O funcionamento de um sistema hidráulico está baseado principalmente na capacidade que um fluido hidráulico tem para transmitir força e velocidade. Para permitir que isso ocorra o maior tempo possível e de modo eficiente, é preciso garantir o grau de limp

por Tiago Dias

Um sistema hidráulico é um conjunto de componentes interligados, cuja função é transmitir potência de forma controlada através de um líquido confinado sob pressão, o fluido hidráulico. Esse conjunto pode ser formado por bombas (geradores de fluxo hidráulico), motores e cilindros (atuadores de efeito mecânico) e válvulas (controles), conectados, na maioria das vezes, através de mangueiras flexíveis ou tubos rígidos que devem ser dimensionados e combinados de maneira apropriada, para obter a força e a velocidade dosadas na medida certa, de forma a obter o resultado pretendido. Além de permitir controles precisos de deslocamentos longitudinais, de rotação ou da força aplicada, um sistema hidráulico é a opção mais indicada para prover força rotativa (torque) ou linear, quando forem requeridos fatores de multiplicação elevados. "Usualmente, o fluido utilizado num sistema hidráulico é o óleo hidráulico a base de petróleo. Fluidos sintéticos ou a base de água também são usados, porém, requerem consulta ao fabricante do equipamento para verificar se há alguma incompatibilidade química", explica Jair Appolinário, Gerente da Engenharia de Produto, da EATON - Divisão Fluid Power, fabricante e distribuidor de componentes, sistemas hidráulicos e de condução de fluidos desde 1921, com vasto portfólio de produtos e marcas, entre as quais a Vickers (atual EATON|Vickers).
"As aplicações de sistemas hidráulicos são voltadas para movimentar cargas e conformar materiais, fundamentais em segmentos industriais como Mineração, Siderurgia, Cimento, Transformação de metais, Usinas hidrelétricas (energia), Papel e Celulose e Injeção de plástico, sem esquecer das aplicações na área móbil como tratores, movimentadores de containeres, caminhões fora-de-estrada e outras máquinas sobre rodas", comenta Carlos Thomsem Junior da POLYTEC, empresa que importa e distribui produtos da empresa alemã INTERNORMEN Technology, como elementos filtrantes, unidades de filtragem, respiros absolutos e dessecantes. O sistema hidráulico é vital no estágio atual da tecnologia mecânica, já que oferece uma solução compacta, eficiente e relativamente econômica para a maioria dos equipamentos estacionários industriais, como máquinas de produção (prensas, injetoras), especiais (acionamentos de comportas de usinas, máquinas de mineração), estacionárias em plataforma de utilidade (guinchos, plataformas aéreas, plataformas de reboque, betoneiras de concreto, implementos agrícolas) ou equipamentos móveis (máquinas agrícolas, máquinas de construção, etc). "Como regra poderíamos generalizar dizendo que, na maioria das vezes, onde força e velocidade são necessárias para acionar mecanicamente algo, temos potencial para aplicar um sistema hidráulico. A lista é bastante extensa se enumerarmos onde é possível aplicar a hidráulica", comenta Appolinário.
Já o Gerente de Vendas/Engenharia da HYDAC Tecnologia no Brasil, Carlos Augusto de Souza, esclarece: "A filtragem absoluta aumenta a vida útil dos componentes hidráulicos e aumenta a produtividade".
A HYDAC é fabricante de sistemas hidráulicos há 40 anos, fornecendo unidades hidráulicas completas e componentes para sistemas hidráulicos como filtros, acumuladores, válvulas de embutir, filtros de processo, eletrônica e acessórios.

