4 - Fluidos, Reservatórios e Trocador de calor

Sistemas hidráulicos e pneumáticosSistemas hidráulicos e pneumáticos

Laboratório de Sistemas Hidráulicos e PneumáticosDepartamento de Engenharia Mecânica

Disciplina nDisciplina noo: 70605: 70605

Faculdade SATC Faculdade SATC –– Engenharia MecânicaEngenharia MecânicaDisciplina da 6ª faseDisciplina da 6ª faseCapítulos:Capítulos:

•• Fluidos hidráulicosFluidos hidráulicos•• ReservatóriosReservatórios•• Trocador de calorTrocador de calor

DocenteDocente: Richard de Medeiros Castro: Richard de Medeiros Castro


Departamento de Engenharia Mecânica

Fluidos hidráulicosFluidos hidráulicosOsOs fluidosfluidos hidráulicoshidráulicos constituemconstituem oo meiomeio parapara aa transferênciatransferência dedeenergiaenergia emem qualquerqualquer sistemasistema hidráulicohidráulico,, devendodevendo possuirpossuircaracterísticascaracterísticas queque aa coadunemcoadunem comcom asas dosdos componentescomponentes dedesistemas,sistemas, ee queque favoreçamfavoreçam aa operaçãooperação adequadaadequada destesdestes sobsob diversasdiversascircunstânciascircunstâncias,, taistais comocomo emem ambientesambientesagressivosagressivos ouou sujeitossujeitos aa elevadaselevadasvariaçõesvariações dede temperaturatemperatura,, ouou aindaainda ememaplicaçõesaplicações dede sistemassistemas queque requeiramrequeiramelevadaselevadas ee rápidasrápidas variaçõesvariações dedepressõespressões..



Fluidos hidráulicosFluidos hidráulicosOO contínuocontínuo desenvolvimentodesenvolvimento ee aa crescentecrescente aplicaçãoaplicação dosdos sistemassistemas hidráulicoshidráulicoscompactoscompactos fechadosfechados têmtêm sidosido possíveispossíveis pelapela utilizaçãoutilização dede fluidosfluidos aa altaaltapressãopressão.. AtéAté aa segundasegunda guerraguerra mundialmundial,, 7070 barbar ee atéaté 3535 barbar erameramconsideradasconsideradas altasaltas pressõespressões parapara pequenospequenos sistemas,sistemas, masmas aa pesquisapesquisa nanahidráulicahidráulica dede aviõesaviões,, durantedurante ee apósapós aa guerraguerra,, indicouindicou aa praticidadepraticidade ee asasvantagensvantagens dodo usouso dede sistemassistemas aa pressõespressões maismais elevadaselevadas.. AtualmenteAtualmente éécomumcomum oo usouso dede sistemassistemas aa pressõespressões dede 210210 barbar ee 310310 barbar emem aeronavesaeronaves..AA grandegrande vantagemvantagem principalmenteprincipalmente nosnos sistemassistemas dede aviaçãoaviação éé aapossibilidadepossibilidade comcom altasaltas pressõespressões ,, trabalhartrabalhar comcom volumesvolumes dede fluidofluido eeequipamentosequipamentos reduzidosreduzidos,, ganhandoganhando nessesnesses sistemassistemas aa capacidadecapacidade dedemaioresmaiores cargascargas ee levezaleveza nana suasua construçãoconstrução..



Fluidos hidráulicosFluidos hidráulicosEntretantoEntretanto quandoquando sese trabalhatrabalha comcom fluidosfluidos aa altíssimasaltíssimas pressõespressões seseexigeexige aa altaalta capacidadecapacidade dede lubrificaçãolubrificação dodo fluidofluido empregadoempregado.. PorPorexemploexemplo bombasbombas ee motoresmotores hidráulicoshidráulicos operandooperando aa altasaltas pressõespressões eerotaçõesrotações devemdevem serser adequadamenteadequadamente lubrificadoslubrificados nono sentidosentido dede seseevitarevitar desgastedesgaste prematuroprematuro ee consequentimenteconsequentimente aa perdaperda dedeeficiênciaeficiência..

FiguraFigura 0101: : OcorrênciasOcorrências do do desgastedesgaste



Fluidos hidráulicosFluidos hidráulicosUmUm óleoóleo mineralmineral puropuro,, independentementeindependentemente dede suasua qualidadequalidade,, nãonãopodepode preencherpreencher todostodos osos requisitosrequisitos parapara umum fluidofluido hidráulicohidráulico dede usousocomumcomum ee porpor essaessa razãorazão asas propriedadespropriedades naturaisnaturais sãosãointensificadasintensificadas porpor meiomeio dede aditivosaditivos,, taistais comocomo::

AntioxidantesAntioxidantes,, antidesgastantesantidesgastantes,, antiespulmantesantiespulmantes,, ampliadoresampliadoresdodo índiceíndice dede viscosidadeviscosidade ee demulsificantesdemulsificantes..



Fluidos hidráulicosFluidos hidráulicosFunçõesFunções básicasbásicasOO fluidofluido hidráulicohidráulico éé oo elementoelemento maismais importanteimportante nana durabilidadedurabilidade dosdoscomponentescomponentes dosdos sistemassistemas hidráulicoshidráulicos umauma vezvez queque eleele circulacircula porpor todotodooo sistema,sistema, atingindoatingindo aa todostodos osos pontospontos dodo mesmomesmo.. UmUm bombom fluidofluidohidráulico,hidráulico, comcom umauma filtragemfiltragem bembem apuradaapurada contribuirácontribuirá sobremaneirasobremaneiraparapara oo aumentoaumento nana vidavida útilútil dosdos componentescomponentes.. AsAs principaisprincipais funçõesfunçõesdosdos fluidosfluidos sãosão:: TransmitirTransmitir energiaenergia;;

VedarVedar ee lubrificarlubrificar partespartes móveismóveis;; ResfriarResfriar ouou dissipardissipar calorcalor;;



