Aula 2 - Hidrodinâmica e fluidos hidráulicos

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Disciplina de Sistemas Hidráulicos e Disciplina de Sistemas Hidráulicos e 
PneumáticosPneumáticos
Hidrodinâmica e fluidos hidráulicos
(Aula 2)
Prof. Fabiano Brites
HidrodinâmicaHidrodinâmica
• Tabelas de conversão de unidades:
HidrodinâmicaHidrodinâmica
• Tabelas de conversão de unidades:
HidrodinâmicaHidrodinâmica
• Conservação da quantidade de movimento:
- Para existir deslocamento do fluido (fluxo) num sistema hidráulico
é necessário ocorrer um diferencial de pressão na sua tubulação
(vaso, orifício e/ou restrição) – condição básica de um Sistema
Hidrodinâmico.
- Princípio de Bernoulli: a soma da energia potencial e energia
cinética, nos vários pontos de um Sistema Hidrodinâmico (em
movimento), são constantes para uma vazão constante. E quando o
diâmetro de um tubo diminui a velocidade do fluido aumenta,
também ocorrerá a elevação da energia cinética.
HidrodinâmicaHidrodinâmica
• Conservação da energia: relembrando Lavoisier “Na natureza
nada se cria e nada se perde, tudo se transforma.” Em sistemas
hidráulicos a energia é transmitida e/ou transformada em
movimento, calor, velocidade, pressão entre outras propriedades.
HidrodinâmicaHidrodinâmica
• Tipos de fluxo: sua classificação se dá pelo número de Reynolds,
sendo: laminar, transiente ou turbulento.
O fluxo é influenciado por alguns fatores, como: a massa específica, 
velocidade e viscosidade do fluido, o diâmetro do tubo, rugosidade interna 
do tubo, impurezas, singularidades (conexões/registros), etc.
Re ≤ 2000 laminar
2000 < Re < 2400 transiente
Re ≥ 2400 turbulento
HidrodinâmicaHidrodinâmica
• Forças de escoamento: as forças envolvidas no escoamento de um
fluido são esforços cisalhantes que permitem o deslocamentos de
camadas deste fluido, vencendo o atrito junto as parede.
HidrodinâmicaHidrodinâmica
- Os fluidos, de maneira geral, são classificados em termos da
relação entre sua tensão de cisalhamento e a deformação (fluxo) do
fluido .
- Fluidos cuja taxa de deformação é diretamente proporcional
(linear) à tensão de cisalhamento aplicada são chamados de Fluidos
Newtonianos.
- A maioria dos fluidos utilizados em engenharia são Newtonianos.
Exemplos: água, ar, refrigerantes, óleos, etc.
- Exemplos de fluidos não Newtonianos: pasta de dente, lama,
espumas entre outros.
Fluidos HidráulicosFluidos Hidráulicos
• Principais fluidos hidráulicos:
- Água (pressurizada): aplicada desde sistemas
industriais ou não, caldeiras, etc.);
- Óleos diversos de origem
mineral/petroquímico: em geral
para sistemas industriais –
máquinas, equipamentos ou
mecanismos).
Fluidos HidráulicosFluidos Hidráulicos
• Funções dos fluidos hidráulicos:
- Transmitir a energia (ao longo do sistema);
- Ser um agente lubrificante (redução do atrito);
- Auxiliar na vedação do sistema (conforme sua viscosidade);
- Transferir e/ou dissipar calor (auxiliar no controle da temperatura).
Fluidos HidráulicosFluidos Hidráulicos
• Água pressurizada: tabela de pressão x temperatura p/ água:
Fluidos HidráulicosFluidos Hidráulicos
Fluidos HidráulicosFluidos Hidráulicos
• Óleos minerais e petroquímicos: mais utilizados são
dos tipos naftênicos e parafínicos:
- Óleos parafínicos: sua formulação química é a base de parafina tendo fórmula
química C16H34 disposta numa cadeia de hidrocarbonetos. Apresenta ligações
químicas relativamente estáveis e resistentes. Sendo indicado para sistemas com
temperaturas levemente elevadas. É menos sensível a alteração de
viscosidade/temperatura. A desvantagem está no seu comportamento em
temperaturas baixas, já que as parafinas tendem a sedimentar-se.
