Solução de problemas de cavitação da bomba hidráulica: diagnóstico, causas raízes e soluções

1. Descrição do problema e âmbito de aplicação

A cavitação de bombas hidráulicas é um mau funcionamento crítico manifestado pela formação e destruição de vapor ou bolhas de gás no fluido hidráulico quando a pressão em certas áreas do fluxo cai abaixo da pressão de vapor saturado do fluido. Este processo acarreta ruídos intensos, vibrações, erosão dos componentes internos da bomba, redução significativa da eficiência e redução da vida útil do equipamento. A cavitação prolongada faz com que o fluido se desgaste cataliticamente, aumente sua temperatura e, eventualmente, leve à falha completa da bomba hidráulica, muitas vezes sem aviso prévio.

Equipamentos em risco:

• Sistemas hidráulicos de máquinas-ferramentas, prensas e máquinas injetoras nas indústrias metalúrgica, de construção de máquinas e alimentícia.
• Acionamentos hidráulicos em máquinas móveis, equipamentos de construção e máquinas agrícolas.
• Sistemas de controle hidráulico em engenharia aeroespacial e naval.

Classificação de gravidade:

• Crítico: Ameaça imediata de danos à bomba e aos componentes relacionados do sistema. Alto risco de falha repentina do equipamento, o que pode levar a paralisações significativas e acidentes. Precisa de eliminação imediata.
• Significativo: Ruídos perceptíveis (trituração, crepitação), vibração, diminuição perceptível no desempenho da bomba ou aumento na temperatura do fluido. Se não for tratada, progride rapidamente para desgaste crítico.
• Menor: Os estágios iniciais da cavitação, manifestados por um leve ruído ou um ligeiro aumento de temperatura. Requer monitoramento constante e medidas preventivas para evitar deterioração.

Padrões aplicáveis:

• DSTU EN ISO 4406: Pureza de fluidos hidráulicos.
• DSTU ISO 2901: Bombas e motores hidráulicos – Parâmetros e características de funcionamento.
• DSTU EN ISO 3498: Sistemas hidráulicos – Requisitos para fluidos hidráulicos.

2. Medidas de segurança

ANTES DE INICIAR QUALQUER TRABALHO DE DIAGNÓSTICO OU REPARO EM SISTEMAS HIDRÁULICOS, CERTIFIQUE-SE DE OBSERVAR AS SEGUINTES REGRAS CRÍTICAS DE SEGURANÇA:

• Bloqueio e etiquetagem (LOTO): Sempre desligue a fonte de alimentação do sistema hidráulico e aplique procedimentos de bloqueio e etiquetagem de acordo com as instruções internas e DSTU EN ISO 14118. Certifique-se de que o sistema não possa ser ativado acidentalmente.
• Descarga de energia residual: Os sistemas hidráulicos podem reter uma pressão significativa no armazenamento (acumuladores) e nas tubulações mesmo depois que a energia é desligada. Descarregue todos os acumuladores hidráulicos e despressurize todos os circuitos hidráulicos a zero (0 bar) antes de desconectar quaisquer componentes. Verifique a pressão com um manômetro.
• Equipamento de proteção individual (EPI): Use óculos de segurança ou protetor facial (CE EN 166), luvas de proteção (nitrila ou resistente a produtos químicos EN 374), proteção auditiva (protetores de ouvido ou fones de ouvido EN 352) e roupas de trabalho adequadas.
• Superfícies e fluidos quentes: O fluido hidráulico e os componentes podem estar muito quentes (até 90°C e acima). Deixe o sistema esfriar antes de operar. Use luvas de proteção térmica, se necessário.
• Vazamentos de alta pressão: Jatos de fluido hidráulico sob alta pressão (até 400 bar ou mais) podem penetrar na pele, causando ferimentos graves, infecção ou morte. NUNCA use as mãos para verificar se há vazamentos. Use sempre um pedaço de papelão ou um pedaço de madeira. Se o líquido entrar em contato com a pele, procure atendimento médico imediatamente e informe o médico sobre o tipo de líquido e a pressão.
• Mecanismos de elevação: Ao trabalhar com componentes pesados ​​(bombas, motores hidráulicos), utilize equipamento de elevação adequado e certificado de acordo com DSTU EN 13155 e observe as regras de segurança ao levantar.

