Guida diagnostica: cavitazione della pompa idraulica: risoluzione dei problemi

1. Descrizione del problema e ambito di applicazione

La cavitazione di una pompa idraulica è un malfunzionamento critico, accompagnato dalla formazione e dalla successiva distruzione di bolle di vapore nel flusso del fluido idraulico. Questo fenomeno si verifica quando la pressione in alcune zone della pompa (solitamente l'aspirazione) scende al di sotto della pressione del vapore saturo del liquido. Il collasso di queste bolle genera onde d'urto localizzate ad alta intensità che causano danni significativi alle superfici interne della pompa e ad altri componenti del sistema idraulico.

Sintomi di cavitazione:

• Rumore: un suono caratteristico che ricorda il crepitio della ghiaia, lo sfregamento dei metalli o il tintinnio all'interno della pompa.
• Vibrazioni: aumento delle vibrazioni del corpo della pompa e delle tubazioni adiacenti.
• Diminuzione delle prestazioni: Calo della pressione e della portata del liquido erogato dalla pompa, diminuzione dell'efficienza del sistema.
• Surriscaldamento: aumento locale della temperatura del liquido e dei componenti della pompa.
• Danni dovuti all'erosione: vaiolature, buche, erosione metallica sulle superfici di lavoro delle giranti, degli ingranaggi, dei pistoni e del corpo della pompa.

Questo manuale si applica a tutti i tipi di pompe idrauliche utilizzate nell'industria (a ingranaggi, a palette, a pistone) ed è progettato per identificare ed eliminare sistematicamente le cause profonde della cavitazione.

Classificazione della gravità:

• Critico: rapida progressione del danno, rischio di guasto improvviso della pompa e arresto della produzione. Richiede un intervento immediato.
• Significativo: notevole diminuzione dell'efficienza, aumento del rumore e delle vibrazioni, usura accelerata. Richiede la pianificazione dei lavori di riparazione.
• Minori: sintomi iniziali (rumore intermittente, leggera vibrazione) che indicano un potenziale problema. Necessita di monitoraggio e diagnostica.

2. Precauzioni

ATTENZIONE! Prima di iniziare qualsiasi lavoro di diagnostica o riparazione sull'apparecchiatura idraulica, seguire rigorosamente le norme di sicurezza:

• LOCKOUT/TAGOUT (LOTO): Garantire sempre la completa diseccitazione e il blocco/tagout delle fonti di alimentazione (elettrica, idraulica, pneumatica) per evitare l'avvio accidentale dell'attrezzatura.
• SCARICO DELLA PRESSIONE RESIDUA: Assicurarsi che tutta la pressione del sistema idraulico sia scaricata prima di smontare qualsiasi componente. Il fluido idraulico pressurizzato può causare gravi lesioni.
• DISPOSITIVI DI PROTEZIONE INDIVIDUALE (DPI): Utilizzare DPI adeguati: occhiali/schermi di sicurezza, guanti, abiti da lavoro, scarpe antinfortunistiche. Il fluido idraulico caldo può provocare ustioni, mentre il fluido pressurizzato può provocare ferite da perforazione.
• SUPERFICI AD ALTA TEMPERATURA: Fare attenzione poiché alcuni componenti del sistema idraulico potrebbero essere caldi durante o dopo il funzionamento.

3. Strumenti diagnostici necessari

4. Lista di controllo per la valutazione iniziale

Prima di avviare una diagnostica dettagliata, procedere come segue per raccogliere informazioni e ridurre al minimo i tempi di inattività:

5. Flusso sistematico della diagnostica

La diagnosi di cavitazione inizia con l'osservazione dei sintomi e la successiva esclusione sequenziale delle possibili cause:

1. Si avverte un rumore caratteristico (crepitio, stridore) e/o vibrazioni provenienti dalla pompa?
   
   • SÌ: Continuare la diagnostica.
   • NO: Probabilmente il problema non è legato alla cavitazione. Fare riferimento ad altri manuali diagnostici del sistema idraulico.
2. Controllare il livello del fluido idraulico nel serbatoio.
   
   • SE il livello è inferiore al segno MIN:
     
     1. Causa principale: Basso livello del fluido.
     2. Azione: rabboccare con fluido idraulico del tipo e della classe di purezza adeguati (ad es. ISO VG 46, classe di purezza NAS 6-8).
     3. Controlla: avvia il sistema e valuta i sintomi di cavitazione.
   • SE il livello è normale: Continua.
3. Controllo della temperatura del fluido idraulico.
   