- Óleos naftênicos: sua formulação química é a base de naftalina e possui fórmula
química C10H8 e estrutura de dois anéis de benzeno. Indicados para sistemas
submetidos a baixas temperaturas. Tem como desvantagem sua
incompatibilidade com materiais sintéticos e elastômeros.
Fluidos HidráulicosFluidos Hidráulicos
• Outros óleo (compostos ou sintéticos):
- Emulsão de óleo em água: consiste de uma mistura de óleo numa quantidade
de água, sendo muito resistente ao fogo. A mistura pode variar em torno de 1%
de óleo e 99% de água a 40% de óleo e 60% de água;
- Emulsão de água em óleo: também resistente ao fogo, sendo conhecida como
emulsão invertida. A mistura é geralmente de 60% de óleo e 40% de água. Tem
características de lubrificação melhores do que as emulsões de óleo em água;
- Fluido água glicol: O fluido de água-glicol resistente ao fogo é uma solução de
glicol (anti congelante) e água. A mistura é geralmente de 60% de glicol e 40% de
água;
- Sintéticos: mais resistentes ao fogo, consistem geralmente de ésteres de fosfato,
hidrocarbonos clorados, ou uma mistura dos dois com frações de petróleo.
Exigem elementos de vedação especiais para evitar deterioração precoce.
Fluidos HidráulicosFluidos Hidráulicos
• Classificação ISO quanto à viscosidade:
Fluidos HidráulicosFluidos Hidráulicos
• Principais aditivos adicionados aos fluidos hidráulicos
minerais/petroquímicos (quantidades que variam de centésimos
até 30% da composição):
a) Inibidores de oxidação (anti ferrugem): compostos à base de enxofre e
fósforo, derivados de aminas e fenóis, que evitam a reação do óleo com o
oxigênio;
b) Antidesgaste e para serviços de extrema pressão: melhoradores de
películas, agentes que mantém a película íntegra de óleo em altas
temperaturas e pressões, em geral compostos polares para manter
unidas as partículas;
c) Rebaixadores de ponto de fluidez mínima: menor temperatura na qual
um fluido será capaz de fluir sob condições específicas;
d) Melhoradores do índice de viscosidade: polímeros à base de butano,
ésteres diversos e ácido metacrílico;
e) Anti espumante: silicone entre outros polímeros a base de sílica orgânica.
Fluidos HidráulicosFluidos Hidráulicos
• Viscosidade: propriedade de um fluido através da qual ele oferece
resistência ao seu escoamento. Tal propriedade impacta
diretamente na tensão de cisalhamento necessária ao fluxo do
fluido.
Fluidos HidráulicosFluidos Hidráulicos
• Escalas de viscosidade:
- Viscosidade absoluta ou dinâmica (µ): é a resistência imposta pelas
camadas dos fluidos ao escoamento deste. Consiste numa constante de
proporcionalidade entre a força e a área que fazem (e/ou são submetidos)
ao atrito oposto ao deslocamento de um fluido.
Unidades: centipoise (cP) ; Pa.s ; lbf.s/ft2
Dica: 1 poise = 0,1 Pa.s
98,1 poise = 1 kgf.s/m2
- Viscosidade cinemática (ν): é a relação entre a viscosidade absoluta (µ) e
a massa específica (ρ).
Unidades: m2/s ; ft2/s ; cntistokes (cSt)
Dica: 1 stoke = 1 cm2/s
1 m2/s = 104 stokes = 106 centistokes
Fluidos HidráulicosFluidos Hidráulicos
• Tabelas de viscosidade:
Fluidos HidráulicosFluidos Hidráulicos
• Tabelas de viscosidade:
Fluidos HidráulicosFluidos Hidráulicos
• Tabelas de viscosidade:
Fluidos HidráulicosFluidos Hidráulicos
• Escalas de viscosidade:
- SSU ou SUS (Segundo Saybolt Universal): unidade de medida que
corresponde ao tempo, em segundos, que leva o fluido, em
condições controladas de temperatura, a escoar um volume de 60
cm3 através de um orifício padrão.
