Selecionando Fluido Hidráulico para sua Bomba Hidráulica
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O fluido hidráulico em um sistema é um dos componentes mais importantes, embora seja frequentemente esquecido; o fluido é o meio para a transmissão de força, sem fluido suficiente, nenhum trabalho pode ocorrer.
Também desempenha funções como lubrificação, transferência de calor e permite o transporte de detritos e contaminação.
Como os fluidos hidráulicos afetam o desempenho da bomba
Os componentes hidráulicos e o fluido hidráulico trabalham juntos para operar o sistema hidráulico, com a função crítica do fluido hidráulico, o tipo de fluido apropriado, a viscosidade e a qualidade são requisitos essenciais para a seleção do fluido. Se o fluido errado for selecionado, o sistema operará a uma taxa abaixo do padrão e pode causar falhas catastróficas de componentes, como diminuição da eficiência do sistema, falta de lubrificação, redução da vida útil do fluido e do componente, corrosão, erosão, formação de lama e verniz e geração excessiva de calor .
Além das propriedades e qualidade do fluido, a contaminação também afeta significativamente o desempenho do sistema. A contaminação geralmente pode se originar de quatro fontes: óleo contaminado, contaminação embutida, contaminação ingressada e contaminação gerada internamente. Isso pode levar à redução da eficiência, desgaste dos componentes e outros impactos adversos. Estudos indicam que mais de 70 por cento das falhas do sistema hidráulico são devidas à contaminação e podem reduzir a eficiência hidráulica em até 20 por cento antes que um mau funcionamento do sistema seja detectado.
Propriedades do fluido a serem consideradas
Existem várias propriedades diferentes que podem afetar o desempenho de um fluido. A viscosidade é indiscutivelmente o mais importante. A viscosidade descreve a resistência de um fluido ao fluxo. A viscosidade é responsável pela eficiência volumétrica e mecânica, geração de calor, lubrificação de componentes e outras propriedades, como dissipação de calor, filtrabilidade e liberação de ar.
A baixa viscosidade pode causar danos aos componentes do sistema, pois a lubrificação inadequada causa o contato metal com metal dentro dos componentes, levando ao desgaste e potencial contaminação. A baixa viscosidade também reduz a eficiência volumétrica das bombas e motores por meio de maiores vazamentos internos.
Por outro lado, a alta viscosidade causa diminuição da eficiência mecânica devido ao aumento da resistência ao fluxo. O aumento da resistência ao fluxo também causará um aumento no excesso de calor, elevando as temperaturas do fluido. A alta viscosidade pode levar à cavitação e erosão causada pelo colapso de uma bolha de ar ou bolha de vácuo. Além disso, os lubrificantes podem não atingir as áreas com folgas apertadas, causando falhas devido à lubrificação inadequada.
A própria viscosidade é afetada pela temperatura. O fluido de grau de viscosidade adequado precisa ser selecionado para cada aplicação com base nas temperaturas operacionais. A viscosidade do fluido na temperatura operacional deve atender às recomendações de viscosidade dos componentes do sistema, principalmente da bomba. As temperaturas de operação mínima, normal e máxima precisam ser consideradas para a seleção do grau de viscosidade do fluido.
A eficiência geral dos componentes hidráulicos está relacionada à eficiência mecânica e à eficiência volumétrica. A eficiência mecânica está relacionada às perdas por atrito e arrasto devido à viscosidade do fluido, e a eficiência volumétrica está relacionada a vazamentos internos. As eficiências volumétrica e mecânica dependem da viscosidade do fluido. A faixa particular de viscosidade na qual a eficiência geral é máxima é normalmente selecionada como a faixa ótima para os componentes específicos. As recomendações de viscosidade devem ser consideradas para todos os componentes do sistema, mas as recomendações de viscosidade para bombas e motores devem receber importância primordial.
