(Link to the English version at the end of the text)
Com o clima mais quente ou frio a caminho, você pode não estar muito preocupado com o aumento da temperatura do óleo, mas o fato é que qualquer sistema hidráulico industrial funcionando acima de 60°C é muito quente. Considere que para cada aumento de 10 graus na temperatura acima de 60°C, a vida do óleo é reduzida pela metade. Os sistemas que operam em altas temperaturas podem produzir verniz, o que resulta na aderência das bobinas das válvulas.
Bombas e motores hidráulicos drenam mais óleo a altas temperaturas, fazendo com que a máquina opere em velocidade mais lenta. Em alguns casos, altas temperaturas do óleo podem desperdiçar energia elétrica, fazendo o motor de acionamento da bomba puxar mais corrente para operar o sistema. O-rings também endurecem a temperaturas mais altas, levando a mais vazamentos no sistema. Então, que verificações e testes você deve executar se a temperatura do óleo for superior a 60° Celsius?
Causas da geração de calor
Todo sistema hidráulico gera uma certa quantidade de calor. Aproximadamente 25% da potência elétrica de entrada será usada para superar as perdas de calor no sistema. Sempre que o óleo for transportado de volta para o reservatório e nenhum trabalho útil for feito, será gerado calor.
As tolerâncias dentro das bombas e válvulas são normalmente de dez milésimos de polegada. Essas tolerâncias permitem que uma pequena quantidade de óleo seja rejeitada continuamente os componentes internos, causando o aumento da temperatura do fluido. Quando o óleo estiver fluindo através das linhas, uma série de resistências será encontrada. Por exemplo, controles de fluxo, válvulas proporcionais e servo válvulas controlam a taxa de fluxo do óleo restringindo o fluxo. Quando o óleo flui através das válvulas, ocorre uma "queda de pressão". Isso significa que haverá uma pressão mais alta na porta de entrada da válvula do que na porta de saída. Sempre que o óleo flui de uma pressão mais alta para uma pressão mais baixa, o calor é gerado e absorvido no óleo.
Quando um sistema é projetado, o reservatório e os trocadores de calor são dimensionados para remover o calor gerado. O reservatório permite que parte do calor se dissipe através das paredes para a atmosfera. Se adequadamente dimensionados, os trocadores de calor devem remover o equilíbrio do calor, permitindo que o sistema opere a aproximadamente 50°C.
Bombas com compensação.
O tipo mais comum de bomba é a bomba do tipo pistão com compensação de pressão. As tolerâncias entre os pistões e o barril são de aproximadamente 0,0004 polegadas. Uma pequena quantidade de óleo na porta de saída da bomba ignora essas tolerâncias e flui para o compartimento da bomba. O óleo é então transportado de volta ao reservatório através da linha de dreno da carcaça. Esse fluxo de drenagem do gabinete não é útil e, portanto, é convertido em calor.
A vazão normal da linha de drenagem da caixa é de 1 a 3% do volume máximo da bomba. Por exemplo, uma bomba de 30 galões por minuto (GPM) deve ter aproximadamente 0,3 a 0,9 GPM de óleo retornando ao tanque pelo dreno da caixa. Um aumento severo dessa vazão fará com que a temperatura do óleo suba consideravelmente.
Para verificar o fluxo, a linha pode ser transportada para um contêiner de tamanho conhecido e cronometrado. A menos que você tenha verificado que a pressão na mangueira está próxima de 0 libra por polegada quadrada (PSI), não segure a linha durante este teste. Em vez disso, prenda-o no contêiner.
Um medidor de vazão também pode ser instalado permanentemente na linha de drenagem da carcaça para monitorar a vazão. Essa verificação visual pode ser feita regularmente para determinar a quantidade de desvio. Quando o fluxo de óleo atinge 10% do volume da bomba, a bomba deve ser trocada.
Uma bomba típica de compensação variável de deslocamento variável é mostrada na Figura 1. Durante a operação normal, quando a pressão do sistema está abaixo da configuração do compensador (1.200 PSI), a barra de swash interna é mantida no ângulo máximo pela mola. Isso permite que os pistões entrem e saiam totalmente, permitindo que a bomba entregue o volume máximo. O fluxo da porta de saída da bomba é bloqueado através do carretel do compensador.
Quando a pressão aumenta para 1.200 PSI (Figura 4), o carretel do compensador muda, direcionando o óleo para o cilindro interno. À medida que o cilindro se estende, o ângulo do prato se move para uma posição quase vertical. A bomba fornecerá apenas óleo suficiente para manter a configuração da mola de 1.200 PSI. O único calor gerado pela bomba nesse momento é o óleo que flui pelos pistões e pela linha de dreno de carcaça.
Para determinar a quantidade de calor que a bomba está gerando ao compensar, a seguinte fórmula pode ser usada: potência (HP) = GPM x PSI x 0,000583. Assumindo que a bomba está ignorando 0,9 GPM e o compensador está definido como 1.200 PSI, a quantidade de geração de calor é: HP = 0,9 x 1.200 x 0.000583 ou 0,6296.
