Fluidos e circuitos hidráulicos

O fluido hidráulico é a alma, o elemento vital nos circuitos hidráulicos industriais. Ele é o meio de transmissão de energia para a realização do trabalho pretendido. Além disso, assume outras funções no circuito, tais como lubrificante, elemento de vedação e refrigerante, transferindo o calor gerado no sistema.

No mercado, existe disponível uma enorme variedade de fluidos hidráulicos para atender às mais variadas aplicações, desde o acionamento de “munks” em caminhões até o acionamento de válvulas em árvores de natal submarinas (ANM).

As principais características que precisam ser observadas em um fluido hidráulico são:

Viscosidade

• : a viscosidade do fluido garante a lubricidade

para as partes móveis e a vedação. Além disso, fluidos com alta viscosidade são mais estáveis às variações de temperatura e são, portanto, adequados a circuitos em que é gerado muito calor. Por outro lado, a viscosidade oferece resistência à vazão e, portanto, os circuitos que precisam transmitir força hidráulica a grandes distâncias devem utilizar fluidos com baixa viscosidade;

Inibição de corrosão

• : o óleo está sujeito a absorver oxigênio

do ar. Essa característica pode ser intensificada pela presença de resíduos metálicos e temperaturas altas. O oxigênio é circulado pelo óleo e pode atacar as superfícies metálicas, além de reagir quimicamente com o óleo, formando ácidos e ainda aumentando a viscosidade. Dessa forma, aditivos inibidores de corrosão são importantes e visam formar uma película nas superfícies metálicas que os isolam do oxigênio e possíveis ácidos que venham a se formar;

Aditivos antidesgastes

• : protegem pontos do circuito sujeitos

a altas pressões e temperaturas, como pontas das palhetas de bombas ou motores, contra desgastes prematuros;

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Antiespumantes

• : são aditivos que impedem a formação

de espuma, ou seja, aglomerados de bolhas de ar que são transportados no circuito e baixam a capacidade de lubrificação do óleo e ainda absorvem energia gerada na compressão, além de outros distúrbios;

Proteção antichama

• : um dos inconvenientes do fluido à

base de óleo é ser inflamável, uma vez que é um derivado do petróleo. Dessa forma, cuidados devem ser tomados com a sua temperatura, principalmente no retorno ao tanque, quando irá entrar em contato com o oxigênio do ar. Quando esse for o caso, trocadores de calor devem ser utilizados no retorno do fluido ao tanque. Também não deve ser utilizado em ambientes sujeitos à exposição direta a chamas. Uma forma de fugir desse inconveniente é usar o fluido à base de água.

a) Tipos de fluidos

Dois tipos básicos de fluidos estão disponíveis. O mais comum é o baseado em óleo mineral. O outro tipo, muito utilizado, principalmente no E&P, é o fluido à base de água.

Fluido

• à base de óleo mineral: esse fluido é, em sua essência,

um óleo derivado do petróleo, acrescido de diversos aditivos que visam dar ao óleo as características apropriadas ao circuito a que se destina;

Fluido

• à base de água: o fluido à base de água é uma mistura

de água com glicol em percentagens que variam de acordo com a situação. Normalmente, o glicol entra com 25% a 40% na composição e o seu objetivo principal é servir de anti-congelante e melhorar as características lubrificantes do fluido, considerando que a viscosidade da água, em si, é muito baixa. Aditivos são necessários também, conforme descritos acima, além de outros

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O fluido à base de água é largamente utilizado no E&P para comando de sistemas submarinos, por uma série de fatores, a saber:

Baixa viscosidade, o que permite a transmissão da energia •

hidráulica a grandes distâncias; Densidade do

• fluido semelhante à da água do mar, evitando

diferenças de pressão por causa das diferentes densidades das colunas de líquidos. Lembre que algumas ANMs (árvores de natal molhadas) estão localizadas a quase 2.000 metros de profundidade, onde só a coluna d’água corresponde a 200 bar;

Tolerância a contaminações por água do mar. No caso dos •

óleos minerais, a contaminação por água do mar, além de formar emulsões que alteram as características do fluido, ainda proporcionam o crescimento biológico que pode bloquear a passagem do fluido e, portanto, a transmissão da pressão.

A desvantagem dos fluidos à base de água diz respeito também à sua baixa lubricidade e maior absorção de oxigênio, o que requer componentes especiais no circuito, resistentes à corrosão e ao desgaste.

b) Limpeza do fluido

Todos os fluidos possuem impurezas em suspensão. Entretanto, a quantidade dessas impurezas e principalmente o tamanho das partículas sólidas em suspensão pode ser fatal para o bom funcionamento do sistema.

Conforme dito anteriormente, o fluido hidráulico tem por finalidade transmitir potência hidráulica, lubrificar partes móveis, transferir calor e vedar folgas entre algumas partes móveis. No entanto, impurezas presentes no fluido podem impedir a realização dessas funções, uma vez que:

Obstruem a passagem do

• fluido – alguns pilotos de válvulas

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Provocam a abrasão das partes móveis; •

Alteram as características físico-químicas do

• fluido, diminuindo

sua capacidade de retirar calor do sistema, além de formar depósitos que dificultam as trocas de calor.

