Uma bomba hidráulica em uma máquina de construção funcionou apenas 480 horas antes que o técnico percebesse o ruído característico de cascalho vindo do lado de sucção. Quando a unidade foi aberta, a área de entrada e o cartucho da bomba apresentavam sulcos profundos e superfícies ásperas. Isso foi cavitação, não uma peça defeituosa. A cavitação é a principal causa de falha prematura de bombas em sistemas hidráulicos e quase sempre pode ser evitada através da compreensão das condições que a desencadeiam.
A cavitação acontece quando a pressão do fluido na entrada da bomba cai abaixo da pressão de vapor do óleo, formando bolhas de vapor que colapsam violentamente à medida que são empurradas para a zona de alta pressão dentro da bomba. O colapso gera ondas de choque localizadas que corroem o metal, causam vibração e eventualmente levam à destruição da bomba. Para maquinaria de construção operadores, isso significa tempo de inatividade não planejado e reparos dispendiosos. Somente a substituição do cartucho da bomba pode custar centenas de dólares, e o tempo de inatividade de uma escavadeira ou prensa hidráulica pode ser ainda mais caro.
O que é cavitação e por que ela destrói bombas
A cavitação é um processo físico que ocorre em qualquer bomba de líquido. Todo fluido hidráulico tem uma pressão de vapor que aumenta com a temperatura. Quando a pressão no lado de sucção da bomba cai abaixo da pressão de vapor, o fluido começa a ferver à temperatura ambiente, formando bolhas microscópicas. À medida que essas bolhas viajam para a região de alta pressão da bomba, elas são colapsadas pelo fluido circundante. Essas implosões atuam como martelos microscópicos contra as superfícies metálicas, gerando ondas de choque com pressões locais que podem ultrapassar 1.000 bar.
A margem entre o NPSH disponível e o exigido é o que os engenheiros chamam de margem NPSH. Manter essa margem saudável é a regra de projeto mais importante para prevenir a cavitação.
O dano deste processo tem uma aparência distinta. As áreas afetadas, normalmente a porta de sucção, a borda de entrada do cartucho da palheta ou o impulsor, apresentam corrosão e são ásperas ao toque. Em casos graves, falta completamente o metal. A capacidade da bomba cai, o ruído fica mais alto e o risco de um bloqueio completo da bomba aumenta.
As principais causas de cavitação em bombas
Compreender as causas é o primeiro passo para a prevenção. Existem duas categorias gerais: causas do lado da sucção e causas do lado da descarga. A tabela abaixo resume os mais comuns.
| Categoria | Causa | Efeito na bomba |
|---|---|---|
| Sucção | NPSHa menor que NPSHr | Bolhas se formam na entrada |
| Sucção | Filtro ou filtro de sucção entupido | Queda de pressão e falta de fluxo |
| Sucção | Sucção line too long, too small, or too many bends | Perda excessiva de pressão |
| Sucção | Alta temperatura do fluido | A pressão do vapor aumenta, mais fácil de cavitar |
| Sucção | Bomba montada muito acima do nível de óleo | Cabeça insuficiente na entrada |
| Descarga | Saída bloqueada, válvula fechada ou configuração de alta pressão | Descarga cavitation |
| Descarga | Operação além da velocidade nominal | A pressão interna cai abaixo da pressão de vapor |
| Sistema | Entrada de ar na linha de sucção | Bolsões de gás que imitam cavitação |
A categoria mais comum é a cavitação no lado da sucção. Ocorre quando a bomba simplesmente não consegue extrair fluido suficiente. O elemento filtrante é o culpado mais frequente: à medida que o filtro entope, o diferencial de pressão através dele aumenta e a pressão na entrada da bomba cai abaixo da pressão de vapor. Mesmo um filtro com uma quantidade modesta de contaminação pode causar isto.
Uma segunda causa comum é a própria linha de sucção. Se a linha for mais estreita do que a recomendação do fabricante da bomba, ou se houver muitos cotovelos e conexões, a velocidade do fluido na linha de sucção aumenta e a pressão local cai. O mesmo acontece quando a bomba é montada muito acima do reservatório: a altura de sucção excede o que o fluido pode fornecer com segurança.
A temperatura do fluido é uma causa oculta que os operadores muitas vezes ignoram. A pressão de vapor da maioria dos óleos hidráulicos aumenta significativamente acima de 60°C. Se um sistema funcionar a 70°C com um nível de óleo baixo ou um filtro parcialmente obstruído, a cavitação pode começar mesmo quando os cálculos de NPSH pareciam corretos na fase de projeto.
A cavitação no lado da descarga é menos comum, mas ainda é grave. Se a linha de saída estiver obstruída, se uma válvula estiver apenas parcialmente aberta ou se o ponto de ajuste de alívio de pressão for aumentado além da capacidade nominal da bomba, a pressão nos elementos de bombeamento poderá cair abaixo da pressão de vapor. Em bombas de pistão e bombas de palhetas da mesma forma, esta condição produz o mesmo ruído e danos reveladores.
