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O sistema hidráulico não pode prescindir de componentes essenciais, como bombas hidráulicas, válvulas hidráulicas, motores hidráulicos e cilindros hidráulicos. Alguém pode perguntar: como a água está disponível em toda parte e é barata, podemos usá-la diretamente em vez do óleo hidráulico?
A resposta é: teoricamente, é possível operá-lo, mas as consequências não são ideais. É como usar uma bicicleta comum para rebocar um caminhão: ela pode se mover algumas vezes, mas não espere desempenho ou vida útil adequados. Analisemos as razões a seguir, sob cinco aspectos.
1. Lubrificação insuficiente
Princípio: O óleo hidráulico forma uma película estável de óleo sobre a superfície metálica (lubrificação fluida/lubrificação fluida elástica), transformando o contato direto entre metais em um cisalhamento "óleo-óleo", reduzindo drasticamente o desgaste e a geração de calor. A água dificilmente forma uma película, e sua capacidade de lubrificação de fronteira é praticamente nula.
Escala de referência: Viscosidade dinâmica da água a 20 ° C ≈ 1 MPa · °C; A viscosidade dinâmica do óleo hidráulico ISO VG 32 a 40 ° °C é aproximadamente 25–30 mPa · ·s (com ligeira variação conforme a densidade). A água é 20–30 vezes menos viscosa que os óleos hidráulicos comumente utilizados.
Áreas propensas a problemas:
Desgaste, mordedura e aderência na placa lateral/superfície dos dentes da bomba de engrenagens;
Arranhões e coloração esverdeada-azulada na superfície de fricção entre a ponta da palheta da bomba de palhetas e o anel fixo;
Fricção seca na superfície de acoplamento entre o cilindro do êmbolo e o pistão da bomba de pistões, bem como na superfície da sapata deslizante do disco inclinado;
O pequeno folga entre o núcleo da válvula e o corpo da válvula (na ordem de alguns micrômetros) pode ficar "desfiada" e travada após a perda da lubrificação.
Exemplo
Realize uma operação de teste em uma bomba de êmbolo de baixa vazão com pressão de 25 MPa, utilizando água limpa; mesmo sem carga, pode ocorrer um rápido aumento de temperatura e ruído anormal intenso dentro de dezenas de minutos a algumas horas; Na inspeção, verificou-se que a superfície da sapata deslizante estava arranhada e que a extremidade do êmbolo apresentava manchas pretas e azuis.
Se a bomba de palhetas perder a película de óleo, após algumas horas de funcionamento, ela emitirá um assobio agudo e não atingirá a pressão nominal. Após a desmontagem, serão observados sulcos evidentes nas bordas das palhetas.
2. Problemas de corrosão
Princípio: A água contém oxigênio dissolvido e eletrólitos, os quais favorecem a corrosão eletroquímica; simultaneamente, promovem a corrosão por pites e a corrosão sob fendas. A água também pode causar a absorção de água e a consequente expansão de materiais comuns de vedação/elásticos (como NBR, PU, etc.), acelerando seu envelhecimento.
Áreas propensas a problemas: corrosão por pites na superfície de contato entre o núcleo da válvula e o corpo da válvula → aderência e rastejamento; A camada cromada na haste do pistão do cilindro hidráulico está corroída, e a borda de vedação está afiada; Corrosão na placa lateral e na parede interna da carcaça da bomba de engrenagens → partículas abrasivas entrando no circuito de circulação; O elemento de vedação (NBR/PU) absorve água, reduz sua dureza e sofre alterações dimensionais, resultando em aumento de vazamentos. Exemplo: se equipamentos externos não forem esvaziados e secos de forma oportuna após submersão em água, o núcleo da válvula pode desenvolver uma leve ferrugem em três a cinco dias, manifestada como atraso na resposta e tremor no acionamento inicial. Algumas máquinas de injeção conectam erroneamente a água de refrigeração ao circuito hidráulico, causando manchas de ferrugem no corpo do cilindro em poucos dias, seguidas por arranhões na borda de vedação devido à corrosão por pites e um aumento acentuado nos vazamentos de óleo.