3. Ferramentas de diagnóstico necessárias

Usar os instrumentos corretos com faixas e precisão apropriadas é fundamental para um diagnóstico eficaz de cavitação.

4. Lista de verificação da avaliação inicial

Antes de iniciar um diagnóstico sistemático, realize uma avaliação inicial completa. Isso ajudará a reduzir possíveis problemas e fornecerá uma compreensão do estado atual do sistema.

5. Algoritmo de diagnóstico sistemático

Este algoritmo passo a passo ajudará a localizar a causa raiz da cavitação. Siga a sequência para um diagnóstico eficiente e seguro. Lembre-se das medidas de segurança antes de cada intervenção!

1. Identificando os sintomas iniciais de cavitação?
   • (Ruído excessivo - ranger, estalar, chiar, "cascalho na bomba", vibração, desempenho reduzido da bomba, aumento da temperatura do fluido, espuma no tanque)
   • Se SIM: vá para a etapa 2.
   • Se NÃO: o problema provavelmente não está relacionado à cavitação. Consulte outros guias de solução de problemas.
2. Verificar o nível do fluido hidráulico no tanque.
   • Verificar visualmente o nível do fluido pelo indicador (vidro fendido, boia) com a bomba desligada e o fluido resfriado.
   • O nível está abaixo da marca mínima ou o fluido está expondo o bocal de sucção?
     • Se SIM (o nível está baixo):
       1. Abasteça o fluido hidráulico até o nível recomendado, usando um fluido de especificação e pureza apropriadas (DSTU EN ISO 3498, DSTU EN ISO 4406).
       2. Verifique se há vazamentos externos em todo o sistema. Elimine-os.
       3. Se não houver vazamentos, verifique se a bomba está sugando ar pelos funis de vórtice (isso pode estar em um nível baixo, mas ainda “aceitável”).
       4. Inicie o sistema e repita o teste de cavitação.
     • Se NÃO (nível normal): Vá para a etapa 3.
3. Inspecione a linha de sucção quanto a restrições.
   • Inspeção visual: Verifique o filtro/filtro de sucção quanto a contaminação, inspecione a linha/mangueira de sucção quanto a dobras, constrições, dobras ou sobreposição parcial.
   • Medição do vácuo:
     1. Instale um medidor de vácuo na linha de sucção (o mais próximo possível da entrada da bomba).
     2. Inicie o sistema e registre as leituras sob carga operacional normal.
     3. Leitura de vazamento > -0,3 bar? (por exemplo, -0,4 bar ou -0,5 bar, ou superior ao valor recomendado pelo fabricante da bomba).
   • Se SIM (diluição excessiva):
     1. Lave ou substitua o filtro/malha de sucção.
     2. Verifique o diâmetro da linha de sucção e seu comprimento: Um diâmetro muito pequeno ou muito longo aumentará a resistência. Certifique-se de que o diâmetro da linha de sucção seja pelo menos igual ao diâmetro da entrada da bomba, de preferência maior.
     3. Elimine dobras, estreitamentos ou sobreposições parciais da tubulação.
     4. Verifique se não há nada obstruindo o livre fluxo do líquido no tanque (por exemplo, objetos estranhos ou peças soltas do filtro).
     5. Após a eliminação, repita a medição do vácuo e o teste de cavitação.
   • Se NÃO (o desbaste é normal): Vá para a etapa 4.
4. Verifique a sucção de ar na linha de sucção.
   • Inspeção visual: Ligue a bomba e observe o fluido no tanque através da janela de inspeção (se aplicável) ou diretamente no retorno do fluido: há bolhas ou espuma significativas? (Isso requer conformidade com a segurança).
