Fluidos hidrulicos

INTRODUO Um fluido pode ser definido como uma substncia que se deforma continuamente sob a aplicao de uma fora ou tenso de cisalhamento, isto , tangencial. Conforme o estado fsico da matria, os fludos, basicamente, compreendem as fases lquida e gasosa.O fluido hidrulico, numa instalao hidrulica tem como funo principal, transmitir foras e movimentos. Atravs das vrias possibilidades de utilizao e aplicao dos acionamentos hidrulicos, exigem-se outras funes e propriedades dos fluidos hidrulicos. O fluido hidrulico no circuito hidrosttico, precisa ser selecionado cuidadosamente no dimensionamento da instalao, para garantir uma operao econmica e sem falhas.

Como no existe fluido hidrulico ideal para todos os campos de utilizao, necessrio considerar caractersticas especficas na sua escolha. S assim possvel uma operao econmica e sem falhas.

ObjetivosObjetivo geralMostrar que o fluido hidrulico, numa instalao hidrulica tem como funo principal, transmitir foras e movimentos.Objetivos especficosMostrar que os fluidos so utilizados para:- Transmisso de energia;

- Lubrificao de peas que esto em movimento;

- Lubrificar peas internas do sistema para evitar desgaste prematuro;

- Transferncia de calor;

- Vedar as folgas entre peas em movimento;Tipos de leos hidrulicos:leos minerais: A grande maioria dos leos hidrulicos so fabricados a base de leos minerais (refinado de solventes parafnicos). Para melhorar o desempenho adiciona-se melhoradores de ndice de viscosidade, aditivos anti-corrosivos, anti-oxidantes, aditivos EP (extrema presso), inibidores de espuma e demulgadores.leos minerais tratados: So leos minerais fabricados atravs de um processo especial de hidro-craqueamento. A diferencia destes leos perante leos minerais convencionais a alta resistncia oxidao e a envelhecimento. Eles so livres de hidrocarbonetos no saturados. Sendo assim, eles no absorvem o oxignio do ar.leos sintticos:Em geral so leos a base de Polialfaoleofina (PAO). Estes leos no txicos podem ser usados em sistemas hidrulicos que solicitam baixa fluidez e alto ponto de fulgor. A vida til longa destes lubrificantes reduzem o consumo e o custo de manuteno. Estes leos sintticos tm cada vez mais importncia na indstria alimentcia e farmacutica.Requisitos dos fluidos hidrulicos

O fluido hidrulico deve estar em condies de umedecer as peas mveis com uma pelcula de lubrificao que no se rompa. A pelcula de lubrificao poder romper-se devido presses altas, alimentao insuficiente de leo, baixa viscosidade e movimentos lentos ou muito rpidos de deslizamento. A conseqncia desgaste por engripamento.

Alm do desgaste por engripamento, poder haver ainda desgaste por abraso, por fadiga e por corroso.

O desgaste por abraso ocorre quando os fluidos hidrulicos esto sujos, no filtrados convenientemente, contaminados com partculas slidas (por ex. abraso por metais, carepa, areia etc.) ao separarem as peas deslizantes entre si. Do mesmo modo as partculas estranhas podero ser transportadas por altas velocidades do fluido, e causarem abraso nos componentes.

Atravs da cavitao pode-se alterar a estrutura nos componentes, levando-os ao desgaste por fadiga. Desgaste profundo poder ocorrer nos mancais das bombas, atravs da contaminao do fluido hidrulico com gua.

Atravs de paradas prolongadas da instalao hidrulica, e utilizao de fluidos hidrulicos no apropriados, poder ocorrer desgaste por corroso. Forma-se a ferrugem por atuao da umidade sobre as reas de deslizamento, e isto conduz ao desgaste acentuado dos componentes.

Viscosidade

Como viscosidade entende-se a propriedade de um fluido hidrulico, resistncia contra o deslocamento laminar de duas camadas vizinhas do fluido hidrulico.

A caracterstica mais importante na escolha de um fluido hidrulico, a viscosidade. Ela no caracteriza a qualidade de um fluido hidrulico, mas define o seu comportamento numa determinada temperatura de referncia. Para a escolha de componentes hidrulicos, importante considerar os valores mximos e mnimos de viscosidade, indicados nos catlogos dos fabricantes de componentes hidrulicos, devido ao limite de capacidade dos mesmos.

