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Una bomba hidráulica en una máquina de construcción dio solo 480 horas de servicio antes de que el técnico notara el distintivo ruido parecido a la grava proveniente del lado de succión. Cuando se abrió la unidad, el área de entrada y el cartucho de la bomba mostraban hoyos profundos y superficies rugosas. Eso fue cavitación, no una pieza defectuosa. La cavitación es la principal causa de fallas prematuras de las bombas en los sistemas hidráulicos y casi siempre se puede evitar si se comprenden las condiciones que la desencadenan.
La cavitación ocurre cuando la presión del fluido en la entrada de la bomba cae por debajo de la presión de vapor del aceite, formando burbujas de vapor que colapsan violentamente cuando son empujadas hacia la zona de alta presión dentro de la bomba. El colapso genera ondas de choque localizadas que erosionan el metal, provocan vibraciones y, finalmente, provocan la destrucción de la bomba. Para maquinaria de construcción operadores, esto significa tiempos de inactividad no planificados y reparaciones costosas. Un cartucho de bomba de repuesto por sí solo puede costar cientos de dólares, y el tiempo de inactividad de una excavadora o prensa hidráulica puede ser aún más costoso.
Contenido
Qué es la cavitación y por qué destruye las bombas
La cavitación es un proceso físico que ocurre en cualquier bomba de líquido. Todo fluido hidráulico tiene una presión de vapor que aumenta con la temperatura. Cuando la presión en el lado de succión de la bomba cae por debajo de esa presión de vapor, el fluido comienza a hervir a temperatura ambiente, formando burbujas microscópicas. A medida que esas burbujas viajan hacia la región de alta presión de la bomba, el fluido circundante las colapsa. Estas implosiones actúan como martillos microscópicos contra las superficies metálicas, generando ondas de choque con presiones locales que pueden superar los 1.000 bar.
El margen entre el NPSH disponible y el requerido es lo que los ingenieros llaman margen NPSH. Mantener ese margen saludable es la regla de diseño más importante para prevenir la cavitación.
El daño de este proceso tiene un aspecto distintivo. Las áreas afectadas, típicamente el puerto de succión, el borde de entrada del cartucho de paletas o el impulsor, están picadas y se sienten ásperas al tacto. En casos severos, el metal falta por completo. La capacidad de la bomba disminuye, el ruido aumenta y aumenta el riesgo de que la bomba se atasque por completo.
Las principales causas de cavitación en las bombas.
Comprender las causas es el primer paso hacia la prevención. Hay dos categorías generales: causas del lado de succión y causas del lado de descarga. La siguiente tabla resume los más comunes.
| categoría | causa | Efecto sobre la bomba |
|---|---|---|
| succión | NPSHa inferior a NPSHr | Se forman burbujas en la entrada. |
| succión | Filtro o colador de succión obstruido | Caída de presión y falta de flujo. |
| succión | succión line too long, too small, or too many bends | Pérdida excesiva de presión |
| succión | Alta temperatura del fluido | La presión de vapor aumenta, es más fácil cavitar |
| succión | Bomba montada demasiado por encima del nivel de aceite | Altura insuficiente en la entrada |
| alta | Salida bloqueada, válvula cerrada o ajuste de alta presión | alta cavitation |
| alta | Operación más allá de la velocidad nominal | La presión interna cae por debajo de la presión de vapor. |
| Sistema | Entrada de aire en la línea de succión. | Bolsas de gas que imitan la cavitación |
La categoría más común es la cavitación del lado de succión. Ocurre cuando la bomba simplemente no puede extraer suficiente líquido. El elemento filtrante es el culpable más frecuente: a medida que el filtro se obstruye, el diferencial de presión a través de él aumenta y la presión en la entrada de la bomba cae por debajo de la presión de vapor. Incluso un filtro con una cantidad modesta de contaminación puede causar esto.
Una segunda causa común es la propia línea de succión. Si la línea es más estrecha que la recomendación del fabricante de la bomba, o si hay demasiados codos y accesorios, la velocidad del fluido en la línea de succión aumenta y la presión local cae. Lo mismo sucede cuando la bomba está montada muy por encima del depósito: la altura de succión excede lo que el fluido puede suministrar de manera segura.
La temperatura del fluido es una causa oculta que los operadores suelen pasar por alto. La presión de vapor de la mayoría de los aceites hidráulicos aumenta significativamente por encima de los 60°C. Si un sistema funciona a 70°C con un nivel de aceite bajo o un filtro parcialmente obstruido, la cavitación puede comenzar incluso cuando los cálculos de NPSH parecían correctos en la etapa de diseño.
La cavitación del lado de descarga es menos común pero sigue siendo grave. Si la línea de salida está obstruida, si una válvula está solo parcialmente abierta o si el punto de ajuste de alivio de presión se eleva más allá de la capacidad nominal de la bomba, la presión en los elementos de bombeo puede caer por debajo de la presión de vapor. En bombas de pistón y bombas de paletas De igual manera, esta condición produce el mismo ruido y daño revelador.
El arrastre de aire procedente de una línea de succión con fugas también puede imitar los síntomas de una verdadera cavitación. Cuando la bomba ingiere aire, las bolsas de gas colapsan con un ruido similar y provocan una erosión similar. La diferencia es que la causa fundamental es el aire, no la presión de vapor. Inspeccionar y apretar todas las conexiones de la línea de succión es un paso simple que evita muchas falsas alarmas.
