Projetando o reservatório para sistemas hidráulicos

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.

Reservatório para sistemas hidráulicos

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 sistema de vedação. Sendo o fluido hidráulico tão importante componente de um sistema hidráulico, é material que 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 bom desempenho do sistema hidráulico, não importando quão boa seja a formulação do fluido hidráulico.

Figuras 1/2 – Reservatórios de fluido hidráulico.

Recomenda-se que a volume do reservatório do sistema hidráulico para fluidos de base mineral comporte de 3 a 5 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 de fluidos hidráulicos, principalmente em equipamentos móveis, de forma que os volumes anteriormente sugeridos, dificilmente, serão adotados.

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 hidráulicos.

A função primária dos reservatórios, obviamente, é armazenar o fluido hidráulico. Além dessa função, eles servem para dissipação de calor e permitem 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 calor e sistema de filtração.

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 sua capacidade e do tempo de permanência do fluido em seu interior: a liberação de ar entranhado.

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

1. Compressibilidade aumentada, funcionamento intermitente e resposta lenta aos comandos do sistema hidráulico.
2. Aumento da carga de aquecimento.
3. Redução da condutividade térmica.
4. Oxidação aumentada e degradação térmica ( dieseling ) do fluido hidráulico.
5. Redução na Viscosidade Cinemática do fluido hidráulico que propicia aceleração do desgaste das superfícies metálicas dos componentes móveis.
6. Desgaste erosivo por cavitação ( cavitação gasosa ).
7. Elevação dos níveis de ruído.
8. 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.

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, aspectos construtivos do reservatório do fluido para sistemas hidráulicos são determinantes para que não haja retenção de bolhas de ar na massa de óleo lubrificante.

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

O reservatório de fluido para sistema hidráulico, abaixo, mostra projeto adequado para que haja uma rápida e eficiente liberação de bolhas de ar entranhadas no corpo do óleo lubrificante.

Figura 12 – Liberação de ar em reservatório de sistema hidráulico.

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 duas  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.

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.

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 ).

Figuras 13/14 – Limpeza ocasional e drenagem do reservatório.

Com respeito aos profissionais de  manutenção, pouco pode ser feito para influir no que se refere 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 dos cuidados citados, a drenagem regular de contaminantes sedimentados e limpezas internas programadas  do reservatório de fluido hidráulico é de fundamental importância.