O fluido hidrulico tambm no deve, mesmo num extenso campo, ficar mais "viscoso" ou "menos viscoso", no caso de variaes de temperatura, caso contrrio iria variar a vazo em pontos de estrangulamento (alterao da velocidade dos consumidores).

Fluidos hidrulico com alto ndice de viscosidade so necessrios, sobretudo em utilizaes sujeitas altas variaes de temperatura, como mquinas de trabalho mbil, veculos e avies.

A viscosidade de fluidos hidrulicos altera-se com o aumento da presso. Nas presses acima de 200bar esta propriedade precisa ser observada no planejamento de instalaes hidrulicas. Com aproximadamente 400 bar j pode ser alcanado um valor dobrado da viscosidade.

Caractersticas importantes

A seguir, sero destacadas as qualidades e exigncias para um fluido hidrulico num sistema hidrulico "exigente".

Compatibilidade com materiais: O fluido hidrulico deve apresentar uma alta compatibilidade com outros materiais utilizados em instalaes hidrulicas, como materiais para mancais, vedaes, pinturas etc. Este tambm o caso, que o fluido hidrulico esteja vazando da instalao hidrulica, e entre em contato com outras partes como cabos eltricos, peas mecnicas etc.

Resistncia contra solicitao trmica: O fluido hidrulico poder aquecer-se durante a operao da instalao (se possvel no acima de 80C). Nos tempos de parada o fluido hidrulico esfria novamente. Estes processos repetidos influem sobre a vida til do fluido hidrulico. Por isso em muitas instalaes, a temperatura de operao do fluido hidrulico, mantida constante com trocadores de calor (aquecimento e/ou resfriamento).

A vantagem uma curva caracterstica de viscosidade estvel e uma maior vida til do fluido hidrulico. Como desvantagens devem ser citadas aqui os maiores custos de aquisio e operao (energia para aquecimento e gua/ar para o resfriamento).

Resistncia oxidao: O processo de envelhecimento de leos minerais sofre a influncia do oxignio, calor, luz e catalizao. Um leo mineral com alta resistncia ao envelhecimento, possui inibidores de oxidao que evitam uma rpida recepo do oxignio. Um aumento na recepo do oxignio favorecer adicionalmente a corroso de peas construtivas.

Cobre, chumbo, bronze, lato e ao, tem efeito cataltico especialmente alto e influem sobre a vida do fluido hidrulico.

Estes materiais ou combinaes de materiais encontram-se muitas vezes nos elementos construtivos hidrulicos.

Baixa compressibilidade: o ar solvel transportado num fluido hidrulico condiciona a compresso da coluna do fluido hidrulico. Esta caracterstica tem

influncia na preciso de acionamentos hidrulicos. Nos processos de comando e regulao, a compressibilidade influi nos tempos de resposta. Se grandes volumes sob presso forem abertos rapidamente, ocorrem golpes de descarga na instalao. A compressibilidade do fluido hidrulico, o mesmo aumenta com temperatura ascendente e diminui com presso ascendente.

Como valor terico para leo mineral, para clculos prticos, pode-se adotar um fator de compressibilidade de 0,7 0,8% por 100bar. Para o fluido "gua" pode-se adotar um fator de 0,45% por 100bar.

A compressibilidade sobe consideravelmente, quando transportado ar no solubilizado (bolhas de ar). Atravs de tamanho incorreto do reservatrio e construo errada do reservatrio, bem como tubulao inadequada, o ar no solubilizado no consegue separar-se do fluido hidrulico, e com isto piora o fator de compressibilidade consideravelmente.

Baixa expanso por temperatura: Se o fluido sob presso atmosfrica for

aquecido, aumenta o seu volume. Nas instalaes com grande volume de

preenchimento, a temperatura posterior de operao da instalao, dever ser

considerada.

Exemplo: O volume do leo mineral cresce em 0,7% a cada 10C de aumento de temperatura.

Baixa formao de espuma: Pequenas bolhas de ar ascendente podero formar espuma na superfcie do reservatrio. Atravs de uma correta montagem das tubulaes de retorno no reservatrio, e atravs de correta construo do reservatrio, por ex. com chicanas (divisrias), pode-se minimizar a formao de espuma. Os leos minerais possuem aditivos qumicos que reduzem a capacidade de existirem espuma. A tendncia na formao de espuma do fluido hidrulico aumenta atravs do envelhecimento, contaminao e gua condensada.

