Imagens Térmicas para Troubleshooting de Sistemas Hidráulicos
Saiba como identificar falhas nos sistemas hidráulicos através de imagens térmicas
Por Gustavo Marinho, CFPHS | 02 de Agosto de 2020
Os sistemas hidráulicos são parte integrante de muitas máquinas móveis e equipamentos industriais. Como os componentes hidráulicos geram calor durante a operação normal, eles são excelentes oportunidades de teste de imagens térmicas.
Muitas vezes, falhas em sistemas hidráulicos são acompanhadas por uma mudança na temperatura de operação. Quando os componentes hidráulicos são visualmente acessíveis, a geração de imagens térmicas e a termometria sem contato podem fornecer dados valiosos para o diagnóstico do sistema. Nesse texto irei explorar a teoria e a operação de sistemas hidráulicos, falhas comuns no sistema e a aplicação adequada de imagens térmicas para troubleshooting de sistemas hidráulicos.
Sumário
Imagens Térmicas
As câmeras de imagem térmica (infravermelho) são frequentemente usadas para solucionar problemas de circuitos elétricos. Certamente, podemos entender por que – muitas vezes, quando um componente elétrico está prestes a falhar, ele superaquece e fica significativamente mais quente que os componentes ao redor e, inversamente, quando falha, fica significativamente mais frio. O que muitas pessoas não sabem, no entanto, é que essas câmeras também podem ser ferramentas valiosas para solucionar problemas em circuitos hidráulicos.
Quando você pensa sobre isso, faz muito sentido. Quando quase qualquer componente hidráulico fica muito desgastado, ele vaza. Às vezes, ele vaza para o chão e o fator causal fica óbvio, mas com certa frequência vaza internamente, o que chamamos de “desvio ou bypassing”. Sempre que um componente está “bypassando”, há uma queda de pressão resultante nele. Essa queda de pressão não faz nenhum trabalho útil; portanto, a energia necessária para produzir a queda de pressão será liberada na forma de calor.
Podemos pensar que encontrar esse calor seria bastante fácil – basta sentir o componente quente, certo? E às vezes isso vai funcionar, colocar a mão na tubulação ou na parte do circuito em especifico. Ou poderíamos usar algo muito menos caro do que uma câmera de imagem térmica, uma pistola de temperatura a laser, não é? Eu particularmente já usei a maior parte desses recursos, até utilizar uma câmera infravermelha e elas realmente funcionam, mas eles não são de fato muito precisas e não são tão convenientes para encontrar ganhos de temperatura relativa.
Bloco manifold mostrado em uma prensa que fabrica pisos laminados. A pressão não estava aumentando na prensa como deveria, tão claramente algo no sistema estava “bypassando”, mas a maioria dos componentes estava bastante quente.
A válvula em particular foi usada para descarregar uma bomba de deslocamento fixo no sistema. Quando a prensa é fechada, a válvula é energizada para bloquear o caminho do fluxo para o tanque, de modo que o fluxo hidráulico seja direcionado para os aríetes da prensa para fechar a prensa.
Uma vez que a pressão do sistema atingisse um nível predeterminado, a bomba deveria ser descarregada e uma bomba de deslocamento variável manteria a pressão nos carneiros durante o ciclo de compressão. Como essa válvula estava passando tão mal, a pressão não pôde ser alta o suficiente para a transferência de energia para a bomba de deslocamento variável.
Poderíamos ter localizado essa válvula de desvio sem a câmera de imagem térmica? Claro, não tenho dúvidas de que poderia, mas com certeza levaria mais tempo. Nesse caso específico, a solução de problemas ao invés de ter sido feita em minutos, teria levado horas.
Pontos importantes de verificação em circuitos hidráulicos
· Verifique as linhas de sucção e drenagem
Verifique as linhas de sucção e drenagem registrando as temperaturas nos pontos “A” e “B” de acordo com o esquemático mostrado anteriormente. O óleo na linha “A” deve estar muito próximo da temperatura do óleo no reservatório. O óleo que sai da linha de drenagem da caixa (B) é o óleo que ignora os componentes internos dentro da bomba. A maioria das bombas de pistão ignora 1-3% do volume máximo da bomba.
