Comprender y Prevenir la Cavitación en Cilindros Hidráulicos: Proteja su Sistema

La cavitación en cilindros hidráulicos es una pesadilla para cualquier sistema hidráulico, ya que conduce a una serie cascada de problemas dañinos que eventualmente destruirán componentes críticos (y costosos) dentro de su sistema hidráulico. Aunque la mayoría de la gente asocia los problemas de cavitación con bombas y motores, la cavitación también puede ser un problema para los cilindros hidráulicos. Para minimizar o eliminar el daño por cavitación, el conocimiento de cómo funciona y qué tipo de daño causa son buenos puntos de partida. Sin embargo, el enfoque más sabio para tratar los problemas de cavitación es tomar medidas preventivas.

Definición de Cavitación

La explicación más simple de cavitación es la presencia de gas atrapado dentro de burbujas en un líquido. En el caso de sistemas y componentes hidráulicos como bombas o cilindros, el líquido involucrado es el fluido hidráulico que transmite presión. En los cilindros hidráulicos, la presión transmitida por el fluido se usa para la actuación lineal que puede mover miles de kilogramos con solo presionar un botón. Obviamente, están involucradas presiones muy altas.

Burbujas llenas de gases disueltos o vapor comienzan a formarse y crecer cuando la presión se acerca a la del vapor saturado para la temperatura del fluido (p. ej., hay ebullición localizada del fluido). Para un cilindro, todo lo que el fluido necesita hacer es caer por debajo de la presión atmosférica para que se formen burbujas.

Cuando estas burbujas colapsan sobre sí mismas (o implosionan), el resultado es ruido, calor, daño serio en la superficie y un impacto negativo en la eficiencia y productividad. Esencialmente, las burbujas generan un potente choque mecánico que resulta en microjets impactando el metal cercano. Esa implosión ocurre cuando las burbujas alcanzan un área de baja presión que causa que el vapor dentro de ellas se condense. El metal comienza a desgastarse en un proceso conocido como erosión por cavitación, desgaste por cavitación o picado por cavitación.

La cavitación también puede ocurrir cuando el aire queda atrapado dentro del fluido hidráulico (un fenómeno conocido como aireación). A medida que aumenta la presión (p. ej., cuando la varilla se acerca al tapón final en un cilindro hidráulico), las burbujas estallan violentamente. En un cilindro hidráulico, la cavitación ocurre con mayor frecuencia en el lado del tapón del pistón cuando este se extiende rápidamente, y especialmente cuando intenta detener una carga de sobrevelocidad. También ocurre cuando la varilla apunta hacia abajo mientras soporta una carga de tracción pesada en el extremo. Algunos expertos argumentarían que esto no es cavitación verdadera, pero sus efectos son los mismos.

Reconocer la Cavitación

Una de las formas más fáciles de detectar cavitación en un cilindro hidráulico es por el sonido: cuando las burbujas de cavitación implosionan, se pueden escuchar en forma de un intenso sonido de traqueteo. También notará picado en la superficie de las piezas afectadas por la cavitación; en el caso de los cilindros hidráulicos, puede encontrarse en la superficie de la varilla y la superficie interior del cilindro.

Problemas Causados por la Cavitación

La cavitación puede llevar a múltiples problemas dentro de un sistema hidráulico en su conjunto, así como en los cilindros hidráulicos. Estos incluyen desgaste acelerado de superficies críticas, fallo de sellos, generación de calor no deseado, reducción en la calidad del aceite hidráulico y problemas de lubricación.

Desgaste Acelerado de Superficies

Uno de los problemas más serios causados por la cavitación es el desgaste de superficies, a veces conocido como picado. Tenga en cuenta que las burbujas de vapor implosionan a un nivel casi molecular, liberando una tremenda cantidad de fuerza sobre un área increíblemente pequeña. Eso conduce a altas tensiones, lo suficientemente altas como para remover metal de superficies adyacentes a esas burbujas. El resultado es un desgaste altamente acelerado en forma de picado superficial y contaminación generada internamente. Las partículas de metal removidas de la superficie permanecerán dentro del sistema y pueden causar la formación de aún más burbujas de cavitación.

Fallo Prematuro de Sellos

También tenga en cuenta que el acabado superficial puede ser un factor importante en muchas aplicaciones, y especialmente con cilindros hidráulicos. Al seleccionar un sello apropiado para un cilindro hidráulico, el acabado superficial de la varilla es crítico. Si la varilla está experimentando picado debido a la cavitación, causará desgaste prematuro del sello. A medida que el sello comienza a desgastarse, el fluido hidráulico puede fugarse (reduciendo el rendimiento) y contaminantes ambientales como polvo y humedad pueden entrar.