Fluidos hidráulicosFluidos hidráulicosPrincipaisPrincipais fluidosfluidos hidráulicoshidráulicosÓleosÓleos mineraisminerais -- SãoSão osos fluidosfluidos hidráulicoshidráulicos derivadosderivados dodo petróleopetróleo;; emboraembora oopetróleopetróleo nãonão sejaseja umum minério,minério, sãosão chamadoschamados dede mineraisminerais parapara diferenciádiferenciá--loslosdosdos óleosóleos vegetaisvegetais ee demaisdemais óleosóleos industriaisindustriais..ÓleosÓleos sintéticossintéticos -- SãoSão óleosóleos produzidosproduzidos parapara atenderatender aa determinadasdeterminadascondiçõescondições ee especificaçõesespecificações asas quaisquais osos óleosóleos mineraisminerais nãonão atendematendem..FluidosFluidos resistentesresistentes aoao fogofogo -- SãoSão combinaçõescombinações dede óleoóleo maismais águaágua dedemodomodo queque nãonão propaguempropaguem fogofogo emem casocaso dede incêndioincêndio;; nãonão significasignifica dizerdizer quequenãonão queimemqueimem ee simsim queque nãonão dispersamdispersam oo fogofogo emem suasua superfíciesuperfície comocomoocorreocorre comcom osos óleosóleos lubrificanteslubrificantes..



Fluidos hidráulicos Fluidos hidráulicos (óleos minerais)(óleos minerais)

VisãoVisão geralgeral dosdos fluidosfluidos dede pressãopressão -- DINDIN 5152451524 ee DINDIN 5152551525HLHL -- proteçãoproteção anticorrosiva,anticorrosiva, resistênciaresistência aoao envelhecimentoenvelhecimento;; paraparaequipamentosequipamentos queque possuempossuem elevadoselevados esforçosesforços térmicostérmicos ee problemasproblemas dedeentradaentrada dede águaágua nono sistemasistema.. NãoNão possuempossuem aditivosaditivos comocomo proteçãoproteção aoaodesgastedesgaste nono casocaso dede atritoatrito mistomisto..HLPHLP -- grandegrande resistênciaresistência aoao desgastedesgaste;; sujeitossujeitos àà maioresmaiores esforçosesforços dedepressãopressão ee comcom aditivosaditivos protetivosprotetivos àà corrosãocorrosão ee oxidaçãooxidação..HVHV -- fluidosfluidos ondeonde aa interferênciainterferência sobresobre aa viscosidadeviscosidade éé mínimamínima;; paraparaequipamentosequipamentos ondeonde háhá oscilaçõesoscilações consideráveisconsideráveis dede temperaturatemperatura;; fluidofluido comcomaditivosaditivos dede ampliaçãoampliação dodo índiceíndice dede viscosidadeviscosidade..



Fluidos hidráulicos Fluidos hidráulicos (óleos minerais)(óleos minerais)

VisãoVisão geralgeral dosdos fluidosfluidos dede pressãopressão -- DINDIN 5152451524 ee DINDIN 5152551525SignificadoSignificado

Tipo Descrição

HL,HL, HLP ouHLP ouHVHV

HH -- Óleo hidráulicoÓleo hidráulicoLL -- ComCom aditivosaditivos parapara aumentaraaumentara proteçãoproteção contracontra corrosãocorrosão e/oue/ouprolongarprolongar estabilidadeestabilidadePP -- ComCom aditivosaditivos parapara reduzirreduzir e/oue/ou aumentaraumentar habilidadehabilidade dedecarregamentocarregamento dada cargacargaVV –– ComCom aditivosaditivos parapara aa amplificaçãoamplificação dodo índiceíndice dede viscosidadeviscosidade



Fluidos hidráulicos Fluidos hidráulicos (óleos especiais) (óleos especiais)

VisãoVisão geralgeral dosdos fluidosfluidos dede pressãopressão –– VDMAVDMA 2431424314,, 2431724317 ee 2432024320•• FluidoFluido hidráulicohidráulico resistenteresistente aoao fogofogo

HFAHFA -- 8080 aa 9090%% dede águaágua;; HFBHFB -- 4040%% dede águaágua;; HFCHFC -- soluçãosolução águaágua glicolglicol 3535 aa 5555%% dede águaágua;; HFDHFD -- fluidofluido anidroanidro (éster(éster--fosfatofosfato semsem aa presençapresença dede água)água)..



Fluidos hidráulicosFluidos hidráulicosPrincipaisPrincipais propriedadespropriedades dosdos FluidosFluidos HidráulicosHidráulicosViscosidadeViscosidade:: éé aa resistênciaresistência dodo fluidofluido aa escoar,escoar, ouou seja,seja, umauma medidamedidainversainversa dada fluidezfluidez.. SeSe umum fluidofluido escoaescoa facilmentefacilmente,, suasua viscosidadeviscosidade éébaixabaixa.. PodePode--sese dizerdizer queque oo fluidofluido éé finofino ouou poucopouco encorpadoencorpado.. UmUm fluidofluidoqueque escoaescoa comcom dificuldadedificuldade temtem altaalta viscosidadeviscosidade,, éé grossogrosso ouou muitomuitoencorpado,encorpado, porpor issoisso éé importânciaimportância oo controlecontrole dede suasua viscosidadeviscosidade..ControleControle dada viscosidadeviscosidade:: BasicamenteBasicamente oo controlecontrole dada viscosidadeviscosidade éébaseadobaseado sobresobre essesesses doisdois fatoresfatores:: AA viscosidadeviscosidade muitomuito baixabaixa ee aaviscosidadeviscosidade muitomuito altaalta..



Fluidos hidráulicosFluidos hidráulicosPrincipaisPrincipais propriedadespropriedades dosdos FluidosFluidos HidráulicosHidráulicosViscosidadeViscosidade dinâmicadinâmica (( ))

dydu

LeiLei dede NewtonNewton dydu



Fluidos hidráulicosFluidos hidráulicosPrincipaisPrincipais propriedadespropriedades dosdos FluidosFluidos HidráulicosHidráulicosViscosidadeViscosidade cinemáticacinemática (( ))

v

ParaPara fluidosfluidos newtonianos,newtonianos, oo coeficientecoeficiente dede viscosidadeviscosidade dinâmica,dinâmica, µ,µ, ééindependenteindependente dede dudu//dydy .. NoNo entanto,entanto, elaela mudamuda comcom aa temperaturatemperatura eepressãopressão.. ViscosidadeViscosidade cinemática,cinemática, ν,ν, éé definidodefinido comocomo aa relaçãorelação entreentre aaviscosidadeviscosidade dinâmicadinâmica comcom aa densidadedensidade..

