BARETTA, G

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UNIVERSIDADE DO OESTE DE SANTA CATARINA 
CAMPUS DE JOAÇABA 
ÁREA DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIAS 
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA 
 
 
 
 
 
 
 
PROJETO DE UM EQUIPAMENTO HIDRÁULICO DO REGULADOR 
DE VELOCIDADE PARA ACIONAMENTO DE CENTRAIS 
GERADORAS HIDRELÉTRICAS 
 
 
 
 
GILBERTO BARETTA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
JOAÇABA 
2017 
 
 
GILBERTO BARETTA 
 
 
 
 
 
 
PROJETO DE UM EQUIPAMENTO HIDRÁULICO DO REGULADOR DE 
VELOCIDADE PARA ACIONAMENTO DE CENTRAIS GERADORAS 
HIDRELÉTRICAS 
 
 
 
 
Monografia apresentada ao colegiado do curso de 
Engenharia Mecânica da Universidade do Oeste de 
Santa Catarina, Área das Ciências Exatas e 
Tecnológicas da Universidade do Oeste de Santa 
Catarina, como requisito parcial à obtenção do grau 
de Engenheiro Mecânico. 
 
 
 
 
 
 
 
Orientador: Prof. Douglas Roberto Zaions, M. Eng. 
 
 
 
 
 
JOAÇABA 
2017 
 
 
GILBERTO BARETTA 
 
 
 
 
PROJETO DE UM EQUIPAMENTO HIDRÁULICO DO REGULADOR DE 
VELOCIDADE PARA ACIONAMENTO DE CENTRAIS GERADORAS 
HIDROELÉTRICAS 
 
 
Monografia apresentada ao colegiado do curso de 
Engenharia Mecânica da Universidade do Oeste de 
Santa Catarina, Área das Ciências Exatas e 
Teológicas da Universidade do Oeste de Santa 
Catarina, como requisito parcial à obtenção do grau 
de Engenheiro Mecânico. 
 
Aprovado em 06/12/2017 
 
BANCA EXAMINADORA 
 
 
Prof. Douglas Roberto Zaions, M. Eng. 
Universidade do Oeste de Santa Catarina - UNOESC 
 
 
Prof. Sérgio Luis Marquezi, M. Eng. 
Universidade do Oeste de Santa Catarina – UNOESC 
 
 
Prof. Cristiano Meneghini, M. Eng. 
Universidade do Oeste de Santa Catarina - UNOESC 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dedico este trabalho a meus pais, Ilce e Gilmar, 
fonte de conhecimento e saber. Graças a eles, 
tornei-me uma pessoa capaz de lutar para que 
meus sonhos e objetivos fossem sempre 
alcançados, sem jamais desanimar. Tendo a 
Sabedoria como companhia. 
 
 
AGRADECIMENTOS 
A Deus, por estar sempre presente e permitir que pela fé concretizasse mais essa 
realização. 
Ao Professor Douglas Roberto Zaions, orientador e amigo que, com boa vontade, 
compartilhou seus conhecimentos e suas experiências, possibilitando chegar ao final de cada 
etapa deste estudo. 
À minha família, fonte de minha força. 
Aos professores, pela dedicação. 
Aos meus amigos e colegas pelo incentivo, amizade e companhia nos momentos de 
estudo. 
A todos que, de uma forma ou outra, colaboraram para que este trabalho fosse realizado 
com êxito. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
“O coração humano projeta o caminho, mas é o 
Senhor quem dirige os passos”. 
(Provérbios, 16:9) 
“Se o dinheiro for a sua esperança de 
independência, você jamais a terá. A única 
segurança verdadeira consiste numa reserva de 
sabedoria, de experiência e de competência”. 
(Henry Ford) 
“A tarefa não é tanto ver aquilo que ninguém viu, 
mas pensar o que ninguém ainda pensou sobre 
aquilo que todo mundo vê”. 
(Arthur Schopenhauer) 
 
 
 
RESUMO 
Este trabalho visa estudar e projetar uma Unidade Hidráulica do Regulador de Velocidade, 
equipamento de suma importância para a regulagem do distribuidor de Turbinas Hidráulicas 
com alto rendimento. Através desta necessidade interna da empresa em deter o conhecimento 
sobre equipamentos óleo-hidráulicos, utilizou-se a metodologia de Pahl & Beitz, 
compreendendo as etapas de planejamento de produto e de projeto, projeto informacional, 
conceitual, preliminar e detalhado. Com as informações levantadas nas primeiras fases 
constatou-se que a grande dificuldade encontrada estava no ciclo de especificação técnica da 
unidade hidráulica realizada atualmente, em relação ao tempo em que se demorava em receber 
o produto final para comissionamento em campo. Para suprir esta necessidade, foi padronizada 
uma unidade hidráulica de 100 litros como projeto piloto, podendo-se ser aplicado este processo 
de padronização para os demais tamanhos de equipamentos utilizados para movimentação do 
distribuidor de Turbinas Hidráulicas. Os demais requisitos dos clientes e projeto levantados 
durante o estudo foram possíveis de serem mensurados, sendo que em análise financeira do 
custo total observou-se a necessidade de otimização do projeto piloto, para viabilizar a inserção 
do produto no portfólio com conhecimento agregado em projeto de equipamentos hidráulicos 
como fonte de força para regulagem em turbinas Francis até 3MW. E pela padronização foi 
possível reduzir o tempo de emissão dos documentos necessários pela Engenharia do Produto, 
bem como o tempo de entrega do equipamento comercial, alcançando-se as metas e prazos de 
contrato pré-estabelecido. 
 
Palavras-chave: Projeto hidráulico. Unidade hidráulica. Padronização. 
 
 
 
 
ABSTRACT 
This work aims to study and design a Hydraulic Speed Regulator, an equipment of great 
importance for the regulation of the Hydraulic Turbine distributor with high efficiency. 
Through this internal need of the company to hold the knowledge about oil-hydraulic 
equipment, the Pahl & Beitz methodology was used, comprising the steps of product and project 
planning, informational, conceptual, preliminary and detailed design. With the information 
collected in the first phases it was found that the great difficulty found was in the technical 
specification cycle of the hydraulic unit currently performed, in relation to the time in which it 
was delayed in receiving the final product for commissioning in the field. To meet this need, a 
hydraulic unit of 100 liters was standardized as a pilot project, and this standardization process 
can be applied to the other sizes of equipment used to drive the Hydraulic Turbine distributor. 
The other requirements of the clients and project raised during the study were possible to be 
measured, and in the financial analysis of the total cost, the need for optimization of the pilot 
project was made, in order to enable the product insertion in the portfolio with aggregated 
knowledge in the project. hydraulic equipment as power source for setting up Francis turbines 
up to 3MW. And by standardization, it was possible to reduce the time required to issue the 
documents required by the Product Engineering, as well as the delivery time of the commercial 
equipment, reaching the goals and deadlines of the pre-established contract. 
 
Keywords: hydraulic design. Hydraulic unit. Standardization. 
 
 
 
 
LISTA DE DESENHOS 
Desenho 1 - Disposição da regulagem da turbina Kaplan Vertical .......................................... 35 
Desenho 2 - Disposição da regulagem da turbina Francis Vertical .......................................... 36 
Desenho 3 - Disposição da regulagem da turbina Pelton ......................................................... 37 
Desenho 4 - Disposição dos componentes da turbina Kaplan Bulbo ....................................... 38 
Desenho 5 - Elucidação da Lei de Pascal ................................................................................. 40 
Desenho 6 - Princípio da conservação da energia .................................................................... 40 
Desenho 7 - Regra de dobramento de dutos ............................................................................. 42 
Desenho 8 - Tipos de bocais de enchimento ............................................................................ 49 
Desenho 9 - Cilindro hidráulico linear ..................................................................................... 52 
Desenho 10 - Vista isométrica da bomba de engrenagens ....................................................... 54 
Desenho 11 - Válvula tipo 4WRA 6 ......................................................................................... 58 
Desenho 12 - Acumulador de bexiga .......................................................................................15. 
𝐶𝑅 = 𝑉𝑎𝑐𝑢𝑚 + ∆𝑄 + 𝑉𝑚 + 𝐷𝑠 + 𝑉𝑎𝑟 + 𝑉𝑠 (15) 
Onde: 
𝑉𝑎𝑐𝑢𝑚 = Volume acumulador em litros (L); 
ΔQ = Variação de vazão nos servos motores em litros (L); 
𝑉𝑚 = Volume morto do reservatório em litros (L); 
𝐷𝑠 = Fator do diâmetro da sucção em litros (L); 
𝑉𝑎𝑟 = Volume de ar do reservatório em litros (L); e 
𝑉𝑠 = Volume de segurança em litros (L). 
 
Para o cálculo do fator do diâmetro da sucção (Øi) utiliza-se a Equação 16. 
𝐷𝑠 = 2 ∙ Ø𝑖 (16) 
Desta maneira, para o cálculo do volume de ar do reservatório teremos a utilização da 
Equação 17. 
𝑉𝑡 = 𝐶 ∙ 𝐿 ∙ 𝐻 (17) 
Onde: 
𝑉𝑡 = Volume total; 
51 
 
C = Comprimento do reservatório (cm); 
L = Largura do reservatório (cm); e 
H = Altura do reservatório (cm). 
 