   • Verificação de vazamentos (CUIDADO! EPI!):
     1. Aperte todas as conexões na linha de sucção: flanges, conexões, braçadeiras.
     2. Inspecione a vedação do eixo da bomba quanto a vazamentos de fluido (um sinal de entrada de ar) ou bolhas de ar passando.
     3. Você pode aplicar cuidadosamente uma solução com sabão em possíveis vazamentos (enquanto a bomba estiver funcionando, por segurança). O aparecimento de bolhas confirmará a sucção do ar.
   • Sucção de ar detectada?
     • Se SIM:
       1. Substitua vedações, juntas ou tubulações danificadas.
       2. Aperte todas as conexões firmemente com o torque recomendado.
       3. Certifique-se de que todos os elementos da linha de sucção (incluindo as soldas) estejam vedados.
       4. Inicie o sistema e repita o teste de cavitação.
     • Se NÃO: vá para a etapa 5.
5. Verificação da viscosidade do fluido hidráulico.
   • Avaliação visual: Em temperaturas frias, o fluido pode parecer excessivamente "espesso" ou, pelo contrário, muito "líquido" em altas temperaturas.
   • Medição de temperatura: Certifique-se de que o fluido atingiu a temperatura operacional recomendada (por exemplo, 40-60°C).
   • Análise de fluidos: Pegue uma amostra de líquido e envie-a para um laboratório para determinação precisa da viscosidade cinemática (DSTU ISO 3104) e do índice de viscosidade.
   • A viscosidade do fluido excede os limites recomendados para esta bomba (geralmente 10-100 cSt na temperatura operacional)?
     • Se SIM:
       1. Substitua o fluido hidráulico por aquele recomendado pelo fabricante da bomba e do sistema (de acordo com DSTU EN ISO 3498) com a classe de viscosidade correta (ISO VG).
       2. Verifique o funcionamento do resfriador/aquecedor de fluido: Certifique-se de que o fluido seja mantido na faixa de temperatura ideal.
       3. Evite temperaturas de partida excessivamente baixas, que aumentam a viscosidade. Certifique-se de que o líquido esteja aquecido até a temperatura de trabalho.
       4. Inicie o sistema e repita o teste de cavitação.
     • Se NÃO: vá para a etapa 6.
6. Verificando a condição interna da bomba.
   • Diminuição do desempenho da bomba apesar de todas as verificações anteriores e solução de problemas? (Aparece como desaceleração do inversor, redução da pressão máxima apesar dos parâmetros normais do sistema).
   • Se SIM:
     1. A causa provável é o desgaste interno da bomba: danos aos elementos de trabalho (rodas de engrenagem, palhetas, pistões), desgaste das placas terminais ou vedações.
     2. Realize um teste de eficiência volumétrica da bomba. Isso pode ser feito com um medidor de vazão portátil ou medindo o tempo de enchimento de um recipiente calibrado na linha de retorno. Uma diminuição na eficiência abaixo de 70-80% indica desgaste significativo.
     3. Planeje remover e danificar a bomba.
     4. Substitua ou repare a bomba usando peças sobressalentes originais da UNITEC.
   • Se NÃO: Apesar do diagnóstico, os sintomas de cavitação ainda estão presentes e todos os parâmetros estão normais? Contate o fabricante do equipamento ou um técnico qualificado da UNITEC para um diagnóstico aprofundado, a causa pode não ser padrão.