Generación Excesiva de Calor

Las implosiones de burbujas también conducen a altas temperaturas, a veces alcanzando hasta 2.760 °C (5.000 °F). Además, a medida que la superficie se daña, habrá mayor fricción a medida que el fluido fluya sobre ella. Esa fricción resulta no solo en pérdidas del sistema y menor eficiencia, sino también en generación de calor no deseado. Esta es una de las razones por las que el calor excesivo también puede ser un fuerte indicador de cavitación.

Reducción en la Calidad del Fluido

Debido a las altas temperaturas que pueden resultar de la cavitación, el fluido hidráulico es muy probable que sufra degradación (una reducción general en la calidad del fluido). El calor excesivo y las altas temperaturas causarán que el fluido envejezca más rápido de lo normal, afecten seriamente los aditivos presentes y reduzcan la viscosidad del fluido.

Falta de Lubricación

La presencia de burbujas dentro del fluido hidráulico también puede causar falta de lubricación, resultando en contacto metal-metal y desgaste prematuro. Este tipo de desgaste toma una forma diferente al resultante directamente de la implosión y explosión de cavitación: parecerá abrasiones en un patrón consistente con el movimiento de las partes metálicas en lugar de picado.

Prevención de la Cavitación

Uno de los medios para prevenir la cavitación radica en el control de temperatura. Si el fluido hidráulico es demasiado viscoso, las caídas de presión se volverán más problemáticas; este aumento en la viscosidad puede ser el resultado de fluido hidráulico a una temperatura menos que ideal. Además, las altas temperaturas combinadas con bajas presiones también pueden causar cavitación, por lo que se debe tener cuidado para asegurar que el fluido hidráulico esté lo más cerca posible de una temperatura de operación ideal. En algunos casos, esto puede ser tan simple como aislar las tuberías hidráulicas contra la luz solar directa.

Las pérdidas en la tubería pueden contribuir a la cavitación y resultar de problemas como el uso de demasiados racores, un revestimiento de tubería colapsado o tubería de succión, una junta que sobresale en las tuberías, una bomba de reemplazo que tiene demasiada capacidad para el sistema, o la acumulación de sólidos en la superficie interior de las tuberías.

Otra forma de prevenir la cavitación especialmente aplicable a los cilindros hidráulicos es evitar que el aire entre en el sistema hidráulico. Por ejemplo, los sistemas hidráulicos y algunos componentes deben purgarse correctamente después de llenarse (o rellenarse) para liberar el aire atrapado dentro del sistema. Cuando se agrega fluido adicional al sistema, debe introducirse suavemente para evitar salpicaduras y agitación, ambas pueden permitir que el aire se mezcle con el fluido. Además, depósitos hidráulicos mal diseñados pueden fomentar inadvertidamente el atrapamiento de aire dentro del fluido hidráulico.

La presencia de partículas contaminantes dentro del fluido hidráulico puede servir como punto de partida para la formación de burbujas de cavitación, por lo que mantener el fluido hidráulico limpio y el sistema libre de contaminantes puede ser un excelente punto de partida. Esto implica cambiar los filtros hidráulicos según sea necesario, filtrar cualquier fluido hidráulico que entre al sistema y atender las fugas tan pronto como se detecten.

Reparación del Daño Causado por la Cavitación

Cuando las piezas han experimentado daño superficial debido a la cavitación, las reparaciones a menudo son una causa perdida. Para piezas con geometría circular, como varillas y cilindros, el daño por picado a menudo es demasiado profundo para cuando se descubre para que el pulido funcione, porque las varillas y cilindros deben cumplir condiciones superficiales y tolerancias geométricas muy estrictas. A menos que el daño se descubra rápidamente, sería más sabio reemplazar los componentes dañados. Para sellos que han sido dañados como efecto secundario de la cavitación, reemplazar el labio del sello puede ser suficiente.

Conclusión

La cavitación causa tanto daño: desgaste acelerado de superficies en forma de picado, fallo prematuro de sellos, generación de calor no deseado, calidad comprometida del fluido hidráulico y falta de lubricación que conduce a desgaste adicional. La mejor manera de lidiar con la cavitación es tomar medidas para prevenirla porque una vez que causa estragos en las superficies del equipo (incluyendo cilindros hidráulicos), puede ser extremadamente difícil, si no imposible, de reparar. Las medidas preventivas contra la cavitación son el curso de acción más sabio y a menudo pueden incluir principios básicos de mantenimiento (p. ej., purgar aire del sistema, filtrar fluido hidráulico). Tan pronto como los cilindros hidráulicos empiecen a hacer ruidos de traqueteo o se calienten más de lo normal, es hora de hacerlos revisar.

MAC Hydraulics

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