Se a bomba succionar leo espumante, podero ocorrer pesadas falhas no sistema, e a rpida danificao da bomba.

Baixa absoro de ar e boa eliminao de ar: O fluido hidrulico se possvel, deve absorver e transportar pouco ar, mas eliminar rapidamente o ar absorvido. Aditivos qumicos favorecem grandemente esta exigncia. A capacidade de eliminao do ar piora com o aumento de temperatura do fluido hidrulico.

Alto ponto de ebulio e baixa presso de vapor: Quanto mais alto for o ponto de ebulio do fluido hidrulico utilizado, tanto maior poder ser a temperatura mxima de operao da instalao.

Alta densidade: Como densidade de um fluido hidrulico, entende-se a relao de sua massa para o seu volume. Preferivelmente a densidade deveria ser alta, para transmitir uma potncia maior com o mesmo volume do fluido hidrulico. Em acionamentos hidrostticos esta considerao menos importante do que nos acionamentos hidrodinmicos. A densidade dos leos minerais est entre 0,86 e 0,9g/cm .

A densidade necessria para a converso da relao (viscosidade/densidade) viscosidade cinemtica para a viscosidade dinmica, ou vice-versa.

Boa condutibilidade trmica: O calor gerado nas bombas, vlvulas, motores, cilindros e tubulao, devero ser transportados para o reservatrio pelo fluido hidrulico. O reservatrio irradia parcialmente o calor gerado para o ambiente, atravs das paredes do mesmo. Se as superfcies de irradiao no forem suficientes, precisam ser previstos adicionalmente trocadores de calor (resfriadores) na instalao, para evitar superaquecimento da instalao e do fluido hidrulico.

No ser higroscpio (no atrair umidade): Em instalaes, que operam com leos minerais, precisa-se cuidar que o leo permanea isento de gua, porque podem ocorrer falhas que levam parada da instalao. A gua poder invadir atravs das vedaes dos cilindros e eixos, atravs de trocadores gua no estanques e umidade do ar condensada nas paredes do reservatrio. Tambm no preenchimento do reservatrio, poder estar contido no tambor do fluido hidrulico, a gua condensada. Se o teor de gua for maior que 0,2% do volume total, precisa ser feita a troca do fluido hidrulico. Uma separao da gua do fluido hidrulico, poder ser realizada com o auxlio de separadores ou centrfugas, durante a instalao em funcionamento (principalmente em grandes instalaes).

Em instalaes que operam ao ar livre (maior umidade do ar e chuva), monta-se um secador de ar junto com filtro de ar, o qual seca o ar necessrio (devido a compensao do volume).

Como a gua tem um peso especfico maior, esta poder permanecer no fundo do reservatrio (leo mineral e gua no se misturam quimicamente e podem voltar a se separar).

Se o reservatrio tiver um indicador passante de nvel (entre a superfcie livre at o fundo), pode-se perceber claramente a existncia da gua. Se o registro de dreno no reservatrio for aberto cuidadosamente, a gua sair primeiro. Em instalaes grandes, muitas vezes montado um sinalizador de gua, no ponto mais baixo do reservatrio, que emite um sinal eltrico para um nvel de gua ajustvel.

Difcil ignio (no inflamvel): Instalaes hidrulicas tambm so aplicadas em locais mornos e quentes, com locais de produo que operam com chama viva, ou temperaturas bem altas. Para calcular o risco de ruptura de tubos e/ou mangueiras.

Nestes casos de aplicao so utilizados fluidos hidrulicos com alto ponto de ignio, de difcil inflamabilidade ou fluidos no inflamveis.

Fluido no venenoso (baixa toxidade, quanto ao vapor e aps a sua

decomposio): Para evitar periculosidade da sade e do ambiente atravs dos fluidos hidrulico, devem ser observadas as instrues especficas na documentao dos fabricantes de fluidos hidrulicos.

Boa proteo contra a corroso: Os fabricantes de bombas, vlvulas, motores e cilindros, testam os mesmos com leo mineral, que provocam nos componentes uma proteo anti-corroso. A capacidade de proteo anti-corroso de leos minerais, obtida atravs de aditivos qumicos, que formam uma pelcula repelente gua nas superfcies metlicas e quando do envelhecimento do leo mineral neutralizam os produtos de decomposio corrosiva.