Funcionamento
O funcionamento de um sistema hidráulico está baseado principalmente na capacidade que um fluido hidráulico tem para transmitir força e velocidade, como explica Appolinário: "Essas duas variáveis são criadas a partir do gerador de deslocamento do fluido, chamado bomba hidráulica de deslocamento positivo. Este fluido passa a contar com uma energia latente, devido a velocidade de deslocamento e a capacidade da bomba e demais componentes que não permitem vazamento, sendo capaz de mover com força e velocidade o obstáculo que pode surgir no caminho, neste caso, os atuadores de efeitos mecânicos, ou seja, o motor hidráulico com a rotação de um eixo ou cilindro hidráulico com o deslocamento linear de uma haste".
Como isso ocorre de maneira calculada através de válvulas de controle, é fácil chegar ao efeito desejado com os acionamentos mecânicos. Desta forma, podemos dizer que o sistema hidráulico permite não apenas a modulação de força e velocidades de atuadores, como esclarece Appolinário: "O sistema permite também uma simplificação cinemática que, de maneira simples e versátil, consegue a solução para um acionamento que, se fosse feito apenas com elementos mecânicos, seria muito complexa, cara e, provavelmente, até fisicamente inviável para instalar". Entre os componentes do sistema hidráulico podem ser utilizados elementos complexos como servo-válvulas, filtros absolutos, indicadores digitais de parâmetros do processo, medidores de vazão não-evasivos, bombas de pistão de vazão variável, entre outros. Um sistema típico tem geralmente os seguintes componentes:
Reservatório: além de acondicionar o fluido de trabalho, serve para dissipar calor com o ambiente e, de forma limitada, separar partículas mais pesadas e eventualmente a água do óleo. (Veja matéria de reservatórios hdráulicos)
Bomba: pressiona o fluido para que possa realizar o trabalho.
Atuadores: cilindros, motores.
Controladores: válvulas.
Acumuladores: servem como pulmões para estabilizar fluxos ou pressões.
Trocadores de calor: em alguns circuitos são necessários para reduzir a temperatura do óleo.
Aquecedores: utilizados para aquecimento do óleo quando a temperatura de partida do sistema implica em viscosidade muito alta.
Filtros: a função primordial do filtro ou do conjunto de filtros instalados em um sistema, é garantir o nível de limpeza do fluido de trabalho.
"Com os filtros evita-se o mau funcionamento, desgaste e quebras prematuras de componentes, aumentando a disponibilidade do equipamento e, por conseqüência, a produtividade", conta Thomsem da POLYTEC.
Os componentes necessitam ser construídos com materiais compatíveis quimicamente com o fluido de trabalho, evitando vazamentos por falhas de vedação, oxidação e formação de borras e resíduos.
A tecnologia hidráulica é o resultado da mecânica combinada eventualmente com a eletrônica, proporcionando o efeito de acordo com a finalidade de cada elemento do circuito, seja esse um gerador de fluxo (bomba), um controle (válvula) ou um atuador (motor ou cilindro).
Sobre as normas que garantem a eficiência do processo, Augusto, da HYDAC, comenta: "Um filtro de alta qualidade deve ser fabricado de acordo com as seguintes normas: ISO 16889, ISO 2941, ISO 3724 e ISO 2943", define. No caso de filtros, a norma ISO 2943 (compatibilidade de materiais com fluidos) especifica as condições de teste para determinar a compatibilidade.

Falhas de sistemas
Projeto adequado, instalação correta e eficiência da filtragem são pontos fundamentais para o planejamento da manutenção preventiva, principalmente nas falhas que podem vir a ocorrer. "Essas falhas geralmente são as quebras de bombas, desgaste de válvulas e cilindros, tendo como principal causador a contaminação do fluido", explica Augusto, da HYDAC. A escolha e o uso apropriado dos dispositivos hidráulicos têm ligação direta com o aumento de produção e a redução dos custos da manufatura. "A contaminação líquida pode acontecer através da água, rompimento de trocadores de calor, condensação da
umidade presente no ar e mistura de fluidos diferentes", diz. Segundo Augusto, para se separar o excesso de água nos sistemas podem ser utilizadas unidades de desumidificação com bombas de vácuo de alta eficiência.

A contaminação gera diminuição da viscosidade do óleo e consequentemente do filme lubrificante, gerando o contato entre metais e acelerando o desgaste do sistema. "O que se espera do fluido hidráulico é que ele crie um filme lubrificante para manter as peças de precisão separadas, isento de partículas sólidas e de contaminação líquida, ou seja, filme lubrificante limpo e seco", explica Reginaldo Sanches, Especialista de produto e mercado da PARKER, multinacional que projeta e comercializa sistemas hidráulicos.