ConversõesConversões

v



Fluidos hidráulicosFluidos hidráulicosPrincipaisPrincipais propriedadespropriedades dosdos FluidosFluidos HidráulicosHidráulicos (cont(cont..))

EfeitosEfeitos dada altaalta viscosidadeviscosidade

AltaAlta resistênciaresistência aoao fluxofluxo;; AumentoAumento dodo consumoconsumo dede energiaenergia devidodevido aa perdasperdas porpor atritoatrito;; AumentoAumento dada temperaturatemperatura causadacausada pelopelo atritoatrito;; MaiorMaior quedaqueda dede pressãopressão devidodevido àà resistênciaresistência (aumento(aumento dada perdaperda

dede carga)carga);; PossibilidadePossibilidade dede operaçãooperação vagarosavagarosa (velocidade(velocidade reduzida)reduzida);;




EfeitosEfeitos dada baixabaixa viscosidadeviscosidade OsOs vazamentosvazamentos internosinternos aumentamaumentam;; GastoGasto excessivoexcessivo ouou talveztalvez engripamento,engripamento, sobsob cargacarga pesada,pesada, devidodevido

àà decomposiçãodecomposição películapelícula dede óleoóleo entreentre asas peçaspeças móveismóveis;; PodePode reduzirreduzir oo rendimentorendimento dada bomba,bomba, comcom umauma operaçãooperação maismais

lentalenta dodo atuadoratuador;;AumentoAumento dede temperaturatemperatura devidodevido aa perdasperdas porpor vazamentosvazamentos..




ClassificaçãoClassificação /métodos/métodos parapara aa definiçãodefinição dede viscosidadeviscosidade

ViscosidadeViscosidade AbsolutaAbsoluta ((PoisePoise));; ViscosidadeViscosidade cinemáticacinemática ((centistokescentistokes ouou mmmm22/s)/s);; ViscosidadeViscosidade relativarelativa emem SSUSSU ee SAESAE.

OO sistemasistema ISOISO estabeleceestabelece oo númeronúmero médiomédio parapara umauma determinadadeterminadafaixafaixa dede viscosidadeviscosidade cinemáticacinemática ((cStcSt ouou mmmm22/s/s)) aa temperaturatemperatura dede4040°° CC..



Fluidos hidráulicosFluidos hidráulicosPrincipaisPrincipais propriedadespropriedades dosdosFluidosFluidos HidráulicosHidráulicos (cont(cont..))

Representação Representação gráfica da gráfica da

Viscosidade x TemperaturaViscosidade x Temperatura



Fluidos hidráulicosFluidos hidráulicosPrincipaisPrincipais propriedadespropriedades dosdosFluidosFluidos HidráulicosHidráulicos (cont(cont..))

Representação Representação gráfica da gráfica da

Viscosidade x PressãoViscosidade x Pressão



Fluidos hidráulicosFluidos hidráulicosFluidos hidráulicosFluidos hidráulicosPrincipaisPrincipais propriedadespropriedades dosdos FluidosFluidos HidráulicosHidráulicos (cont(cont..))ÍndiceÍndice dede viscosidadeviscosidade IVIV:: éé umauma medidamedida relativarelativa dada mudançamudança dede viscosidadeviscosidadedede umum fluidofluido comocomo conseqüênciaconseqüência dasdas variaçõesvariações dede temperaturatemperatura.. UmUm fluidofluido quequetemtem umauma viscosidadeviscosidade relativamenterelativamente estávelestável aa temperaturastemperaturas extremas,extremas, temtem umumaltoalto índiceíndice dede viscosidadeviscosidade (IV)(IV).. UmUm fluidofluido queque éé espessoespesso quandoquando friofrio ee finofinoquandoquando quente,quente, temtem umum baixobaixo IVIV..ValoresValores típicostípicos dodoíndiceíndice dede viscosidadeviscosidade(IV)(IV) parapara diferentesdiferentestipostipos dede fluidosfluidos

ÓleoÓleo mineralmineral (HL)(HL) ____________________________________ IVIV == 8080 àà 105105;; ÓleoÓleo mineralmineral c/c/ amplificadoramplificador dodo IVIV (HV)(HV) __ IVIV << 300300;; SoluçãoSolução aquosaaquosa dede polímerospolímeros (HFC)(HFC) ______ IVIV ≈≈ 150150 áá 160160;; FluidosFluidos sintéticossintéticos semsem águaágua (HFD)(HFD) __________ IVIV << 00 àà 4545



Fluidos hidráulicosFluidos hidráulicosFluidos hidráulicosFluidos hidráulicos

ClassificaçãoClassificação dosdos fluidosfluidos segundosegundo aa ViscosidadeViscosidadeAA normanorma ISOISO -- ClassificaçãoClassificação dede viscosidadeviscosidade parapara fluidosfluidos viscososviscososindustriaisindustriais -- classificaclassifica osos fluidosfluidos pelopelo valorvalor dede viscosidadeviscosidade cinemáticacinemática ààtemperaturatemperatura dede 4040ºº C,C, segundosegundo oo GrupoGrupo ViscosoViscoso (VG(VG)).. AA seqüênciaseqüêncianuméricanumérica estabelecidaestabelecida porpor essaessa normanorma éé:: 1010,, 1515,, 2222,, 3232 ,, 4646,, 6868,, 100100,,.... cStcSt..AcrescidoAcrescido dada classificaçãoclassificação segundosegundo oo tipo,tipo, oo fluidofluido ficafica perfeitamenteperfeitamenteespecificadoespecificado.. UmUm fluidofluido hidráulicohidráulico contendocontendo aditivosaditivos como,como, porpor exemplo,exemplo,umum óleoóleo mineralmineral dodo grupogrupo viscosoviscoso 6868 ((νν == 6868 cStcSt aa 4040ºC)ºC) comcom aditivosaditivosantiferrugemantiferrugem ee antioxidanteantioxidante éé representadorepresentado porpor:: HL ISO HL ISO –– VG 68VG 68



Fluidos hidráulicosFluidos hidráulicosFluidos hidráulicosFluidos hidráulicos

PrincipaisPrincipais especificaçõesespecificações dosdos óleosóleos mineraisminerais –– VGVG 3232 ee VGVG 6868



