Algumas máquinas hidráulicas funcionam normalmente logo após o arranque. A pressão, a velocidade e o ruído podem parecer aceitáveis. No entanto, após 30 minutos, uma hora ou mais, a temperatura do óleo pode continuar a subir. A máquina pode então passar a funcionar mais lentamente, perder eficiência, ativar um alarme de temperatura elevada ou desligar-se automaticamente.
Isto nem sempre significa que um componente tenha avariado repentinamente. Em muitos casos, o sistema está a gerar calor a um ritmo superior à capacidade do reservatório, da tubagem e do radiador para o dissipar.
A temperatura de funcionamento final depende de dois fatores:
- Calor gerado por unidade de tempo
- Calor dissipado por unidade de tempo
Quando a geração de calor se mantém superior à dissipação de calor, a temperatura continua a subir até o sistema atingir um novo equilíbrio térmico. Se essa temperatura de equilíbrio estiver acima do intervalo aceitável, o sistema sobreaquece.
O calor vai-se acumulando gradualmente
Um sistema hidráulico não atinge a sua temperatura máxima imediatamente após o arranque. O óleo, o depósito, a bomba, o bloco de válvulas, as tubagens e os atuadores absorvem parte do calor durante a fase inicial de funcionamento.
Ao mesmo tempo, o depósito, os tubos, as mangueiras e o radiador transferem calor para o ar circundante ou para a água de arrefecimento. É por isso que uma máquina pode funcionar normalmente durante um teste de curta duração.
À medida que a operação prossegue:
- O óleo continua a absorver calor
- As bombas e as válvulas ficam mais quentes
- A temperatura média do reservatório aumenta
- A caixa da máquina fica mais quente
- O refrigerador aproxima-se do seu limite de dissipação de calor
Se o calor for gerado mais rapidamente do que consegue ser dissipado, a temperatura continua a aumentar. Um sistema pode, por isso, passar em vários testes sem carga, mas sobreaquecer após uma hora de produção.
A frequência do ciclo é demasiado elevada
Cada movimento hidráulico gera perda de pressão, atrito e fugas internas. Estas perdas são convertidas em calor.
Quando a máquina realiza mais ciclos por minuto, a bomba, as válvulas, a tubagem, os cilindros e os motores hidráulicos geram mais calor no mesmo período.
São frequentes as cargas térmicas elevadas quando:
- Os cilindros estendem-se e retraem-se com frequência
- Os motores hidráulicos arrancam e param repetidamente
- Vários atuadores funcionam em conjunto
- A máquina muda frequentemente de velocidade ou de direção
- Há pouco tempo de inatividade entre os ciclos
- A velocidade de produção excede as condições previstas no projeto original
Por exemplo, aumentar a frequência de uma máquina de três para cinco ciclos por minuto eleva a carga térmica, mesmo que a pressão de trabalho permaneça inalterada. Se a bomba, o reservatório e o radiador não forem melhorados, a temperatura do óleo poderá aumentar rapidamente durante o funcionamento contínuo.
A bomba funciona sem realizar trabalho útil
Muitos sistemas utilizam bombas de cilindrada fixa. Enquanto o motor estiver a funcionar, a bomba continua a fornecer caudal.
A máquina pode não necessitar de caudal total durante os períodos de espera, nos movimentos a baixa velocidade ou nas paragens dos atuadores. O óleo em excesso pode regressar ao reservatório através de uma válvula de alívio, de uma válvula de descarga, da passagem central de uma válvula direcional, de uma válvula de controlo de caudal ou de um circuito de derivação.
Se o sistema não descarregar corretamente, ou se a pressão de descarga for demasiado elevada, a bomba continua a consumir energia sem produzir um rendimento útil. Grande parte dessa energia transforma-se em calor.
Este problema é comum em máquinas com cursos de trabalho curtos e longos períodos de espera. O sistema pode estar frio no arranque, mas aquecer-se porque a bomba passa a maior parte do tempo a funcionar sob pressão desnecessária ou em condições de restrição de caudal.
Os longos períodos de pressão mantida geram calor
As prensas hidráulicas, os dispositivos de fixação, as plataformas elevatórias e os cilindros que suportam cargas estáticas podem ter de manter a pressão durante longos períodos.