3. Risco de cavitação
Princípio: A água possui um ponto de ebulição baixo e uma pressão de vapor elevada. Assim que a pressão local na entrada da bomba for inferior à pressão de vapor da água, esta vaporiza-se, formando bolhas; ao colapsarem imediatamente na zona de alta pressão, geram microjatos e ondas de choque, criando cavidades (pontos de cavitação) semelhantes ao efeito de jateamento abrasivo. Escala de referência: A pressão de vapor da água a 60 ° °C é de aproximadamente 20 kPa, muito superior à pressão de vapor do óleo hidráulico; portanto, a cavitação é mais provável de ocorrer nas mesmas condições de sucção. Áreas propensas a problemas: região entre o topo dos dentes e a placa lateral da bomba de engrenagens, câmara de entrada da bomba de palhetas, janela de sucção da placa distribuidora da bomba de pistões; áreas locais de baixa pressão em orifícios redutores e cantos vivos.
Exemplo
Uma bomba de engrenagens de 30 L/min, quando operada com água a 1500 rpm e com um tubo de sucção longo/elemento de filtro fino, produzirá um "som áspero/zumbido". Após alguns dias, a placa lateral apresentará corrosão por pites e cavidades em forma de crescente, e a eficiência volumétrica cairá de 90% para 60–70%.
A pequena abertura da válvula reduz o fluxo do meio aquoso. Em condições de alta temperatura, são comumente observados pites semelhantes a agulhas no corpo e no assento da válvula, resultando em aumento da vazão interna e ruído.
4. Princípio da viscosidade insuficiente: O vedação e o controle de vazamentos em sistemas hidráulicos dependem fortemente da viscosidade do meio. De forma simplificada, a vazão laminar de vazamento QleakQ_{\text{leak}}Qleak na folga é aproximadamente proporcional a 1/ μ 1/\mu1/ μ (quando a geometria e a diferença de pressão são fixas). Quando o meio é alterado de 30 mPa · s para 1 mPa · s, a vazão teórica pode ser ampliada várias dezenas de vezes.
5. Princípio da sensibilidade à temperatura: Quando a água congela a 0 ° C, seu volume expande-se em cerca de 9%, causando fissuras em peças/tubulações de paredes finas; Em altas temperaturas, a evaporação intensifica-se e a pressão de vapor aumenta, levando a uma cavitação mais frequente e a flutuações de pressão. O óleo hidráulico é formulado com melhorador de viscosidade em função da temperatura e antioxidante, apresentando uma ampla faixa de temperatura de operação.
Impacto no local: baixas temperaturas: congelamento → fissuração na sucção/bloco da bomba; O impacto é significativo no momento da partida, fazendo com que o lábio de vedação seja "rompido"; Altas temperaturas: cavitação frequente e cavitação na entrada da bomba; A ondulação de pressão e o ruído aumentam, provocando flutuações rápidas nos componentes atuadores.
Exemplo
Os equipamentos externos no norte ficaram abaixo de zero durante a noite, e a água residual na tubulação congelou. No dia seguinte, surgiram microfissuras no corpo da bomba de engrenagens ao ser ligada;
No local de fundição contínua siderúrgica, em um ambiente de 60–70 ° C, o circuito de teste utilizando água como meio frequentemente apresenta ruído na extremidade da bomba e queda de pressão em altas temperaturas. Somente após a troca novamente para etilenoglicol aquoso é que o sistema se estabilizou levemente.
Consequência direta: diminuição significativa da eficiência volumétrica (mais acentuada em pressões mais elevadas); construção lenta da pressão e avanço arrastado da carga; o vazamento interno do núcleo da válvula aumenta, causando uma diferença na pressão estática do sistema e um aumento no aquecimento. Exemplo: ao utilizar água como meio, uma bomba de engrenagens com pressão nominal de 20 MPa ainda consegue girar em vazio, mas não consegue atingir pressão sob carga de 8–10 MPa; após substituir a mesma bomba por óleo VG46, ela recupera a capacidade de operar entre 18–20 MPa. Componentes como válvulas proporcionais servo, extremamente sensíveis a pequenos folgas, apresentam vazamento severo na posição zero e deriva quando substituídos por meios de baixa viscosidade, tornando difícil estabilizar o laço de posição.
Com base nos pontos de vista que apresentei, os motores hidráulicos continuam sendo mais compatíveis com óleo hidráulico.
No entanto, deve-se observar que existem fluidos hidráulicos à base de água (HFA/HFB/HFC, como glicol etilênico em água) na indústria, bem como bombas/válvulas/juntas e sistemas de materiais especificamente projetados para eles (aço inoxidável/revestimento de níquel, cerâmica, EPDM/PTFE, etc.). Contudo, isso pertence à engenharia de sistemas especializados, e não é suficiente simplesmente substituir o sistema existente à base de óleo por um sistema à base de água.