É normal que se verifique um certo aumento da temperatura quando um sistema hidráulico está em funcionamento.
As bombas hidráulicas, as válvulas de controlo, os tubos, as mangueiras e os atuadores geram atrito, fugas internas e perdas de pressão durante a transmissão da pressão e do caudal. Parte da potência fornecida pelo motor elétrico ou pelo motor é, por conseguinte, convertida em calor.
A verdadeira preocupação é saber se o sistema gera mais calor do que o reservatório, a tubagem e o refrigerador conseguem dissipar.
Quando a geração de calor se mantém superior à dissipação de calor, a temperatura do óleo hidráulico continua a aumentar. A máquina pode então apresentar alarmes de temperatura elevada, movimentos mais lentos, eficiência reduzida, pressão instável, envelhecimento acelerado do óleo ou desligamento automático.
A maioria dos problemas de sobreaquecimento dos sistemas hidráulicos pode ser dividida em três categorias:
- Geração excessiva de calor no interior do sistema
- Dissipação de calor insuficiente
- Escolha incorreta do óleo hidráulico ou mau estado do óleo
Compreender qual é a categoria responsável é o primeiro passo para uma solução eficaz.
A válvula de alívio funciona de forma contínua
Uma válvula de alívio é uma das fontes de calor mais comuns num sistema hidráulico.
Quando a pressão do sistema atinge o valor de regulação da válvula de alívio, o caudal excedente da bomba passa do lado de alta pressão de volta para o reservatório. A grande queda de pressão na válvula converte a energia hidráulica em calor.
Em condições normais, a válvula de alívio deve, principalmente, proteger o sistema contra pressão excessiva. Não deve controlar nem descarregar continuamente o caudal total da bomba.
Pode ocorrer um fluxo contínuo de alívio quando:
- O cilindro chega ao fim do seu curso, enquanto a bomba continua a fornecer óleo
- A carga excede a capacidade do sistema
- A pressão de alívio está definida num valor demasiado baixo
- O corrediço da válvula está sujo, gasto ou não consegue fechar completamente
- Um sistema de bomba de cilindrada fixa não possui um circuito de descarga efetivo
- O operador mantém a válvula de controlo numa posição de funcionamento durante demasiado tempo
Se a válvula de alívio e a conduta de retorno próxima estiverem significativamente mais quentes do que o resto do sistema, deve investigar-se a possibilidade de um fluxo de alívio contínuo.
A limitação excessiva gera calor
Os sistemas hidráulicos controlam frequentemente a velocidade dos atuadores através de válvulas de regulação, válvulas de controlo de caudal, válvulas proporcionais ou pequenos orifícios de controlo.
Sempre que o óleo passa por uma abertura restrita, verifica-se uma perda de pressão. Se o caudal for elevado, a abertura da válvula for pequena ou a diferença de pressão for grande, uma quantidade significativa de energia hidráulica é convertida em calor.
Por exemplo, se a bomba fornecer um caudal muito superior ao necessário para o atuador, o caudal em excesso terá de passar por uma válvula reguladora ou por uma válvula de alívio. A velocidade do atuador pode ser controlada, mas a eficiência global do sistema fica comprometida.
Entre as causas mais comuns contam-se:
- Uma bomba hidráulica de grandes dimensões
- Uma válvula de controlo de caudal ajustada para uma posição demasiado fechada
- Uma válvula proporcional que controla um grande caudal através de uma abertura pequena
- Várias restrições de válvulas a atuar em série
- Ausência de uma bomba de cilindrada variável ou de um sistema de controlo sensível à carga
Se um bloco de válvulas estiver significativamente mais quente do que os componentes circundantes, poderá conter um ponto de estrangulamento contínuo.
Fugas internas em bombas e válvulas
As bombas hidráulicas e as válvulas de controlo apresentam folgas internas controladas.
À medida que os componentes se desgastam, ou à medida que o óleo hidráulico se torna mais fluido a altas temperaturas, pode ocorrer um maior fuga interna de óleo das zonas de alta pressão para as zonas de baixa pressão.
A bomba pode continuar a consumir potência do motor enquanto produz um caudal de saída menos eficaz. A energia perdida é convertida em calor no interior da bomba ou da válvula.
Os sintomas típicos incluem:
- Funcionamento normal quando está frio, mas movimento mais lento quando está quente
- Temperatura anormalmente elevada da carcaça da bomba ou do bloco de válvulas
- Fraco desempenho na manutenção da pressão
- Movimento fraco do atuador, apesar do funcionamento contínuo da bomba
- Caudal real da bomba inferior ao caudal previsto
Se o caudal da bomba diminuir significativamente após o aquecimento do sistema, deve verificar-se a eficiência da bomba e se há fugas nas válvulas.