Se a bomba continuar a fornecer óleo para manter a pressão, terá de compensar as fugas internas nas válvulas, nas tubagens e nos atuadores. As fugas podem ser pequenas, mas, ao longo de várias horas, a perda de energia pode gerar um calor considerável.
O problema agrava-se quando:
- A bomba permanece em modo de espera de alta pressão
- Um pequeno caudal passa continuamente pela válvula de alívio
- O acumulador não está instalado ou tem dimensões insuficientes
- As válvulas de retenção, de contrapeso ou de retenção de carga apresentam fugas internas
- A vedação do pistão do cilindro apresenta fugas
- Uma válvula proporcional corrige continuamente a posição
Entre as soluções mais eficientes podem incluir-se um acumulador, o funcionamento da bomba controlado por um pressostato, uma bomba de cilindrada variável com modo de espera de baixo caudal ou um circuito de manutenção de carga otimizado.
O óleo quente aumenta as fugas internas
À medida que a temperatura do óleo aumenta, a viscosidade diminui normalmente. Um óleo mais fluido passa mais facilmente pelas folgas internas das bombas, válvulas, motores e cilindros.
Isto pode criar um ciclo que se autoalimenta:
A temperatura do óleo aumenta → a viscosidade diminui → as fugas internas aumentam → a eficiência diminui → mais energia transforma-se em calor → a temperatura aumenta ainda mais
O óleo frio pode ocultar temporariamente o desgaste numa bomba ou válvula. Assim que o sistema aquece, as fugas tornam-se mais evidentes.
Os sintomas típicos incluem:
- Movimento mais lento do atuador
- Tempo de acumulação de pressão mais longo
- Menor capacidade de manutenção da pressão
- Funcionamento contínuo da bomba ou do motor
- Uma caixa de bomba ou um bloco de válvulas quente
- Reduzir o caudal da bomba quando o óleo estiver quente
Quando o desempenho e a temperatura se deterioram em simultâneo, deve proceder-se à comparação do caudal da bomba e das fugas, tanto em condições de funcionamento a frio como a quente.
O refrigerador atinge o seu limite de capacidade
Um refrigerador hidráulico não consegue remover calor de forma ilimitada. O seu desempenho depende da temperatura do óleo, da temperatura ambiente, do fluxo de ar, da temperatura da água de refrigeração, do estado de limpeza e das condições de instalação.
A refrigeração pode tornar-se insuficiente quando:
- O refrigerador tem uma capacidade insuficiente
- O tempo de funcionamento contínuo excede a condição de projeto
- A temperatura ambiente está mais elevada do que o esperado
- A velocidade do ciclo, a pressão ou o caudal aumentaram
- As aletas de arrefecimento estão obstruídas
- O fluxo de ar do ventilador é insuficiente
- O ar quente de descarga é recirculado
- O caudal da água de arrefecimento é demasiado baixo
- A temperatura da água de refrigeração aumenta
- A perda de pressão no lado do óleo é excessiva
Um teste breve não permite confirmar se um sistema de refrigeração tem as dimensões adequadas. O desempenho de refrigeração deve ser avaliado depois de a máquina atingir o equilíbrio térmico no âmbito do seu ciclo de funcionamento real.
O reservatório é demasiado pequeno
O reservatório ajuda a dissipar o calor, a libertar o ar retido e a permitir que os contaminantes se depositem.
Se o seu volume efetivo for demasiado pequeno, o óleo de retorno quente poderá ser aspirado de volta para a bomba antes de ter tempo suficiente para arrefecer ou libertar o ar.
Os resultados possíveis incluem:
- Tempo de permanência do óleo curto
- Aumento médio mais rápido da temperatura
- Separação de ar deficiente
- Óleo de retorno quente que entra na zona de sucção
- Capacidade térmica reduzida do sistema
- Maior carga no refrigerador
Um nível baixo de óleo cria um problema semelhante, uma vez que há menos óleo disponível para absorver e libertar calor.
Um reservatório que era adequado para a máquina original pode tornar-se demasiado pequeno após o aumento do caudal da bomba, da frequência do ciclo ou do tempo de funcionamento contínuo.
