cnicas y Aplicadas

Art�culo de Investigaci�n

 

 

* Recibido: 19 de mayo de 2025 *Aceptado: 28 de junio de 2025 * Publicado: �25 de julio de 2025

 

        I.            Instituto Superior Tecnol�gico Luis Arboleda Martinez, Ecuador.

      II.            Instituto Superior Tecnol�gico Luis Arboleda Martinez, Ecuador.

   III.            Instituto Superior Tecnol�gico Luis Arboleda Martinez, Ecuador.

Resumen

La eficiencia industrial en sistemas hidr�ulicos depende de la capacidad de sus componentes para adaptarse a condiciones variables de operaci�n. Sin embargo, muchas bombas hidr�ulicas a�n operan con controles tradicionales que presentan limitaciones como alto consumo energ�tico, baja estabilidad, desgaste acelerado y mayores necesidades de mantenimiento. Esta investigaci�n tiene como objetivo identificar mejoras en la eficiencia operativa de las bombas hidr�ulicas mediante el an�lisis de sistemas de control inteligente. Se utiliza un enfoque descriptivo y anal�tico, a trav�s de revisi�n documental y comparaci�n t�cnica entre tecnolog�as tradicionales e inteligentes. Los resultados muestran que sistemas como el control PID optimizado, la l�gica difusa y las redes neuronales permiten reducir el consumo energ�tico, aumentar la estabilidad del caudal, disminuir la frecuencia de mantenimiento y prolongar la vida �til de los componentes. Se concluye que el control inteligente no solo mejora la eficiencia energ�tica, sino que representa una soluci�n t�cnica integral para optimizar el rendimiento de bombas hidr�ulicas, reducir el desgaste mec�nico y fomentar el uso racional de recursos en entornos industriales.

Palabras claves: Bombas hidr�ulicas; control inteligente; eficiencia operativa; l�gica difusa; mantenimiento industrial.

 

Abstract

Industrial efficiency in hydraulic systems depends on the ability of their components to adapt to varying operating conditions. However, many hydraulic pumps still operate with traditional controls, which present limitations such as high energy consumption, low stability, accelerated wear, and increased maintenance requirements. This research aims to identify improvements in the operational efficiency of hydraulic pumps by analyzing intelligent control systems. A descriptive and analytical approach is used, based on a document review and a technical comparison between traditional and intelligent technologies. The results show that systems such as optimized PID control, fuzzy logic, and neural networks can reduce energy consumption, increase flow stability, reduce maintenance frequency, and extend component life. It is concluded that intelligent control not only improves energy efficiency but also represents a comprehensive technical solution for optimizing the performance of hydraulic pumps, reducing mechanical wear, and promoting the rational use of resources in industrial environments.

Keywords: Hydraulic pumps; intelligent control; operational efficiency; fuzzy logic; industrial maintenance.

 

Resumo

A efici�ncia industrial em sistemas hidr�ulicos depende da capacidade de seus componentes se adaptarem a diferentes condi��es de opera��o. No entanto, muitas bombas hidr�ulicas ainda operam com controles tradicionais, que apresentam limita��es como alto consumo de energia, baixa estabilidade, desgaste acelerado e maior necessidade de manuten��o. Esta pesquisa tem como objetivo identificar melhorias na efici�ncia operacional de bombas hidr�ulicas por meio da an�lise de sistemas de controle inteligentes. Utiliza-se uma abordagem descritiva e anal�tica, baseada em revis�o documental e compara��o t�cnica entre tecnologias tradicionais e inteligentes. Os resultados demonstram que sistemas como controle PID otimizado, l�gica fuzzy e redes neurais podem reduzir o consumo de energia, aumentar a estabilidade do fluxo, reduzir a frequ�ncia de manuten��o e prolongar a vida �til dos componentes. Conclui-se que o controle inteligente n�o apenas melhora a efici�ncia energ�tica, mas tamb�m representa uma solu��o t�cnica abrangente para otimizar o desempenho de bombas hidr�ulicas, reduzir o desgaste mec�nico e promover o uso racional de recursos em ambientes industriais.

