O que são fluídos hidráulicos?

As demandas de sistemas hidráulicos mudam constantemente, de acordo com os requerimentos da indústria, como maior eficiência e velocidade em temperaturas e pressões mais altas. Para selecionar o melhor fluído hidráulico é necessário entender o básico das características particulares de cada fluído, em comparação a um fluído ideal. O fluído ideal teria as seguintes características:

  • Estabilidade termal;
  • Estabilidade hidrolítica;
  • Química de baixa corrosão;
  • Altas características anti-degaste;
  • Pouca tendência à cavitação;
  • Vida útil longa;
  • Rejeição total à água;
  • Viscosidade constante, independentemente da temperatura;
  • Baixo custo.

Mesmo que nenhum fluído único consiga reunir todas estas características, é possível selecionar um que se comporte da melhor forma a certo sistema hidráulico. Esta seleção necessita de conhecimento do sistema ao qual o fluído será aplicado. O construtor deve conhecer características básicas, como:

  • Operação máxima e mínima em temperatura ambiente;
  • Tipos de bombas utilizadas;
  • Pressão operacional;
  • Ciclo operacional;
  • Cargas dos componentes variados;
  • Tipo de controle e válvulas de energia.

Fatores de influência

Cada um dos seguintes fatores influência na performance do fluído hidráulico:

Viscosidade: As temperaturas operacionais máximas e mínimas, junto com as cargas do sistema, determinam as necessidades de viscosidade do fluído. O fluído deve manter um mínimo de viscosidade na temperatura operacional mais alta, entretanto, o fluído hidráulico não deve ser tão viscoso em temperaturas baixas ao ponto de não conseguir sem bombeado.

Desgaste: De todos os problemas de sistemas hidráulicos, o desgaste é o mais mal-entendido, isto porque desgaste e atrito são considerados a mesma coisa, mas não devem ser.

O desgaste é um resultado completamente inevitável de contato entre metal e metal. O objetivo do construtor é minimizar a ruína do metal através de um aditivo que o protege.

Em comparação, o atrito é reduzido através da prevenção – ou seja, é evitável – através do uso de um fluído que cria um óleo fino protetor, ou uma membrana aditiva entre ambas as partes de metal que se movem.

Note que desgaste excessivo pode não ser culpa do fluído, e sim ser causado por um sistema mal projetado, com características como pressão exagerada ou resfriamento inadequado.

Anti-desgaste: O composto mais frequentemente adicionado ao fluído hidráulico para reduzir o desgaste é ditiofosfato de zinco (Zn DTP), mas hoje em dia, fluídos hidráulicos anti-desgaste de filtros sem cinzas se tornaram populares em algumas empresas para reduzir as cargas em plantas de tratamento de desperdício. Nem o Zn DTP ou outros tipos de metais pesados são utilizados na fórmula dos fluídos anti-desgaste de filtros sem cinzas.

A bomba é o elemento dinâmico crítico em qualquer sistema hidráulico, e cada tipo de bomba (palheta, engrenagem, pistão) possui exigências diferentes para proteção contra o desgaste. Bombas de palheta e engrenagem necessitam de proteção anti-desgaste. Já as bombas de pistão, a proteção contra ferrugem e oxidação é bem mais importante, isto porque as de palheta e engrenagem operam com contato inerente de metal com metal, já a de pistão é conduzida em uma película de óleo.

Quando dois ou mais tipos de bombas são utilizadas em um mesmo sistema, não é prático separar os fluídos, mesmo que suas necessidades operacionais sejam diferentes. O fluído comum que for selecionado, no entanto, deve preencher os requisitos operacionais de todos os tipos de bomba.

Formação de espuma: Quando a espuma é carregada pelo fluído, ela degrada a performance do sistema, e por isso deve ser eliminada. A espuma geralmente pode ser prevenida pela eliminação de vazamentos de ar, entretanto, dois tipos de espuma ainda ocorrem frequentemente:

  • Espuma de superfície, que coleta o fluído da superfície no reservatório;
  • Ar aprisionado.

A espuma de superfície é mais fácil de eliminar, por meio de aditivos antiespumantes ou reservatórios propriamente projetados, que fazem com que a espuma que entre não tenha tempo de se dissipar.

Já o ar aprisionado pode causar problemas mais sério, pois este tipo de espuma é atraído para dentro do sistema. Nos piores casos, ela causa a cavitação: uma ação de martelar que pode destruir componentes. O ar aprisionado tem como prevenção a seleção correta de aditivos e base de óleos. Cuidado: certos tipos de agentes antiespumantes, quando utilizados em alta concentração para reduzir a espuma de superfície, aumentarão o ar aprisionado.

