Reduzindo o desgaste da cavitação
No desgaste por cavitação, as microfissuras se propagam até o ponto em que o material não pode mais suportar a carga de impulso imposta pelas bolhas de vapor que implodem. Portanto, as partículas finalmente se quebram e entram no sistema.
Como em qualquer falha de fadiga, as microfissuras se formam primeiro em risers de tensão (entalhes, rasgos, rebaixos, defeitos de soldagem etc.) ou em áreas heterogêneas do material (como na direcionalidade do fluxo de metal, inclusões e seções descarbonetadas).
Portanto, uma superfície rugosa é propensa ao desgaste da cavitação e, como acessórios e um perfil rugoso caracterizam os danos da cavitação, os danos aumentam à medida que a superfície se torna mais áspera.
O meio mais básico de combater o desgaste da cavitação é minimizar o estresse de tração no fluido. Em outras palavras, os usuários do equipamento devem diminuir o nível de refração ou condições de vácuo em zonas de possível cavitação. Em particular, as seguintes etapas podem ser apropriadas:
- Aumente o nível de pressão na saída das Throttle valves.
- Aumente a pressão de entrada na porta de sucção da bomba, através de sobrecarregando a entrada da bomba.
- Use verificações anticavitação em aplicações de atuador de carga negativa.
- Reduza o conteúdo de água do fluido para eliminar a possibilidade de trefilação (a água tem uma pressão de vapor maior que o óleo) através das sedes das válvulas e dos selos dinâmicos.
- Use um fluido com baixa pressão de vapor.
- Selecione uma bomba com boas características de escorvamento / priming, em oposição a uma configuração de tenha escassez ou estrangulamento em sua entrada.
- Use um fluido com baixa viscosidade ou aumente a temperatura do fluido.
Em muitos casos, os engenheiros de projeto podem minimizar os danos causados pela cavitação, selecionando adequadamente os materiais de fabricação. Por exemplo, o aço inoxidável pode ser selecionado em vez do alumínio e usar revestimento duro com uma liga resistente à cavitação na superfície exposta. Borracha e outros revestimentos elastoméricos também ajudaram a minimizar o desgaste da cavitação. Apesar da baixa resistência à cavitação, essas superfícies refletem a onda de choque sem causar danos intensos.
Partículas de cavitação
O tamanho das partículas geradas pelo desgaste da cavitação é uma função da dureza Brinell do material exposto. As partículas maiores ocorrem durante o período de acumulação. As inclinações das curvas de distribuição cumulativa do tamanho das partículas aumentam à medida que a energia de deformação do material aumenta. O tamanho médio das partículas produzidas pela cavitação diminui à medida que a intensidade da cavitação aumenta.
Precursores de cavitação
Ao investigar um problema de cavitação em um sistema de fluidos, você deve identificar todas as fontes possíveis de baixa pressão (vácuo), alta temperatura (calor) e locais onde o ar pode estar entrando. A lista a seguir deve servir como orientação para identificar áreas de baixa pressão em um sistema de fluidos:
Sucção da bomba - sistema hidráulico inadequado da linha de sucção (condições de limitação de fluxo e estrangulamento).
Efeito do orifício da válvula - vórtices do jato de alta velocidade, nas passagens de fluxo de válvulas de controle.
Jato submerso - um jato que se estende para áreas de fluxo ilimitadas, onde são criadas regiões de baixa pressão.
Cargas negativas nos motores e cilindros - as cargas do atuador acionadas externamente criam baixa pressão no atuador.
Picos de pressão e golpe de aríete - a porção de rarefação das ondas de pressão é capaz de criar regiões de pressão negativa na linha.
Efeito de alta altitude - baixa pressão atmosférica sujeita a linha de sucção a pressões que podem ser inadequadas no preenchimento das câmaras de bombeamento.
Fontes de calor que levam à cavitação
As fontes de calor que contribuem para temperaturas excessivamente altas e cavitação no fluido do sistema incluem o seguinte:
- Alta temperatura ambiente
- Baixa eficiência mecânica de bombas e motores
- Condições de fluxo turbulento em conduítes
- Calor de vaporização no fluxo de cavitação
- Calor de compressão em fluxo aerado
- Quedas de alta pressão nos orifícios de controle
- Ciclo operacional severo
- Principais restrições de fluxo em todas as partes do sistema de circulação de fluidos
- Má refrigeração ou falta de transferência de calor
- Alto atrito de superfícies rugosas e ação abrasiva
Possíveis locais de ingresso aéreo a serem verificados
No que diz respeito aos pontos de entrada de ar de um sistema, você deve examinar cuidadosamente esses locais quando ocorrer uma cavitação grave:
Reservatórios - locais onde ocorre a entrada de ar do tipo mecânico (agitação), fluido em turbilhonamento, impacto em superfícies líquidas ou sólidas, condições do reservatório pressurizado, fluxo ciclônico na porta de sucção da bomba, altitude crítica (reservatório angular) que ocorre durante a operação que expõe a sucção da bomba para a atmosfera, empurrões do fluido devido ao movimento em terrenos acidentados e / ou baixo nível de fluido do reservatório que expõe a porta de sucção da bomba à atmosfera.
Bomba - dutos e / ou orifícios de pequeno diâmetro, passagens de fluxo restritivas, desvios de fluxo e / ou condições de linhas de sucção longas, más características de enchimento da bomba (passagens de fluxo internas restritivas, alta velocidade de bombeamento, deslocamento de fluxo excessivamente grande); altitude muito alta para fornecer pressão suficiente no reservatório para alimentar a bomba nas condições de vazão nominal; cabeça de sucção inadequada para elevar o fluido até o nível de entrada da bomba (ou seja, elevação entre o nível do fluido e a entrada da bomba muito alta), cabeça de sucção insuficiente para acelerar o fluido do reservatório para as condições de fluxo nominais da bomba (não responde às demandas de deslocamento da bomba) .
Válvulas - jatos descarregados de orifícios para um espaço de fluxo limitado, fluxo através de canais que terminam em câmaras onde a baixa pressão está nas paredes, seguinte à válvula no circuito e / ou válvulas tipo Throttle Valves que descarregam em um duto de baixa pressão (linha de retorno).
Atuadores (vedações longas) - vedações de haste tendo passagem de ar, inclusão de ar existente e / ou cavidades vaporosas se formando quando ocorre carga negativa, devido a cargas inerciais externas.
Motores (retentores do eixo) - retentores de passagem de ar e cavitação gasosa / vaporosa, que ocorrem quando existe carga negativa devido ao efeito do volante do motor.
Acumulador - vazamento de ar / gás passando pela vedação do pistão desgastada, diafragma rompido ou bexiga rasgada.
Filtro - passagem de ar pelas vedações externas nos filtros da linha de sucção ou restrições de fluxo interno, causando dessorção do ar.
Dutos (acoplamentos de mangueira, conexões de tubo e vedações do coletor) - superfícies de vedação do conector de passagem de ar que os efeitos de vibração e expansão térmica e contração diminuíram.
Tubos - paredes irregulares, seções de fluxo comprimidas ou saliências no fluxo.
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Fonte: ‘Cavitation Explained and Illustrated’; E. C. Fitch, Tribolics, Inc.