É necessário calcularmos o volume do tanque para podermos determinar o volume de 
ar no interior do reservatório pela Equação 18. 
𝑉𝑎𝑟 = 0,15 ∙ 𝑉𝑡 (18) 
Ainda teremos que determinar o volume de segurança do reservatório pela Equação 19 
e utilizando o Coeficiente de segurança de 1,25. 
𝑉𝑠 =∙ 𝐶𝑠𝑓 ∙ 𝑄𝐵 (19) 
Contudo, podemos comparar os resultados entre os dois métodos de cálculo e aderir ao 
que apresente maior volume, pois assim, o sistema estaria dimensionado com segurança. 
2.5.4 Filtros 
O fluido hidráulico deve estar livre de impurezas, pois pelo contrário encurtaremos a 
vida útil do sistema hidráulico. 
a. Filtros de linha de pressão 
O filtro de linha de pressão é utilizado quando se necessita uma perfeita limpeza do 
fluido a ser introduzido em determinado componente do sistema (PALMIERI, 1991, p.72). 
b. Filtros de sucção 
O filtro de sucção se encontra instalado no reservatório abaixo do nível do fluido dentro 
do reservatório, onde sua função é impedir que corpos sólidos de maior tamanho sejam 
succionados pela bomba, danificando-a. As malhas devem ser aproximadamente de 149 𝜇 
(0,149 mm) (PALMIERI, 1991, p.72). 
Como recomendação de dimensionamento, o filtro deve deixar passar uma vazão igual 
ou maior a três vezes a vazão da bomba. 
c. Filtro de retorno 
O filtro de retorno é o responsável pela filtragem de todo o fluido que retorna ao tanque, 
carregado de impurezas que foram absorvidas no sistema. Esse filtro é confeccionado a partir 
de um papel poroso especial de 10 𝜇 de abertura de poros, assim, quando o elemento filtrante 
vai ficando contaminado, a pressão vai aumentando até chegar a 1 bar, acionando a mola da 
válvula em by-pass para tanque (PALMIERI, 1991, p.72). 
52 
 
Como recomendação de dimensionamento, o filtro de retorno deve deixar passar uma 
vazão igual ou maior a três vezes a vazão máxima do sistema. 
2.5.5 Cilindros Hidráulicos 
Palmieri (1991, p.77) ressalta que a função básica de um cilindro hidráulico é 
transformar força, potência ou energia hidráulica em força, potência ou energia mecânica. 
Podendo ser divididos em dois tipos: (i) lineares; e (ii) rotativos. 
Conforme o Desenho 9 que ilustra as principais partes do cilindro hidráulico. 
Desenho 9 - Cilindro hidráulico linear 
 
Fonte: Palmieri (1991, p.77) 
2.5.6 Bombas hidráulicas 
A bomba hidráulica é o equipamento responsável pela geração de vazão em um sistema 
hidráulico, isto é, convertendo energia mecânica em energia hidráulica. As bombas hidráulicas 
podem ser subdivididas em dois grupos principais: (i) Bombas de deslocamento não-positivo; 
e (ii) Bombas de deslocamento positivo (PALMIERI, 1991, p.131). 
2.5.6.1 Bombas de deslocamento não-positivo 
Com este grupo de bombas não é possível obter o rendimento desejado em um circuito 
hidráulico, pois um pequeno aumento de pressão reduz consideravelmente sua capacidade de 
vazão, isto, porque não existe um contato direto entre o rotor e a carcaça e nem uma boa vedação 
entre a sucção e a descarga, gerando uma baixa eficiência volumétrica. (PALMIERI, 1991, 
p.132). 
53 
 
2.5.6.2 Bombas de deslocamento positivo 
O grupo de bombas de deslocamento positivo pode ser denominado de bombas 
hidrostáticas, onde possuem uma vedação separando a sucção e a descarga da bomba, 
proporcionando a sucessão de pequenos volumes de fluido no sistema (PALMIERI, 1991, 
p.132). Como permitem a transmissão de potência, essas bombas são aplicadas em circuitos 
hidráulicos onde o dimensionamento refere-se à capacidade máxima de pressão e vazão a partir 
de uma determinada rotação e potência fornecida. 
Em sistemas hidráulicos de pressão as bombas mais utilizadas são: (i) Bomba manual; 
(ii) Bomba de engrenagens; (iii) Bomba parafuso; (iv) Bomba de palheta; (v) Bomba de pistão 
(radial e axial). 
Para este estudo a bomba que melhor se adequa no equipamento hidráulico do regulador 
de velocidade é a bomba de engrenagem externa, onde trabalha na faixa de pressão (90 a 
210bar) e vazão (4,1 a 11,3cm³) necessária para o acionamento do distribuidor e seus 
periféricos. 
a. Bombas de engrenagens externas 
Fialho (2004, p.61) destaca que a bomba de engrenagem externa é constituída por um 
par de engrenagens acopladas, que desenvolve o fluxo transportando o fluido entre seus dentes, 
sendo uma das engrenagens a motriz acionada pelo eixo a qual gira a outra, montadas numa 
carcaça com placas laterais de desgaste, conforme o Desenho 10 ilustra uma vista isométrica 
explodida da montagem da bomba de engrenagens. 
54 
 
Desenho 10 - Vista isométrica da bomba de engrenagens 
 
Fonte: Apostila M2001-2Br, p. 55 
As principais vantagens desta bomba são: (i) Alta eficiência e de projeto simples; (ii) 
Compacta e leve; (iii) Eficiente a alta pressão de operação; (iv) Resistente a cavitação; (v) 
Tolerante a contaminação do sistema; (vi) Pode operar a baixas temperaturas; (vii) Forma 
construtiva com mancais de deslizamento; e (viii) Trabalha com vários tipos de fluidos. 
I. Dimensionamento de Bombas hidráulicas 
Para se calcular a vazão por rotação, podemos empregar a Equação 20, segundo Palmieri 
(1991, p.135). 
𝑄 =
𝐿 ∙ 𝐶 ∙ (Ø𝑒 − 𝐶)
282,63
 (20) 
Onde: 
Q = Vazão (L/rot); 
L = Largura da engrenagem (cm); 
C = Distância de centro a centro (cm); 
Øe = Diâmetro externo (cm); 
282,63 = Fator de conversão 
 
55 
 
A partir do volume mínimo teórico que o sistema demanda, utilizaremos para a seleção 
da vazão mínima que a bomba deve fornecer, a rotação e o rendimento do equipamento, 
conforme a Equação 21. 
𝑄𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 =
𝑉𝑛 ∙ 𝑛
1000
∙ 𝜂𝑣 (21) 
Onde: 
𝑄𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 = Vazão (L/min); 
𝑉𝑛 = Volume nominal (cm³); 
n = Rotação do motor (rpm); 
𝜂𝑣 = Rendimento volumétrico (0,9 a 0,95). 
 
Determinamos o momento de torção absorvido pela bomba através da Equação 22, 
conforme Fialho (2004, p.58). 
𝑀𝑡 =
𝑄𝐵 ∙ ∆𝑃
100 ∙ 𝜂𝑚ℎ
 (22) 
Onde: 
∆𝑃 = Variação de pressão (bar); 
𝜂𝑚ℎ = Rendimento mecânico – hidráulico [0,82 – 0,97]; 
 
Para o cálculo de seleção da potência absorvida pela bomba temos a Equação 22, 
conforme Fialho (2004, p.58). 
𝑁 =
𝑄𝐵 ∙ ∆𝑃
600 ∙ 𝜂𝑡
 (22) 
Onde: 
𝜂𝑡 = Rendimento total [0,75 -0,90] = (𝜂𝑚ℎ x 𝜂𝑉); 
 
Caso a bomba a ser utilizada necessite uma vazão inferior à 22 L/min, devemos adotar 
o Quadro 6 para determinar o tamanho nominal. 
56 
 
Quadro 6 - Bomba tipo G2 Rexroth 
 
Fonte: Fialho (2004, p.60) 
Porém, em situação que necessite vazão superior a 20 L/min deve-se utilizar o Quadro 
7 para seleção da bomba que melhor atenda o projeto. 
 
Quadro 7 - Bomba do tipo AZPN 
 
Fonte: Rexroth 
2.5.7 Válvulas 
Os sistemas hidráulicos necessitam de meios para se controlar a direção e sentido do 
fluxo, dentre os diversos tipos de válvulas encontradas no mercado pode-se destacar: 
a. Válvulas de controle direcional on-off com solenóide: 
57 
 
Para a execução do projeto do equipamento hidráulico será utilizada uma válvula 
direcional 4/2 da Bosch Rexroth (quatro vias/2 posições), conforme a Fotografia 6 ilustra. 
Fotografia 6 - Válvula Direcional 4/2 de Assento e atuação por solenoide 
 
Fonte: Rexroth 
 
Fialho (2004, p.89) enfatiza quea perda de carga é encontrada no catálogo do fabricante 
na forma de um gráfico (perda de carga x vazão) como elucidado pala Fotografia 7. 
Fotografia 7 - Curvas característica de perda de carga 
 
Fonte: Rexroth 
b. Válvulas direcionais proporcionais: 
No catálogo de fabricantes para válvulas direcionais proporcionais encontra-se os 
tamanhos nominais de 6 e 10 com Pressão máxima de operação de 315 bar, onde a vazão 
máxima para a TN 6 é de 42 L/min e para a TN 10 tem uma vazão máxima de 75 L/min. 
Essas válvulas são operadas para montagem em placa, onde o acionamento é feito por 
solenóide proporcional com rosca central e bobina removível através de uma eletrônica de 
comando externa (tipo WRA) ou através da eletrônica integrada na válvula (tipo WRAE). A 
sua montagem consiste basicamente em: (1) Carcaça com superfície de conexão; (2) êmbolo; 
58 
 
(3) molas de pressão; (4) molas de pressão; (5) Solenóides com rosca central; e (6) Solenóides 
com rosca central. Conforme o Desenho 11. 
Desenho 11 - Válvula tipo 4WRA 6 
 
Fonte: Rexroth 
Considerando-se a perda de carga em diferentes vazões, conforme o Gráfico 1. 
Gráfico 1 - Perda de carga em função de diferentes vazão 
 
Fonte: Rexroth 
 
 
59 
 
c. Válvula limitadora de pressão: 
Esta válvula é geralmente utilizada para ligação na linha de sucção do sistema 
hidráulico. Conforme a Fotografia 8 ilustra uma válvula limitadora de pressão. 
Fotografia 8 - Válvula limitadora de pressão 
 
Fonte: Rexroth 
Disponível em tamanhos nominais de 6 a 30 da série 1X, com pressão máxima de 
operação de 630 bar e vazão máxima de 330 L/min. Conforme os Gráficos 2 ilustram os ajustes 
para os diversos tamanhos. 
Gráfico 2 - Tamanhos de válvulas limitadoras de pressão 
 
Fonte: Rexroth 
 
60 
 
d. Válvula controladora de vazão: 
Palmieri (1991, p.198) salienta que em um circuito hidráulico existem três maneiras de 
se utilizar uma válvula de regulagem de vazão: (i) na entrada (Meter-in); (ii) na saída (Meter-
out); e (iii) Bleed-of. Conforme o Gráfico 3. 
Gráfico 3 - Válvula controladora de vazão 
 
Fonte: Fialho (2004, p.90) 
 
e. Válvula de retenção: 
A válvula controladora de vazão é utilizada onde se deseja retenção integral do fluido 
de retorno ou de avanço, conforme o Gráfico 4. 
Gráfico 4 - Válvula de retenção 
 
Fonte: Fialho (2004, p.90) 
 
61 
 
2.5.8 Acumuladores hidráulicos 
Palmieri (1991, p.227) salienta que são muitas as funções às quais confiamos a 
utilização dos acumuladores, pois a principal função seria a de acumular uma energia potencial 
sob pressão, para restituí-la no momento requerido e com rapidez desejada. Para este trabalho 
abordaremos o tipo de acumulador de bexiga. 
2.5.8.1 Acumulador de bexiga: 
A construção do acumulador de bexiga se dá por uma armadura cilíndrica e com 
extremidades esféricas, contendo uma válvula para adição e remoção do gás, uma bexiga 
fabricada com material elástico sintético, uma válvula de retenção e uma tomada para o fluido 
com opção de um dreno (PALMIERI, 1991, p.232). Como recomendação dos fabricantes desse 
tipo de acumulador temos que o mesmo seja montado verticalmente, com a válvula do gás na 
parte superior, o Desenho 12 ilustra a forma construtiva do acumulador. 
Desenho 12 - Acumulador de bexiga 
 