Cómo detectar la cavitación antes de que falle la bomba
La cavitación da advertencias claras. El más confiable es el sonido: un constante "canicas en un frasco" o un traqueteo parecido a la grava que empeora cuando aumenta la carga de trabajo. La vibración es la segunda señal. Una bomba que funciona suavemente a 1800 rpm pero se vuelve irregular a 2200 rpm le indica que la entrada está restringida.
Los cambios de rendimiento también son comunes. El flujo disminuye gradualmente y el cilindro hidráulico o motor en el lado aguas abajo se mueve más lentamente que cuando el sistema era nuevo. Las lecturas de presión en la salida de la bomba fluctúan y el aceite puede formar espuma en el depósito.
Cuando abra la bomba durante un intervalo de servicio, inspeccione el cartucho de la bomba. El juego de paletas internas suele ser la primera pieza que muestra daños. Las puntas de las paletas picadas, las marcas en la placa del puerto y las superficies rugosas en el puerto de succión son indicadores de que se ha producido cavitación. La buena noticia es que el cartucho es un componente reemplazable. En una bomba estilo T6/T7, el cartucho se puede cambiar sin reemplazar la carcasa de la bomba, lo que reduce el costo de reparación.
Estructura de hoja de doble labio del cartucho T6/T7 La serie T adopta una estructura de pala de doble labio, y los labios dobles contactan alternativamente con el estator para reducir el impacto de las palas en el estator. Aceite de núcleo de bomba serie T... Ver producto → Cómo prevenir la cavitación en sistemas hidráulicos reales
La prevención se puede abordar en tres niveles: diseño del sistema, hábitos operativos y mantenimiento.
Consejos de diseño del sistema
- Calcule NPSHa en el peor de los casos: alta temperatura del aceite, filtro contaminado y nivel de aceite más bajo en el depósito. Mantenga un margen de al menos un 15-20 % por encima del NPSHr requerido por la bomba.
- Mantenga la línea de succión lo más corta y recta posible. La velocidad del fluido en la línea de succión no debe exceder los 1,2 m/s para una bomba hidráulica. Utilice una tubería más grande si es necesario.
- Minimizar accesorios, codos y válvulas en el lado de succión. Cada accesorio adicional añade una caída de presión.
- Utilice un filtro de línea de retorno en lugar de un filtro de succión cuando sea posible. Si es inevitable utilizar un filtro de succión, seleccione uno con una presión diferencial baja y un bypass generoso.
- En el depósito, mantenga un nivel de líquido que cubra la entrada de la bomba. Utilice un deflector para evitar que el aceite se arremoline y atraiga aire hacia la bomba.
- Elija una bomba con un NPSHr que se ajuste al NPSH disponible. Una bomba de paletas de la serie V está diseñada con un cartucho compacto y un funcionamiento silencioso, lo que puede hacerla más adecuada para sistemas sensibles a la succión.
Bomba única de bajo ruido serie V La bomba intrapaleta de bajo ruido serie V se adapta a la industria de máquinas herramienta. Estas bombas tienen alta presión. Con gran capacidad, tamaño compacto, bajo nivel de ruido y servicio más prolongado... Ver producto → Hábitos operativos
- Haga funcionar la bomba dentro del rango de velocidad del fabricante. La mayoría de las bombas de paletas tienen una capacidad nominal de 1200 a 2500 rpm. Empujar una bomba a 3000 rpm de forma continua provoca cavitación incluso si la línea de succión se ve bien.
- Mantenga la temperatura del fluido en el rango de 40-60°C. Utilice un intercambiador de calor cuando una máquina funcione continuamente.
- No configure la válvula de alivio por encima de la presión máxima del fabricante de la bomba. El punto de ajuste de presión debe coincidir con el diseño del sistema, no con el límite teórico de la bomba.
- Para aplicaciones de alta presión con carga variable, una bomba de pistón como la serie A10VSO ofrece un diseño rígido y buenas tolerancias de alta presión.
Bomba de pistón serie A10VSO 31 Descripción del producto: Ver producto → Consejos de mantenimiento
- Reemplace los filtros de succión según lo programado, no cuando se dispare el indicador. Un filtro que está obstruido en un 80% aún puede producir una presión adecuada en la línea de retorno, pero es posible que su caída de presión en el lado de succión ya sea lo suficientemente alta como para alterar la entrada de la bomba.
- Revise el cartucho de la bomba durante cada servicio programado. Si las puntas de las paletas muestran desgaste o picaduras, es una señal temprana.
- Monitorear la temperatura del aceite y la contaminación. Las altas temperaturas y la suciedad son una combinación letal.
La conclusión
La cavitación es un síntoma de un sistema hidráulico mal diseñado, mal operado o mal mantenido. La propia bomba suele ser la víctima, no la causa. Corrija las condiciones de entrada, mantenga el aceite frío y limpio y seleccione una bomba cuyo requisito de NPSH coincida con el sistema real. Ese es el camino más sencillo para eliminar el daño por cavitación y mantener el equipo hidráulico en servicio.