6. Matriz "Falha-Causa"

Esta matriz irá ajudá-lo a identificar rapidamente as prováveis ​​causas da cavitação com base nos sintomas observados e nos resultados dos testes de diagnóstico.

7. Análise da causa raiz de cada mau funcionamento

Uma compreensão completa das causas raízes é fundamental para o reparo eficaz e a prevenção da recorrência da cavitação.

1. Restrições à entrada (restrição)

• Por que isso acontece: Restringir o fluxo de fluido hidráulico para a entrada da bomba cria vácuo excessivo (pressão negativa) na linha de sucção. Esta rarefação reduz a pressão do líquido abaixo da sua pressão de vapor saturado, resultando na formação de bolhas de vapor. Depois de entrar na zona de alta pressão da bomba, essas bolhas colapsam repentinamente (implodem), criando ondas de choque. As causas mais comuns incluem: um filtro de sucção (malha) entupido ou um filtro com uma classificação de mícron excessivamente pequena, uma mangueira/tubo de sucção torcido ou parcialmente bloqueado, um diâmetro da linha de sucção muito pequeno (para o fluxo que está sendo bombeado), um comprimento excessivo da linha de sucção, muitos cotovelos, conexões ou válvulas na linha de sucção, uma entrada do tanque bloqueada.
• Como confirmar: Meça o vácuo com um manômetro de vácuo diretamente na entrada da bomba. Uma leitura de vácuo acima de -0,3 bar (ou acima do valor recomendado pelo fabricante da bomba) confirma o problema. Além disso, é realizada uma inspeção visual do filtro e da tubulação quanto a danos visíveis ou contaminação.
• Que danos são causados: Erosão constante das superfícies de trabalho da bomba devido à implosão de bolhas. Destruição do fluido hidráulico (degradação), seu superaquecimento, aumento de ruído e vibração, falha prematura da bomba, que pode levar à falha catalítica de todo o sistema hidráulico.

2. Baixo nível de líquido no tanque

• Por que isso acontece: Volume insuficiente de fluido hidráulico no tanque faz com que o tubo de sucção da bomba fique parcialmente exposto ou atinja o nível onde se formam funis de vórtice, sugando o ar atmosférico diretamente para a linha de sucção. Isto também pode resultar num tempo de sedimentação insuficiente para o líquido remover o ar e num arrefecimento insuficiente do líquido.
• Como confirmar: Verificação visual do nível do líquido pelo indicador (vidro fendido, flutuador). Verificação do sistema em busca de vazamentos externos que possam ter causado a queda do nível.
• Quais danos são causados ​​por: entrada de ar (que é uma forma de cavitação), superaquecimento do fluido hidráulico, redução de suas propriedades lubrificantes, danos à bomba devido a cargas de choque e aumento de desgaste.

3. A viscosidade do líquido é muito alta

• Por que isso acontece: Se a viscosidade do fluido hidráulico for excessivamente alta (por exemplo, devido ao uso do tipo errado de fluido, a temperatura ambiente for muito baixa, especialmente durante uma partida a frio, ou um mau funcionamento do sistema de aquecimento do fluido), o fluido se tornará muito “espesso” para fluir livremente através da linha de sucção até a bomba. Isto aumenta muito a resistência hidráulica ao fluxo, criando vácuo excessivo na entrada da bomba, levando à cavitação.
• Como confirmar: Meça a temperatura do fluido no tanque e na linha de retorno. Análise laboratorial de líquido para determinação precisa da viscosidade cinemática (DSTU ISO 3104) e índice de viscosidade. Comparação dos valores obtidos com os recomendados pelo fabricante da bomba e do sistema hidráulico.
• Quais danos são causados ​​por: Carga excessiva na bomba e no motor de acionamento, superaquecimento do fluido, redução da eficiência do sistema, aumento do desgaste dos componentes internos da bomba devido ao atrito abrasivo e cargas de choque por cavitação.

4. Sucção de ar na linha de sucção

• Por que isso acontece: Mesmo com um nível de fluido normal e sem restrições significativas, o ar atmosférico pode entrar na linha de sucção através de conexões com vazamento (conexões, flanges, juntas soltas ou danificadas), mangueiras danificadas, vedações do eixo da bomba defeituosas, rachaduras na tubulação ou soldas defeituosas. Bolhas de ar, entrando na bomba, comprimem-se e expandem-se, simulando cavitação, e também contribuem para a oxidação do fluido hidráulico.
• Como confirmar: Inspecione visualmente o fluido no tanque em busca de bolhas ou espuma persistentes significativas. Verifique as conexões com uma solução de sabão ou sprays detectores especiais (o aparecimento de bolhas confirmará a sucção do ar). Inspeção completa da vedação do eixo da bomba.
• Que danos causa: Ruído, vibração, oxidação e degradação do fluido hidráulico, destruição da camada lubrificante dos componentes internos da bomba, aumento do desgaste, funcionamento "suave" e instável do sistema devido à presença de ar comprimido.