Fonte: Hydac 
62 
 
O acumulador a Gás do tipo Bexiga oferece ao projetista de circuitos hidráulicos uma 
extensa gama de vantagens: (i) perfeita separação entre a câmara correspondente ao gás e a 
destinada ao líquido; (ii) o elemento separador não apresenta inércia; (iii) por não existir 
nenhum deslizamento recíproco entre elementos metálicos, não é necessário cuidado particular 
quanto ao mecanismo interno; e (iv) alta eficiência volumétrica, chegando a 75% do volume da 
garrafa (FIALHO, 2004, p.136). 
a. Compressão isotérmica: 
Em um processo isotérmico todo o calor ganho pelo gás na fase de enchimento é 
dissipado, isto é, ele não armazena energia calorífica no processo de compressão da mesma 
temperatura. Obtendo-se como caraterísticas: (i) Compressão lenta; (ii) Ocupa um espaço 
menor na compressão; (iii) No enchimento armazena mais fluido; (iv) Descarrega mais fluido; 
e (v) Expandido isotermicamente ocupa mais volume. 
b. Compressão adiabática: 
Em um processo adiabático todo o calor ganho pelo gás na fase de enchimento é retido, 
isto é, ele armazena energia calorífica no processo de compressão com variação de temperatura. 
Obtendo-se como caraterísticas: (i) ocupa um espaço maior na compressão; (ii) compressão 
ocorre rapidamente; (iii) no enchimento armazena menos líquido; (iv) descarrega menos fluido; 
e (v) expandido adiabaticamente ocupa menos volume. 
c. Dimensionamento do acumulador: 
Os acumuladores operam segundo a pressão máxima e mínima de trabalho do sistema, 
a bomba envia fluido para o acumulador até que a pressão máxima seja atingida e volta a ser 
acionado o fluxo para recarregar o acumulador quando a pressão mínima é atingida. Assim, o 
volume líquido que é descarregado entre as duas pressões compõe o volume útil do acumulador. 
O Desenho 13 ilustra, por meio das representações A, B e C, sendo os três estados de 
operação de um acumulador do tipo bexiga com suas relações de pressão e volume. 
 
63 
 
Desenho 13 - Estado de operação de um acumulador a gás do tipo bexiga 
 
Fonte: Fialho (2004, p.150) 
Nas aplicações de acumuladores o ciclo de carga ou descarga ocorre em tempos 
inferiores a um minuto, assim, tendo um comportamento do acumulador com sensivelmente 
adiabático, onde a quantidade de calor (Q) permanece constante, porém com variação de 
temperatura em função do tempo relativamente curto (FIALHO, 2004, p.151). Utilizando-se a 
Equação 23 para determinar o volume útil do acumulador. 
∆𝑉 = 𝑉0 ∙ (
𝑃0
𝑃1
)
1
𝑘
∙ [1 − (
𝑃1
𝑃2
 )
1
𝑘
] (23) 
Onde: 
∆𝑉 = Volume útil do acumulador, é o máximo volume ocupado pelo gás na pressão de 
pré-carga em litros (L); 
𝑉0 = Tamanho do acumulador volume do fluido hidráulico descarregado pelo 
acumulador em litros (L); 
𝑃0 = Pressão de enchimento de gás em (bar); 
𝑃1 = Pressão operacional mínima necessária para atuar a válvula em (bar); 
𝑃2 = Pressão crítica operacional máxima em (bar); 
K =Coeficiente de compressão adiabática. 
 
64 
 
2.5.9 Trocadores de calor do sistema hidráulico 
a. Consideração da influência da temperatura 
Considerando a influência da variação de temperatura do fluido em um sistema, onde 
este fluido sob pressão é descarregado através da válvula de alívio, então a energia contida no 
fluido é liberada na forma de calor (PALMIERI, 1991). 
Existe uma regra que geralmente é aplicada ao trabalho hidráulico de acordo com 
(PALMIERI, 1991, p.264). 
Em um ponto qualquer do sistema, onde o escoamento de fluido cai para um nível de 
pressão inferior sem realização de trabalho mecânico no processo, certamente grande 
parte da energia contida no fluido se transforma em calor e a temperatura de descarga 
do fluido será bem mais elevada do que aquela de admissão do fluido ao sistema. 
Visto que a condição de montagem do trocador de calor na linha de retorno para o tanque 
é a forma construtiva mais aplicada para melhorar a eficiência do sistema. 
Palmieri (1991) aponta que podemos utilizar diversos artifícios para minimizar o 
superaquecimento como: (i) utilizar um reservatório com a maior superfície (área) possível; (ii) 
instalar o reservatório em uma região bem ventilada; (iii) projetar o circuito hidráulico de forma 
que quando não estiver efetuando trabalho, a bomba possa descarregar o fluido livremente para 
o tanque com a pressão o mais próximo possível de zero; (iv) evitar a utilização de válvulas 
redutoras de pressão ou de controle de vazão, utilizá-las apenas quando são essenciais ao 
sistema; e (v) sempre que possível utilizar o sistema de sangria (bleed-off) de controle de vazão 
como controlador de velocidade dos atuadores. 
b. Tiposde resfriadores 
Palmieri (1991, p.264) cita que existem dois tipos principais de resfriadores: (i) 
Resfriador a ar ou radiador; (ii) Resfriador a água; porém com o avanço da tecnologia teremos 
os (iii) Trocadores com placas, obtendo maior eficiência com menor espaço ocupado. 
(i) Resfriador a ar 
Sua construção é através de dutos envolvidos em aletas de grandes superfícies. Podendo 
ser realizado a convecção força com auxílio de um ventilador (PALMIERI, 1991, p.265). 
Conforme Desenho 14. 
 
65 
 
Desenho 14 - Resfriador a ar 
 
Fonte: Palmieri (1991, p.264) 
 
(ii) Resfriador a água 
A entrada do fluido refrigerante ocorre do lado oposto a da entrada do fluido a ser 
refrigerado a fim de evitar o choque térmico e aumentar a eficiência (PALMIERI, 1991, p.265). 
O Desenho 15 elucida sua construção. 
Desenho 15 - Resfriado a água 
 
Fonte: Palmieri (1991, p.265) 
(iii) Trocar a placas 
O manual do trocador de calor a placas fornecido por (BERMO, 2016) explica como é 
a montagem e o princípio de funcionamento do equipamento, conforme Desenho 16. 
O trocador de calor consiste em um conjunto de placas de metal corrugado, com 
orifícios para a passagem dos dois fluidos de transferência de calor. O conjunto de 
placas é montado entre a placa de estrutura fixa e a placa de pressão móvel, sendo 
comprimido por parafusos de aperto. As placas são equipadas com uma gaxeta, que 
veda o canal e direciona os fluidos em canais alternados. O número de placas é 
determinado pela taxa de fluxo, propriedades físicas dos fluidos, queda de pressão e 
pelo gradiente de temperatura. As ondulações da placa promovem a turbulência do 
fluido. A placa fixa e a placa móvel são suspensas a partir de uma barra de transporte 
66 
 
superior e localizadas por uma barra de guia inferior, ambas fixadas a uma coluna de 
suporte. As conexões estão localizadas na placa de estrutura fixa ou móvel e, em 
ambos os fluidos, pode-se fazer mais do que um único passe no interior da unidade. 
 
Desenho 16 - Trocador a placas 
 
Fonte: BERMO (2016) 
 
c. Dimensionamento de Trocadores de Calor 
No dimensionamento do trocador de calor considera-se que “[...] a perda de carga em 
um sistema se traduz em perda de energia ou potência que se transforma em calor” (PALMIERI, 
1991, p.267). Utilizando-se a Equação 24. 
𝑞 = 𝑄 ∗ ∆𝑃𝑡 ∗ 1,4 (24) 
Onde: 
q = Potência transformada em calor (kcal/h); 
Q = Vazão que gera o calor (l/mim); 
∆𝑃𝑡 = Variação da Pressão que gera o calor (bar); 
 
Como temos que analisar o calor liberado em cada válvula redutora de pressão, será 
interessante informarmos quantas válvulas temos no sistema. Onde as pressões de entrada e 
saída através da válvula são respectivamente na faixa de 160 e 40 bar, e considerando que a 
mesma funcione apenas 1/3 do ciclo (15 segundos). 
67 
 
Palmieri (1991, p.267) relata que “Em um ciclo de trabalho de uma máquina, podemos 
distinguir em três fases distintas: fase de início de operação; fase de trabalho e fase de 
desconexão do serviço”. 
a) Fase de início de operação 
Supondo que o calor cedido ao meio ambiente é desprezível, pois o tempo de duração 
dessa fase é relativamente curto, temos pela Equação 25. 
𝑞 = (𝑡1 − 𝑡2) ∙ 𝑚 ∙ 𝐶𝑝 (25) 
Onde: 
t1 = temperatura do fluido no fim da fase; 
t2 = temperatura do fluido no início da fase; 
m = massa do fluido (kg); 
Cp = Calor específico do fluido (kJ/kg/ºC). 
 
b) Fase de trabalho 
Durante esta fase teremos uma absorção e uma troca de calor, que é cedida para do 
sistema para o meio ambiente, através desta Equação 26 podemos determinar a área necessária 
para o reservatório. 
𝑞 = 𝐾 ∙ 𝐴 ∙ (𝑡 − 𝑡0) (26) 
Onde: 
K = Coeficiente de transmissão total entre a instalação e o meio ambiente (kcal/m²/h/ºC); 
A = Superfície de intercambio de calor (m²); 
t = Temperatura atual do fluido compreendida em t2 e t1; 
𝑡0 = Temperatura do meio ambiente. 
 
c) Fase de desconexão 
Nesta fase a produção de calor é nula (q=0), conforme Equação 27. 
−𝑞1 = (𝑡 − 𝑡0) ∙ 𝐺 ∙ 𝐶𝑝 (27) 
O valor negativo de q1 indica que a temperatura final t1 deve ser mais baixa que a inicial 
t2 (resfriamento). 
Considerando que conforme Palmieri (1991, p.268) afirma que o valor de K varia de 9 
a 13 kcal/m²/h/ºC. Fixando a variável (t), pode-se calcular a área de troca de calor, sendo que 
68 
 
50 % do calor é trocado pelas tubulações e equipamentos do sistema, restando os outros 50 % 
para ser dissipado pelo reservatório. 
“Sendo que não se leva em consideração dois tipos de troca de calor, a radiação e a 
convecção que nos resultaria no cálculo de um reservatório de menor volume” (PALMIERI, 
1991, P.269). 
2.6 DESCRIÇÃO DO REGULADOR DE VELOCIDADE 
Futikami (2003, p.5) define que “O regulador de velocidade é um sistema de controle 
automático cuja função principal é manter a rotação da turbina constante para que o gerador 
forneça energia ao sistema elétrico na frequência de 60 Hz”. Conforme a Fotografia 9 ilustra a 
tela principal do regulador de velocidade. 
Fotografia 9 - Tela principal do regulador de velocidade 
 
Fonte: Reivax (2008) 
Pelo Fluxograma 1 é possível ilustrar o ciclo de sinais que circulam na usina hidrelétrica. 
69 
 
Fluxograma 1 - Ciclos de sinais do Regulador de velocidade 
 
Válvula Turbina Gerador 
Síncrono 
UHRV 
Energia 
Cinética 
Energia 
Mecânica 
Regulador de 
Velocidade 
Sistema de 
Transmissão 
Energia 
Elétrica 
Monitorar a 
abertura da V.B. 
Atuação V.B. 
 