As válvulas e as tubagens provocam uma perda de pressão contínua
O óleo perde pressão sempre que passa por válvulas, tubos, filtros, acessórios, acoplamentos rápidos e radiadores. Essa perda de pressão é convertida em calor.
Os locais em que se verificam frequentemente perdas elevadas incluem:
- Válvulas de controlo de caudal parcialmente fechadas
- Válvulas proporcionais utilizadas de forma contínua para o controlo da velocidade
- Válvulas direcionais de dimensões reduzidas
- Pequenas linhas de retorno
- Acoplamentos rápidos restritivos
- Filtros entupidos
- Curvas excessivas nos tubos
- Refrigeradores de alta resistência
Se um bloco de válvulas, um corpo de filtro, um encaixe ou um troço de tubagem estiver significativamente mais quente do que os componentes adjacentes, isso pode indicar uma queda de pressão contínua nesse local.
O ambiente circundante fica mais quente
O ar em torno do sistema hidráulico também pode aquecer durante o funcionamento contínuo. Os motores, os componentes hidráulicos e os equipamentos nas proximidades libertam calor para o mesmo espaço.
Entre os problemas mais comuns contam-se:
- Unidades de potência hidráulica instaladas no interior de armários fechados
- Ventilação insuficiente à volta do reservatório e do radiador
- O ar de escape mais frio está a ser aspirado de volta para o ventilador
- Depósitos instalados junto a motores ou tubos de escape
- Equipamento exposto à luz solar direta
- Fornos ou materiais quentes situados nas proximidades
Nestas condições, o refrigerador pode estar a funcionar corretamente, mas mesmo assim ser incapaz de dissipar calor suficiente, uma vez que o ar circundante já está demasiado quente.
Como diagnosticar um problema de equilíbrio térmico hidráulico
Uma única leitura da temperatura do óleo não é suficiente. O sistema deve ser monitorizado em condições reais de produção.
Registe os seguintes dados a intervalos fixos:
- Temperatura ambiente ou temperatura no interior do invólucro da máquina
- Temperatura do óleo no reservatório
- Temperaturas na saída da bomba e na linha de retorno
- Temperaturas de entrada e saída do refrigerador
- Pressões de funcionamento, de espera e de manutenção da pressão
- Caudal da bomba em condições de temperatura baixa e elevada
- Tempo total do ciclo da máquina
- Tempo que decorre até ao aparecimento de alarmes ou de uma perda de desempenho
Se a temperatura do óleo aumentar e, em seguida, se estabilizar dentro do intervalo de funcionamento aceitável, é provável que o sistema tenha atingido um equilíbrio térmico normal.
Se a temperatura continuar a subir sem um ponto de estabilização claro, a geração de calor continua a ser superior à dissipação de calor. A inspeção deve centrar-se na frequência do ciclo, no caudal de alívio contínuo, na pressão em modo de espera, nas fugas nas bombas e válvulas, no volume do reservatório, nas perdas de pressão, na capacidade do refrigerador e na ventilação.
Conclusão
Quando a temperatura do óleo hidráulico continua a subir durante o funcionamento contínuo, a causa principal é, normalmente, o calor acumulado e não a avaria de um único componente.
A utilização frequente do sistema, o funcionamento contínuo da bomba, longos períodos de manutenção da pressão, fugas internas, perdas por estrangulamento, um reservatório pequeno e um arrefecimento insuficiente podem, todos eles, aumentar a geração de calor. O aumento da temperatura reduz, por sua vez, a viscosidade do óleo e aumenta as fugas internas, criando um ciclo de menor eficiência e um aumento ainda maior da temperatura.
O diagnóstico deve, por isso, ser realizado durante o ciclo de funcionamento real, e não apenas durante o arranque. Ao registar a temperatura, a pressão, o caudal e a duração do ciclo, os operadores podem determinar se o sistema atinge um equilíbrio térmico seguro.
Reduzir as perdas de energia desnecessárias e melhorar a capacidade do reservatório, o desempenho do radiador e a ventilação do equipamento são as formas mais eficazes de manter um sistema hidráulico estável durante longos períodos de funcionamento contínuo.