Em conjunto com os problemas de espuma, há a viscosidade do fluído, que determina o quão fácil as bolhas de ar podem migrar através do fluído e escapar.

F & O: Grande parte dos fluídos necessita de inibidores de ferrugem e oxidação, estes aditivos protegem o metal e contém antioxidantes que ajudam a prolongar a vida útil do fluído.

Corrosão: Dois problemas potenciais de corrosão devem ser considerados: enferrujamento do sistema e corrosão por ácidos químicos. O enferrujamento acontece quando a água carregada pelo fluído ataca as partes metálicas. A maioria dos fluídos hidráulicos contém inibidores anti-ferrugem para este tipo de proteção. Os testes utilizados para medir esta capacidade são ASTM D 665 A e B. Já para a proteção contra a corrosão química, outros aditivos devem ser pensados. Eles devem possuir boa estabilidade na presença de água, a fim de prevenir falhas e ataques ácidos aos metais do sistema.

Oxidação e estabilidade termal: Ao longo do tempo, o fluído oxida e forma ácidos, lamas e verniz. Os ácidos podem atacar as partes do sistema, particularmente metais leves.

Operação em alta temperatura prolongada e ciclos térmicos também auxiliam na formação dos produtos resultados da decomposição do fluído. Ele deve ser projetado para minimizar estes problemas térmicos, assim o fluído deve ter aditivos que possuam estabilidade termal, inibam oxidação e neutralizem ácidos assim que estes se formam.

Mesmo que não seja sempre muito prático ou fácil de conseguir, a temperatura constante e moderada de operação é a melhor situação para o sistema e a vida útil do fluído.

Retenção de água: Grandes quantidades de água em um sistema hidráulico podem ser removidas com a drenagem periódica do depósito. Entretanto, pequenas quantidades de água podem ficar presas, principalmente se o depósito for menor. Geralmente, agentes desemulsificantes são adicionados ao fluído para acelerar a separação da água. Filtros podem fisicamente remover qualquer água remanescente no fluído, e a água deve deixar o fluído sem levá-lo consigo, ou seus aditivos.

Temperatura: A temperatura de operação do sistema varia de acordo com os requisitos de trabalho. Aqui estão algumas regras gerais:

  • A pressão máxima recomendada geralmente é de 65,5ºC;
  • A pressão operacional de 82º a 93ºC pode ser prática, mas o fluído terá de ser trocado duas ou três vezes frequentemente.
  • Os sistemas podem operar a temperaturas tão altas quanto 121ºC, mas a punição é a rápida decomposição do fluído, e especialmente mais rápida dos aditivos – por vezes em apenas 24 horas!

A composição do fluído

A maioria dos fluídos é avaliada com base em suas estimativas de ferrugem e oxidação (F & O), estabilidade termal e proteção contra desgaste. Mais algumas características devem ser levadas em conta para uma operação eficiente:

Compatibilidade de selo: Na maior parte dos sistemas, os selos são selecionados para que seu encontro com o fluído não o faça mudar de tamanho, ou eles expandem bem pouco, portanto, garantido que caiba. O fluído selecionado deve ser checado para que os materiais sejam compatíveis, assim não interferem na operação.

Vida útil do fluído, capacidade de descarte: Essas duas importantes considerações não estão relacionadas diretamente à performance do fluído no sistema hidráulico, mas influenciam no custo total.

Fluídos que possuem uma vida operacional mais longa trazem economias por causa da manutenção reduzida e custos de troca de fluído. Este custo pode ser substancial em um sistema muito grande, e a vida útil das peças também deve ser maior com um fluído de qualidade.

Vida útil longa também reduz problemas de disposição, com as grandes demandas de meio ambiente livre de agentes químicos, e definições que mudam sempre do que é tóxico ou não, os problemas de disposição de fluído aumentam. As leis anti-poluição locais devem ser levadas em conta no momento de considerar qual fluído será utilizado, a fim de prever potenciais problemas.

Fluídos de hidrocarbonetos sintetizados (sintéticos) não contém ceras que se solidificam à baixas temperaturas, nem componentes que oxidam facilmente à altas temperaturas, que são inevitáveis em óleos minerais naturais. Fluídos hidráulicos sintéticos estão sendo utilizados para aplicações com temperaturas muito baixas ou muito baixas, ou com grandes variações.

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