Fluidos hidráulicosFluidos hidráulicosFluidos hidráulicosFluidos hidráulicosFluidos hidráulicosFluidos hidráulicosRecomendaçõesRecomendações parapara especificaçõesespecificaçõesOsOs limiteslimites inferiorinferior ee superiorsuperior dede viscosidadeviscosidade sãosão normalmentenormalmentedeterminadosdeterminados emem funçãofunção dasdas característicascaracterísticas operacionaisoperacionais dosdos sistemassistemashidráulicoshidráulicos..DeDe formaforma geral,geral, oo limitelimite inferiorinferior dede viscosidade,viscosidade, segundosegundo BackéBacké ((19881988)) eeWarringWarring ((19701970),), queque permitepermite lubrificaçãolubrificação aceitávelaceitável ee perdasperdas porpor vazamentosvazamentosnasnas folgasfolgas dosdos componentescomponentes éé dada ordemordem dede:: cStvmín 10ParaPara mantermanter aa capacidadecapacidade dede sucçãosucção dasdas bombasbombas ee conseqüentementeconseqüentemente suasuallubrificaçãoubrificação emem baixasbaixas temperaturas,temperaturas, oo limitelimite superiorsuperior dede viscosidadeviscosidade(viscosidade(viscosidade dede partida)partida) éé dede:: cStvmáx 800



Fluidos hidráulicosFluidos hidráulicosFluidos hidráulicosFluidos hidráulicosFluidos hidráulicosFluidos hidráulicosRequisitosRequisitos dosdos fluidosfluidos hidráulicoshidráulicos Avaliar pressão de trabalho acima de 200 bar, com 400 bar a Avaliar pressão de trabalho acima de 200 bar, com 400 bar a

viscosidade é dobrada;viscosidade é dobrada; Avaliar a compatibilidade de materiais óleo x equipamentosAvaliar a compatibilidade de materiais óleo x equipamentos Estabilidade ao cisalhamento;Estabilidade ao cisalhamento; Resistência contra a solicitação térmica;Resistência contra a solicitação térmica; Baixa expansão por temperatura;Baixa expansão por temperatura; Baixa formação de espuma;Baixa formação de espuma; Baixa absorção de ar e boa eliminação de ar;Baixa absorção de ar e boa eliminação de ar; Baixa taxa de compressibilidade ( 0,7 a 0,8% a cada 100 bar );Baixa taxa de compressibilidade ( 0,7 a 0,8% a cada 100 bar );



Fluidos hidráulicosFluidos hidráulicosRequisitosRequisitos dosdos fluidosfluidos hidráulicoshidráulicos (cont(cont..))

De difícil ignição (não inflamável); De difícil ignição (não inflamável); Alto ponto de ebulição e baixa pressão do vapor;Alto ponto de ebulição e baixa pressão do vapor; Alta densidade ( 0,84 a 0,90 g/cmAlta densidade ( 0,84 a 0,90 g/cm33);); Boa condutibilidade térmica;Boa condutibilidade térmica; Boa característica Dielétrica ( não conduzir corrente elétrica );Boa característica Dielétrica ( não conduzir corrente elétrica ); Não higroscópico ( não atrair umidade );Não higroscópico ( não atrair umidade ); Boa proteção contra corrosão;Boa proteção contra corrosão; Custos e disponibilidade no mercado.Custos e disponibilidade no mercado.



Fluidos hidráulicosFluidos hidráulicosPrincipaisPrincipais propriedadespropriedades dosdos FluidosFluidos HidráulicosHidráulicosCompressibilidadeCompressibilidade (( BB ))AA compressibilidadecompressibilidade líquidalíquida éé definidadefinida comocomo aa capacidadecapacidade dede líquidolíquidoparapara alteraralterar oo seuseu volumevolume quandoquando aa pressãopressão variavaria.. ParaPara líquidolíquido puro,puro, aarelaçãorelação entreentre oo volumevolume dede líquidolíquido ee asas variaçõesvariações dede pressãopressão éé descritadescritapelapela seguinteseguinte fórmulafórmula::

VVP/



Fluidos hidráulicosFluidos hidráulicosPrincipaisPrincipais propriedadespropriedades dosdos FluidosFluidos HidráulicosHidráulicosAA importânciaimportância dede sese conhecerconhecer oo módulomódulo dede CompressibilidadeCompressibilidadeefetivoefetivo ((BBee ))

ExEx:: 21

2

22

1

21

VA

VA

Mw e

h

FreqüenciaFreqüenciahidráulicahidráulica



Fluidos hidráulicosFluidos hidráulicosPrincipaisPrincipais propriedadespropriedades dosdos FluidosFluidos HidráulicosHidráulicosCompressibilidadeCompressibilidade (( BB ))

Representação Representação gráfica dagráfica da

Pressão x Módulo de Pressão x Módulo de compressibilidadecompressibilidade



Fluidos hidráulicosFluidos hidráulicosPrincipaisPrincipais propriedadespropriedades dosdos FluidosFluidos HidráulicosHidráulicosCompressibilidadeCompressibilidade (( BB ))

Representação Representação gráfica dagráfica da

Temperatura x Módulo de Temperatura x Módulo de compressibilidadecompressibilidade



ExercícioExercício

ConsideraçõesConsiderações::

CalculeCalcule aa pressãopressão nana entradaentrada dede umauma bombabomba dede descargadescarga dede 6060 LL // min,min,sese oo tanquetanque dede óleoóleo hidráulicohidráulico estáestá abertoaberto ee aa linhalinha dede sucçãosucção temtem umum 11mm dede comprimentocomprimento ee umum diâmetrodiâmetro dede 1515 milímetros,milímetros, tendotendo emem contaconta:: óleoóleodede viscosidadeviscosidade cinemáticacinemática νν == 00,,22 cmcm22 // ss densidadedensidade ee óleoóleo ρρ == 900900kg/mkg/m33..

2...