Contaminação
Por representar cerca de 80% das causas de falha em componentes hidráulicos, a contaminação do fluido deve ser considerada como item crítico, tanto no momento do projeto até a manutenção. O fato do fluido estar novo não significa necessariamente que esteja limpo, muitas vezes ao ser retirado de um tambor ele ainda não é apropriado para uso imediato nos sistemas. A contaminação por partículas geralmente é classificada como pequenas partículas ou sendimento. "Sedimento pode ser definido como o acúmulo de partículas menores que 5 µ, contaminação que também causa falha no sistema/componente no decorrer do tempo. Por outro lado, as pequenas partículas são contaminantes maiores que 5 µ e podem causar falhas catastróficas imediatas", explica Sanches. Sedimento e pequenas partículas podem ser classificadas como partículas duras (sílica, carbono e metal) e partículas maleáveis (borracha, fibras e microorganismos). Normalmente, os contaminantes podem ingressar no sistema através de reservatórios mal vedados, vedações da haste do cilindro, abastecimento de óleo novo, vazamentos, durante a montagem, consertos ou reparos.
Contaminação do Ar: Segundo Augusto, a contaminação do ar se dá através do respiro do tanque. "Por isso, é sempre recomendado que o grau de filtração do filtro de ar seja no mínimo igual ao filtro do sistema hidráulico", esclarece.
Em um sistema líquido, o ar pode existir tanto no estado dissolvido, como livre ou indissolvido. Pode haver alterações de pressão que comprimem o ar e produzam grande quantidade de calor em pequenas bolhas de ar. Quando o ar está presente, a bomba trabalha mais para comprimir o ar e menos para o sistema.
Contaminação da Água: A água é um contaminante universal e, assim como as partículas sólidas, deve ser removida dos fluidos de operação. A água pode estar no estado dissolvido ou no estado "livre". Os fluidos hidráulicos têm a capacidade de "reter" mais água à medida que a temperatura aumenta. Um fluido turvo pode tornar-se claro conforme o sis tema for aquecendo. Por isso, a filtragemé etapa fundamental para o sistema. Uma vez que o excesso deágua é detectado, pode ser eliminado por absorção, centrifugação e desidratação à vácuo.

Elementos Filtrantes
A fim de detectar ou corrigir problemas, deve ser verificada a classe de contaminação recomendada pelo fabricante para cada tipo de sistema, baseada nas folgas dos componentes mais sensíveis do mesmo. "A contagem de partículas é o método mais comum para obter os níveis de contaminação do sistema. A ISO 4406 (International Standards Organization) é norma que mede o número de partículas/ml e os divide em classes de 6 a 24. Atualmente, as indústrias estão se conscientizando em relação à contaminação por partículas sólidas e adotando uma classe de contaminação igual ou abaixo da classe recomendada para seus sistemas", comenta Sanches, da PARKER.
Geralmente, o meio filtrante é apresentado em forma de folhas e plissado, para que sua área da superfície fique exposta ao fluxo do fluido. Em alguns casos, o meio filtrante pode ter camadas múltiplas e telas para atingir determinada performance. Depois de plissado e cortado no tamanho necessário, as duas pontas são ligadas. O meio filtrante mais comum inclui tela de aço, celulose, compostos da fibra de vidro ou outros materiais sintéticos. "Os tipos mais utilizados são os elementos filtrantes absolutos e nominais, sendo que a vida do elemento filtrante depende do nível de contaminação", comenta Augusto. O meio filtrante ainda é geralmente classificado de superfície ou profundidade.
Superfície do Meio Filtrante: "No meio filtrante do tipo superfície, o contaminante é capturado na superfície do elemento onde passa o fluxo do fluido. Os elementos filtrantes geralmente são feitos de telas e possuem um poro de tamanho consistente", esclarece Sanches. Este poro de tamanho consistente é o diâmetro da partícula esférica mais larga que passará através do elemento. Entretanto, a formação do contaminante na superfície do elemento permitirá ao meio filtrante capturar partículas menores do que a faixa de tamanho do poro.
Meio Filtrante de Profundidade: No meio filtrantes de profundidade, o fluido deve tomar caminhos indiretos através do material que forma o meio filtrante, sendo que as partículas são depositadas nas aberturas em forma de labirinto por todo o meio filtrante. Por causa de sua construção, um meio filtrante de profundidade tem diversos poros de tamanhos variados.
A entrada do contaminante no elemento bloqueia todos seus poros, sobrando pouco espaço para o fluido e a pressão requerida para manter o fluxo através do meio filtrante aumenta. Inicialmente, a pressão diferencial através do elemento aumenta vagarosamente, porque há abundância de poros do meio filtrante para o fluido passar, e o processo de bloqueio do poro tem pouco efeito na perda de pressão geral.
Para uma dada espessura de meio filtrante e nível de filtragem, por exemplo, há menos poros no meio filtrante de celulose do que no meio filtrante de fibra de vidro. "O meio filtrante de fibra de vidro com múltiplas camadas, relativamente não é afetado por entrada de contaminante por um longo período. O elemento captura seletivamente as partículas de vários tamanhos, conforme o fluido vai passando por ele. Os poros muito pequenos no meio filtrante não são bloqueados por grandes partículas", diz Sanches.