As propriedades antidesgaste (AW) dos fluidos são outro parâmetro crucial a ser considerado. Boas propriedades AW são necessárias para maximizar o desempenho do sistema hidráulico e a vida útil dos componentes. A névoa de fluido deve ser formulada adequadamente e aditivos AW adequados. Os aditivos AW formam uma camada fina nas superfícies de contato e ajudam a evitar o contato de metal com metal em condições de lubrificação de limite.
Propriedades insuficientes do AW podem levar à soldagem a frio e desgaste no regime de lubrificação de limite, resultando na remoção do material da superfície. As propriedades antidesgaste são essenciais para o contato de rolamento e deslizamento, mas o requisito de contatos deslizantes é mais crítico, pois pode ocorrer movimento tipo stick-and-slip.
Mesmo as melhores superfícies usinadas têm asperezas (colinas e vales). Quando as asperezas entram em contato com uma carga pesada, elas podem ser unidas por soldagem a frio. Se a força aplicada for grande o suficiente para quebrar a soldagem, o objeto se move repentinamente. Isso causa a remoção de material das superfícies. Uma alta reserva de aditivo é recomendada para aplicações severas, para permitir que as superfícies deslizem ou rolem umas sobre as outras sem qualquer dano à superfície.
Outras propriedades a serem consideradas incluem:
1. Índice de Viscosidade (VI)
Número empírico sem unidade que indica o efeito da mudança de temperatura na viscosidade cinemática de um óleo. Os líquidos tornam-se menos viscosos quando aquecidos. Um VI alto indica uma mudança relativamente pequena de viscosidade com a temperatura. Fluidos de alto VI (multi-grade) são recomendados para aplicações em amplas temperaturas de operação ou em condições ambientais extremas. Em geral, os fluidos de alto VI são recomendados para aplicações móveis, pois estão expostos a mudanças ambientais e altas temperaturas de operação. (Você pode ler mais em nosso artigo: Informações sobre a viscosidade do óleo hidráulico. )
2. Estabilidade de cisalhamento
Esta é a medida da resistência de um fluido ao cisalhamento. Os melhoradores de polímeros, conhecidos como VI, são usados para fazer com que os fluidos de alto VI com baixa estabilidade ao cisalhamento se decomponham rapidamente, resultando no afinamento do óleo. A viscosidade após cisalhamento também deve ser considerada para aplicações com fluidos VI melhorados.
3. Estabilidade Térmica e Oxidativa
A oxidação é a reação química do oxigênio com o óleo, gerando subprodutos ácidos. A taxa de oxidação é acelerada por altas temperaturas, água, ácidos gerados devido à oxidação e presença de catalisadores metálicos como o cobre. A regra é: a oxidação dobra com o aumento da temperatura a cada 10oC. A oxidação levará ao aumento da viscosidade, número de ácido total (TAN), geração de verniz e lama e escurecimento do fluido. A taxa de oxidação pode ser reduzida reduzindo a temperatura do fluido e usando fluidos formulados com óleos básicos de qualidade, aditivos antioxidantes e aditivos AW termicamente estáveis.
4. Estabilidade hidrolítica
A hidrólise é a degradação química dos lubrificantes por reação com a água. Os aditivos lubrificantes, especialmente os à base de zinco, irão reagir com a água, formando subprodutos ácidos. A presença de metais como o cobre pode atuar como um catalisador. Os estoques básicos do tipo éster também hidrolisam na presença de água. Lubrificantes com boa estabilidade hidrolítica resistem à hidrólise.
5. Filtrabilidade
Filtros finos usados em sistemas hidráulicos podem apresentar entupimento prematuro do filtro devido a formulações inadequadas, contaminação da água e degradação do fluido. A medição da capacidade de filtração ajuda a prever o comportamento do fluido em aplicações de filtração, antes do uso em um sistema.
6. Demulsibilidade
A capacidade de liberar água de uma mistura de água e óleo. Essa característica é importante para os equipamentos que operam em climas úmidos, onde a possibilidade de contaminação da água é alta.