As bombas de palhetas podem ignorar até 5% do volume nominal máximo. Para uma bomba de pistão de 30 galões por minuto, a quantidade de óleo nessa linha deve ser de um terço (1 galão por minuto). Como o óleo não é um trabalho útil, o calor será gerado à medida que ignora os pistões internos. Essa linha, é claro, será mais quente que o óleo que entra na bomba através da linha de sucção.
As temperaturas de sucção e drenagem são mostradas na figura abaixo. O óleo que entra na bomba é de 126 graus F, enquanto o óleo na linha de dreno é de 135 graus F. À medida que a bomba se desgasta, o by-pass aumentará, causando um aumento na temperatura da linha de drenagem. Se a bomba for verificada um mês depois e a temperatura no dreno for de 145 graus F, a bomba está desgastada consideravelmente. A vazão deve então ser verificada instalando um medidor de vazão na linha. Se a vazão atingir ou exceder 10% do volume máximo da bomba, a bomba deverá ser substituída.
No exemplo anterior, uma vazão de 3 galões por minuto (GPM) indicaria uma bomba muito gasta. Como a quantidade de fluxo de drenagem do caso pode variar de um fabricante para outro, a chave é fazer verificações iniciais de temperatura quando a bomba for relativamente nova para estabelecer uma referência. Também é recomendada a instalação permanente de um medidor de vazão na linha de dreno.
· Verifique a temperatura da linha do tanque e da válvula de purga de ar
Verifique a temperatura da linha do tanque da válvula de purga de ar no ponto “C” no circuito hidráulico utilizado como exemplo. O objetivo da válvula de purga de ar é purgar automaticamente o ar para fora da linha quando a bomba for iniciada. Essas válvulas são mais comumente encontradas em sistemas em que a bomba está montada acima do nível do óleo. Depois que o ar é purgado e a pressão hidráulica aumenta para a configuração de mola (aproximadamente 12 libras por polegada quadrada), a válvula se fecha.
A válvula é relativamente pequena e pode lidar apenas com uma taxa de fluxo de 2 GPM. Na maioria dos sistemas, o volume da bomba é superior a 2 GPM. Embora o volume total da bomba normalmente não possa fluir através da válvula, será gerado calor se a válvula falhar em abrir. Isso pode aumentar a temperatura do óleo e fazer com que os atuadores se movam mais devagar, principalmente se uma bomba de baixo volume for usada.
· Verifique a temperatura da linha do tanque e da válvula de alívio
Verifique a temperatura da linha de tanque da válvula de alívio (RV) no ponto “D” do esquemático. Em um sistema em que uma bomba de compensação de pressão é usada, a mola da válvula de alívio deve ser ajustada de 250 a 300 libras por polegada quadrada (PSI) acima da configuração do compensador. O objetivo da válvula de alívio é fornecer um caminho de fluxo no caso de o carretel do compensador não mudar e reduzir o volume da bomba para uma saída próxima a 0 GPM. A linha do tanque da válvula de alívio deve estar à temperatura ambiente.
Na figura abaixo, a linha do tanque está a 99,7 graus F, bem abaixo da temperatura do óleo no reservatório. Se esta linha estiver quente, o carretel do compensador da bomba falhou em comutar, a válvula de alívio está presa parcialmente aberta ou o botão de ajuste do sistema aumentou a configuração do compensador acima da configuração da válvula de alívio.
· Verifique a temperatura da linha do tanque e da válvula de retenção
Uma válvula de retenção (CV) é comumente usada em um circuito de filtragem e resfriamento, como mostrado no esquemático hidráulico do início do artigo. O objetivo da válvula de retenção é proteger o trocador de calor contra alta pressão. A classificação da mola da válvula de retenção é geralmente de 65 a 100 PSI. Se o refrigerador tiver um design de ar, os tubos internos poderão ficar obstruídos com contaminação. Além disso, se a unidade for inicializada inicialmente enquanto o óleo estiver frio, será desenvolvida uma maior resistência no sistema. Em qualquer um dos casos, o óleo fluirá através da válvula de retenção quando a configuração da mola for atingida. Ao operar normalmente, a linha do tanque (E) deve estar à temperatura ambiente. Na Figura 5, a linha do tanque da válvula de retenção é de 142 graus F, indicando que os tubos mais frios provavelmente estão contaminados.