Escolha do Filtro
Um sistema hidráulico precisa de um sistema de filtragem bom o suficiente para retirar de circulação a contaminação perigosa para os componentes hidráulicos (bombas, válvulas e atuadores).
Do ponto de vista das funções os filtros hidráulicos podem ser de sucção, pressão, retorno ou off-line. "O filtro é dimensionado através da vazão, pressão, tipo de fluido, temperatura de trabalho e o grau de contaminação", comenta Augusto, da HYDAC.
"A forma construtiva poderá também ditar diferenças significativas podendo ser do tipo Cartucho substituível e os Spin On (como os de motores de automóveis)", diz Appolinário da EATON|Vickers. "Outro determinante é o material do filtro propriamente dito, que pode ser de tela metálica, fibra celulósica ou material sintético (variando de acordo com cada fabricante)".
Devido à evolução da tecnologia que fabrica componentes com folgas cada vez mais apertadas e para trabalhar com pressões cada vez mais elevadas, se faz necessária a aplicação de elementos absolutos de alta qualidade, construídos em camadas múltiplas com alta eficiência de retenção e especificações controladas em laboratório. "Esses elementos podem ser posicionados na linha de pressão (após a bomba), na linha de retorno (após o óleo passar pelos consumidores) ou fora do circuito (off-line) filtrando o óleo do tanque com um conjunto motobomba independente", diz Thomsem da POLYTEC, que explica que variações dos filtros de pressão são os filtros para montagem diretamente nos manifolds, os filtros tipo sandwich para proteger uma válvula específica e as baterias filtrantes para aplicações em altas vazões e altas pressões. "Outro tipo de filtro são os respiros, que são colocados no tanque para que sejam removidos os contaminantes sólidos do ar e também umidade, no caso de respiros com sílica gel ou dessecantes", comenta.
Pode-se ainda mencionar o filtro de sucção (montado na sucção da bomba). Entretanto, pela característica de ser bem aberto, geralmente não causa impacto na classe de limpeza do sistema e serve simplesmente para proteger a bomba contra contaminantes de grandes dimensões.