A entrada de ar de uma linha de sucção com vazamento também pode imitar os sintomas da verdadeira cavitação. Quando a bomba ingere ar, as bolsas de gás entram em colapso com um ruído semelhante e causam erosão semelhante. A diferença é que a causa raiz é o ar, não a pressão do vapor. Inspecionar e apertar todas as conexões da linha de sucção é uma etapa simples que evita muitos alarmes falsos.
Como detectar cavitação antes que a bomba falhe
A cavitação dá avisos claros. O mais confiável é o som: um som constante de "bolas de gude em uma jarra" ou um chocalho semelhante a cascalho que piora quando a carga de trabalho aumenta. A vibração é o segundo sinal. Uma bomba que funciona suavemente a 1.800 rpm, mas fica irregular a 2.200 rpm, indica que a entrada está sendo restrita.
Mudanças de desempenho também são comuns. O fluxo diminui gradualmente e o cilindro hidráulico ou motor no lado a jusante se move mais lentamente do que quando o sistema era novo. As leituras de pressão na saída da bomba flutuam e o óleo pode formar espuma no reservatório.
Ao abrir a bomba durante um intervalo de manutenção, inspecione o cartucho da bomba. O conjunto de palhetas internas costuma ser a primeira peça a apresentar danos. As pontas das palhetas esburacadas, as marcas na placa da porta e as superfícies ásperas na porta de sucção são todos indicadores de que a cavitação está acontecendo. A boa notícia é que o cartucho é um componente substituível. Em uma bomba estilo T6/T7, o cartucho pode ser trocado sem substituir o corpo da bomba, o que reduz o custo de reparo.
Estrutura de lâmina de lábio duplo do cartucho T6/T7 A série T adota uma estrutura de lâmina de lábio duplo, e os lábios duplos entram em contato alternadamente com o estator para reduzir o impacto das lâminas no estator. Óleo do núcleo da bomba da série T... Ver Produto → Como prevenir a cavitação em sistemas hidráulicos reais
A prevenção pode ser abordada em três níveis: projeto do sistema, hábitos operacionais e manutenção.
Dicas de design de sistema
- Calcule o NPSHa na pior condição: alta temperatura do óleo, filtro contaminado e nível de óleo mais baixo no reservatório. Mantenha uma margem de pelo menos 15-20% acima do NPSHr exigido pela bomba.
- Mantenha a linha de sucção o mais curta e reta possível. A velocidade do fluido na linha de sucção não deve exceder 1,2 m/s para uma bomba hidráulica. Use um tubo maior, se necessário.
- Minimize conexões, cotovelos e válvulas no lado de sucção. Cada conexão extra adiciona uma queda de pressão.
- Use um filtro de linha de retorno em vez de um filtro de sucção, quando possível. Se um filtro de sucção for inevitável, selecione um com pressão diferencial baixa e bypass generoso.
- No reservatório, mantenha um nível de fluido que cubra a entrada da bomba. Use um defletor para evitar que o óleo gire e puxe ar para dentro da bomba.
- Escolha uma bomba com um NPSHr adequado ao NPSH disponível. Uma bomba de palhetas da série V é projetada com um cartucho compacto e operação silenciosa, o que pode torná-la mais adequada para sistemas sensíveis à sucção.
Bomba única de baixo ruído série V A bomba intra-palhetas de baixo ruído da série V atende à indústria de máquinas-ferramenta. Essas bombas têm alta pressão. Com grande capacidade, tamanho compacto, baixo nível de ruído e maior durabilidade... Ver Produto → Hábitos operacionais
- Opere a bomba dentro da faixa de velocidade do fabricante. A maioria das bombas de palhetas são classificadas para 1.200 a 2.500 rpm. Empurrar uma bomba para 3.000 rpm continuamente provoca cavitação, mesmo que a linha de sucção pareça boa.
- Mantenha a temperatura do fluido na faixa de 40-60°C. Use um trocador de calor quando uma máquina funcionar continuamente.
- Não ajuste a válvula de alívio acima da pressão máxima do fabricante da bomba. O ponto de ajuste da pressão deve corresponder ao projeto do sistema e não ao limite teórico da bomba.
- Para aplicações de alta pressão com carga variável, uma bomba de pistão como a série A10VSO oferece um design rígido e boas tolerâncias de alta pressão.
Bomba de pistão série A10VSO 31 Descrição do produto: Ver Produto → Dicas de manutenção
- Substitua os filtros de sucção dentro do prazo e não quando o indicador disparar. Um filtro 80% entupido ainda pode produzir pressão adequada na linha de retorno, mas a queda de pressão no lado da sucção já pode ser alta o suficiente para perturbar a entrada da bomba.
- Verifique o cartucho da bomba durante cada serviço programado. Se as pontas das palhetas apresentarem desgaste ou corrosão, isso é um sinal precoce.
- Monitore a temperatura e a contaminação do óleo. Alta temperatura e sujeira são uma combinação letal.
O resultado final
A cavitação é um sintoma de um sistema hidráulico mal projetado, operado incorretamente ou com manutenção deficiente. A bomba em si costuma ser a vítima, não a causa. Corrija as condições de entrada, mantenha o óleo fresco e limpo e selecione uma bomba cujo requisito de NPSH corresponda ao sistema real. Esse é o caminho mais simples para eliminar danos por cavitação e manter o equipamento hidráulico em serviço.