   • Misurare la temperatura con un termometro a infrarossi.
   • SE la temperatura è molto inferiore a quella consigliata (<20°C):
     
     1. Causa principale: Viscosità del liquido troppo elevata.
     2. Azione: utilizzare un sistema di riscaldamento del fluido o consentire al sistema di riscaldarsi. Considerare l'utilizzo di un fluido con un indice di viscosità inferiore per condizioni fredde (secondo ISO 3448).
     3. Controlla: avvia il sistema dopo il riscaldamento e valuta i sintomi.
   • SE la temperatura è molto più alta di quella consigliata (>70°C):
     
     1. Causa principale: Viscosità del fluido troppo bassa/Surriscaldamento del sistema.
     2. Azione: controllare l'efficienza del sistema di raffreddamento. Prendere in considerazione l'utilizzo di un fluido con viscosità o indice di raffreddamento più elevato.
     3. Controlla: avvia il sistema dopo che la temperatura si è stabilizzata.
   • SE la temperatura è normale (40-60°C): Continua.
4. Misurare la pressione/il vuoto in ingresso della pompa.
   
   • Collegare un manometro/vacuometro a un punto di prova sulla linea di ingresso il più vicino possibile alla pompa.
   • SE il vuoto supera i valori consentiti (< -0,4 bar):
     
     1. Probabili cause: Restrizioni all'aspirazione o all'aspirazione dell'aria.
     2. Procedi con la verifica delle restrizioni.
   • SE la pressione è normale (0 ... -0,3 bar):
     
     1. Causa principale: cavitazione improbabile attraverso la linea di aspirazione. Considerare danni interni alla pompa o altri fattori (come gli impulsi di pressione).
5. Diagnostica le restrizioni sulla linea di aspirazione.
   
   • Ispezione visiva: Controllare l'eventuale intasamento del filtro/filtro di aspirazione (polvere, sporco, depositi).
   • Filtro SE intasato:
     
     1. Causa principale: Filtro di aspirazione intasato.
     2. Azione: pulire o sostituire il filtro.
     3. Verifica: avviare l'impianto, verificare la pressione di aspirazione e la presenza di rumore.
   • Ispezione visiva: Controllare il tubo di aspirazione per attorcigliamenti, deformazioni, lunghezza eccessiva, diametro errato.
   • Se sono state rilevate deformazioni/piegature:
     
     1. Causa principale: Ostruzione meccanica della linea di aspirazione.
     2. Azione: sostituire o riparare la tubazione, verificare il flusso libero.
     3. Verifica: avviare l'impianto, verificare la pressione di aspirazione e la presenza di rumore.
6. Diagnosi dell'aspirazione dell'aria.
   
   • Utilizza uno stetoscopio da meccanico o un rilevatore a ultrasuoni per ascoltare tutti i collegamenti, i sigilli e le guarnizioni sulla linea di aspirazione (dal serbatoio alla pompa).
   • Metodo con acqua saponata: applicare una soluzione saponosa sui collegamenti sospetti e osservare la presenza di bolle mentre il sistema funziona.
   • SE è stata rilevata una presa d'aria:
     
     1. Causa principale: Perdita nella linea di aspirazione.
     2. Azione: serrare i collegamenti, sostituire le guarnizioni, i tubi flessibili o le flange danneggiati.
     3. Controlla: verifica nuovamente la presenza di perdite, avvia il sistema e valuta i sintomi.

6. Matrice dei malfunzionamenti e delle cause

7. Analisi delle cause profonde di ciascun malfunzionamento

7.1. Basso livello del fluido idraulico nel serbatoio

Perché ciò accade: Un volume insufficiente di liquido nel serbatoio fa sì che la pompa inizi ad aspirare aria insieme al liquido. Ciò può essere causato da perdite nel sistema, rabbocco insufficiente di fluido durante la manutenzione o evaporazione del fluido a temperature elevate. Quando il livello del liquido scende, la sommersione della linea di aspirazione diventa insufficiente e la pellicola superficiale del liquido si rompe, consentendo all'aria di entrare nella pompa.

Come verificare: Ispezione visiva dell'indicatore del livello del fluido sul serbatoio idraulico. Il livello dovrebbe essere compreso tra i segni MIN e MAX quando il sistema è spento e raffreddato (secondo DSTU EN ISO 4413).

Che danno provoca:

• Usura accelerata della pompa dovuta a shock idraulici ed erosione dei componenti interni.
• Formazione di schiuma nel fluido idraulico, che porta alla sua ossidazione e al deterioramento delle proprietà lubrificanti.
• Surriscaldamento del sistema dovuto alla diminuzione della capacità di scambio termico del liquido.
• Potenziale guasto della pompa.

7.2. Intasamento del filtro/rete di aspirazione

Perché ciò accade: i filtri o gli schermi di ingresso sono progettati per proteggere la pompa da particelle meccaniche di grandi dimensioni. Con il passare del tempo possono intasarsi di depositi, sporco o prodotti di usura. Un filtro intasato crea una notevole resistenza idraulica al flusso del liquido, che porta ad una caduta della pressione all'ingresso della pompa al di sotto del livello consentito, provocando cavitazione.