Carcaças e a pressão de trabalho
A carcaça é um vaso de pressão que abriga o elemento de filtro. "Normalmente consiste de duas ou mais submontagens: uma cabeça (ou tampa), com um copo para permitir o acesso ao elemento e canais de entrada e saída", diz Sanches. Características adicionais da carcaça podem incluir furos de montagem, válvulas by-pass e indicadores da condição do elemento. A pressão de trabalho da carcaça pode ser determinada antes do modelo ser escolhido.
No caso, o indicador da condição indica quando o elemento deve ser limpo ou substituído. Geralmente, o indicador tem marcas de calibração que também indicam se a válvula by-pass foi aberta. A localização do filtro no circuito é o determinante principal da pressão de trabalho. As carcaças são projetadas genericamente para três localizações: sucção, pressão ou linhas de retorno. "Uma característica das localizações é a pressão máxima de operação. Filtros para sucção e linha de retorno são projetados para pressões mais baixas, até 500 psi (34 bar). Já as localizações dos filtros de pressão podem requerer taxas de 1500 psi a 6000 psi (103 a 414 bar)", explica Sanches.

Filtros de Sucção
Os filtros de sucção servem para proteger a bomba da contaminação do fluido. "São localizados antes da conexão de entrada da bomba, alguns podem ser de tela/celulose submersos no fluido, outros podem ser montados externamente. Ambos os elementos são de micragem alta para não provocar perda de carga na sucção da bomba e a consequente cavitação da mesma. Por esse motivo, são usados como proteção primária contra a contaminação" esclarece Sanches.

Filtros de Pressão
Servem para filtrar o óleo sob pressão antes que o mesmo seja utilizado pelo sistema. Os filtros de pressão são adequados especialmente para proteger os componentes sensíveis do lado filtrado do filtro, tais como servo-válvulas.

Filtros de Retorno
Permitem a retirada da contaminação gerada pelos componentes do sistema, juntamente com possíveis contaminantes externos.
Na maioria dos sistemas, o filtro de retorno é o último componente pelo qual passa o fluido antes de entrar no reservatório.
Tanto os filtros de pressão e retorno podem ser encontrados em versão duplex. Nesse caso a filtragem é contínua e a vál vula duplex é acionada quando um elemento precisa de manutenção, desviando o fluxo para a câmara do filtro oposta.

Filtragem Off-Line
Sistema independente de um sistema hidráulico principal de uma máquina. Fazem parte da filtragem off-line componentes como bomba, filtro, motor elétrico e os sistemas de conexões. O fluido é bombeado fora do reservatório através do filtro e retorna para o reservatório em um ciclo contínuo.

Análise de Fluido
A indústria de filtragem usa os procedimentos da ISO 16889 - Procedimento para Teste de Múltipla Passagem - para avaliar o desempenho do elemento de filtro. Além disso, a análise do fluido assegura a conformidade com as especificações do fabricante, verificado a composição e o nível de contaminação.

Entre os métodos aplicados estão os Contadores de Partículas portátil ou estacionário, e a Análise Laboratorial. Um dos mais conhecidos também é o Teste de Membrana, análise feita a partir de uma amostra do fluido que é passada por um meio filtrante de membrana.

Benefícios e Tendências
Os benefícios de utilizar sistemas hidráulicos no lugar de soluções puramente mecânicas ou elétricas podem ser observados pela difusão de sua empregabilidade na indústria em geral. "Há uma ampla gama de opções de tamanhos e funcionalidades, bem como uma base de conhecimentos bastante ampliada quanto às diversas soluções possíveis, grau de precisão e confiabilidade a serem alcançados", comenta Appolinário da EATON|Vickers. Para Thomsem da POLYTEC, são três tendências que apontam para o futuro. "A utilização de sistemas cada vez mais compactos e de maior pressão, a utilização de componentes que exigem um nível de limpeza cada vez maior do óleo e o aumento da instrumentação eletrônica embarcadas", explica.
A evolução tecnológica no segmento também já tem permitido contar com produtos com grau cada vez maior de precisão e confiabilidade. Por estar plenamente difundida, a hidráulica pode contar com suporte de assistência técnica e reposição de componentes presentes na maioria das localidades.
Segundo Appolinário, enquanto houver necessidade de transmissão de potência usando soluções versáteis e viáveis economicamente, o futuro da hidráulica está garantido. "Não se vislumbra a curto e a médio prazo substitutos que possam estar presentes em tantas aplicações ou que possa, oferecer a versatilidade que a hidráulica oferece", finaliza.