Sistema hidráulico necessita de um projeto adequado

Marcos Thadeu Lobo

Engenheiro Mecânico Graduado Pela Universidade Estadual De Campinas ( Unicamp ) em 1985. Ingressou na Petrobras Distribuidora S/A em 1986 como profissional de Suporte Técnico em Produtos. E atualmente exerce a função de Consultor Técnico Sênior.

Os fluidos utilizados em sistemas hidráulicos são  submetidos a severas condições de operação e atuam como agentes de transmissão de potência, óleos lubrificantes, meio de transferência de calor e, em alguns casos, como meio de vedação.

Em face disto, refere-se ao fluido hidráulico como o mais importante componente de um sistema hidráulico sendo material que, certamente, não deve ser adquirido com base, apenas, em preço.

A despeito de se estar utilizando fluido para sistema hidráulico de base mineral,  sintético, de máxima eficiência e elevado Índice de Viscosidade ( MEHF ), sem cinzas, isento de zinco, multigrau, monograu  etc. é primordial que o projeto do reservatório hidráulico seja adequado, sob pena de não se obter o melhor desempenho do sistema hidráulico não importando quão boa seja a formulação do fluido para sistema hidráulico.

Figuras 1/2 – Reservatórios de fluido hidráulico

Recomenda-se que a volume do reservatório do sistema hidráulico para fluidos de base mineral comporte  03 a 05 vezes a vazão Q da bomba, em litros/minuto, mais um percentual de 10%.

Figuras 3/4 – Reservatórios de sistemas hidráulicos: o tamanho faz diferença

Ao se utilizar alguns fluidos especiais, o volume do reservatório deverá ser, ainda, maior. Por exemplo, se forem usados fluidos para sistemas hidráulicos resistentes ao fogo  do tipo HFC ( soluções de polímeros em água )  ou HFD ( fluidos anidros sintéticos ) é recomendável que o volume do reservatório do sistema hidráulico comporte de 06 a 08 vezes a vazão Q da bomba, em litros/minuto.

Figura 5 – Sistemas hidráulicos com alguns tipos de fluidos hidráulicos resistentes ao fogo demandam reservatórios de grande capacidade

As sugestões referentes a volumes de reservatórios de fluidos para sistemas hidráulicos foram idealizadas com vistas a se melhorar o desempenho e a confiabilidade dos sistemas hidráulicos. Porém, a tendência atual é pela diminuição da capacidade dos reservatórios, principalmente em equipamentos móveis, de forma que os volumes anteriormente sugeridos, dificilmente, serão adotados pelos OEMs.

A diminuição dos volumes dos reservatórios de fluidos para sistemas hidráulicos, fatalmente,  afetará o desempenho e a confiabilidade dos sistemas hidráulicos e esta redução de volume acabará por reduzir o seu potencial em cumprir as suas funções básicas. Para entendermos bem esta questão é necessário compreendermos as funções básicas dos reservatórios de fluidos para sistemas hidráulicos e se estas funções podem ou não ser delegadas aos fluidos para sistemas hidráulicos.

A função primária dos reservatórios de fluidos para sistemas hidráulicos, obviamente, é armazenar o fluido hidráulico. Além desta função, têm por finalidade a dissipação de calor e permitir que os contaminantes ( borras, material particulado sólido, água, vernizes etc. ) possam sedimentar e ser drenados.

Na prática, a quantidade de  calor dissipado, mesmo em reservatórios de grande volume não é elevada, sendo a dissipação de calor  função principal do trocador de calor. O papel de separar contaminantes ( borras, material particulado sólido, água, vernizes etc. ) dos fluidos para sistemas hidráulicos  é, em grande escala, executada pelos sistemas de filtração.

Figuras 6/7 – Trocador de calo e sistema de filtração

O ar entranhando no sistema hidráulico

Para o reservatório de fluidos para sistemas hidráulicos há uma função que pode ser desempenhada, com eficácia, somente por esse dispositivo e é função direta da suca capacidade e do tempo de permanência do fluido em seu interior: a liberação de ar entranhado.