Fonte: Os autores 
2.6.1 Partida da unidade geradora; 
A sequência de partida controla a ordem com que os componentes da Turbina são 
ligados e desligados de maneira a levar a máquina desde a sua situação de parada total até a sua 
interligação ao sistema e tomada de carga. 
a. Acionar a bomba de regulação: Após acionar a motobomba de regulação, aguarda-
se 3 segundos para acionar a válvula de pressurização através do sistema. A partir 
deste momento sendo mantidas as condições de vazão e pressão nos referidos 
sistemas, pode-se iniciar os comandos dos dispositivos de acionamento. 
b. Comando de Abertura da válvula borboleta: Aguardando a equalização de pressão 
entre montante e jusante da válvula borboleta através da indicação de pressão pelos 
detectores de pressão, onde o diferencial de pressão máximo é de 1,0 bar, assim, 
70 
 
após a confirmação da válvula borboleta da unidade aberta pode-se iniciar o 
fechamento da válvula do by-pass. 
c. Comando de Partida: Comandar as válvulas de segurança do distribuidor que devem 
permanecer energizadas constantemente, pois habilitam o controle de posição do 
distribuidor via válvula proporcional e acionando as válvulas direcionais. Assim 
temos o sinal para o RV (regulador de velocidade) PARTIR a unidade geradora, 
assumindo a rampa de velocidade através da válvula proporcional; 
d. Comando de Excitação: O RV libera a excitação do gerador assumindo a rampa de 
tensão até o valor nominal, por meio de impulsos. 
e. Sincronização/paralelo com a rede: Após a excitação da máquina a mesma é deixada 
pelo menos 30 segundos sem que sejam gerados comandos para alteração da 
velocidade e tensão, com o objetivo de estabilizar as mesmas. 
2.6.2 Parada da unidade geradora 
A sequência de parada controla a ordem com que os componentes da CGH são ligados 
e desligados de maneira a levar a máquina desde a situação de operação normal até a sua parada 
total. 
A sequência de parada normal faz a parada o mais suave possível para o sistema, 
diminuindo a potência gerada até aproximadamente zero para só assim abrir o disjuntor de 
sincronismo, ou seja, está parada ocorre quando nenhum dos dispositivos de segurança estiver 
atuado. 
Este procedimento minimiza o efeito da abertura do disjuntor tanto no grupo gerador 
como no sistema elétrico, pois evita a sobre velocidade na máquina causada por uma rejeição 
de carga e evita também um balanço no sistema provocado pela retirada de umbloco de geração. 
Deve-se efetuar o comando de fechamento da válvula borboleta da unidade e parando a 
bomba do regulador. 
 
 
71 
 
3 METODOLOGIA APLICADA/MATERIAIS E MÉTODOS 
Neste capítulo, é determinado o método que será aplicado no desenvolvimento do 
produto, que descreverá os procedimentos de coleta, análise e interpretação de dados para a 
realização do projeto do equipamento hidráulico do regulador de velocidade para Centrais 
Geradoras Hidrelétricas. 
3.1 MÉTODO DE PESQUISA 
A metodologia de pesquisa utilizada refere a abordagem e compreensão do processo 
informacional e de regulagem de velocidade, podendo ser classificado em um método quali-
quantitativo, ou seja, parte sem retorno de dados mensuráveis e outra parte conseguiu-se 
realizar uma quantificação dos dados. 
Pela sua natureza de pesquisa experimental, visando solucionar o problema cotidiano 
tanto para quem convive com o mesmo quanto para quem busca pesquisar sobre o assunto, é 
possível classificar em pesquisa-ação, ocorrendo uma interação dos pesquisadores com o 
problema analisado. 
A partir dos objetivos do presente trabalho, o mesmo envolve uma pesquisa 
exploratória-descritiva. A parte exploratória consiste na busca de embasamento cientifico em 
bibliografias, além de entrevistas com pessoas leigas à aquelas familiarizadas com o assunto. 
Para a descritiva, o projeto fundamentou-se nas propostas técnicas de levantamento de dados e 
desenvolvimento de projetos apresentadas por Pahl et al. (2005) e adaptada por Back et al. 
(2008), descritas na metodologia de projeto. 
3.2 PROCEDIMENTOS PARA A AQUISIÇÃO, ANÁLISE E INTERPRETAÇÃO DOS 
DADOS 
A metodologia de projeto constitui-se nos procedimentos para a aquisição, análise e 
interpretação de dados para a realização de um projeto e segundo Back et al (2008) contribui 
na velocidade de desenvolvimento de novos produtos de forma sistemática e formal, assim, 
integrando os demais processos empresariais, com os fornecedores e clientes. 
Conforme Zaions (2014) apud Back et al (1983), “projeto é a criação de algo novo, de 
algo que nunca tenha sido montado desta forma e para esta finalidade, mesmo que seja a 
montagem de peças velhas”. 
O primeiro passo do planejamento é a definição da categoria de projeto que será 
desenvolvido. Pahl et al. (2005. p. 50), salienta como os projetos são divididos nas categorias: 
I. Projeto inovador; 
72 
 
II. Projeto adaptativo; 
III. Projeto alternativo. 
Onde no projeto inovador o projetista deve-se apoiar-se em produtos da mesma 
família, segundo a classificação de tipos de produtos. Já o projeto adaptativo, é aquele que 
adapta sistemas conhecidos com a intenção de mudar a tarefa para as quais foram inicialmente 
projetados, mantendo os princípios de solução. Por fim, no projeto alternativo existe produto 
com conceitos similares devendo desenvolver-se um trabalho para definir o ciclo de vida e os 
atributos do produto (PAHL et al., 2005, p. 50). 
Assim, as etapas são subdivididas em: (i) Planejamento de produto; (ii) Planejamento 
de projeto; (iii) Projeto Informacional; (iv) Projeto Conceitual; (v) Projeto Preliminar; (vi) 
Projeto Detalhado. 
3.2.1 Planejamento de produto 
A ideia de um produto dá-se pela carência de certas empresas ou grupos de pessoas. 
Back et al. (2008, p.159) apresentam a importância da presença de um método para o 
desenvolvimento de produto contribui para a atuação das empresas em mercados cada vez mais 
competitivos, devido a necessidade de reduzir custos, de inovar de forma contínua e rápida para 
prever futuros produtos dos concorrentes. 
De acordo com Back et al. (2008, p.165) sustentam que: 
“A ideia do produto também pode ser entendida como uma especificação de 
oportunidade, a qual deve conter uma ideia central chamada de benefício básico, [..] conter 
todos os fatores determinantes do sucesso comercial do produto e deve ser devidamente 
justificada. ” 
Conforme Back et al. (2008, p.168) o planejamento do produto deve buscar esgotar as 
ideias para poder selecionar aquelas mais promissoras para destacar o potencial da empresa no 
mercado de atuação. 
Zaions (2014) define as principais questões relacionadas com o planejamento de 
produtos: 
 Quais são as tecnologias existentes e aquelas e aquelas promissoras durante um 
período determinado; 
 Como será o monitoramento e avaliação do impacto das tecnologias; 
 Quais será o volume de produção, para estimar as capacidades da organização de 
novos desenvolvimentos; 
73 
 
 Qual o tempo estimado de retorno do investimento, para isso, deve-se gerenciar os 
riscos envolvidos. 
Segundo Pahl et al. (2005), a classificação do planejamento do produto pode ser 
entendida através do fluxograma 2 abaixo. 
Fluxograma 2 - Classificação do planejamento do produto 
 
 
Analisar a 
situação 
Formular 
estratégias 
de busca 
 
Encontrar 
ideias de 
produtos 
 
Selecionar 
ideias de 
produtos 
 Definir 
produtos 
 Esclarecer e 
elaborar 
 Projetar 
CENÁRIO DO 
MERCADO 
EMPRESÁRIAL 
 
 
Fonte: Adaptado de Pahl et al. (2005). 
3.2.2 Planejamento de projeto 
Back et al. (2008) afirmam que essa etapa tem por objetivo o planejamento de um novo 
projeto seguindo as estratégias da empresa. a partir desse planejamento deve ser definida a 
estrutura funcional do projeto, determinando os envolvidos no processo pelo principais 
domínios de conhecimentos envolvidos, a forma de comunicação entre os mesmos, o escopo 
do projeto e o cronograma a ser seguido, recursos e riscos. 
3.2.3 Projeto informacional 
Segundo Zaions (2014), o projeto informacional é o momento de levantar todas as 
informações pertinentes ao produto a ser desenvolvido, principalmente as necessidades do 
cliente para converter em requisitos definidos na linguagem usual do usuário. 
Back et al. (2008, p. 75) afirmam que após iniciada a execução do plano de projeto, são 
realizadas tarefas com a função de definir os fatores de influência no projeto de produto, sendo 
que para estabelecer as especificações do projeto devem ser definidas as necessidades do 
74 
 
cliente, posteriormente convertidas em requisitos do cliente ou usuário. A partir desses 
requisitos de usuário são definidos os requisitos de projeto considerando uma série de atributos, 
como funcionalidade, segurança, confiabilidade, entre outros, sendo que dos requisitos de 
projeto obtém-se os objetivos a serem atingidos pelo produto. O fluxograma 3 apresenta as 
diversas etapas desenvolvidas durante a fase de projeto informacional. 
 
Fluxograma 3 - Classificação das principais fases do projeto informacional 
 
Necessidades 
dos usuários 
Requisitos do 
projeto 
Requisitos dos 
usuários 
Especificações de 
projeto 
PRINCIPAIS 
FATORES QUE 
INFLUECIAM NO 
PROJETO 
 
Fonte: Adaptado de Back et al. (2008). 
3.2.4 Projeto conceitual 
Back et al. (2008, p.77) salientam que o projeto conceitual tem por finalidade o 
desenvolvimento da concepção do produto. Mas, para se atingir os objetivos nesta etapa deve 
obter a estrutura funcional do produto, ser definida a função global a ser executada juntamente 
com suas subfunções, partindo-se então para o estudo das estruturas funcionais alternativas, 
selecionando a alternativa mais adequada por meio da comparação entre todas as opções, 
considerando as especificações do projeto, o custo, os riscos de desenvolvimento, 
complexidade, entre outros. O fluxograma 4 ilustra as etapas desenvolvidas durante o projeto 
conceitual. 
 