7. Inibição de Ferrugem e Corrosão
Os fluidos hidráulicos são geralmente formulados com inibidores de ferrugem e corrosão. Os inibidores de ferrugem se depositam como uma película fina nas superfícies de metal e permitem a proteção contra a ferrugem. Os aditivos de corrosão impedem a hidrólise e evitam a formação de materiais ácidos que causam corrosão. A capacidade de um fluido de prevenir ferrugem e corrosão pode ser medida por um teste de ferrugem usando água destilada, água salgada e um corpo de prova de aço.
8. Compatibilidade de Material
Diferentes componentes de borracha e elastômero, incluindo mangueiras, bexigas de acumulador, vedações e gaxetas, são usados em sistemas hidráulicos e têm composições ou receitas diferentes. Por causa dessas composições variáveis, os fluidos são testados quanto à sua compatibilidade com os elastômeros mais comumente usados para prever a vida e o desempenho com aquele fluido específico.
9. Liberação de ar
O ar suspenso em suspensão pode causar muitas anormalidades, como baixa eficiência do sistema, falha do sistema por erosão (semelhante à cavitação) e degradação do fluido por microdieseling. O microdieseling ocorre quando as bolhas de ar se movem de uma área de pressão baixa ou negativa para uma área de alta pressão, aquecem devido à compressão e carbonizam o óleo na interface da bolha, resultando em subprodutos de carbono e oxidação. As características de liberação de ar têm mais importância em sistemas com tempo de resíduo relativamente curto. Um teste de liberação de ar pode identificar a capacidade de um lubrificante para separar o ar aprisionado.
10. Tendência de formação de espuma
A formação de espuma é um problema comum em sistemas hidráulicos. Grandes volumes de espuma podem causar transbordamento dos reservatórios. Os fatores que levam à formação de espuma são contaminação, fluido degradado, entrada de ar e projeto de sistema deficiente. As formulações de fluido hidráulico contêm inibidores de espuma, mas dosagens muito maiores podem causar efeitos adversos. O teste de tendência de formação de espuma descreve o volume de espuma gerado imediatamente após o fluido ser agitado e aerado. A estabilidade da espuma mede o volume de espuma remanescente após um tempo específico desde a interrupção da aeração.
11. Volatilidade
Volatilidade é a tendência de um fluido se vaporizar rapidamente. Embora geralmente não seja tão crítico para fluidos hidráulicos quanto para óleos de motor devido à exposição limitada ou nenhuma exposição a altas temperaturas e temperaturas operacionais mais baixas de fluidos hidráulicos, a volatilidade ainda é um parâmetro a ser considerado. Os óleos básicos minerais são misturas de hidrocarbonetos de tamanhos diferentes. Em altas temperaturas de operação, moléculas menores podem escapar do óleo, diminuindo o volume do óleo e aumentando a viscosidade do fluido. A seleção e a mistura inadequadas do óleo base podem levar a uma maior volatilidade.
Impactos do uso do fluido errado
O que acontece se um fluido com correspondência inadequada for usado em uma bomba? A resposta pode variar, dependendo do grau de incompatibilidade. Conforme observado anteriormente, os fluidos totalmente formulados devem ter propriedades equilibradas. A variação excessiva em qualquer parâmetro pode causar impactos diretos ou indiretos. Por exemplo, um fluido incompatível com certos materiais de borracha pode causar falha de juntas e outros componentes. Um único problema pode causar falha catastrófica: sistemas com manutenção insuficiente podem falhar catastroficamente devido a um ou mais motivos. A contaminação, junto com fluidos incompatíveis, pode levar a falhas de componentes.
Resumo
Ao selecionar o fluido hidráulico correto, você deve considerar todos os fatores relacionados ao sistema, às condições de operação e à aplicação envolvida. Falhas hidráulicas podem ser catastróficas para componentes e aplicações. Sempre considere os efeitos de uma avaria ao projetar uma aplicação e selecionar um fluido hidráulico; o fluido deve ser adequado para todos os componentes do sistema e adequado para o ambiente operacional. Esta é a chave para um sistema saudável e duradouro.