Palavras-chave: Bombas hidr�ulicas; controle inteligente; efici�ncia operacional; l�gica fuzzy; manuten��o industrial.

 

Introducci�n

En el contexto industrial actual, la eficiencia energ�tica y la optimizaci�n de procesos se han convertido en factores determinantes para garantizar la competitividad y sostenibilidad de las operaciones productivas Li et al., (2023). Dentro de los sistemas hidr�ulicos, las bombas juegan un papel fundamental en el transporte de fluidos, siendo responsables de una parte significativa del consumo energ�tico total en diversas instalaciones industriales, De las Heras (2019). Sin embargo, muchas de estas bombas contin�an operando bajo sistemas de control convencionales que no se adaptan din�micamente a las variaciones del sistema ni a las condiciones de carga, lo que genera p�rdidas energ�ticas, un mayor desgaste de componentes y una baja eficiencia operativa (Morales, 2022)

El desarrollo de nuevas tecnolog�as de automatizaci�n ha facilitado la implementaci�n de sistemas inteligentes capaces de monitorear y ajustar variables en tiempo real. Esta capacidad permite optimizar el funcionamiento de los equipos, como es el caso de las bombas hidr�ulicas, (Escobar, 2022). Controladores inteligentes como los sistemas PID optimizados, la l�gica difusa o los algoritmos de inteligencia artificial se presentan como alternativas viables para mejorar el rendimiento energ�tico, reducir los costos operativos y extender la vida �til de los componentes del sistema, (Huerta, 2022)

A pesar de estos avances, gran parte de los sistemas hidr�ulicos industriales siguen dependiendo de esquemas tradicionales de control que no consideran variaciones en presi�n, caudal u otras condiciones de operaci�n en tiempo real. Esta limitaci�n conlleva a un uso ineficiente de la energ�a, sobrecalentamiento de los equipos, fallas recurrentes y mayores costos de mantenimiento, (Dom�nguez, 2022). Adem�s, en muchos entornos industriales a�n no se han adoptado soluciones de control inteligente debido al desconocimiento, restricciones presupuestarias o falta de personal capacitado en el manejo de estas tecnolog�as.

En este sentido, surge la necesidad de estudiar alternativas modernas que permitan optimizar la eficiencia de estos sistemas. Por ello, el presente trabajo tiene como finalidad identificar mejoras en la eficiencia operativa de las bombas hidr�ulicas mediante el an�lisis de sistemas de control inteligente y su aplicabilidad en entornos industriales. Para alcanzar este prop�sito, se plantean los siguientes objetivos espec�ficos: analizar el rendimiento de las bombas hidr�ulicas que operan bajo sistemas de control tradicionales; estudiar los principios y caracter�sticas de los sistemas de control inteligente aplicables a bombas hidr�ulicas; y evaluar el impacto potencial del control inteligente en el consumo energ�tico y el rendimiento de las bombas hidr�ulicas. Esta investigaci�n se enmarca en el campo de la Mec�nica Industrial y busca generar propuestas viables que puedan ser implementadas en la realidad de la industria ecuatoriana.

 

Marco conceptual

 

Bombas hidr�ulicas en sistemas industriales

Las bombas hidr�ulicas son componentes fundamentales para la operaci�n de sistemas que requieren transmitir potencia mediante fluidos. Su funci�n consiste en transformar energ�a mec�nica en energ�a hidr�ulica, permitiendo as� el desplazamiento controlado de l�quidos bajo presi�n. En el �mbito industrial se utilizan principalmente bombas de engranajes, paletas y pistones, cuya elecci�n depende de las necesidades del proceso, la presi�n requerida y la estabilidad del caudal; por ello, estas bombas son indispensables para mantener la continuidad y eficiencia de operaciones como prensado, automatizaci�n y transporte de fluidos. Su rendimiento influye directamente en la productividad y en los costos operativos de los sistemas donde est�n integradas, Machado (2022a)