75 
 
Fluxograma 4 - Concepção do projeto conceitual 
 
 
Estrutura 
funcional 
Concepções 
alternativas 
 Concepção 
selecionada 
 
Aprovação 
da 
concepção 
 
Análise 
econômica 
financeira 
 
Atualização 
do plano do 
projeto 
ORIENTAÇÃO 
DA EQUIPE 
 
 
Fonte: Adaptado de Back et al. (2008). 
3.2.5 Projeto preliminar 
O projeto preliminar é destinado ao estabelecimento do layout final, essa fase consiste 
notrabalho sob a orientação da equipe de desenvolvimento, onde devem ser realizadas as 
tarefas de identificação das especificações de projeto, relacionando os requisitos de forma, 
layout, material, segurança, ergonomia e manufatura, definição dos componentes, 
considerações acerca de aspectos legais, definição das principais dimensões de componentes, 
tipos de material, processos de fabricação, análise dos leiautes dimensionais sob o ponto de 
vista da viabilidade técnica do projeto e dos processos de manufatura (BACK et al., 2008, p.79). 
O Fluxograma 5 elucida um melhor entendimento das etapas do projeto preliminar. 
76 
 
Fluxograma 5 - Etapas do projeto preliminar 
 
 
 
Princípios 
de solução 
 
Avaliação 
técnica e 
econômica 
 
Melhor 
solução 
 
Seleção e 
dimensionamento 
dos componentes 
 
Esboço do 
protótipo 
PROJETO 
PRELIMINAR 
 
 
Fonte: Adaptado de Zaions (2014) e Back et al. (2008). 
3.2.6 Projeto detalhado 
No projeto detalhado deve se realizar a construção e os testes do protótipo, a otimização 
dos componentes, o plano detalhado de manufatura, fixação das especificações técnicas, bem 
como devem der elaborados os manuais de instrução, assistência técnica e o catálogo de peças 
(BACK et al., 2008, p. 81). O fluxograma 5 elucida as principais etapas do projeto detalhado. 
77 
 
Fluxograma 6 - Etapas do projeto detalhado 
 
 
 
 
 
Disposição 
definitiva 
Finalizar/ 
completar 
detalhes do 
desenho 
 
Integrar 
desenhos totais 
da disposição, de 
conjuntos e de 
peças 
 Documentação 
PROJETO 
DETALHADO 
 
 
Originais completos 
da produção com 
instruções da 
manufatura, do 
conjunto, do 
transporte e 
operação 
 
Verificar os 
originais para ver 
se há padrões, 
integralidade e 
exatidão 
 
Fonte: Adaptado de Zaions (2014). 
3.3 PLANEJAMENTO DA PESQUISA 
O planejamento utilizado para o desenvolvimento da monografia é descrito nos 
parágrafos a seguir e pode ser visualizada de modo condensado no Fluxograma 7. 
 
78 
 
Fluxograma 7 - Planejamento empregado para a realização do trabalho de conclusão de curso 
 
 
Etapa 1: Identificação do 
método de pesquisa 
científica. 
Fase I – Planejamento da pesquisa 
Etapa 2: Descrição da metodologia de projeto 
que envolve a coleta e análise de dados, para o 
desenvolvimento do projeto de equipamento 
hidráulico de regulação de velocidade de 
acionamento para turbina Francis para Centrais 
Geradoras Hidrelétricas 
Etapa 4: Revisão 
da literatura sobre 
os tipos de 
reguladores 
hidráulicas e seus 
componentes. 
Fase II – Revisão bibliográfica Fase III – Resultados e discussões 
Projeto da Unidade 
Hidráulica do Regulador de 
Velocidade 
Garantir melhor 
entendimento 
Etapa 5: Planejamento 
do Produto 
Etapa 8: Projeto 
Conceitual. 
Etapa 9: Projeto 
Preliminar 
Etapa 6: Planejamento 
do Projeto 
Etapa 12: 
Apresentação do trabalho 
para a banca examinadora 
Etapa 11: 
Elaboração do trabalho de 
conclusão do curso 
Fase IV – Elaboração e apresentação do trabalho de conclusão do curso 
Etapa 3: 
Planejamento 
da pesquisa. 
Etapa 7: Projeto 
Conceitual. 
Etapa 10: Projeto 
Detalhado 
 
Fonte: Os autores. 
 
3.3.1 FASE I – PLANEJAMENTO DA PESQUISA 
Compreende o estágio inicial do presente trabalho, a qual proporcionará os fundamentos 
científicos e informações relevantes para a evolução das demais fases. 
79 
 
3.3.1.1 Etapa 1 – Identificação da metodologia de pesquisa científica 
Esta etapa é a base para todas as etapas subsequentes da Fase I. A identificação da 
metodologia de pesquisa cientifica utilizada baseia-se em Gil (2002). 
3.3.1.2 Etapa 2 – Descrição da metodologia de projeto para a coleta e análise de dados. 
Sabendo-se da necessidade atual para o desenvolvimento de novos conceitos de 
aplicações para equipamentos hidráulicos, etapa na qual por intermédio fundamentou-se esta 
etapa com a análise e processamento de informações utilizando-se a metodologia de Paul e 
Beitz (2008). 
3.3.1.3 Etapa 3 – Planejamento da pesquisa 
A partir das variáveis de desenvolvidas encontradas na Etapa 2, estuda-se o prazo de 
conclusão do trabalho, através do planejamento da pesquisa envolvendo todas as atividades que 
serão realizadas. 
3.3.2 FASE II – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
Das etapas anteriores comprova-se que a necessidade fundamental para o 
desenvolvimento de levantamentos de informações sobre os principais assuntos necessários 
para o equipamento hidráulico de regulação de velocidade. A partir de então se encontram as 
principais particularidades para realizar o projeto. O referencial bibliográfico adotado foi 
Macintyre (1983), HISA (2017). 
3.3.2.1 Etapa 4 – Revisão da literatura relacionada com os tipos turbinas e equipamentos 
hidráulicos. 
Essa etapa de revisão da literatura apresenta os tipos de turbinas hidráulicas mais 
utilizadas, os tipos de distribuidores utilizados, descrição de forma geral as tecnologias 
utilizadas em unidades hidráulicas de regulação de velocidade, onde se observa a aplicação do 
equipamento em estudo. 
3.3.3 FASE III – RESULTADOS E DISCUSSÕES 
Nesta fase engloba o desenvolvimento das atividades do trabalho de conclusão de curso. 
80 
 
3.3.3.1 Etapa 5 – Planejamento do produto 
O Planejamento do Produto é dividido em: (i) Análise do mercado e viabilidade 
econômica; (ii) Análise das tecnologias e concorrentes; (iii) Análise do consumidor; (iv) 
Descrição dos requisitos; (v) Avaliação de ideias de produtos e (vi) Vendas do produto e o valor 
para o consumidor; (vii) Avaliação de pós-venda. Resultando em informações sobre o 
equipamento, assim analisando-se a viabilidade perante o mercado. 
3.3.3.2 Etapa 6 – Planejamento do projeto 
O Planejamento do Projeto tem o intuito de exibir as sessões do planejamento do projeto 
que será dividida em: (i) Partes envolvidas no projeto; (ii) Plano de comunicação; (iii) Escopo 
do projeto; E (iv) Cronograma do projeto. Tem como resultado final a organização das etapas 
posteriores, definição de datas e o gerenciamento do projeto. 
3.3.3.3 Etapa 7 – Projeto Informacional 
No Projeto Informacional buscam-se as informações mais relevantes para obter a melhor 
concepção do sistema. Sendo realizadas nas fases mostradas em sequência: (i) Identificação do 
problema de projeto; (ii) Identificação da demanda; (iii) Identificação do ciclo de vida do 
produto; (iv) Levantamento das necessidades dos clientes; (v) Requisitos dos clientes; (vi) 
Requisitos de projeto; (vii) matriz QFD; e (viii) especificação do projeto de produto. Através 
dessas informações as próximas etapas serão baseadas. 
3.3.3.4 Etapa 8 – Projeto Conceitual 
No Projeto Conceitual buscou-se os princípios de solução para o projeto do equipamento 
hidráulico do regulador de velocidade para acionamento de Centrais Geradoras Hidroelétricas. 
As fases são divididas em: (i) Estrutura funcional do produto; (ii) Matriz morfológica; (iii) 
Matriz de decisão; (iv) Matriz “Passa não passa”; e (v) Matriz avaliação. 
3.3.3.5 Etapa 9 – Projeto Preliminar 
No Projeto Preliminar são desenvolvidos os cálculos para dimensionamento da unidade 
hidráulica do regulador de velocidade, definindo também as suas interfaces, buscando a solução 
preliminar do produto, aproximando-se da configuração final do equipamento. 
81 
 
3.3.3.6 Etapa 10 – Projeto Detalhado 
O Projeto Detalhado tem como objetivo a otimização dos componentes propostos e sua 
documentação através da confecção das folhas de detalhamento do conjunto do equipamento 
em questão, necessários como forma de avaliação dos processos de manufatura e uso do 
equipamento. 
3.3.4 FASE IV – DOCUMENTAÇÃO DO PROJETO E SOCIALIZAÇÃO DOS 
RESULTADOS 
3.3.4.1 Etapa 11 – Elaboração do Trabalho de Conclusão de Curso 
A elaboração do Trabalho de Conclusão de Curso compreende a confecção de um 
projeto de produto por meio das diretrizes para elaboração de trabalhos científicos estabelecidaspela instituição de ensino superior. 
3.3.4.2 Etapa 12 – Apresentação do trabalho para a banca examinadora 
Nesta última etapa, ocorre a apresentação do Trabalho de Conclusão de Curso para a 
banca examinadora, composta pelo professor orientador em conjunto com dois professores 
avaliadores, com o objetivo de obtenção de grau no curso de Engenharia Mecânica. 
 