Aps o teste dos componentes hidrulicos, o leo mineral restante conduzido ao reservatrio. A pelcula de leo mineral nos componentes protege os mesmos contra a corroso at a colocao em operao. Numa estocagem mais prolongada dos componentes, devem ser tomadas providncias especiais contra a corroso (por ex. atravs de leos de conservao).

Nenhuma formao de substncias pegajosas: O fluido hidrulico, durante os tempos de parada da instalao hidrulica ou durante a operao, assim como no aquecimento e resfriamento, e tambm atravs do envelhecimento, no deve formar substncias, que levem "adeso" de peas mveis dos componentes hidrulicos.

Facilidade para filtragem: O fluido hidrulico de um equipamento hidrulico filtrado permanentemente durante a operao, na entrada ou retorno ou nos dois sentidos, para retirar as partculas slidas do fluido hidrulico. O fluido hidrulico e sua viscosidade, tem influncia sobre o tamanho do filtro e o material da malha do filtro.

Com o aumento da viscosidade, aumenta a contra-presso (_p). Com isto dever ser previsto um filtro maior. Para os fluidos hidrulicos agressivos, necessita-se de materiais especiais para o elemento filtrante.

Os aditivos contidos nos fluidos hidrulicos, no devem sedimentar-se nos filtros. Se nos equipamentos forem usados filtros bem finos de 5 m de abertura de malha ou menores, deve-se analisar o fluido hidrulico quanto sua aptido para estas condies de aplicao.

Compatibilidade para troca com outros fluidos hidrulicos (troca de leo): Atravs de mudana ou modificao da linha de produtos, condies ambientais alteradas ou novas leis, poder ser necessrio proceder a troca do fluido hidrulico. Nestes casos os fabricantes dos fluidos hidrulicos e dos componentes hidrulicos devero ser consultados, quanto compatibilidade do fluido hidrulico e os componentes montados no equipamento hidrulico, para as novas condies de aplicao.

H casos em que todos os componentes, vedaes e mangueiras, precisam ser completamente desmontados e limpos do fluido hidrulico antigos. Quando no feito num procedimento correto, estes casos podem levar falha total do equipamento hidrulico.

Formao de lama: Os fluidos hidrulicos e seus aditivos, durante todo o tempo de operao, no devem sedimentar-se e levar formao de lama (efeitos de adeso).

Manutenabilidade: Os fluidos hidrulicos necessitam de altos investimentos de manuteno, os quais por ex. aps tempos mais longos de parada, precisam ser novamente revolvidos e misturados. Fluidos hidrulicos nos quais os aditivos perdem rapidamente suas caractersticas ou volatizam-se precisam ser controlados mais vezes qumica ou fisicamente.

Por processo simples, deve ser possvel o controle do fluido hidrulico. Em situaes extremas, os fabricantes do fluido hidrulico e do filtro, podem analisar amostras sobre a permanncia ou troca do mesmo.

Defesa ao meio ambiente: A melhor defesa para o ambiente, na utilizao de equipamentos hidrulicos, obtida pelo planejamento, construo, fabricao, operao e manuteno corretas.

A utilizao de fluidos hidrulicos no agressivos ao meio ambiente, no

substituem o pargrafo anterior (ISO 14000).

Os fluidos hidrulicos devem cumprir os seguintes requisitos:

Boa degradabilidade biolgica,

Fcil descarte,

Nenhuma toxidade para os peixes,

Nenhuma toxidade bacteriolgica,

Nenhuma periculosidade para gua,

Nenhum perigo para os alimentos,

Nenhum perigo para a forragem,

Nenhuma irritao para a pele e a mucosa atravs do fluido em todas as trs formas de estado (slido, lquido, gasoso) e falta ou pelo menos cheiro agradvel.

Custos e disponibilidade de compra: basicamente deveriam ser utilizados fluidos hidrulicos, que tenham preo vantajoso e que tenham alcanado boa distribuio. Isto especialmente importante para locais de aplicao de equipamentos hidrulicos em regies no industrializadas.

O catlogo de avaliao necessrio, s poderia ser elaborado de modo imperfeito. A escolha de um fluido hidrulico sob pontos de vista econmicos, s poder ser feita pesando-se os custos de operao e dos custos das conseqncias. Por isso importante, estar informado sobre as caractersticas fsicas e qumicas do fluido hidrulico, para evitar falhas em novos projetos, reposio ou consertos. CONCLUSO