Come confermare:

• Misurare la depressione sulla linea di aspirazione della pompa: un valore < -0,4 bar indica una resistenza eccessiva.
• Ispezione visiva del filtro di aspirazione dopo lo smontaggio.

Che danno provoca:

• Aumento della rarefazione all'ingresso, che causa direttamente la cavitazione.
• Deterioramento del riempimento della pompa, riduzione della sua produttività ed efficienza.
• Usura accelerata delle parti interne della pompa.

7.3. Aspirazione dell'aria sulla linea di aspirazione

Perché ciò accade: Collegamenti che perdono, crepe nei tubi o nelle tubazioni, guarnizioni danneggiate o guarnizioni dell'albero della pompa difettose possono consentire all'aria atmosferica di entrare nella linea di aspirazione. Le bolle d'aria che entrano nella pompa si comportano in modo simile alle bolle di cavitazione, causando rumore, vibrazioni e danni.

Come confermare:

• Utilizzo dello stetoscopio di un meccanico o di un rilevatore di ultrasuoni per rilevare i sibili alle articolazioni.
• Applicando una soluzione saponosa su aree potenzialmente soggette a perdite della linea di aspirazione mentre il sistema è in funzione: la formazione di bolle confermerà l'aspirazione dell'aria.
• Ispezione visiva del liquido nel serbatoio: presenza di notevole schiuma.

Che danno provoca:

• Danni alla pompa simili a cavitazione dovuti alla compressione ed espansione delle bolle d'aria.
• Formazione di schiuma nel fluido idraulico, che porta alla sua degradazione e ossidazione.
• Riduzione della rigidità del sistema idraulico, funzionamento impreciso dei meccanismi esecutivi.

7.4. Viscosità errata del fluido idraulico

Perché ciò accade: la viscosità del fluido idraulico è un parametro di fondamentale importanza. Se la viscosità è troppo elevata (ad esempio a basse temperature), il liquido non riesce a riempire abbastanza velocemente la cavità di aspirazione della pompa, creando rarefazione e cavitazione. Se la viscosità è troppo bassa (ad esempio in caso di surriscaldamento eccessivo), il fluido non fornisce una lubrificazione sufficiente e può formare bolle di vapore più facilmente rispetto alla viscosità ottimale.

Come confermare:

• Misurazione della temperatura effettiva del liquido nel sistema.
• Misura della viscosità cinematica di un liquido mediante viscosimetro portatile o analisi di laboratorio.
• Confronto dei valori ottenuti con quelli consigliati dal produttore della pompa e del fluido idraulico (secondo ISO VG e DSTU EN ISO 3448).

Che danno provoca:

• Ad alta viscosità: sovraccarico dell'azionamento della pompa, cavitazione, produttività ridotta.
• A bassa viscosità: lubrificazione insufficiente, maggiore usura, surriscaldamento, efficienza ridotta, possibilità di formazione di bolle di vapore.

8. Procedure dettagliate per la risoluzione dei problemi

8.1. Regolazione del livello del fluido idraulico

1. Sicurezza: eseguire la procedura di LOCKOUT/TAG OUT (LOTO) e depressurizzare il sistema.
2. Controllo del livello: guarda l'indicatore di livello sul serbatoio idraulico.
3. Rabbocco del fluido: Rabboccare con fluido idraulico che soddisfi le specifiche del produttore della pompa (ad es. DIN 51524 HLP 46, classe di pulizia non inferiore a NAS 7 secondo ISO 4406). Utilizzare un carrello filtrante per evitare ulteriori contaminazioni. Portare il livello al segno MAX superiore.
4. Importante: non riempire eccessivamente il serbatoio per evitare la formazione di schiuma.
5. Avvio e test: avvia il sistema, lascialo funzionare per alcuni minuti senza carico, quindi sotto carico. Controllare l'assenza di rumore e vibrazioni, nonché la stabilità del livello del fluido.

8.2. Pulizia/sostituzione del filtro/rete di aspirazione

1. Sicurezza: esegui LOTO e depressurizza.
2. Accesso al filtro: individuare il filtro o il filtro di ingresso (solitamente all'interno del serbatoio, all'estremità della linea di aspirazione).
3. Smontaggio: smontare con attenzione il filtro. Preparati a scaricare una piccola quantità di liquido.
4. Valutazione delle condizioni: valutare visivamente il grado di contaminazione del filtro.
5. Pulizia/Sostituzione:
• Pulizia: Se il filtro è riutilizzabile (rete), lavarlo accuratamente con un solvente adatto e soffiare con aria compressa. Assicurati che tutto lo sporco sia stato rimosso.
• Sostituzione: Se il filtro è usa e getta o danneggiato, sostituirlo con un nuovo elemento che soddisfi le specifiche originali (dimensione, materiale, dimensione di filtrazione nominale, ad esempio 125 µm).
6. Montaggio: installare un filtro pulito o nuovo, assicurandosi che tutte le guarnizioni siano nella posizione corretta. Stringere la connessione alla coppia consigliata (secondo DSTU EN ISO 4759-1).
7. Avviamento e controllo: avviare il sistema, verificare la tenuta dei collegamenti, monitorare la pressione in ingresso (dovrebbe essere compresa tra 0 e -0,2 bar) e l'assenza di sintomi di cavitazione.