 
82 
 
4 PROJETO DE UM EQUIPAMENTO HIDRÁULICO DO REGULADOR DE 
VELOCIDADE PARA ACIONAMENTO DE CENTRAIS GERADORAS 
HIDROELÉTRICAS 
No presente capítulo são apresentados os resultados e discussões do presente trabalho 
que envolvem o projeto de um equipamento hidráulico do regulador de velocidade para o 
acionamento de centrais geradoras hidroelétricas. 
4.1 PLANEJAMENTO DE PRODUTO 
Segundo Zaions (2014) através do planejamento de produtos pode-se apoiar a definição 
de projetos que serão desenvolvidos, analisando ideias e tecnologias de produtos, volume de 
produção, retorno de investimento, assim, obtendo informações para a aprovação, ou não do 
projeto. 
A seguir serão destacados os seguintes itens: (i) Análise do mercado e viabilidade 
econômica; (ii) Análise das tecnologias e concorrentes; (iii) Análise do consumidor e estimativa 
do valor do produto; (iv) Descrição dos requisitos; (v) Avaliação de ideias de produtos; (vi) 
Vendas do produto e o valor para o consumidor. (vii) Avaliação do pós-venda 
A partir destas questões buscou-se relacionar com o desenvolvimento do equipamento 
hidromecânico do regulador de velocidade para Centrais geradoras Hidrelétricas. 
4.1.1 Análise do mercado e viabilidade econômica 
De acordo com a análise do setor de geração de energia Brasileiro gera-se um reflexo 
da capacidade de absorção de equipamentos, tecnologias e serviços. 
Segundo ANEEL (2017) “O Brasil possui no total 4.675 empreendimentos em operação, 
totalizando 152.143.578 kW de potência instalada”. Conforme mostrados no Quadro 8. 
Quadro 8 – Empreendimentos em Operação no Brasil em 2017 
Empreendimentos em Operação 
Tipo Quantidade Potência Outorgada (kW) Potência Finalizada (kW) % 
CGH 607 522.839 523.510 0,34 
EOL 424 10.393.738 10.393.742 6,83 
PCH 435 4.959.487 4.948.243 3,25 
UFV 44 27.761 23.761 0,02 
UHE 219 101.138.278 93.216.340 61,27 
UTE 2944 42.777.026 41.047.982 26,98 
UTN 2 1.990.000 1.990.000 1,31 
Total 4675 161.809.129 152.143.578 100 
Fonte: Adaptado de ANEEL (2017) 
83 
 
Ainda dentro destes números apresentados, muitas destas usinas geradoras estão em fase 
de renovação de concessão juntamente com o governo, caracterizando-se uma fatia de mercado 
crescente a ser explorado. Outro ponto importante está nas principais mudanças na Medida 
Provisória 735 conforme destaca o Portal Vetorlog (2016) para a alteração do aproveitamento 
hidráulico de Centrais Geradoras Hidrelétricas (CGH) para potência instalada até 5MW e de 
Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCH) para potência instalada de 5MW até 50MW. Destacando 
ainda a alteração da lei 12.783, de 11 de janeiro de 2013, para o titular de outorga de PCH terá 
a prorrogação do prazo de vigência por 30 anos, após o vencimento do prazo das concessões 
ou autorizações de geração hidrelétrica. 
Segundo o Portal Vetorlog (2016) o meio ambiente e sociedade como um todo saíram 
beneficiados com o veto presidencial ao item que previa a criação de um programa de 
modernização de parques termelétricos movidos a carvão mineral, combustível fóssil não 
renovável e altamente poluente. 
Conforme ANEEL (2017) “Está prevista para os próximos anos uma adição de 
24568242 kW na capacidade de geração do País, proveniente dos 232 empreendimentos 
atualmente em construção [conforme Quadro 9] e mais 585 em empreendimentos com 
construção não iniciada [conforme Quadro 10]”. 
Quadro 9 - Empreendimentos em Construção no Brasil em 2017 
Empreendimentos em construção 
Tipo Quantidade Potência Outorgada (kW) % 
CGH 2 1.298 0,01 
EOL 148 3.449.500 38,15 
PCH 27 370.011 4,09 
UFV 21 616.000 6,81 
UHE 6 1.922.100 21,26 
UTE 27 1.332.502 14,74 
UTN 1 1.350.000 14,93 
Total 232 9.041.411 100 
Fonte: adaptado de ANEEL (2017) 
 
 
 
 
 
 
84 
 
Quadro 10 - Empreendimentos em Construção não iniciada no Brasil em 2017 
Empreendimentos com construção não iniciada 
Tipo Quantidade Potência Outorgada (kW) % 
CGH 41 34.631 0,22 
CGU 1 50 0 
EOL 181 4.146.450 26,71 
PCH 127 1.653.530 10,65 
UFV 90 2.364.397 15,23 
UHE 8 731.540 4,71 
UTE 137 6.596.233 42,48 
Total 585 15.526.831 100 
Fonte: ANEEL (2017) 
No Gráfico 5 pode-se observar a quantidade e a capacidade dos equipamentos 
hidromecânicos mais utilizados para o nicho de CGHs e PCHs. 
Gráfico 5 – Quantidade de unidades por tamanho de reservatório 
 
Fonte: Os autores 
Juntamente com a demanda crescente, necessidade de diminuição de tempo de entrega, 
é natural que existam empresas buscando alternativas de redução de custos através da obtenção 
de produtos padronizados em seu portfólio de produtos. 
O estudo divulgado pelo Ministério de Minas e Energia – MME através do Plano 
Nacional de Energia (200, p. 195) as projeções do mercado a ser supridos por essas centrais 
geradoras estão na ordem de 934,9 TWh em 2030, conforme elucidado pelo Gráfico 6 abaixo. 
 
85 
 
Gráfico 6 - Projeção do consumo final de eletricidade no Brasil 
 
Fonte: Empresa de Pesquisa Energética - EPE 
No momento atual conforme destacado neste trabalho, o Brasil precisará aumentar sua 
geração de energia elétrica na ordem de 7 à 8 vezes para suprir a demanda até 2030, assim, 
justificando a necessidade de novos investimentos que ocupem a capacidade total de geração 
disponível. 
Mesmo pela existência de empresas fabricantes de Unidades Hidráulicas consolidadas 
no mercado, os clientes contam com poucas opções alternativas ao elevado custo de aquisição 
destes equipamentos, a Fotografia 10 elucida um modelo encontrado comercialmente. 
Fotografia 10 - Unidade Hidráulica da Parker 
 
Fonte: Parker 
 
Através de entrevistas realizadas na empresa concedente de Estágio Supervisionado, 
constatou-se que a falta de conhecimento na área de especificação deste equipamento e a 
86 
 
demora em mais de 120 dias para a entregar do produto, sendo que os testes devem ser 
realizados em outra planta industrial ou muitas vezes em campo acarretando um adicional de 
custos com peças defeituosas devido ao transporte e armazenamento incorreto, portanto 
impactando no tempo de comissionamento da máquina geradora de energia. 
4.1.2 Análise das tecnologias e concorrentes 
O equipamento alvo deste projeto é destinado a geração de força hidráulica para o 
movimento dos servos motores como: do distribuidor da turbina, do contrapeso e do By Pass 
da válvula borboleta. Conforme mostra a Fotografia 11 uma unidade hidráulica é composta por 
reservatório, acumulador, visor de nível, tampa de limpeza, dreno, respiro, bloco, válvula 
proporcional, válvula direcional, válvulas de segurança, válvula de bloqueio, motor, bomba, 
filtro de retorno, filtro de pressão, mangueiras, conexões, cilindros hidráulicos, pressostatos, 
quadro elétrico. 
Durante uma pesquisa na base de dados do Instituto Nacional de Propriedades Industrial 
foi averiguado e encontrado dois pedidos de patente para um equipamento similar, ou que 
poderia ser utilizado juntamente com o regulador de velocidade, o Desenhos 17 e 18 elucidam 
e a Fotografia 11 e 12. 
Fotografia 11 - Exemplo de Unidade Hidráulica 
 
Fonte: Bosch Rexroth 
 
87 
 
Desenho 17 - Consulta a base de dados do INPI 
 
Fonte: INPI (2017). 
 
88 
 
Fotografia 12 - Consulta a base de dados do INPI 
 
Fonte: INPI (2017). 
 
Desenho 18 – Continuação da Consulta a base de dados do INPI acima 
 
Fonte: INPI (2017). 
 
89 
 
4.1.3 Análise do consumidor e estimativa do valor do produto 
Como principal mercado de comercialização do produto pode-se destacar o setor de 
geração de energia, como citado no item 4.1.1. Quanto aovalor do novo produto, este será 
abordado mais especificamente no item 4.5.5 com o comparativo do custo de fabricação. 
4.1.4 Descrição dos requisitos 
Este assunto será abordado posteriormente no item Projeto Informacional. 
4.1.5 Avaliação de ideias de produtos 
Analisando os projetos encontrados no mercado conforme a Fotografia 13 elucida os 
componentes utilizados para uma Unidade Hidráulica padrão como: (1) Drenagem; (2) Visor 
de nível; (3) Bloco e válvulas; (4) Reservatório; (5) Respiro; (6) Pressostato; e (7) Motor 
elétrico. 
Fotografia 13 - Exemplo de equipamento hidráulico 
 
Fonte: Catálogo BUCHER Hydraulics 
 4 
 2 
 3 
 5 
 7 
 1 
 6 
90 
 
4.1.6 Vendas do produto e o valor para o consumidor 
A comercialização do equipamento deve acontecer após o ciclo de construção, teste de 
qualidade e funcionamento do produto, sendo registrados os parâmetros de qualidade em sua 
ficha técnica. 
Através da análise de mercado uma unidade hidráulica do regulador de velocidade 
composta de 1 motor, 1 bomba, com um reservatório de 100 litros custa em média R$ 20000,00 
para o valor de comprar e para o custo de reposição de R$ 18500,00. 
4.1.7 Avaliação de pós-venda 
O suporte ao cliente será realizado por meios como: (i) Treinamentos; (ii) Manual de 
Operação e Manutenção; (iii) Elaboração do Manual de funcionamento; e (iv) Esquema 
hidráulico; Esquema elétrico; 
4.2 PLANEJAMENTO DE PROJETO 
A etapa a seguir tem como objetivo elucidar as etapas do planejamento do projeto, onde 
descrevem-se como: (i) partes envolvidas no projeto; (ii) Plano de comunicação; (iii) Escopo 
do projeto; e (iv) Tempo. Auxílio do Fluxograma de Project Model Canvas. 
4.2.1 Partes envolvidas no projeto 
O projeto desenvolveu-se pelo próprio acadêmico em conjunto com o setor de 
Engenharia do produto da empresa Hidráulica Industrial S.A. – HISA e o professor orientador, 
assim para alcançar resultados satisfatórios é de suma importância o gerenciamento dos prazos 
e metas. 
Este projeto possui caráter multidisciplinar, envolvendo áreas de conhecimento da 
engenharia como: (i) Projetos de sistemas mecânicos; (ii) Transmissão de Calor; (iii) Hidráulica 
e Pneumática; (iv) Especificações de Motores Elétricos; (v) Eletrotécnica; (vi) Manutenção 
mecânica; (vii) Desenho Mecânico; (viii) Materiais de construção mecânica; e (ix) Processos de 
fabricação. 
4.2.2 Plano de comunicação 
O projeto do produto visa suprir as necessidades dos clientes a partir do aprimoramento 
de ideias já existentes no mercado. Sendo consultados profissionais do ramo, consumidores do 
produto e fornecedores. 
91 
 