Eficiencia operativa y limitaciones del control convencional

La eficiencia de los sistemas hidr�ulicos, seg�n Jim�nez y Enr�quez (2022) no depende �nicamente del dise�o f�sico de las bombas, sino tambi�n del tipo de control que regula su funcionamiento. En muchos entornos industriales a�n se emplean controles tradicionales basados en par�metros fijos que no permiten adaptarse a las condiciones cambiantes de carga o presi�n. Esta rigidez operativa genera un uso excesivo de energ�a, fluctuaciones en el caudal, sobrecargas en los componentes y una alta frecuencia de mantenimiento correctivo. Adem�s, la ausencia de monitoreo en tiempo real dificulta la detecci�n temprana de fallos, lo que disminuye la confiabilidad del sistema y genera p�rdidas econ�micas.

Control inteligente y su aporte a la eficiencia

El control inteligente surge como una soluci�n viable para mejorar la eficiencia operativa en bombas hidr�ulicas. Tecnolog�as como el PID optimizado, la l�gica difusa y las redes neuronales permiten que el sistema se ajuste autom�ticamente seg�n las condiciones del entorno, manteniendo estables las variables cr�ticas sin necesidad de intervenci�n constante. Estas herramientas interpretan entradas imprecisas, responden en tiempo real y aprenden patrones operativos que facilitan decisiones m�s eficientes; por ello, estudios recientes demuestran que su aplicaci�n reduce el consumo energ�tico, mejora la estabilidad del sistema, disminuye el desgaste mec�nico y prolonga la vida �til de los equipos. La integraci�n de estos controles representa un avance t�cnico clave hacia procesos industriales m�s sostenibles, rentables y confiables, Machado (2022b)

 

Metodolog�a

La investigaci�n aplica un enfoque descriptivo y anal�tico para estudiar el comportamiento de las bombas hidr�ulicas bajo distintos sistemas de control. Se parte de la recopilaci�n de datos t�cnicos y revisi�n documental, lo que permite comparar el rendimiento entre el control tradicional y el control inteligente; por ello, esta metodolog�a facilita identificar oportunidades de mejora en la eficiencia operativa en contextos industriales.

 

 

Dise�o de la investigaci�n

La presente investigaci�n adopta un enfoque descriptivo y anal�tico, estructurado en tres fases principales:

An�lisis del sistema de control tradicional: Se recopila y analiza informaci�n sobre el funcionamiento de bombas hidr�ulicas que operan bajo sistemas de control convencionales, con el fin de identificar sus limitaciones en cuanto a eficiencia y rendimiento.

Estudio de sistemas de control inteligente: Se investigan los principios, caracter�sticas y posibilidades de aplicaci�n de tecnolog�as como el control PID optimizado, la l�gica difusa y la inteligencia artificial en sistemas hidr�ulicos.

Evaluaci�n comparativa: Se compara el desempe�o de las bombas bajo control tradicional y control inteligente, con base en variables t�cnicas como eficiencia energ�tica, estabilidad operativa y consumo.

T�cnicas de an�lisis

Se aplica un an�lisis cualitativo y cuantitativo basado en la comparaci�n de par�metros operativos. Se organizan los datos en tablas y gr�ficos, y se realizan simulaciones conceptuales que permiten visualizar el comportamiento de las bombas bajo distintos tipos de control. Adem�s, se consulta literatura cient�fica actualizada para contrastar y sustentar los hallazgos.

Aspectos �ticos

La investigaci�n respeta los principios �ticos acad�micos, garantizando la confidencialidad de los datos t�cnicos utilizados. En caso de requerirse participaci�n de personal operativo o t�cnico, se solicita su consentimiento informado y se asegura el uso responsable de la informaci�n proporcionada.