Sendo assim, tanto a qualificação do fluido usado quanto a utilização de filtros no circuito são medidas fundamentais para o bom funcionamento e a preservação da vida útil do sistema hidráulico.

c) Reservatório de fluido

O reservatório do fluido precisa, pelo menos, ser dotado de uma “chicana” ou placa defletora, a fim de evitar que o fluido, ao retornar, encontre um caminho preferencial direto para a sucção de volta para o circuito, de forma a depositar arrastes e dissipar calor residual.

Chicana

Nas unidades hidráulicas utilizadas para acionamento de ANMs, normalmente divide-se o reservatório em duas câmaras absolutamente independentes, às quais são denominadas de “retorno” e supply (suprimento). O fluido que retorna do circuito é direcionado ao reservatório de retorno. Uma bomba específica faz o fluido recircular, através de um filtro. Amostras são tiradas do fluido e é verificado o seu grau de limpeza em comparação com padrões (norma NAS -1638 - Cleanliness requirements of parts used in hydraulic systems - Requisitos de limpeza de peças utilizadas em sistemas hidráulicos - em geral é adotada a classe 6). Quando a classe de limpeza é atingida, o fluido é transferido, então, para o reservatório de supply. Esse procedimento garante a qualidade do fluido no circuito hidráulico.

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Exemplo de circuito hidráulico

d) Tubulações e conexões

É necessário verificar os tipos mais comuns de tubos e conexões utilizados em circuitos hidráulicos disponíveis no mercado.

Tipos de tubos

• : os tubos são escolhidos por várias

características, dentre as quais as mais importantes são: diâmetro nominal, material, classe de pressão e característica construtiva (com ou sem costura).

Essas características estão normalmente especificadas de forma inseparável em tabelas. A norma Petrobras N-1931 (Material de tubulação para instrumentação) estabelece alguns padrões para tubos utilizados em instrumentação, que podem também ser aproveitados para os circuitos hidráulicos.

Diâmetro nominal e classe de pressão

• : a escolha do diâmetro

nominal segue padrões métricos (em milímetros) ou ingleses, em polegadas, que são os mais comuns. Os diâmetros mais utilizados são os de 3/8”, 1/2”, 3/4”, 1”, 1¼”, 1½”, 2” etc. Geralmente (há exceções) o diâmetro nominal equivale ao diâmetro externo do duto. A espessura de parede é determinada em função da classe de pressão do tubo e impacta no diâmetro interno do tubo. Dessa forma, dependendo da utilização pretendida, deve- se atentar o real diâmetro interno do tubo escolhido.

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A classe de pressão para os tubos diz respeito à pressão máxima de operação. Normalmente, é estabelecida em psi (libras por polegada quadrada) ou também em bar. As mais comuns são 150 psi, 600 psi, 1.500 psi, 3.000 psi e 5.000 psi, porém, existem muitas outras padronizadas.

Existem duas outras especificações, em termos de pressão, que não devem ser confundidas com a classe acima. São elas:

• Pressão de teste: é a pressão de teste hidrostático. Normalmente, corresponde a 1,5 vezes à pressão máxima de operação;

• Pressão de ruptura: é a menor pressão capaz de romper o tubo.

Além disso, muitas vezes, é estabelecido também um fator de segurança (ex: 1/3) que representa a relação entre a pressão de teste e a pressão de ruptura do tubo.

Materiais

• : existem muitos materiais disponíveis no mercado,

entretanto, o mais comumente utilizado nos circuitos hidráulicos de unidades offshore é o aço inox AISI-316L. O aço carbono é utilizado em alguns casos de menor responsabilidade, mas exclusivamente em circuitos nos quais o fluido hidráulico é o óleo mineral.

Características construtivas: •

• Tubos com costura: é chamada de costura a solda para fechamento do tubo feita a partir da calandragem de chapa. Esse é o tipo mais comum e mais barato de tubo, mas, por outro lado, o mais susceptível a rupturas por falhas na solda.

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• Tubos sem costura: são fabricados de uma peça única e sem emendas ou soldas. São, portanto, mais resistentes a rupturas. Em circuitos hidráulicos, pneumáticos e também para linhas de impulso usadas offshore, são utilizados apenas tubos sem costura.

Tipos de conexões

• : existe uma variedade enorme de conexões,

como as curvas, joelhos, tês, nipples, luvas etc. que podem ser identificadas nos catálogos dos fabricantes.

É importante, entretanto, avaliar as formas como essas conexões são fixadas aos tubos e entre si, que podem ser: soldadas, roscadas e roscadas/anilhadas.

• Conexões soldadas: há dois tipos a serem considerados.

De topo: a solda é feita como em qualquer tubulação:

Soquete: o tubo é encaixado na conexão que recebe a

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• Roscadas: esse tipo de conexão normalmente é o mais usado em tubos de maiores diâmetros, em função da necessidade de abertura de rosca nos tubos:

• Roscada/anilhada: cada fabricante define um formato diferente de anilha, que pode ser simples ou dupla (mostrada na ilustração a seguir). O princípio de fixação é parecido entre eles. A idéia é que a anilha se deforme junto com o tubo, formando um engaste entre eles provendo um tipo de vedação metal-metal. Esse tipo de conexão é o mais utilizado para as terminações dos tubos, pela facilidade e confiabilidade das vedações.

Anilha traseira Ponto de encunhamento Porca Anilha frontal Corpo de conexão Tubo