Também a coleta de informações penderá de meios eletrônicos, internet e livros que 
representam a bibliografia técnica sobre o produto. 
4.2.3 Escopo do projeto 
O objetivo do projeto visa elaborar as etapas de planejamento de projeto, planejamento 
do produto, projeto informacional, projeto conceitual, projeto preliminar e projeto detalhado de 
um Equipamento Hidráulico do regulador de velocidade de uma Central Geradora Hidrelétrica 
Francis simples, que será utilizado nas usinas de geração de energia hidrelétrica até 3 MW no 
intuito de automatizar a regulagem. 
Na elaboração deste projeto, procura-se desenvolvê-lo no ambiente de engenharia 
simultânea, considerando todos os aspectos do ciclo de vida do produto e integrando o 
planejamento do projeto e do produto e o projeto propriamente dito. 
4.2.4 Tempo 
Esta etapa auxilia na previsão e na administração do tempo necessário para assegurar a 
conclusão do projeto no prazo previsto, envolvendo todas as etapas do projeto. 
O Quadro 11 apresenta o Diagrama de Gantt com a descrição das atividades do projeto 
a serem desenvolvidas, juntamente com a estimativa de cada uma delas. 
92 
 
Quadro 11 - Diagrama de Gantt 
 
Fonte: Os Autores 
4.2.5 Project Model Canvas 
Para auxiliar no entendimento do projeto e seus diversos fatores envolvidos utilizou-se 
o Fluxograma 8, para reunir em um único quadro todas as informações sobre o projeto que está 
sendo projetado, tendo a importância de facilitar a busca de dados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Lapso temporal de entrega das unidades 
Hidráulicas (120 dias) 
Custo elevado de aquisição 
Detenção de conhecimento específico 
sobre o sistema 
Projetar um equipamento hidráulico do 
regulador de velocidade para 
acionamento de CGHs até 3MW 
Projeto um equipamento hidráulico do 
regulador de velocidade para 
acionamento de CGHs até 3MW 
Domínio de tecnologia 
Aumento do portfólio de produtos da 
empresa HISA 
Diminuição do tempo de entrega do 
produto ao cliente 
Objetividade 
Planejamento de Projeto para UHRV 
Realização das etapas da metodologia de 
Pahl & Beitz 
Utilização de fatores de segurança 
Apresentação para a banca examinadora 
Fornecedores de equipamentos 
Hidráulicos 
Acadêmico 
Orientador 
Não cumprimento do prazo de entrega 
Custo de fabricação ser maior do valor de 
mercado 
Utilização de recursos extras com 
retrabalhos 
Planejamento do Produto 25/05/2017 
Planejamento do Projeto 01/06/2017 
Projeto informacional 25/06/2017 
Projeto Conceitual 30/06/2017 
Projeto Preliminar05/07/2017 
Projeto Detalhado25/08/2017 
Entrega Final 25/09/2017 
O tempo para a realização do TCC 
A construção do referencial teórico 
O ajuste do tema da pesquisa à realidade 
onde se conduz 
A delimitação do tema do TCC e o que 
estará contido nele 
Acadêmico 
Orientador 
Equipe de projeto do produto da 
empresa HISA 
Entrega do Projeto Final até mês de 
outubro de 2017 
A empresa Hidráulica Industrial S. A. - 
HISA 
O valor do orçamento do projeto fica 
embutido no valor do produto final 
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res 
93 
4.3 PROJETO INFORMACIONAL 
Nesta fase ocorre o desenvolvimento do projeto, onde serão analisadas todas as 
informações relevantes através de etapas como: (i) Identificação do problema de projeto; 
(ii) Identificação da demanda; (iii) Identificação do ciclo de vida do produto; (iv) 
Levantamento das necessidades dos clientes; (v) Requisitos dos clientes; (vi) Requisitos 
de projeto; (vii) Matriz QFD; e (viii) Especificação do projeto de produto. 
Através dos requisitos dos clientes obtidos com as necessidades transformando-as 
em requisitos de projetos, com a linguagem e visão técnica de engenharia. 
A confecção da matriz QFD – do inglês Quality Function Deployment impõe uma 
relação com os graus e atribuições de importância das informações coletadas pelos 
requisitos de clientes e de projeto. Assim, obtêm-se qual quesito desprendera maior 
esforço e dedicação do projetista. 
4.3.1 Identificação do problema de projeto 
Com a análise dos equipamentos existentes no mercado e pela insatisfação das 
industrias fabricantes de turbinas hidráulicas que necessitam destes equipamentos para 
obtenção de Força-hidráulica como forma de acionamento dos seus produtos, do grande 
tempo de entrega e alto valor agregado. 
Com isso, buscou-se desenvolver um projeto fundamentando o domínio de 
tecnologia do produto com aplicação em Centrais Geradoras Hidrelétricas de até 3 MW. 
4.3.2 Identificação da demanda 
A idealização do projeto surgiu no setor de Engenharia do produto da empresa 
Hidráulica Industrial S. A. – HISA, com o objetivo inicial de reduzir custos 
demasiadamente altos na compra, do lapso temporal de entrega, da falta de informações 
sobre o produto, tudo isso acarretando em custos adicionais por não conhecer o produto. 
Como objetivo secundário através do estudo de custos, deve ter início a fabricação 
própria destes equipamentos em uma escala padronizada. 
O projeto visa atender fabricantes de turbinas hidráulicas, podendo ser empregado 
em outras demandas como nos testes em fábrica e em outras demandas para acionamento 
de comportas e máquinas de levantamentos. 
A aplicação deste produto vai além disso, sabe-se queo mesmo tem grande 
importância em setores de médio e grande porte. 
94 
95 
 
4.3.3 Identificação do ciclo de vida do produto 
Podemos classificar o equipamento hidráulico do regulador de velocidade, 
segundo a classificação básica de produtos, como um bem de capital, pois as fases do 
ciclo de vida estão associadas à sua complexidade de fabricação e montagem. 
De acordo com Zaions (2014, p. 7) o ciclo de vida de um produto compreende o 
período de seu nascimento (ou renascimento) até o seu descarte, ou seja, quando o mesmo 
entra em desuso, podendo ser ou não reaproveitado. 
Nessa etapa com auxílio do Fluxograma 9 mostra-se o ciclo de vida do produto. 
Fluxograma 9 - Etapas do ciclo de vida do produto 
 
Projeto 
Fabricação 
 
Uso Montagem 
Unidade 
Hidráulica 
Manutenção 
Função Transporte 
 
Fonte: Os autores 
A partir da definição do ciclo de vida do produto, podem-se detectar as 
necessidades dos clientes internos, intermediários e externos, envolvidos e associados a 
cada uma das fases do ciclo de vida. 
Como auxilio na estruturação das necessidades dos usuários/clientes, elaborou-se 
o Quadro 12 de apoio ao levantamento das necessidades, apresentando as etapas em 
linhas, e os atributos específicos nas colunas. 
 
 
Ciclo de 
Vida 
Atributos básicos do produto 
Funcionamento Confiabilidade Economia Montabilidade 
Transportabilidad
e 
Segurança Normalização 
Projeto 
Acionar Turbinas 
CGHs Francis até 
3MW; 
Padronizar para 
otimizar em tempo. 
Ser confiável; 
Utilizar materiais 
de qualidade. 
Ter baixo custo de 
fabricação; Ter 
fabricação 
simplificada. 
Prever interface de 
tubulações e 
acessórios 
Interface elétrica 
Manual de 
Expedição 
Garantir a 
integridade 
estrutural 
Estudo de 
padronização 
Fabricação 
Boa qualidade com 
poucos defeitos 
Verificar 
funcionamento dos 
componentes 
Tolerâncias 
maiores; Utilização 
de máquinas 
convencionais para 
a fabricação do 
equipamento 
 
Ter mínimo 
esforço para 
transporte 
Atender as 
especificações de 
projeto 
Ser fabricado com 
poucos 
componentes 
Montagem 
Possibilitar teste; 
Manual de 
Montagem. 
Diminuir 
componentes 
Ter mínimo tempo 
de montagem. 
Interface de 
montagem/ 
componentes 
 
Não apresentar 
riscos durante a 
montagem de itens 
(Eletrônicos) 
Ter uniões 
normalizadas em 
BSP 
Transporte 
Ter facilidade em 
manusear os 
diversos itens 
 Ser leve 
Ser fácil de 
transportar em 
Pellets 
 
Ter caixa de 
madeira 
padronizada para o 
tamanho da 
UHRV. 
Uso 
Possuir sistemas de 
regulagem 
Ser preciso; 
Ser durável. 
Ter baixo custo 
operacional 
 
Oferecer segurança 
em funcionamento 
Ter bloco e 
válvulas padrão. 
Função 
Manual de 
Funcionamento 
 
Precisão 
dimensional 
Sem vazamento do 
sistema 
 
Proteção contra 
explosões 
 
Manutenção 
Facilidade de 
manutenção 
Fácil conservação 
Chave de 
emergência 
Baixo custo de 
manutenção 
 
 
Não apresentar 
riscos durante a 
troca de itens 
 
Q
u
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 1
2
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F
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res. 
4.3.4 Levantamento das necessidades do cliente 
Nessa etapa procurou-se entender os problemas para definir qual a função global do 
produto. Após reunião com o supervisor do setor de Engenharia do Produto, obteve-se como 
resultado a seguinte função global: 
“Acionar Turbinas hidráulicas de Centrais geradoras Hidrelétricas até 
3 MW de potência”. 
Desta reunião com o principal cliente do equipamento obtiveram-se os resultados de 
necessidades de projeto, onde deve possibilitar a realização de movimentação do distribuidor 
Francis e comandos na válvula borboleta de forma que possa ser via comandos manuais ou pelo 
regulador de velocidades. Realizou-se um questionário, que segue o modelo disponível no 
Apêndice A, e obteve-se os resultados que seguem demonstrados a seguir no Quadro 13. 
Quadro 13 - Necessidades do Cliente 
Necessidades do Cliente 
Grau de 
importância 
Ter baixo custo de aquisição 5 
Ter baixo tempo de entrega 5 
Ter baixo custo de operação 3 
Ter baixo custo de manutenção 5 
Facilidade de manutenção 4 
Ter peças de reposição simples 4 
Ser fácil de conservar/limpar 4 
Ser ergonômico a IHM 4 
Ser estanque 5 
Ser compacto 5 
Ser confiável 5 
Acionar um distribuidor e periféricos 5 
Ser durável 5 
Ser seguro durante operação 5 
Fonte: Os autores 
4.3.5 Requisitos do cliente 
Com base nas necessidades dos clientes citados no Quadro 9 na qual são especificados 
os critérios de atribuições mais importantes no conjunto funcional do equipamento é realizado 
um estudo desses requisitos, com relação as suas atribuições e seus graus de importância para 
que posteriormente sejam usados na montagem da matriz QFD. O Quadro 14 mostra o resultado 
da análise realizada. 
 
