Entendendo e Prevenindo Cavitação em Cilindros Hidráulicos: Proteja Seu Sistema

A cavitação em cilindros hidráulicos é um pesadelo para qualquer sistema hidráulico, levando a uma série cascata de problemas danosos que eventualmente destruirão componentes críticos (e caros) dentro do seu sistema hidráulico. Embora a maioria das pessoas associe problemas de cavitação a bombas e motores, a cavitação também pode ser um problema para cilindros hidráulicos. Para minimizar ou eliminar danos por cavitação, o conhecimento de como funciona e que tipo de dano leva são bons pontos de partida. No entanto, a abordagem mais sábia para lidar com problemas de cavitação é tomar medidas preventivas.

Definição de Cavitação

A explicação mais simples de cavitação é a presença de gás aprisionado dentro de bolhas em um líquido. No caso de sistemas e componentes hidráulicos como bombas ou cilindros, o líquido envolvido é o fluido hidráulico transmitindo pressão. Em cilindros hidráulicos, a pressão transmitida pelo fluido é usada para atuação linear que pode mover milhares de libras ao pressionar um botão. Obviamente, pressões muito altas estão envolvidas.

Bolhas preenchidas com gases dissolvidos ou vapor começam a se formar e crescer quando a pressão está próxima à de vapor saturado para a temperatura do fluido (ex.: há ebulição localizada do fluido). Para um cilindro, tudo que o fluido precisa fazer é cair abaixo da pressão atmosférica para bolhas se formarem.

Quando estas bolhas colapsam sobre si mesmas (ou implodem), o resultado é ruído, calor, sérios danos de superfície e impacto negativo em eficiência e produtividade. Essencialmente, as bolhas geram um poderoso choque mecânico que resulta em microjatos impactando metal próximo. Essa implosão ocorre quando as bolhas atingem uma área de baixa pressão que causa a condensação do vapor dentro delas. O metal começa a se desgastar em um processo conhecido como erosão por cavitação, desgaste por cavitação ou pitting por cavitação.

A cavitação também pode ocorrer quando ar fica aprisionado dentro do fluido hidráulico (fenômeno conhecido como aeração). À medida que a pressão aumenta (ex.: quando a haste se aproxima da tampa final em um cilindro hidráulico), as bolhas estouram violentamente. Em um cilindro hidráulico, a cavitação ocorre mais frequentemente no lado do cabeçote do pistão quando este está se estendendo rapidamente, e especialmente quando tenta parar uma carga em excesso de velocidade. Também ocorre quando a haste aponta para baixo enquanto suporta uma carga de tração pesada na extremidade. Alguns especialistas argumentariam que isso não é cavitação verdadeira, mas seus efeitos são os mesmos.

Reconhecendo a Cavitação

Uma das maneiras mais fáceis de detectar cavitação em um cilindro hidráulico é pelo som: quando bolhas de cavitação implodem, você pode ouvi-las na forma de um som intenso de chocalho. Você também notará pitting na superfície de peças afetadas pela cavitação; no caso de cilindros hidráulicos, pode ser encontrado na superfície da haste e na superfície interna do cilindro.

Problemas Causados pela Cavitação

A cavitação pode levar a múltiplos problemas dentro de um sistema hidráulico como um todo, bem como em cilindros hidráulicos. Estes incluem desgaste acelerado de superfícies críticas, falha de vedações, geração de calor indesejado, redução na qualidade do óleo hidráulico e problemas de lubrificação.

Desgaste Acelerado de Superfície

Um dos problemas mais sérios causados pela cavitação é o desgaste de superfície, às vezes conhecido como pitting. Lembre-se que as bolhas de vapor implodem em nível quase molecular, liberando uma tremenda quantidade de força sobre uma área incrivelmente pequena. Isso leva a altas tensões — tensões altas o suficiente para remover metal de superfícies adjacentes a essas bolhas. O resultado é desgaste altamente acelerado na forma de pitting de superfície e contaminação gerada internamente. As partículas de metal removidas da superfície permanecerão dentro do sistema e podem causar a formação de ainda mais bolhas de cavitação.

Falha Prematura de Vedações

Também lembre-se que o acabamento de superfície pode ser um fator importante em muitas aplicações, e especialmente com cilindros hidráulicos. Ao selecionar uma vedação apropriada para um cilindro hidráulico, o acabamento de superfície da haste é crítico. Se a haste está sofrendo pitting devido à cavitação, causará desgaste prematuro da vedação. À medida que a vedação começa a desgastar, fluido hidráulico pode vazar (reduzindo desempenho) e contaminantes ambientais como poeira e umidade podem entrar.