2DLP )min(

Re64 arla

2..4DQ

D

vD ...Re



Reservatórios hidráulicosReservatórios hidráulicosOO reservatórioreservatório pareceparece serser oo elementoelemento maismais trivialtrivial dede umum circuitocircuito óleoóleo--hidráulico,hidráulico, porém,porém, nana realidade,realidade, porpor nãonão estarestar sujeitosujeito aa nenhumnenhumcritériocritério prévioprévio dede unificaçãounificação,, podepode causarcausar aoao projetistaprojetista inexperienteinexperientealgumasalgumas dificuldadesdificuldades quantoquanto aoao seuseu dimensionamentodimensionamento eeposicionamentoposicionamento dede elementoselementos ee acessóriosacessórios..AsAs funçõesfunções dodo reservatórioreservatório sãosão basicamentebasicamenteasas dodo armazenamentoarmazenamento dodo fluidofluido ee seuseuresfriamentoresfriamento porpor conduçãocondução ee convecçãoconvecção..NesseNesse ponto,ponto, oo projetistaprojetista deparadepara--sese comcomduasduas situaçõessituações aa resolverresolver::



Reservatórios hidráulicosReservatórios hidráulicosProjeto de uma centralProjeto de uma central

ConsiderarConsiderar osos seguintesseguintes pontospontos::1.1. Capacidade,Capacidade, todotodo oo óleoóleo dada instalaçãoinstalação (inclusive(inclusive oo existenteexistente nasnas

tubulações),tubulações),2.2. UmaUma superfíciesuperfície livrelivre suficientesuficiente parapara aa libertaçãolibertação dasdas bolhasbolhas dede arar

ee dede espumaespuma..3.3. DuasDuas zonaszonas (zona(zona dede entradaentrada ee dede sucção)sucção) bembem separadasseparadas;;

efetuadaefetuada porpor meiomeio dede umauma chapachapa4.4. DimensõesDimensões devemdevem serser estruturadasestruturadas dede modomodo aa permitirpermitir oo tubotubo dede

sucçãosucção estejaesteja sempresempre mergulhado,mergulhado, assimassim comocomo oo filtrofiltro dedeaspiraçãoaspiração



Reservatórios hidráulicosReservatórios hidráulicosProjeto de uma central Projeto de uma central (cont.)(cont.)55.. BaseBase comcom umauma pequenapequena inclinaçãoinclinação nono sentidosentido contráriocontrário àà aspiração,aspiração,

parapara aa sedimentaçãosedimentação;;66.. DrenagemDrenagem nono pontoponto maismais baixobaixo77.. NosNos reservatóriosreservatórios dede maiormaior dimensão,dimensão, deixardeixar umauma tampatampa laterallateral

permitindopermitindo oo acessoacesso parapara limpezalimpeza dodo depósitodepósito.. (Nos(Nos reservatóriosreservatóriospequenospequenos estaesta operaçãooperação éé feitafeita pelopelo tampo)tampo)..

88.. TuboTubo dede retornoretorno abaixoabaixo dada superfíciesuperfície mínimamínima dodo depósitodepósito99.. BocalBocal dede enchimentoenchimento comcom telatela parapara retençãoretenção dede pequenaspequenas

partículaspartículas (areias,(areias, etcetc..))..1010.. Respiradouros,Respiradouros, comcom filtrofiltro dede arar



Reservatórios hidráulicosReservatórios hidráulicosProjeto de uma central Projeto de uma central (cont.)(cont.)

1111.. NívelNível (sensor(sensor dede mínimamínima elétricoelétrico queque bloqueiabloqueia oo sistema)sistema)..1212.. TermômetroTermômetro visualvisual e/oue/ou termostatotermostato....1313.. PlacaPlaca comcom indicaçãoindicação dada quantidadequantidade ee dada qualidadequalidade dede óleoóleo..1414.. FiltroFiltro dede retornoretorno dede fácilfácil desmontagemdesmontagem..15.15. ReservatórioReservatório deve,deve, preferentemente,preferentemente, terter unsuns péspés altosaltos dede modomodo aa

queque oo arar possapossa circularcircular pelapela parteparte inferiorinferior ee assimassim ajudarajudar ooarrefecimentoarrefecimento..

16.16. ImãImã parapara retençãoretenção dede partículaspartículas magnéticamagnética



Reservatórios hidráulicosReservatórios hidráulicos VolumeVolume mínimomínimo necessárionecessário dede fluidofluido aa serser armazenadoarmazenado nono

reservatórioreservatório;; MínimaMínima superfíciesuperfície necessárianecessária parapara aa trocatroca térmica,térmica, possibilitandopossibilitando

queque oo fluidofluido retorneretorne aa temperaturatemperatura indicadaindicada áá suasua viscosidadeviscosidadeidealideal dede trabalhotrabalho..

RegraRegra práticaprática –– AA fimfim dede solucionarsolucionar aa primeiraprimeira questão,questão,estabeleceuestabeleceu--sese umauma regraregra práticaprática queque determinadetermina oo seguinteseguinte::

“ O volume de fluido armazenado no reservatório deve ser o “ O volume de fluido armazenado no reservatório deve ser o suficiente para suprir o sistema por um período de no mínimo suficiente para suprir o sistema por um período de no mínimo três três

minutosminutos antes que haja o seu retorno, completando o ciclo”.antes que haja o seu retorno, completando o ciclo”.



Reservatórios hidráulicosReservatórios hidráulicosEmEm outrasoutras palavras,palavras, issoisso querquer dizerdizer queque oo volumevolume mínimomínimo dodoreservatórioreservatório emem litroslitros ouou galõesgalões devedeve serser nono mínimomínimo igualigual aa trêstrêsvezesvezes aa vazãovazão dada bombabomba emem l/l/minmin ouou gpmgpm.. QBVol RESERV .3. .

ExEx.. SupondoSupondo entãoentão queque desejadeseja--sese dimensionardimensionar umum reservatórioreservatório paraparaumum circuitocircuito comcom osos seguintesseguintes dadosdados:: QBQB == 4545 l/l/minmin,, ∆∆PTPT == 6868 barbar..

min45(min).3. .

lVol RESERV

litrosVol RESERV 135. . 3. 135,0. mVol RESERV

AplicaçãoAplicação dada regraregra práticaprática



Reservatórios hidráulicosReservatórios hidráulicosSuperfícieSuperfície dede trocatroca térmicatérmica -- OO valorvalor dada cargacarga térmicatérmica dissipadadissipadaéé aa relaçãorelação queque existeexiste dodo quantoquanto sese perdeuperdeu emem energiaenergia comcom relaçãorelaçãoaosaos atritosatritos ee aquecimentosaquecimentos (perda(perda dede cargacarga total)total) nono circuitocircuito..