8.3. Eliminazione dell'aspirazione dell'aria

1. Sicurezza: esegui LOTO e depressurizza.
2. Ispezione visiva: Ispezionare attentamente tutta la linea di aspirazione dal serbatoio idraulico alla pompa: tubi flessibili (per crepe, abrasioni, attorcigliamenti), tubi metallici, collegamenti flangiati e filettati, guarnizioni dell'albero della pompa, coperchi dei filtri.
3. Test dell'acqua saponata: applicare una soluzione saponosa sulle articolazioni sospette. Avviare il sistema (brevemente se necessario) e osservare la presenza di bolle per indicare l'aspirazione dell'aria.
4. Azioni correttive:
• Connessioni allentate: serrare le connessioni filettate o flangiate alle coppie consigliate.
• Guarnizioni/guarnizioni danneggiate: sostituirle con altre nuove realizzate in materiale idoneo (ad es. NBR per oli idraulici a base minerale).
• Tubi/tubi danneggiati: sostituire i tubi/tubi deformati, incrinati o sfilacciati. Assicurarsi che il nuovo tubo abbia il diametro corretto e il numero minimo di curve.
5. Controlla: dopo la risoluzione dei problemi, ricontrolla la tenuta dei collegamenti. Avviare l'impianto e monitorare l'assenza di rumore, vibrazioni e schiuma del liquido.

8.4. Regolazione della viscosità del fluido idraulico

1. Controllo della temperatura: utilizzare un termometro a infrarossi per misurare la temperatura del fluido nel serbatoio e all'ingresso della pompa. L'intervallo di temperatura ottimale è solitamente 40-60°C.
2. Se la temperatura è troppo bassa (<20°C):
   
   • Motivo: Elevata viscosità del liquido, che rende difficile il flusso.
   • Azione: utilizzare il riscaldatore del fluido di serie (se disponibile) o consentire al sistema di riscaldarsi senza carico. Prendere in considerazione la sostituzione del fluido con uno che abbia un indice di viscosità inferiore o migliori caratteristiche a bassa temperatura, secondo DSTU EN ISO 3448.
3. Se la temperatura è troppo elevata (>70°C):
   
   • Motivo: Bassa viscosità del liquido, rischio di formazione di bolle di vapore e deterioramento della lubrificazione. Controllare il sistema di raffreddamento (radiatori, ventole).
   • Azione: ripristinare l'efficienza del sistema di raffreddamento. Se il fluido si è deteriorato a causa del surriscaldamento (analisi di laboratorio), sostituirlo con uno nuovo che soddisfi i requisiti del produttore. Considerare l'utilizzo di un fluido con indice di viscosità più elevato per applicazioni ad alta temperatura.
4. Avvio e controllo: dopo la stabilizzazione della temperatura e/o la sostituzione del fluido, avviare il sistema e verificare la presenza di sintomi di cavitazione.

9. Misure preventive

10. Pezzi di ricambio e componenti

Per una risoluzione dei problemi di cavitazione rapida ed efficiente, si consiglia di avere sempre in magazzino i seguenti pezzi di ricambio:

Puoi ordinare tutti i componenti e i fluidi necessari nel catalogo UNITEC-D: www.unitecd.com/e-catalog/

11. Collegamenti

• DSTU EN ISO 4406: Idraulica dei fluidi. Codificazione del livello di inquinamento da particelle solide.
• DSTU EN ISO 4413: Sistemi idraulici. Norme e requisiti generali di sicurezza per i sistemi e i loro componenti.
• DSTU EN ISO 3448: Lubrificanti, oli industriali e prodotti affini. Classificazione della viscosità (ISO VG).
• DSTU ISO 6789-1: Strumento di assemblaggio per connessioni filettate. Strumento dinamometrico manuale. Parte 1: Requisiti e metodi di prova per la conformità strutturale, verifica della conformità e ricalibrazione.
• Manuali di uso e manutenzione dei produttori di pompe idrauliche (es. Bosch Rexroth, Eaton, Parker).
• Manuali interni UNITEC-D: "Fondamenti di manutenzione degli impianti idraulici", "Analisi dei fluidi idraulici".