· Verifique as temperaturas do óleo de entrada e de saída do trocador de calor
Verifique as temperaturas do óleo na entrada (F) e na saída (G) do trocador de calor (HE). Deve haver uma diferença notável de temperatura entre as duas linhas. À medida que o óleo flui através dos tubos de um resfriador de ar, o calor no óleo é transferido para o ar. Dependendo do tamanho do refrigerador, pode-se esperar uma diferença de temperatura de 5 a 10 graus.
Na figura a seguir, a temperatura do óleo de entrada é mostrada como 117 graus F, enquanto a temperatura de saída é 109 graus F, o que é aceitável. Se a diferença de temperatura diminuir, isso pode significar que as aletas e o núcleo do resfriador estão sujos ou os tubos internos foram contaminados. Tenha cuidado ao limpar as aletas com uma mangueira de ar, para não dobrar as aletas. Em unidades resfriadas a água, a diferença de temperatura geralmente será muito maior, especialmente se a água gelada for empregada. As temperaturas da água de entrada e saída também devem ser registradas para fins de solução de problemas futuros.
· Verifique a temperatura da linha do tanque e da válvula de descarga do acumulador
Verifique a temperatura da linha do tanque (H) e da válvula de descarga automática do acumulador (EDV). Quando o sistema está em operação, a solenoide é energizado, o que desloca a válvula para a posição fechada. O fluxo da linha principal será bloqueado através da válvula e retornará ao tanque nessa condição. A temperatura da linha deve estar igual ou próxima à temperatura ambiente. Observe na figura abaixo que a linha do tanque da válvula é de 145 graus F, indicando que a válvula está presa ou aberta ou que o solenoide falhou.
· Verifique a temperatura da base e do alojamento do elemento do filtro
Frequentemente, um filtro de óleo (RF) terá uma válvula de retenção de desvio interna, conforme mostrado no esquemático inicial. O objetivo desta válvula de retenção é fornecer um caminho de fluxo para o óleo retornar ao reservatório no caso de o elemento se tornar contaminado. Isso evita danos ao elemento do filtro. A temperatura da base do filtro deve ser comparada à temperatura da carcaça do elemento. Quando o elemento fica entupido, o alojamento fica mais frio que a base. Embora muitos filtros de óleo possuam alarmes visuais de sujeira para indicar a condição do elemento, eles não devem ser considerados, pois tendem a falhar com o tempo.
· Verifique a temperatura do involucro do acumulador
Verifique a temperatura na parte superior (K) e na parte inferior (L) do involucro do acumulador. A metade inferior do acumulador deve estar mais quente que a metade superior. O calor é gerado pela fricção do óleo, que flui para dentro e para fora da casca. Em um acumulador de bexiga, a bexiga de borracha será comprimida na parte superior do invólucro. Quando a pressão cai no sistema, a bexiga se expande e força o óleo para fora do acumulador. Se as temperaturas forem quase as mesmas, isso indica que a pré-carga de nitrogênio seco vazou, a pré-carga é mais alta que a configuração do compensador da bomba ou a bexiga rompeu. Os acumuladores de pistão mostram uma diferença maior de calor do que os tipos de bexiga.
· Verifique a temperatura do óleo no reservatório
Por fim, verifique a temperatura do óleo (M) no reservatório. Um medidor de temperatura geralmente está incluído no visor. Com o tempo, o visor pode ficar descolorido ou o termômetro pode falhar. Para obter uma leitura consistente da temperatura do óleo, faça uma marca ou desenhe um alvo na lateral do reservatório. Dessa maneira, a temperatura do óleo pode ser verificada no mesmo local todas as vezes.
Embora este artigo tenha se concentrado nas verificações de temperatura que podem ser feitas na fonte de alimentação, muitas vezes haverá outras válvulas de controle de pressão, direcionais e manuais localizadas longe da fonte de alimentação.
A realização desses testes pode ajudar a identificar um problema antes que ele se torne grave. Se ocorrer um desligamento do equipamento, as informações gravadas serão valiosas ao solucionar problemas do sistema.
Considerações
Embora este artigo tenha se concentrado nas verificações de temperatura que podem ser feitas na fonte de alimentação, muitas vezes haverá outras válvulas de controle de pressão, direcionais e manuais localizadas longe da fonte de alimentação.
A realização desses testes pode ajudar a identificar um problema antes que ele se torne grave. Se ocorrer um desligamento do equipamento, as informações gravadas serão valiosas ao solucionar problemas do sistema.