Enquanto o resfriador e o reservatório do sistema puderem remover pelo menos 0,6296 cavalos de potência, a temperatura do óleo não deve aumentar. Se o desvio aumentar para 5 GPM, a carga de calor aumentará para 3,5 cavalos de potência (HP = 5 x 1.200 x 0.000583 ou 3,5). Se o resfriador e o reservatório não forem capazes de remover pelo menos 3,5 cavalos de potência, a temperatura do óleo aumentará.
Valvulas de alívio
Muitas bombas de compensação de pressão utilizam uma válvula de alívio como backup de segurança, caso a bobina do compensador fique na posição fechada. A válvula de alívio deve ser ajustada 250 PSI acima da configuração do compensador de pressão. Se a configuração da válvula de alívio estiver acima da configuração do compensador, nenhum óleo deve fluir através do carretel da válvula de alívio. Portanto, a linha do tanque da válvula deve estar à temperatura ambiente.
Se o compensador permanecer na posição mostrada na Figura 1, a bomba fornecerá o volume máximo o tempo todo. O excesso de óleo não utilizado pelo sistema retornaria ao tanque através da válvula de alívio. Uma quantidade significativa de calor seria gerada se isso ocorresse.
Frequentemente, a pressão no sistema é ajustada aleatoriamente na tentativa de melhorar a máquina. Se o botão giratório local definir a pressão do compensador acima da configuração da válvula de alívio, o excesso de óleo retornará ao tanque através do alívio, fazendo com que a temperatura do óleo suba 30 ou 40 graus. Se o compensador não mudar ou estiver acima da configuração da válvula de alívio, uma quantidade enorme de calor será gerada.
Supondo que a vazão máxima da bomba seja 30 GPM e a válvula de alívio esteja configurada em 1.450 PSI, a geração de calor pode ser determinada. Se um motor elétrico de 30 cavalos de potência for usado para acionar este sistema (HP = 30 x 1.450 x 0.000583 ou 25), então 25 cavalos de potência serão convertidos em calor quando estiverem no modo ocioso. Como 746 watts equivale a 1 cavalo-vapor, 18.650 watts (746 x 25) ou 18,65 quilowatts de energia elétrica serão desperdiçados.
Outras válvulas usadas no sistema, como as válvulas de descarga do acumulador e as válvulas de purga de ar, também podem falhar na abertura e permitir que o óleo passe pelo reservatório a alta pressão. As linhas do tanque dessas válvulas devem estar à temperatura ambiente. O desvio das vedações do pistão do cilindro é outra causa comum de calor.
Remoção de Calor
O trocador de calor ou o refrigerador deve ser mantido para garantir que o excesso de calor seja removido. Se for usado um trocador de calor do tipo ar, as aletas do resfriador devem ser limpas regularmente. Pode ser necessário um desengordurante para limpar as aletas. O interruptor de temperatura que liga o ventilador do resfriador deve ser ajustado em 45°C. Se for usado um resfriador de água, uma válvula moduladora de água deve ser instalada na linha de água para regular o fluxo através dos tubos do resfriador para 25% do fluxo de óleo .
O reservatório deve ser limpo pelo menos uma vez por ano. Caso contrário, o lodo e outros contaminantes não só podem revestir o fundo do reservatório, mas também os lados. Isso permitiria que o reservatório funcionasse como uma incubadora em vez de dissipar o calor para a atmosfera.
Houve um caso, em uma fábrica, onde a temperatura do óleo em um empilhador era de 350 graus. Foi descoberto que as pressões estavam desajustadas, a válvula de descarga manual do acumulador estava parcialmente aberta e o óleo era transportado continuamente através de um controle de fluxo que acionava um motor hidráulico. O motor acionou correntes de saída que operavam apenas de cinco a 10 vezes durante um turno de oito horas.
O compensador da bomba e a válvula de alívio foram ajustadas corretamente, a válvula manual foi fechada e o eletricista desenergizou a válvula direcional do motor, bloqueando o fluxo através do controle de fluxo. Quando a unidade foi verificada 24 horas depois, a temperatura do óleo caiu para 55°C. Obviamente, o óleo craqueou e o sistema precisou ser lavado para remover lodo e verniz. Também foi necessário adicionar novo óleo à unidade.
Todos esses problemas foram induzidos pelo homem. O botão giratório local havia colocado o compensador acima da válvula de alívio, permitindo que o volume da bomba retornasse ao tanque em alta pressão quando nada no empilhador estava operando.
Alguém também não conseguiu fechar completamente a válvula manual, permitindo que o óleo retornasse ao tanque a alta pressão. Além disso, o sistema havia sido programado incorretamente para permitir que as correntes funcionassem continuamente quando deveriam ser acionadas apenas se uma carga fosse removida do empilhador.
Na próxima vez que ocorrer um problema de calor em um de seus sistemas, procure óleo que esteja fluindo de uma pressão mais alta para uma pressão mais baixa no sistema. É aí que você provavelmente encontrará seu problema.
Controlling Hydraulic Oil Temperatures
Al Smiley, GPM Hydraulic Consulting
Soluções Manx Hyd Real Time, componentes Argo-Hytos para controle de temperatura e contaminantes:
A Manx oferece soluções para monitoramento em tempo real de temperatura, contaminação e umidade de óleo hidráulico e lubrificantes. Nossos sistemas de Manutenção Preditiva On-line são eficazes para acompanhar o desempenho de bombas, motores, redutoras, além de alertar anomalias e falhas catastróficas.