5. Desgaste interno da bomba

• Por que isso acontece: Com o passar do tempo, como resultado do desgaste operacional normal, contaminação por fluido abrasivo (não conformidade com DSTU EN ISO 4406) ou operação prolongada em condições de cavitação, os componentes internos da bomba (rodas de engrenagem, palhetas, pistões, cilindros, placas finais) se desgastam. Isso aumenta as folgas internas, o que leva a uma queda na eficiência volumétrica, aumenta o vazamento interno e pode criar zonas locais de baixa pressão dentro da bomba, contribuindo para o desenvolvimento de cavitação.
• Como confirmar: teste de eficiência volumétrica da bomba (uma diminuição na eficiência abaixo de 70-80% indica desgaste significativo). Análise líquida para partículas de desgaste (metais) usando análise espectral. Desmontagem e inspeção completa da bomba.
• Quais danos causa: Redução progressiva de desempenho e pressão, aumento de ruído, vibração, superaquecimento da bomba, falha completa da bomba devido a danos em componentes internos.

8. Procedimentos passo a passo para solução de problemas

CUIDADO: ANTES DE INICIAR QUALQUER TRABALHO, GARANTIR SEMPRE A SEGURANÇA: BLOQUEIO/MARCAÇÃO (LOTO), ALÍVIO DE PRESSÃO RESIDUAL E USO DE EPI!

1. Remoção de restrições de entrada:

1. Meça o vácuo: Conecte um medidor de vácuo (faixa de -1 a 0 bar) ao ponto de teste na linha de sucção o mais próximo possível da bomba. Inicie o sistema e registre as leituras. A faixa normal de vácuo é de -0,1 a -0,3 bar. Uma leitura > -0,3 bar indica um problema.
2. Verificação e substituição do filtro: Desligue o sistema (LOTO!). Remova e inspecione o filtro ou tela de sucção. Se estiver entupido, limpe-o ou substitua-o por um elemento novo com a classificação de mícrons recomendada (por exemplo, 100-150 mícrons para sucção).
3. Inspeção da tubulação: Inspecione cuidadosamente as mangueiras de sucção e a tubulação de metal quanto a dobras, dobras, constrições, descascamento da camada interna de borracha da mangueira ou danos. Substitua as áreas danificadas por elementos de diâmetro e material adequados que cumpram a DSTU EN ISO 1432.
4. Verificação do diâmetro da linha: Certifique-se de que o diâmetro interno da linha de sucção corresponda ou exceda o diâmetro da entrada da bomba. A velocidade de fluxo ideal na linha de sucção deve estar entre 0,6-1,2 m/s.
5. Redução do arrasto: Se possível, reduza o número de conexões, cotovelos ou válvulas na linha de sucção. Reduza seu comprimento ao mínimo.
6. Verificação: Após a conclusão do trabalho, inicie o sistema e meça o vácuo novamente. Deve retornar ao intervalo aceitável. Verifique se há ruído e vibração.

2. Correção de baixo nível de líquido no tanque:

1. Avaliação de nível: Desligue o sistema (LOTO!). Verifique o nível do fluido no indicador. Se for inferior à marca mínima.
2. Procurando vazamentos: Inspecione todo o sistema hidráulico em busca de vazamentos externos: mangueiras, tubos, conexões, vedações, cilindros. Repare vazamentos substituindo componentes danificados ou apertando conexões.
3. Abastecimento de fluido: Adicione fluido hidráulico até o nível recomendado (geralmente 2/3 - 3/4 da altura do tanque). Utilize apenas o líquido recomendado pelo fabricante, com a classe de pureza adequada (filtração pelo menos 10 μm no enchimento). Não misture diferentes tipos de líquidos.
4. Verificação: Inicie o sistema. Certifique-se de que o nível esteja estabilizado, não há funis de vórtice acima do bocal de sucção. Verifique a ausência de ruídos de cavitação.

3. Correção da viscosidade do fluido hidráulico:

1. Meça a temperatura: Use o termômetro infravermelho para medir a temperatura do líquido. Se a temperatura estiver abaixo da temperatura operacional recomendada (<40°C), ligue o sistema de aquecimento ou deixe o sistema aquecer em marcha lenta até que a temperatura ideal seja atingida.
2. Análise de Fluido: Pegue uma amostra do fluido e envie ao laboratório para viscosidade cinemática a 40°C e 100°C. Compare os resultados com as especificações do fabricante da bomba.
3. Substituição de fluido: Se a análise mostrar que a viscosidade do fluido não atende aos requisitos ou o fluido está degradado (o índice de viscosidade é reduzido, o teor de água ou impurezas é alto), drene completamente o fluido antigo, lave o sistema e preencha com um novo recomendado pelo fabricante (classe de pureza de acordo com DSTU EN ISO 4406).
4. Verificação: Após substituir ou atingir a temperatura operacional, meça o vácuo de entrada da bomba. Deve estar dentro de limites aceitáveis. Verifique a operação estável e a ausência de cavitação.