Ar entranhado em fluidos para sistemas hidráulicos afeta, diretamente, o desempenho e a confiabilidade do sistema hidráulico de vários modos:

– compressibilidade aumentada, funcionamento intermitente e resposta lenta aos comandos do sistema hidráulico

– aumento da carga de aquecimento

– redução da condutividade térmica

– oxidação aumentada e degradação térmica ( dieseling ) do fluido para sistema hidráulico

– redução na viscosidade do fluido para sistema hidráulico que propicia aceleração do desgaste das superfícies metálicas dos componentes móveis

– desgaste erosivo por cavitação ( cavitação gasosa )

– elevação dos níveis de ruído

– diminuição da eficiência do sistema hidráulico

Figuras 8/9 – Ar entranhado em fluidos para sistemas hidráulicos

Fabricante de escavadora hidráulica, após aumentar a capacidade do reservatório de fluido para sistema hidráulico e instalar trocadores de calor, evidenciou aumento médio da vida útil das bombas hidráulicas de 12000 horas para 20000 horas, o que comprova que não basta, apenas,  o fluido para sistemas hidráulicos ser de excelente qualidade sendo necessário, também,  que o reservatório esteja corretamente dimensionado.

Figuras 10/11 – A capacidade do reservatório influi na vida útil dos componentes do sistema hidráulico

Com respeito a ar entranhado no fluido para sistemas hidráulicos, o volume de óleo lubrificante e o tempo de residência no reservatório são fundamentais para que as bolhas de ar possam ser liberadas do corpo do óleo lubrificante e tenham tempo para migrar à superfície e se desfazer. Em face disto, o aspecto construtivo do reservatório do fluido para sistemas hidráulicos é determinante para que não haja retenção de bolhas de ar na massa de óleo lubrificante.

Um reservatório adequado

O reservatório de óleo lubrificante mostrado na figura, abaixo, mostra  projeto adequado para que haja uma rápida e eficiente liberação de bolhas de ar entranhadas no corpo do óleo lubrificante . Pode-se verificar que há uma chicana (baffle)  separando a linha de retorno de óleo lubrificante da linha de sucção, o que obriga o fluido  percorrer toda a   extensão do reservatório 02 vezes e passar através de um difusor (diffuser)  projetado para coletar e suspender as bolhas de ar antes que elas sejam succionadas pela bomba hidráulica.

Como comentário adicional pode-se dizer que, se com este projeto a bomba hidráulica apresentar ruídos anormais a aeração do fluido pode ser descartada como causa provável porque o óleo lubrificante  passa  por  processo  de  separação      das  bolhas  de  ar  no  difusor ( diffuser ). Em casos assim, a causa provável da operação ruidosa da bomba hidráulica é a cavitação vaporosa que, infelizmente, não pode ser eliminada, apenas, com a retirada das bolhas de ar pelo difusor ( diffuser ).

Detalhes do projeto

Outro ponto interessante a ser mencionado no projeto de reservatório de fluido para sistemas hidráulicos, em análise, é que a placa de fundo do reservatório está instalada em ângulo ( inclinada ) de forma a facilitar a drenagem de   contaminantes ( borras, material particulado sólido, água, vernizes etc. ) sedimentados.

Figura 12 – Liberação de ar em reservatório de sistema hidráulico

Com respeito     aos    profissionais de  manutenção,    pouco pode   ser feito para influir no que diz respeito à capacidade dos reservatórios de fluidos para sistemas hidráulicos,  além de especificar e alertar para o volume mínimo necessário, quando da compra de equipamentos móveis e industriais novos. Porém, cuidados regulares na manutenção de filtros de óleo lubrificante e trocadores de calor devem ser tomados. Além disto, a drenagem regular de contaminantes  sedimentados e a limpeza interna ocasional do reservatório é de grande importância.

Figuras 13/14 – Limpeza ocasional e drenagem do reservatório