 

Resultados y discusi�n

El an�lisis realizado sobre las bombas hidr�ulicas que operan con sistemas de control tradicionales permite identificar limitaciones t�cnicas recurrentes, entre ellas: consumo energ�tico elevado, falta de adaptabilidad a variaciones de carga, y desgaste prematuro de componentes. Estas deficiencias reducen la eficiencia operativa del sistema, como lo destacan C�rdenas & Giraldo (2017), quienes demostraron que el control convencional no logra estabilizar el sistema ante perturbaciones externas ni permite ajustes din�micos ante cambios en las condiciones de trabajo.

La siguiente tabla resume las principales limitaciones observadas en bombas hidr�ulicas controladas de forma tradicional:

 

Tabla 1: Limitaciones de las bombas con control tradicional

Fuente: Elaboraci�n propia con base en C�rdenas & Giraldo (2017), Tanaka (2011), Zambrano et al. (2024)

 

En contraste, los sistemas de control inteligente aplicados en entornos industriales demuestran ventajas significativas. Tanaka (2011) destaca que la l�gica difusa permite controlar sistemas hidr�ulicos con alta precisi�n, incluso en presencia de no linealidades como las zonas muertas de las v�lvulas. Asimismo, Guevara y S�nchez (2025) reportan que la automatizaci�n de bombas mediante control inteligente redujo el consumo de energ�a en un 15 % y mejor� la respuesta din�mica del sistema.

 

Tabla 2: Beneficios del control inteligente en bombas hidr�ulicas

Fuente: Elaboraci�n propia con base en Tanaka (2011), Guevara & S�nchez (2025), C�rdenas & Giraldo (2017), Zambrano et al. (2024)

 

Tabla 3: Comparaci�n t�cnica de bombas hidr�ulicas con control tradicional e inteligente

Fuente: Elaboraci�n propia con base en Tanaka (2011), C�rdenas & Giraldo (2017), Guevara & S�nchez (2025), Zambrano et al. (2024)

 

Ilustraci�n 1: Comparaci�n del rendimiento t�cnico de bombas hidr�ulicas bajo control tradicional e inteligente - Radar comparativo

Elaboraci�n: Autor

La eficiencia industrial en sistemas hidr�ulicos depende en gran medida de la capacidad que tienen sus componentes para adaptarse din�micamente a las condiciones de operaci�n; es as� que, en los estudios analizados, se evidencia que los sistemas de control tradicionales presentan limitaciones importantes que afectan este objetivo. El consumo energ�tico elevado, la falta de monitoreo en tiempo real y la incapacidad para ajustar la operaci�n ante fluctuaciones son problemas recurrentes; por ello, estos factores generan no solo un rendimiento bajo, sino tambi�n un desgaste acelerado de los componentes y un aumento en los costos de mantenimiento y operaci�n (C�rdenas & Giraldo, 2017).

Frente a este escenario, las tecnolog�as de control inteligente, como la l�gica difusa, los sistemas PID optimizados y las redes neuronales, se presentan como alternativas efectivas para lograr una mayor eficiencia. Tanaka (2011) demuestra que desde hace m�s de una d�cada al aplicar la l�gica difusa en v�lvulas y actuadores hidr�ulicos se ha venido mejorando significativamente la estabilidad del sistema, incluso cuando este presenta comportamientos no lineales. Esta capacidad de interpretar condiciones variables sin necesidad de modelos estrictamente lineales permite mantener los par�metros operativos dentro de rangos eficientes durante m�s tiempo.

Zambrano et al. (2024) refuerza con un estudio actualizado esta visi�n al mostrar que el uso de t�cnicas de control avanzado, como el PID adaptativo, en sistemas oleoneum�ticos permite una reducci�n del consumo energ�tico y una mejora en la capacidad de respuesta del sistema. Estos beneficios se traducen directamente en procesos industriales m�s sostenibles, donde la energ�a se utiliza de manera m�s racional y los ciclos de mantenimiento pueden espaciarse, alargando la vida �til de los equipos.