Queda de pressão excessiva na tubagem e contrapressão no retorno
O óleo hidráulico encontra resistência à medida que passa por tubos, mangueiras, conexões, filtros, acoplamentos rápidos, válvulas e radiadores.
Se uma conduta for demasiado pequena, demasiado longa, estiver muito curvada ou parcialmente obstruída, a bomba tem de gerar pressão adicional para manter o caudal necessário. Esta perda de pressão adicional transforma-se em calor.
As áreas problemáticas podem incluir:
- Tubagens de pressão ou de retorno com dimensões insuficientes
- Mangueiras compridas ou com curvas acentuadas
- Acoplamentos rápidos com capacidade de caudal insuficiente
- Filtros entupidos ou sobrecarregados
- Refrigeradores com resistência ao fluxo excessiva
- Mangueiras achatadas ou com danos internos
- Acessórios ou adaptadores restritivos
Uma contrapressão elevada na linha de retorno também pode aumentar a resistência do atuador e afetar o funcionamento de motores hidráulicos, válvulas e cilindros.
A pressão de retorno e a pressão diferencial do filtro devem ser medidas com o caudal real de funcionamento da máquina.
Alta frequência de ciclo ou funcionamento contínuo a alta pressão
Quanto mais frequentemente um sistema hidráulico funciona, mais energia hidráulica transfere por unidade de tempo.
As seguintes condições de funcionamento podem provocar um aumento contínuo da temperatura do óleo:
- Extensão e retração frequentes do cilindro
- Vários atuadores a funcionar em simultâneo
- Longos períodos de manutenção da pressão
- Funcionamento contínuo da máquina
- Acelerações e desacelerações frequentes
- Frequência de ciclo superior ao requisito de conceção original
- Aumento da velocidade do atuador sem necessidade de atualizar o sistema de arrefecimento
Alguns sistemas hidráulicos mantêm-se frios durante um teste de curta duração, mas sobreaquecem após um funcionamento contínuo.
Isto significa, normalmente, que o sistema consegue satisfazer os requisitos instantâneos de pressão e caudal, mas que o seu equilíbrio térmico a longo prazo é insuficiente.
A dimensão ou a conceção do reservatório é inadequada
Um reservatório hidráulico não se limita a armazenar óleo. Também ajuda a dissipar o calor, a separar o ar, a sedimentar os contaminantes e a proporcionar condições estáveis de sucção da bomba.
Se o reservatório for demasiado pequeno, o óleo circula demasiado depressa e não permanece no seu interior durante tempo suficiente para libertar calor ou o ar que transporta.
Uma conceção interna inadequada pode também permitir que o óleo de retorno quente flua diretamente para a zona de sucção da bomba.
Os problemas mais comuns nos reservatórios incluem:
- Volume efetivo de óleo insuficiente
- As aberturas de retorno e de sucção estão posicionadas demasiado próximas umas das outras
- Defletores internos mal concebidos
- Nível baixo de óleo
- Instalação junto a um motor ou a uma fonte de calor externa
- Pó ou óleo a cobrir a superfície do reservatório
A simples adição de mais óleo pode não resolver o problema. Deve-se verificar também o percurso do fluxo de retorno, a configuração da sucção, a separação de ar e a ventilação do reservatório.
A capacidade de refrigeração é insuficiente
Quando a dissipação natural de calor do reservatório e da tubagem não é suficiente, o sistema necessita de um permutador de calor arrefecido a ar ou a água.
No verão, a diferença de temperatura entre o óleo e o ar circundante diminui, o que reduz o desempenho do radiador de ar.
A eficiência de refrigeração também pode diminuir devido a:
- Um radiador de óleo com capacidade insuficiente
- Pó ou óleo a obstruir as aletas de arrefecimento
- Rotação incorreta da ventoinha
- Fluxo de ar insuficiente
- Avaria no motor do ventilador ou no interruptor de temperatura
- Ventilação insuficiente à volta do refrigerador
- Ar quente de descarga que regressa à entrada do refrigerador
- Incrustações no interior de um permutador de calor arrefecido a água
- Temperatura elevada da água de refrigeração ou caudal insuficiente de água
Um refrigerador só consegue remover o calor que já foi gerado.
Se o sistema apresentar um fluxo de alívio contínuo, fugas internas graves ou estrangulamento excessivo, a instalação de um refrigerador de maior capacidade poderá reduzir a temperatura, mas não resolverá o problema de eficiência subjacente.
O óleo hidráulico não é o adequado ou está degradado
Tanto uma viscosidade do óleo excessivamente elevada como uma viscosidade excessivamente baixa podem contribuir para o sobreaquecimento.