Unidade: segundos (s)
- SSF (Segundos Saybolt Furol): que corresponde à medida pelo
mesmo processo que o SSU, só que o orifício padrão tem um
diâmetro maior. Indicada para fluidos de elevada viscosidade (acima
de 250 SSU)
Unidade: segundos (s)
Fluidos HidráulicosFluidos Hidráulicos
• Efeito da temperatura na viscosidade: conforme aumenta a
temperatura a viscosidade diminui.
- Exemplo simples do cotidiano sobre expansão térmica de um
fluido: um fecho hidráulico de porta que no inverno (c/ temperatura
baixa) demora para fechar a porta, e no verão (c/ temperatura alta)
fecha mais rápido a porta (às vezes chegando a “bater” a porta).
Fluidos HidráulicosFluidos Hidráulicos
• Índice de viscosidade (IV): é
uma grandeza adimensional
que indica como um fluido
altera sua viscosidade devido
à variação da temperatura.
Alto IV significa que a
viscosidade do fluido mudaria
relativamente pouco com a
temperatura. A maior partedos sistemas hidráulicos
industriais requer um fluido
com um índice de viscosidade
de 90 ou mais.
Fluidos HidráulicosFluidos Hidráulicos
Compressibilidade: capacidade de um fluido (além de outros
materiais) ter seu volume reduzido quando este está contido num
recipiente sob a ação de um esforço.
Vol1 > Vol2
Em geral, é adotado por convenção que os fluidos são relativamente 
incompressíveis, porém isso é uma simplificação!
(lembre-se da experiência c/ as seringas que fizemos na 1ª aula) 
Fluidos HidráulicosFluidos Hidráulicos
• Expansibilidade: Propriedade do fluido que lhe possibilita ocupar
totalmente o volume de qualquer recipiente, adquirindo o seu
formato.
• Expansão térmica: causada pelo efeito da variação da
temperatura. Logicamente a expansão térmica dependerá da
natureza (tipo) de fluido, bem como da pressão ao qual ele é
submetido.
Fluidos HidráulicosFluidos Hidráulicos
• Exemplo simples do cotidiano sobre expansão térmica de um
fluido:
- Uma bola de futebol que esteja levemente vazia (murcha), basta
colocá-la no sol para que ela expanda seu volume de ar no seu
interior ficando cheia.
ReferênciasReferências
FIALHO, Bustamante, A. Automatismos Pneumáticos - Princípios Básicos, Dimensionamentos de Componentes e Aplicações Práticas.
São Paulo: Érica, 2015. [Minha Biblioteca]. 
Retirado de https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788536518190/
FIALHO, Bustamante, A. Automação Hidráulica - Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos. 6 ed. São Paulo: Érica, 2011. 
[Minha Biblioteca]. 
Retirado de https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788536505121/
FIALHO, Bustamante, A. Automatismos Hidráulicos - Princípios Básicos, Dimensionamentos de Componentes e Aplicações Práticas.
São Paulo: Érica, 2015. [Minha Biblioteca]. 
Retirado de https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788536518183/
BONACORSO, N. G.; NOLL, V. Automação eletropneumática. 12 ed. São Paulo: Érica, 2013. 160 p. 
BUSTAMENTE, A. F. Automação pneumática: projetos, dimensionamento e análise de circuitos. 7 ed. São Paulo: Érica, 2007. 324 p. 
SANTOS, A. A.; SILVA, A. Ferreira da. Automação pneumática: produção, tratamento e distribuição de ar comprimido, técnicas de 
comando de circuitos combinatórios e sequenciais. 2 ed. Porto: Publindústria, 2009. xv, 319.
FIALHO, Bustamante, A. Automação Pneumática - Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos. 7 ed. São Paulo: Érica, 2011. 
[Minha Biblioteca]. 
Retirado de https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788536505176/
MACINTYRE, Joseph, A. Instalações Hidráulicas Prediais e Industriais. 4 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2017. 
[Minha Biblioteca]. Retirado de https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-216-1964-2/
Além de catálogos e manuais das empresas: Parker, Rexroth, Festo, PCL, Hennings, Manuli, IMI Norgren, Rotork, etc.