El caso documentado por Guevara y S�nchez (2025) ofrece datos muchos m�s actualizados y concretos sobre el impacto de la automatizaci�n mediante l�gica difusa en sistemas de bombeo industrial. En su estudio, se reporta una reducci�n del 15 % en el consumo energ�tico y una disminuci�n significativa en los tiempos de parada del sistema; por tanto, este resultado confirma que la eficiencia no solo se mejora a nivel t�cnico, sino que tambi�n tiene un efecto directo en los m�rgenes operativos de la industria, puesto que, al reducir los recursos necesarios para alcanzar un mismo nivel de producci�n, se optimiza el uso del sistema sin comprometer su rendimiento.

En conjunto, la literatura analizada deja en evidencia que la eficiencia industrial en sistemas hidr�ulicos puede incrementarse de forma sustancial mediante la integraci�n de tecnolog�as de control inteligente; puesto que, la adaptabilidad, la capacidad de respuesta en tiempo real y la reducci�n del error de control permiten mantener los equipos dentro de rangos �ptimos de operaci�n, ya que impacta de forma directa en el ahorro energ�tico, la reducci�n del desgaste mec�nico y la optimizaci�n de los tiempos operativos, consolidando una gesti�n m�s racional de los recursos industriales.

En definitiva, los resultados permiten afirmar que el control inteligente representa una alternativa t�cnica y operativa superior frente al control tradicional. Su aplicaci�n mejora la eficiencia integral del sistema, reduce el consumo de recursos y extiende la vida �til de los componentes. Aunque requiere inversi�n inicial y adaptaci�n t�cnica, los beneficios operativos que ofrece justifican su implementaci�n en entornos industriales que buscan optimizar su rendimiento y sostenibilidad.

Para reforzar estos hallazgos, a continuaci�n, se presenta una comparaci�n directa entre ambos sistemas de control. La tabla resume sus principales virtudes y desventajas considerando aspectos t�cnicos, operativos y econ�micos observados durante el an�lisis documental.

 

Tabla 4: Virtudes y desventajas control tradicional e inteligente

Fuente: Elaboraci�n propia con base en Tanaka (2011), Guevara y S�nchez (2025), C�rdenas y Giraldo (2017), Zambrano et al. (2024)

 

Conclusiones

�         El control tradicional en bombas hidr�ulicas presenta deficiencias t�cnicas que reducen la eficiencia industrial, como el elevado consumo energ�tico, la falta de monitoreo en tiempo real y la baja capacidad de adaptaci�n a condiciones variables.

�         Los sistemas de control inteligente, como el PID optimizado, la l�gica difusa y las redes neuronales, ofrecen soluciones que permiten una regulaci�n precisa, mayor estabilidad operativa y una respuesta din�mica m�s eficaz.

�         La comparaci�n entre ambos sistemas demuestra que el control inteligente puede reducir el consumo energ�tico en m�s del 10 %, minimizar el desgaste de los componentes y optimizar el rendimiento general del sistema, mejorando as� la sostenibilidad de los procesos industriales.

�         Si bien el control inteligente ofrece claras ventajas t�cnicas y operativas frente al control tradicional, su implementaci�n implica una inversi�n inicial m�s elevada. Este aspecto debe ser considerado dentro del an�lisis de viabilidad, ya que su adopci�n depender� de los recursos disponibles, la infraestructura existente y la visi�n estrat�gica de la empresa; a pesar de este costo inicial, los beneficios acumulativos en eficiencia, mantenimiento y prolongaci�n de vida �til permiten proyectar un retorno favorable de la inversi�n a mediano plazo.

 

Referencias

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� 2025 por los autores. Este art�culo es de acceso abierto y distribuido seg�n los t�rminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribuci�n-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

(https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).