12.. TTSKq OndeOnde::q Carga térmica (Kcal/h)Carga térmica (Kcal/h)

K Coeficiente de troca térmica entre a instalação e o ambiente (K = 13 Kcal/h.mCoeficiente de troca térmica entre a instalação e o ambiente (K = 13 Kcal/h.m22.ºC) .ºC) S Superfície de troca térmica (mSuperfície de troca térmica (m22) ) 2T Temperatura em que o fluido deve ser mantido (ºC) Temperatura em que o fluido deve ser mantido (ºC) 1T Temperatura ambiente (ºC) Temperatura ambiente (ºC)



Reservatórios hidráulicosReservatórios hidráulicosAplicaçãoAplicação dodo equacionamentoequacionamento formalformal 12.. TTSKq ConhecendoConhecendo aa temperaturatemperatura ambienteambiente (supondo(supondo TT11 ≈≈ 2828ºº C)C) ee verificando,verificando,porpor exemplo,exemplo, aa temperaturatemperatura máximamáxima dede operaçãooperação dede umauma bombabomba dedeengrenagemengrenagem igualigual aa 4040ºCºC ee viscosidadeviscosidade dede 5050 cStcSt))..

).( 12 TTKqS

).(

..434,1

12 TTKQBPTS

).(45).(68.434,1

12 TTKlpmbarS

).(45).(68.434,1

12 TTKlpmbarS

)2840.(13

)45).(68.434,1(

lpmbarqS

250,37 mS

QBPTq ..434,1



Reservatórios hidráulicosReservatórios hidráulicosImaginandoImaginando umum reservatórioreservatório conformeconforme figurafigura abaixoabaixo aa superfíciesuperfície dedetrocatroca térmicatérmica seráserá::

216 LS 2162.3.2.2.3.2 LLLLLLLS Ou seja: Ou seja:

22 1650,37 LmS

1650,37 2mL

mL 52,1



Reservatórios hidráulicosReservatórios hidráulicosAsAs outrasoutras dimensõesdimensões respectivamenterespectivamente serãoserão dede 33,,0404 mm ee 44,,5656 mm,,resultandoresultando assimassim emem umum volumevolume dede 2121 mm33,, sendosendo portantoportanto 155155 vezesvezesmaiormaior queque oo mínimomínimo necessárionecessário ((00,,135135 mm33)) parapara aa armazenagemarmazenagem dodofluidofluido emem questãoquestão..

OO dimensionamentodimensionamento dodo tanquetanque emem funçãofunção dada superfíciesuperfície dede trocatrocatérmicatérmica éé impraticáveimpraticável,l, resultandoresultando emem volumesvolumes relativamenterelativamente grandesgrandesqueque conformeconforme demonstradodemonstrado graficamentegraficamente emem seguida,seguida, aumentamaumentamcomcom oo crescimentocrescimento dada cargacarga térmicatérmica aa qualqual devemdevem absorverabsorver dodofluidofluido ee eliminareliminar porpor convecçãoconvecção comcom oo ambienteambiente..

ConclusõesConclusões

mL 52,1



Reservatórios hidráulicosReservatórios hidráulicosGráfico (Vol. do reservatório x carga térmica)Gráfico (Vol. do reservatório x carga térmica)

CmhKcalK

.º.13 2

3

12 )(323

TTKqVol

Coeficiente de troca térmica Coeficiente de troca térmica do do ar atmosféricaar atmosférica



Reservatórios hidráulicosReservatórios hidráulicosTroca térmicaTroca térmicaOO dimensionamentodimensionamento mínimomínimo dodo tanquetanque devedeve serser feitofeito pelopelo usouso dada regraregrapráticaprática,, conectadoconectado aa esseesse reservatórioreservatório aa umum sistemasistema chamadochamado trocadortrocadordede calorcalor,, queque podepode serser dodo tipotipo (óleo(óleo--ar)ar) ouou (óleo(óleo--água)água).. HáHá casoscasos aindaaindaemem regiõesregiões muitomuito frias,frias, queque devidodevido aoao baixobaixo índiceíndice dede viscosidadeviscosidade dedealgunsalguns fluidos,fluidos, esteeste nãonão venhavenha aa fluirfluir muitomuito facilmente,facilmente, sendosendo portantoportantonecessárionecessário aquecêaquecê--lolo,, oo queque éé possívelpossível fazendofazendo recircularrecircular águaágua quentequentenono trocadortrocador dede calorcalor dodo tipotipo (óleo(óleo--água)água)..

ConsiderandoConsiderando prismáticoprismático comcom asas dimensõesdimensões dodoreservatório,reservatório, ((33L,L, 22LL ee L),L), serãoserão:: 36. LVol



Reservatórios hidráulicosReservatórios hidráulicosTroca térmicaTroca térmica

AssimAssim::

EE asas demaisdemais dimensõesdimensões (internas)(internas) respectivamenterespectivamente sãosão dede 5656,,44 cmcm ee 8484,,66cmcm.. LembrandoLembrando queque aa superfíciesuperfície térmicatérmica éé dadadada porpor SS == 1616LL22 ee queque aadimensãodimensão dede LL obtidaobtida aa partirpartir dada regraregra práticaprática foifoi LL == 00,,282282 m,m, podemospodemosconhecerconhecer aa dimensãodimensão dada superfíciesuperfície dede trocatroca parapara esseesse reservatórioreservatório..

33 6).2.3(135,0. LLLLmVol R

33

6135,0 mL mL 282,0 cmL 2,28



Reservatórios hidráulicosReservatórios hidráulicosCálculo da área de dissipaçãoCálculo da área de dissipação

AssimAssim::

AplicandoAplicando aa equaçãoequação dada superfíciesuperfície dede trocatroca térmicatérmica éé possívelpossível conhecerconheceraa capacidadecapacidade dessadessa trocatroca dodo reservatórioreservatório comcom oo ambienteambiente..

22 )282,0.(6,016 mLS 227,1 mS

CCmCmh

KcalTTSKq º28º40.27,1..º.

