Cavitación del cilindro hidráulico

La cavitación del cilindro hidráulico es una pesadilla para cualquier sistema hidráulico, lo que lleva a una serie de problemas dañinos en cascada que eventualmente destruirán componentes críticos (y costosos) dentro de su sistema hidráulico. Si bien la mayoría de las personas asocian 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 provoca son buenos puntos de partida. Sin embargo, el enfoque más inteligente para tratar los problemas de cavitación es tomar medidas preventivas.

Definición de cavitación

La explicación más simple de la 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 utiliza para la actuación lineal que puede mover miles de libras con solo presionar un botón. Obviamente, hay presiones muy altas involucradas.

Las burbujas llenas de gases disueltos o vapor comienzan a formarse y crecer cuando la presión es cercana a la del vapor saturado para la temperatura del fluido (por ejemplo, hay una ebullición localizada del fluido). Para un cilindro, todo lo que el fluido debe 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, daños graves en la superficie y un impacto negativo en la eficiencia y la productividad. Esencialmente, las burbujas generan un poderoso choque mecánico que resulta en microchorros que impactan en el metal cercano. Esa implosión ocurre cuando las burbujas alcanzan un área de baja presión que hace 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 picaduras 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 (por ejemplo, cuando la varilla se cierra sobre la tapa del extremo en un cilindro hidráulico), las burbujas estallan violentamente. En un cilindro hidráulico, la cavitación ocurre con mayor frecuencia en el lado de la tapa del pistón cuando se extiende rápidamente y, especialmente, cuando intenta detener una carga de sobremarcha. También ocurre cuando la varilla apunta hacia abajo mientras soporta una gran carga de tracción en el extremo. Algunos expertos argumentarían que esto no es una verdadera cavitación, pero sus efectos son los mismos.

Reconocimiento de la cavitación

Una de las formas más sencillas de detectar la cavitación en un cilindro hidráulico es mediante el sonido:cuando las burbujas de cavitación implosionan, puede escucharlas en forma de un intenso traqueteo. También notará picaduras en la superficie de las partes afectadas por la cavitación; en el caso de cilindros hidráulicos, se puede encontrar en la superficie del vástago y en la superficie interior del cilindro.

Problemas Causados ​​por Cavitación

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

Desgaste superficial acelerado

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

Falla prematura del sello

Además, tenga en cuenta que el acabado de la superficie puede ser un factor importante en muchas aplicaciones, y especialmente con cilindros hidráulicos. Al seleccionar un sello apropiado para un cilindro hidráulico, el acabado de la superficie de la varilla es fundamental. Si la varilla experimenta picaduras debido a la cavitación, provocará un desgaste prematuro del sello. A medida que el sello comienza a desgastarse, el fluido hidráulico puede filtrarse (reduciendo el rendimiento) y los contaminantes ambientales, como el polvo y la humedad, pueden ingresar.

Generación excesiva de calor

Las implosiones de burbujas también provocan altas temperaturas, que a veces alcanzan los 5000 °F. Además, a medida que se daña la superficie, aumentará la fricción a medida que fluya el fluido. Esa fricción da como resultado no solo pérdidas del sistema y una menor eficiencia, sino también una generación de calor no deseada. Esta es una de las razones por las que el calor excesivo también puede ser un fuerte indicador de cavitación.

Reducción de la calidad del fluido

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

Falta de Lubricación

La presencia de burbujas dentro del fluido hidráulico también puede provocar una falta de lubricación, lo que provoca un contacto metal con metal y un desgaste prematuro. Este tipo de desgaste adopta una forma diferente a la que resulta directamente de la implosión y explosión por cavitación:se verá como abrasiones en un patrón consistente con el movimiento de las partes metálicas en lugar de picaduras.

Prevención de la cavitación

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

Las pérdidas en las tuberías pueden contribuir a la cavitación y pueden deberse a problemas como el uso de demasiados accesorios, un revestimiento de tubería colapsado o una 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 que es especialmente aplicable a los cilindros hidráulicos es evitar que entre aire en el sistema hidráulico. Por ejemplo, los sistemas hidráulicos y algunos componentes deben purgarse correctamente después de llenarlos (o volver a llenarlos) para liberar el aire atrapado dentro del sistema. Cuando se agrega fluido adicional al sistema, debe introducirse suavemente para evitar salpicaduras y agitación, los cuales pueden permitir que entre aire con el fluido. Además, los depósitos hidráulicos mal diseñados pueden inadvertidamente fomentar 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 ingrese al sistema y abordar las fugas tan pronto como se detecten.

Reparación del daño causado por la cavitación

Cuando las piezas han sufrido daños en la superficie debido a la cavitación, las reparaciones suelen ser una causa perdida. Para piezas con una geometría circular, como varillas y cilindros, el daño por picaduras suele ser demasiado profundo en el momento en que se descubre para que funcione el pulido porque las varillas y los cilindros deben cumplir con condiciones superficiales y tolerancias geométricas muy estrictas. A menos que el daño se haya descubierto rápidamente, sería más inteligente reemplazar los componentes dañados. Para los sellos que se han dañado como efecto secundario de la cavitación, reemplazar el labio del sello puede ser suficiente.

Conclusión

La cavitación causa mucho daño:desgaste acelerado de la superficie en forma de picaduras, falla prematura del sello, generación de calor no deseado, calidad del fluido hidráulico comprometida y falta de lubricación que conduce a un desgaste adicional. La mejor manera de lidiar con la cavitación es tomar medidas para prevenirla porque una vez que causa estragos en las superficies de los equipos (incluidos los cilindros hidráulicos), puede ser extremadamente difícil, si no imposible, de reparar. Las medidas preventivas contra la cavitación son el curso de acción más inteligente y, a menudo, pueden incluir principios básicos de mantenimiento (p. ej., purgar el aire del sistema, filtrar el fluido hidráulico). Tan pronto como los cilindros hidráulicos comiencen a hacer ruidos o se calienten más de lo normal, es hora de que los revisen.

Hidráulica MAC

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