4. Eliminação da sucção de ar:

1. Inspeção visual: Inicie o sistema e observe se há bolhas no líquido no tanque. Preste atenção especial à vedação do eixo da bomba.
2. Verificação de vazamentos (AVISO! EPI!): Desligue o sistema (LOTO!). Aperte todos os parafusos nas conexões flangeadas e nas conexões da linha de sucção com o torque recomendado. Ligue a bomba e aplique cuidadosamente uma solução com sabão em todas as juntas e vedações do eixo suspeitas. O aparecimento de espuma ou bolhas indica local de sucção.
3. Substituição de vedações e componentes: Se forem encontrados vazamentos, substitua juntas, vedações (incluindo vedações do eixo da bomba), mangueiras ou conexões danificadas. Use componentes UNITEC de alta qualidade que atendem aos padrões CE e UkrSEPRO.
4. Verificação: Inicie o sistema. Verifique se há bolhas no tanque e ruídos de cavitação.

5. Reparação ou substituição de uma bomba gasta:

1. Teste de eficiência: Se todas as etapas anteriores não resolverem o problema, realize um teste de eficiência volumétrica da bomba. Use um medidor de vazão portátil para medir a vazão real. Compare-o com o fluxo nominal da bomba na pressão fornecida. A eficiência volumétrica abaixo de 70% indica a necessidade de reparo ou substituição.
2. Desmontagem (LOTO!): Desligue o sistema, forneça LOTO, alivie a pressão. Desconecte a bomba do sistema hidráulico e conduza.
3. Defeito: Realize um defeito completo da bomba. Inspecione os elementos de trabalho (engrenagens, lâminas, pistões, cilindros, placas finais) quanto a desgaste, arranhões, erosão. Verifique as folgas com sensores.
4. Reparo/Substituição: Se o desgaste for significativo, substitua a bomba por uma nova ou faça uma revisão usando kits de reparo originais da UNITEC. Garanta a centralização adequada da bomba com o motor de acionamento (desvio tolerável <0,05 mm).
5. Verificação: Após instalar a bomba nova/recondicionada, encha-a com fluido. Inicie o sistema, verifique se não há cavitação, se há pressão e desempenho normais. Execute um teste de eficiência.

9. Precauções

A prevenção é a forma mais eficaz de evitar a cavitação e garantir a longevidade do sistema hidráulico.

10. Peças sobressalentes e componentes

Para uma remoção rápida e eficaz da cavitação, é importante ter em mãos as peças sobressalentes adequadas. A UNITEC-D GmbH oferece uma ampla gama de componentes hidráulicos de alta qualidade certificados pela CE e UkrSEPRO.

Para solicitar e selecionar as peças de reposição necessárias, visite nosso catálogo eletrônico: www.unitecd.com/e-catalog/

11. Links

• DSTU EN ISO 4406: Energia hidráulica de líquido. líquidos O método de codificação do nível de poluição por partículas sólidas.
• DSTU ISO 2901: Bombas e motores hidráulicos. Parâmetros e características operacionais.
• DSTU EN ISO 3498: Sistemas hidráulicos. Requisitos para fluidos hidráulicos.
• ISO 10816-1: Vibração mecânica. Avaliação da vibração da máquina com base nos resultados de medições em peças estacionárias. Instruções gerais.
• EN 837-1: Manômetros. Parte 1: Manômetros de mola.
• DSTU EN 61672-1: Eletroacústica. Medidores de som. Parte 1: Requisitos técnicos.
• Manuais de operação e manutenção de equipamentos OEM (Fabricante de Equipamento Original).
• UNITEC-D GmbH. Outros manuais para manutenção de sistemas hidráulicos.