13.. 2212

hKcalq /12,198



Reservatórios hidráulicosReservatórios hidráulicosConclusãoConclusãoDeDe certacerta formaforma éé fácilfácil entenderentender queque háhá aa necessidadenecessidade dede umum sistemasistemaauxiliarauxiliar,, elevandoelevando aoao máximomáximo possívelpossível aa capacidadecapacidade dede trocatroca térmica,térmica,poispois comocomo sabemos,sabemos, aa cargacarga térmicatérmica nãonão dissipadadissipada adequadamente,adequadamente,provocaprovoca aa elevaçãoelevação dede temperaturatemperatura dodo fluidofluido ee aa reduçãoredução dede suasuaviscosidade,viscosidade, causandocausando vazamentosvazamentos..AlémAlém dada questãoquestão dimensional,dimensional, háhá outrosoutros detalhesdetalhes construtivosconstrutivos aa seremseremobservadosobservados comocomo porpor exemplo,exemplo, aa asas placasplacas defletorasdefletoras (chicanas),(chicanas), aapinturapintura internainterna,, suportesuporte parapara aa elevaçãoelevação dodo chão,chão, aa alturaaltura dodo tubotubodede sucçãosucção,, etcetc......



Reservatórios hidráulicosReservatórios hidráulicosChicanasChicanasÉÉ umum dispositivo,dispositivo, geralmentegeralmente emem formaforma dede placaplaca (aleta),(aleta), instaladoinstalado nonointeriorinterior dodo reservatórioreservatório parapara separarseparar aa sucçãosucção dada bombabomba dasdas linhaslinhas dederetornoretorno..SeuSeu objetivoobjetivo principalprincipal éé aumentaraumentar aa áreaárea dede trocatroca térmicatérmica dodoreservatório,reservatório, semsem queque hajahaja aa necessidadenecessidade dada utilizaçãoutilização dede umum trocadortrocadordede calorcalor.. OO usouso dada chicanachicana possibilitapossibilita queque oo fluidofluido circulecircule umum poucopoucomaismais pelopelo interiorinterior dodo tanque,tanque, evitandoevitando queque sejaseja imediatamenteimediatamentesuccionadosuccionado pelapela bombabomba tãotão logologo éé descarregadodescarregado nono tanquetanque pelapelacanalizaçãocanalização dede descargadescarga..



Reservatórios hidráulicosReservatórios hidráulicos

Chicanas (cont.)Chicanas (cont.)

AssimAssim aa chicanachicana::

EvitaEvita aa turbulênciaturbulência nono tanquetanque;;

PermitePermite oo assentamentoassentamento dede materiaismateriais estranhosestranhos;; AuxiliaAuxilia nana dissipaçãodissipação dodo calorcalor geradogerado pelapela circulaçãocirculação dodo líquidolíquido..

AjudaAjuda aa separarseparar oo arar dodo fluidofluido;;



Reservatórios hidráulicosReservatórios hidráulicosAcessórios do reservatórioAcessórios do reservatório

reservatório hidráulicoreservatório hidráulicoSimbologia do Simbologia do

Catálogo Catálogo




MagnetosMagnetos –– sãosão imãsimãs utilizadosutilizados parapara aa captaçãocaptação dede limalhaslimalhas contidascontidasnono fluido,fluido, provenientesprovenientes dodo desgastedesgaste dodo equipamentoequipamento hidráulico,hidráulico, ououmesmomesmo dede umum ambienteambiente contaminadocontaminado comcom esseesse tipotipo dede impurezaimpureza..

BocalBocal dede enchimentoenchimento comcom filtrofiltro:: TemTem aafinalidadefinalidade dede impedirimpedir aa entradaentrada dedeimpurezasimpurezas quandoquando necessitarnecessitar dede reposiçãoreposiçãododo fluidofluido nono reservatórioreservatório ee permitirpermitir oomantimentomantimento dada pressãopressão atmosféricaatmosférica nonointeriorinterior dodo mesmomesmo..

Simbologia Simbologia respiro respiro




ManômetrosManômetros –– AA mediçãomedição dada pressãopressão assumeassume grandegrande importânciaimportância nanaindústriaindústria sendosendo oo manômetromanômetro dede BourdonBourdon umauma dasdas soluçõessoluções maismaisfreqüentementefreqüentemente utilizadasutilizadas.. AA patentepatente originaloriginal destedeste medidormedidor datadata dede18521852,, tendotendo sidosido registradaregistrada pelopelo engenheiroengenheiro francêsfrancês EugeneEugene BourdonBourdon..

Simbologia do Simbologia do manômetro manômetro

Princípio de Princípio de funcionamento funcionamento



Trocadores de calorTrocadores de calorComCom aa análiseanálise dodo equacionamentoequacionamento parapara aa superfíciesuperfície dede trocatroca térmica,térmica,verificaverifica--sese aa importânciaimportância dede terter equipamentosequipamentos destinadosdestinados aa promoverpromoveraa diminuiçãodiminuição dede temperaturatemperatura dodo óleoóleo garantindogarantindo aa corretacorreta viscosidadeviscosidadeee auxiliandoauxiliando nono rendimentorendimento dodo conjuntoconjunto emem umum todotodo.. VistoVisto queque aaanáliseanálise dada superfíciesuperfície dede trocatroca térmicatérmica demonstrademonstra queque apenasapenas 33,,44%% dadacargacarga térmicatérmica éé dissipadadissipada..

TrocadoresTrocadores (óleo(óleo –– água)água);; TrocadoresTrocadores (óleo(óleo –– ar)ar)

Os Os trocadores de calor trocadores de calor dividemdividem--se basicamente em dois grupos:se basicamente em dois grupos:



Trocadores de calorTrocadores de calorTrocador de Calor (Óleo Trocador de Calor (Óleo –– Ar) Ar)

TambémTambém conhecidoconhecido comocomo resfriadoresresfriadores aa arar ouou radiadoresradiadores sãosão usadosusados ondeonde aaáguaágua nãonão éé disponível,disponível, ouou aa unidadeunidade hidráulicahidráulica éé móvel,móvel, comocomo nono casocaso dedeempilhadeirasempilhadeiras industriais,industriais, escavadeiras,escavadeiras, etcetc.. OO fluidofluido passapassa atravésatravés dede tubostubosaletados,aletados, normalmentenormalmente dede alumínioalumínio ououlatãolatão,, osos quaisquais transferemtransferem oo calorcalor aoao ararexternoexterno.. OO resfriadorresfriador podepode incorporarincorporar umumventiladorventilador parapara aumentaraumentar aa transferênciatransferência dedecalorcalor.. NesseNesse casocaso oo coeficientecoeficiente dede trocatrocatérmicatérmica (K)(K) chegachega aa ((2020 Kcal/hKcal/h..mm22..ºC)ºC)..