Geração Excessiva de Calor

As implosões das bolhas também levam a altas temperaturas, às vezes chegando a 5.000°F (aprox. 2.760°C). Além disso, à medida que a superfície é danificada, haverá atrito aumentado à medida que o fluido flui sobre ela. Esse atrito resulta não apenas em perdas do sistema e menor eficiência, mas também em geração indesejada de calor. Esta é uma das razões pelas quais calor excessivo também pode ser um forte indicador de cavitação.

Redução na Qualidade do Fluido

Devido às altas temperaturas que podem resultar da cavitação, o fluido hidráulico provavelmente sofrerá degradação (uma redução geral na qualidade do fluido). Calor excessivo e altas temperaturas causarão envelhecimento mais rápido do fluido que o normal, afetarão seriamente os aditivos presentes e reduzirão a viscosidade do fluido.

Falta de Lubrificação

A presença de bolhas dentro do fluido hidráulico também pode causar falta de lubrificação, resultando em contato metal-metal e desgaste prematuro. Este tipo de desgaste assume forma diferente daquele resultante diretamente da implosão e explosão de cavitação: parecerá abrasões em um padrão consistente com o movimento das peças metálicas em vez de pitting.

Prevenindo a Cavitação

Um dos meios de prevenir cavitação está no controle de temperatura. Se o fluido hidráulico estiver muito viscoso, quedas de pressão se tornarão mais problemáticas; esse aumento de viscosidade pode ser resultado de fluido hidráulico em temperatura menos que ideal. Além disso, temperaturas altas combinadas com pressões baixas também podem causar cavitação, então cuidado deve ser tomado para garantir que o fluido hidráulico esteja o mais próximo possível de uma temperatura operacional ideal. Em alguns casos, isso pode ser tão simples quanto isolar tubos hidráulicos contra luz solar direta.

Perdas na tubulação podem contribuir para cavitação e resultar de questões como uso de muitas conexões, revestimento de tubo colapsado ou tubo de sucção, junta protruindo nos tubos, bomba de reposição com capacidade excessiva para o sistema, ou acúmulo de sólidos na superfície interna dos tubos.

Outra forma de prevenir cavitação especialmente aplicável a cilindros hidráulicos é impedir que ar entre no sistema hidráulico. Por exemplo, sistemas hidráulicos e alguns componentes devem ser purgados corretamente após serem enchidos (ou reabastecidos) para liberar o ar aprisionado no sistema. Quando fluido adicional é adicionado ao sistema, deve ser introduzido suavemente para evitar respingos e agitação — ambos podem permitir que ar seja arrastado com o fluido. Além disso, reservatórios hidráulicos mal projetados podem inadvertidamente incentivar o aprisionamento de ar dentro do fluido hidráulico.

A presença de partículas contaminantes dentro do fluido hidráulico pode servir como ponto de partida para bolhas de cavitação se formarem, então manter o fluido hidráulico limpo e o sistema livre de contaminantes pode ser um excelente ponto de partida. Isso envolve trocar filtros hidráulicos conforme necessário, filtrar qualquer fluido hidráulico que entre no sistema e resolver vazamentos assim que detectados.

Reparando Danos Causados pela Cavitação

Quando peças sofreram danos de superfície devido à cavitação, reparos são frequentemente uma causa perdida. Para peças com geometria circular, como hastes e cilindros, o dano por pitting é frequentemente profundo demais no momento em que é descoberto para que polimento funcione, porque hastes e cilindros devem atender a condições de superfície e tolerâncias geométricas muito rigorosas. A menos que o dano tenha sido descoberto rapidamente, seria mais sensato substituir os componentes danificados. Para vedações danificadas como efeito colateral da cavitação, substituir o lábio da vedação pode ser suficiente.

Conclusão

A cavitação causa tantos danos: desgaste acelerado de superfície na forma de pitting, falha prematura de vedações, geração de calor indesejado, qualidade comprometida do fluido hidráulico e falta de lubrificação levando a desgaste adicional. A melhor forma de lidar com cavitação é tomar medidas para preveni-la porque, uma vez que causa estragos nas superfícies dos equipamentos (incluindo cilindros hidráulicos), pode ser extremamente difícil se não impossível reparar. Medidas preventivas contra cavitação são o curso mais sábio e frequentemente incluem princípios básicos de manutenção (ex.: purga de ar do sistema, filtragem de fluido hidráulico). Assim que cilindros hidráulicos começarem a fazer ruídos de chocalho ou ficarem mais quentes que o normal, é hora de fazê-los verificar.

MAC Hydraulics

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