O óleo demasiado espesso cria resistência adicional nas linhas de sucção, nos filtros, nas válvulas e nos tubos de retorno. O óleo demasiado fluido aumenta as fugas internas nas bombas, nas válvulas, nos motores e nos cilindros.
Os problemas mais comuns relacionados com o óleo incluem:
- Grau de viscosidade incorreto para a temperatura ambiente
- Mistura de diferentes tipos ou classes de óleo hidráulico
- Óleo oxidado ou envelhecido
- Contaminação por água, combustível ou produtos químicos
- Um índice de viscosidade inadequado para grandes variações de temperatura
- Filtragem inadequada ou contaminação excessiva por partículas
O óleo hidráulico deve ser selecionado de acordo com o tipo de bomba, a temperatura de funcionamento prevista, as condições ambientais, a pressão de trabalho e as recomendações do fabricante do equipamento.
A troca de óleo não deve ser feita apenas de acordo com a estação do ano, sem ter em conta os requisitos globais do sistema.
As fontes de calor externas afetam o sistema
Uma temperatura ambiente elevada reduz a capacidade do reservatório e do radiador de dissiparem calor.
A temperatura real em torno do sistema hidráulico pode ser muito superior à temperatura exterior quando o equipamento estiver instalado no interior de um compartimento fechado ou junto a uma fonte de calor.
Entre as fontes de calor externas mais comuns contam-se:
- Motores e tubos de escape
- Fornos e equipamento de aquecimento
- Materiais ou processos de produção a altas temperaturas
- Luz solar direta
- Ar quente retido no interior de máquinas fechadas
- Ar quente expelido do refrigerador
As possíveis soluções incluem melhorar a ventilação, instalar proteções térmicas, reposicionar componentes, adicionar isolamento ou redesenhar o percurso do fluxo de ar.
Como identificar a principal fonte de calor
Uma investigação prática sobre o sobreaquecimento deve comparar a temperatura, a pressão, o caudal e o desempenho da máquina.
Temperatura
Meça as temperaturas do reservatório, da carcaça da bomba, do bloco de válvulas, da conduta de pressão, da conduta de retorno e das entradas e saídas do radiador. Um ponto quente local indica frequentemente uma fuga interna, um estrangulamento ou uma perda de pressão excessiva.
Pressão
Verifique a pressão de saída da bomba, a pressão real da carga, a pressão na linha de retorno e a pressão diferencial do filtro. Isto pode revelar um fluxo de alívio contínuo, um estrangulamento excessivo, uma contrapressão elevada ou um bloqueio.
Fluxo
Meça o caudal real da bomba e compare os caudais a frio e a quente. Uma redução significativa após o aquecimento pode indicar desgaste da bomba ou fuga nas válvulas.
Desempenho
Compare a velocidade do atuador, o tempo de ciclo, a capacidade de manutenção da pressão, o ruído e a corrente do motor antes e depois do óleo aquecer.
Se a pressão da bomba for muito superior à pressão exigida pela carga, verifique se existem perdas devido a restrições, contrapressão e válvulas de alívio.
Se o caudal, a velocidade ou o desempenho de retenção diminuírem após o aquecimento, verifique a viscosidade do óleo, a eficiência da bomba e a existência de fugas internas nas válvulas e nos atuadores.
Conclusão
O sobreaquecimento do sistema hidráulico raramente é causado por um único componente.
Um fluxo de alívio contínuo, um estrangulamento excessivo, fugas na bomba e nas válvulas, tubagem restritiva, contrapressão elevada no retorno, capacidade insuficiente do reservatório, fraco desempenho de arrefecimento e óleo hidráulico degradado podem, todos eles, gerar ou reter calor excessivo.
As temperaturas de verão reduzem ainda mais a dissipação de calor, tornando mais provável que os sistemas que já funcionam perto dos seus limites de conceção entrem em sobreaquecimento.
A solução correta não consiste simplesmente em monitorizar a temperatura do reservatório ou instalar um refrigerador maior.
Uma resolução eficaz de problemas deve, em primeiro lugar, identificar onde é gerado o calor, determinar por que razão este não pode ser dissipado e comparar a pressão, o caudal e o desempenho do atuador em condições de funcionamento a frio e a quente.
Assim que a principal fonte de calor for identificada, a bomba, as válvulas, a tubagem, o reservatório, o óleo hidráulico e o sistema de arrefecimento podem ser otimizados para reduzir a temperatura de funcionamento e melhorar a fiabilidade a longo prazo.
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Para efeitos de avaliação técnica, os clientes podem fornecer o esquema hidráulico, a pressão de funcionamento, o caudal da bomba, a potência do motor, a capacidade do reservatório, o ciclo de funcionamento, a temperatura ambiente, a temperatura normal do óleo, a temperatura máxima do óleo e uma descrição dos sintomas de sobreaquecimento.