Trocador de Calor (Óleo Trocador de Calor (Óleo –– Água) Água) TambémTambém conhecidosconhecidos comocomo ““ShellShell andand TubeTube”,”, nessenesse trocadortrocador circulacircula águaágua aoaoredorredor dosdos tubostubos porpor ondeonde passapassa oo fluidofluido hidráulicohidráulico.. AA águaágua podepode sersertermostaticamentetermostaticamente reguladaregulada parapara mantermanter umauma temperaturatemperatura desejadadesejada..NesseNesse tipotipo dede trocador,trocador, oo coeficientecoeficientedede trocatroca térmicatérmica atingeatinge valoresvalores dede 9595aa 150150 Kcal/hKcal/h..mm22..ºCºC.. UsandoUsando águaáguaquentequente essaessa unidadeunidade podepode serserutilizadautilizada comocomo umum aquecedoraquecedor,, comocomoemem regiõesregiões friasfrias emem queque devidodevido aoaobaixobaixo indiceindice dede viscosidadeviscosidade (IV)(IV) dodofluido,fluido, eleele nãonão fluaflua facilmentefacilmente..

Trocadores de calorTrocadores de calor



Trocadores de calorTrocadores de calorTrocadores de calor (cont.)Trocadores de calor (cont.)OsOs resfriadoresresfriadores geralmentegeralmente operamoperam aa baixabaixa pressãopressão ((1010,,55 kgf/cmkgf/cm22)).. IstoIstorequerrequer queque eleseles sejamsejam posicionadosposicionados emem linhalinha dede retornoretorno ouou drenodreno dodosistemasistema.. SeSe istoisto nãonão forfor possível,possível, oo resfriadorresfriador podepode serser instaladoinstalado emem sistemasistemadede circulaçãocirculação (off(off--line)line)..ParaPara garantirgarantir queque umum aumentoaumentomomentâneomomentâneo dede pressãopressão nana linhalinha nãonãoosos danifique,danifique, osos resfriadoresresfriadores sãosãogeralmentegeralmente ligadosligados aoao sistemasistema ememparaleloparalelo comcom umauma válvulaválvula dede retençãoretençãodede 44,,55 kgf/cmkgf/cm22 dede pressãopressão dede rupturaruptura..

SimbologiasSimbologias

InstalaçãoInstalaçãoTrocador.flv



DimensionouDimensionou--sese umum reservatórioreservatório dede umum sistemasistema hidráulico,hidráulico, cujacuja bombabombapossuipossui umum volumevolume dede absorçãoabsorção 1717,,1414 cmcm33/rot/rot.. ee oo fluidofluido deverádeverá mantidomantido aaumauma temperaturatemperatura dede 7070°°C,C, sendosendo aa temperaturatemperatura médiamédia dodo ambienteambiente 2525°°CC..ConsiderandoConsiderando queque aa cargacarga térmicatérmica obtidaobtida parapara oo sistemasistema foifoi dede 35003500Kcal/h,Kcal/h, qualqual oo volumevolume mínimomínimo necessárionecessário aoao reservatório,reservatório, aplicandoaplicando ososcritérioscritérios dede regraregra práticaprática,, ee dodo dimensionamentodimensionamento pelapela cargacarga térmicatérmicarespectivamenterespectivamente..

ExercícioExercício

ConsideraçõesConsiderações::•• RelaçãoRelação parapara oo reservatórioreservatório ((11LL:: 22LL:: 33L)L);;•• Motor elétrico de indução trifásico Motor elétrico de indução trifásico –– 4 pólos/60Hz;4 pólos/60Hz;



1.1. LINSINGEN,LINSINGEN, IrlanIrlan VonVon.. FundamentosFundamentos dede SistemasSistemas HidráulicosHidráulicos.. 33ªª eded..FlorianópolisFlorianópolis.. EditoraEditora dada UFSCUFSC.. 20032003,, 400400págpág..

2.2. FIALHO,FIALHO, AriveltoArivelto BustamanteBustamante.. AutomaçãoAutomação HidráulicaHidráulica.. Projetos,Projetos,dimensionamentodimensionamento ee análiseanálise dede circuitoscircuitos.. 55ªª eded.. SãoSão PauloPaulo.. EditoraEditora ÉricaÉrica..20072007,, 284284 págpág..

3.3. REXROTHREXROTH -- BoschBosch GroupGroup.. HidráulicaHidráulica BásicaBásica.. 33aa eded.. SãoSão PauloPaulo.. EditoraEditoraBoschBosch RexrothRexroth AGAG.. 20052005,, 268268 págpág..

4.4. RABIE,RABIE, MahmoudMahmoud GalalGalal.. FluidFluid PowerPower EngineeringEngineering.. 11ºº eded.. NewNew YorkYork.. USAUSA..EditoraEditora McGrawMcGraw--HillHill.. 20092009,, 448448 págpág..

5.5. ANSIANSI –– AmericanAmerican NationalNational StandardsStandards InstituteInstitute ((19771977)) DD 341341..RepresentaçãoRepresentação gráficagráfica dada relaçãorelação dede dependênciadependência entreentre viscosidadeviscosidade eetemperaturatemperatura dosdos fluidosfluidos

Referências bibliográficasReferências bibliográficas


Laboratório de Sistemas Hidráulicos e PneumáticosDepartamento de Engenharia Mecânica

Disciplina nDisciplina noo: 70605: 70605

Faculdade SATC Faculdade SATC –– Engenharia MecânicaEngenharia MecânicaDisciplina da 6ª faseDisciplina da 6ª faseConclusão de:Conclusão de:

•• Fluidos hidráulicosFluidos hidráulicos•• ReservatóriosReservatórios•• Trocador de calorTrocador de calor

DocenteDocente: Richard de Medeiros Castro: Richard de Medeiros Castro

4 - Fluidos, Reservatórios e Trocador de calor

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