98 
 
Quadro 14 - Requisitos do cliente 
Requisitos do Cliente 
Grau de 
importância 
Ter baixo custo de aquisição 5 
Ter baixo tempo de entrega 5 
Ter baixo custo de operação 3 
Ter baixo custo de manutenção 5 
Facilidade de manutenção 4 
Ter peças de reposição simples 4 
Ser fácil de conservar/limpar 4 
Ser ergonômico a IHM 4 
Ser estanque 5 
Ser compacto 5 
Ser confiável 5 
Acionar um distribuidor e periféricos 5 
Ser durável 5 
Ser seguro durante operação 5 
Fonte: Os autores 
4.3.6 Requisitos de projeto 
Com as necessidades dos clientes e com os requisitos dos mesmos, levantou-se os 
requisitos de engenharia do equipamento hidráulicos do regulador de velocidade. Traduzindo a 
linguagem dos clientes em requisitos de projeto com auxílio do Quadro 16, esses requisitos 
podem ser manipulados para que possamos satisfazer os requisitos dos clientes. 
Os atributos importantes para o projeto são: (i) Geométrico; (ii) Material; (iii) Pressão; 
(iv) Energia; (v) Fluxo; (vi) Sinais; (vii) Estabilidade; e (viii) Controle. Conforme o Quadro 15. 
 
 
 
 
 
Requisitos de 
Usuário 
Atributos Específicos do Produto 
Geométrico Material Pressão Cinemática Energia Fluxo Sinais Estabilidade Controle 
Ter baixo 
custo de 
aquisição 
 ASTM A-36 Matéria-prima 
Ter baixo 
tempo de 
entrega 
Padronização 
do Produto 
 
Padronização 
do processo 
 
Controle de 
Qualidade de 
expedição. 
Ter baixo 
custo de 
operação 
Utilização de 
reservatórios 
 
Poucos 
elementos. 
Eficiência dos 
elementos. 
 
Controle de 
Qualidade de 
usinagem e 
caldeiraria 
Ter baixo 
custo de 
manutenção 
Não ter locais 
que dificultem 
a troca de 
componentes 
Alta 
resistência. 
 
Chave de 
emergência 
 Ciclo fechado 
Ter pontos de 
içamentos 
Controle de 
Qualidade de 
Montagem 
Ter peças de 
reposição 
simples 
Utilização do 
tipo de rosca 
padrão 
Possuir 
componentes 
comerciais. 
 
Ser fácil de 
conservar/ 
limpar 
Não ter locais 
de difícil 
acesso. 
Ser resistente 
a corrosão, 
oxidação. 
 
Ser 
ergonômico a 
IHM 
Evitar cantos 
vivos nos 
componentes 
que estarão em 
contato direto 
com o 
operador. 
 
Instalação do 
painel a uma 
altura 
ergonômica 
 
Ser estanque 
Realizar 
soldagem 
 
Ensaios não 
destrutivos de 
verificação 
Ser compacto 
Ciclo fechado 
de óleo 
Sinais de 
componentes 
Uso de 
válvulas. 
Esquema 
Hidráulico. 
Esquema 
Elétrico. 
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 1
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 - A
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a). 
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100 
 
Requisitos de 
Usuário 
Atributos Específicos do Produto 
Geométrico Material Pressão Cinemática Energia Fluxo Sinais Estabilidade Controle 
Ser confiável 
Materiais de 
alta 
resistência 
Resistir aos 
esforços com 
segurança. 
 
Utilização de 
motor WEG 
 
De pressão; 
Do nível de 
óleo; 
De 
temperatura 
Acionar um 
distribuidor e 
periféricos 
 160 bar 
Pelo 
Regulador de 
Velocidade;Com ajuste 
manual. 
Ser durável 
Materiais de 
alta 
resistência. 
 
Evitar a 
Cavitação. 
 
Ser seguro 
durante a 
operação 
 Elétrica 
Informar a 
corrente de 
saída. 
 
 
 
 
Q
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 1
6
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ecífico
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101 
 
Quadro 16 - Requisitos de Projeto 
Requisitos de Projeto Meta 
Padronizar o equipamento de acionar do distribuidor e periféricos Para Turbina Francis até 3 MW 
Vida útil 15 anos 
Potência consumida 4 CV 
Temperatura de operação 65°C 
Diâmetro da tubulação 3/4” 
Capacidade do reservatórioque 
os elementos 
suportam. 
Desvantagens
: Custo 
elevado. 
 
A
ci
o
n
ar
 e
q
u
ip
am
en
to
s 
Fornecer 
vazão 
 
Bomba de eng. 
externas 
 
Bomba de eng. 
interna 
 
Bomba de 
palhetas 
 
Bomba de 
pistão 
Vantagem: 
Fluxo constante 
de fluido, baixo 
baixo. Utilizadas 
para médias 
pressões. 
Vantagem: Fluxo 
constante de 
fluido. Utilizadas 
para médias 
pressões 
Vantagem: 
Fluxo 
constante de 
fluido. 
Utilizada para 
baixas 
pressões. 
Vantagem: 
Fluxo 
constante de 
fluido. 
Utilizadas 
para médias e 
altas pressões 
Desvantagens: 
Ruído excessivo. 
Desvantagens: 
Ruído excessivo. 
Desvantagens
: Perda de 
pressão do 
sistema. 
Desvantagens
: Alto custo. 
Realizar a 
filtragem 
 
Filtro de 
retorno 
 
Filtro de linha 
 
Vantagem: 
Baixo custo. 
Vantagem: Fácil 
intalação. 
 
108 
 
 
Função 
Princip
al 
Funçã
o 
Parcia
l 
Funções 
Elementar
es 
 
Princípios de Solução 
 
A
ci
o
n
ar
 e
q
u
ip
am
en
to
s 
 
Desvantagens: 
Saturação rapida. 
Desvantagens: 
Difícil 
manutenção no 
local de 
instalação. 
 
Monitorar a 
filtragem 
 
Indicadores 
eletrônicos 
 
Indicadores de 
pressão 
 
Indicadores 
visuais 
 
Vantagem: Ótimo 
controle. 
Vantagem: 
Funcionamento 
simples. 
Vantagem: 
Baixo custo. 
 
Desvantagens: 
Alto valor de 
compra. 
Desvantagens: 
Erro de 
medições. 
Desvantagens: 
Não é possível 
controlar 
eletrônicamente 
 
Monitorar a 
pressão 
 
Válvula de controle 
de vazão 
 
Transdutor de 
pressão 
 
Válvula de 
controle de 
vazão com 
pressão 
compensadora 
 
Vantagem: 
Simples operação e 
controle. 
Vantagem: 
Ótima precisão 
de medição. 
Vantagem: Vantagem: 
Desvantagens: 
Custo médio de 
aquisição 
Desvantagens: Desvantagens: Desvantage
ns: 
Monitorar a 
temperatur
a 
 
Termopar 
 
RTD 
 
Termistor 
PT- 100 
Quadro 18 – Matriz Morfológica (continua) 
109 
 
Função 
Princip
al 
Funçã
o 
Parcia
l 
Funções 
Elementar
es 
 
Princípios de Solução 
Vantagem: Sinal 
elétrico de saída. 
Vantagem: Sinal 
elétrico de saída. 
Vantagem: 
Sinal elétrico de 
saída. 
Vantagem: 
Sinal elétrica 
de saída. 
Desvantagens: 
Custo de aquisição 
médio. 
Desvantagens: 
Baixo custo de 
aquisição. 
Desvantagens: 
Baixo custo de 
aquisição. 
Desvantage
ns: Custo 
médio. 
Monitorar 
o nível 
 
Indicador de nível 
tipo boia lateral 
 
Indicador de 
Nível eletrônico 
Indicador de 
nível tipo boia 
vertical 
 
Visor de 
nível 
Vantagem: Sinal 
elétrico 4 à 10 A. 
Vantagem: 
Ótimo controle, 
alta durabilidade. 
Vantagem: 
Sinal elétrico 4 
à 10 A. 
Vantagem: 
Baixo custo 
Desvantagens: 
Dificuldade de 
medição. 
Desvantagens: 
Custo elevado de 
aquisição 
Desvantagens: 
Dificuldade de 
medição. 
Desvantage
ns: Somente 
visualização 
Atuar no 
controle do 
fluxo 
 
Ação humana 
 
Controle por 
válvulas 
 
Mecânico 
Regulador de 
velocidade 
(RV) 
Vantagem: Baixo 
custo. 
Vantagem: 
Ótimo precisão 
de controle 
Vantagem: 
Baixo custo. 
Vantagem: 
Ótimo 
precisão de 
controle de 
sinais. 
Quadro 18 – Matriz Morfológica (continua) 
110 
 
Função 
Princip
al 
Funçã
o 
Parcia
l 
Funções 
Elementar
es 
 
Princípios de Solução 
Desvantagens: 
Controle 
inadequado. 
Desvantagens: 
Custo elevado de 
manutenção. 
Desvantagens: 
Trabalho lento e 
impreciso 
Desvantage
ns: Custo 
elevado de 
aquisição. 
Atuar na 
emergência 
 
Acumulador de 
bexiga 
 
Acumulador de 
pistão 
 
Vantagem: vem de 
fábrica pronto. 
Vantagem: Vem 
de fábrica pronto. 
 
Desvantagens: 
Custo médio. 
Desvantagens: 
Custo elevado. 
 
Armazenar 
o fluido 
 
Reservatório 
cilíndrico 
 
Reservatório 
prismático 
 
Vantagem: 
Otimização de 
espaço de 
instalação. 
Vantagem: 
Dispõem de 
espaço de 
instalação dos 
acessórios. 
 
Desvantagens: 
Não dispõem de 
espaço de 
instalação dos 
acessórios. 
Desvantagens: 
Maior demora de 
ajuste e maior 
custo de 
fabricação. 
 
Conduzir o 
Fluido 
 
Mangueiras 
 
tubos 
 
Quadro 18 – Matriz Morfológica (continua) 
111 
 
Função 
Princip
al 
Funçã
o 
Parcia
l 
Funções 
Elementar
es 
 
Princípios de Solução 
Vantagem: 
Flexibilidade, 
melhor 
manutenabilidade 
Vantagem: Vida 
útil elevada. 
 
Desvantagens: 
Vida útil baixa. 
Desvantagens: 
Dificuldade de 
manutenção. 
 
A
ci
o
n
ar
 o
 s
is
te
m
a 
Conectar-
se a fonte 
de energia 
externa 
 
Fio elétrico 
 
Linha hidráulica 
 
Linha 
pneumática 
 
Vantagem: Menor 
custo. 
Vantagem: 
Custo alto. 
Vantagem: 
Custo médio. 
 
Desvantagens: 
Perigo de descargas 
elétricas. 
Desvantagens: 
Equipamentos 
rusbos e dificil 
manuseo. 
Desvantagens: 
Barulho 
excessivo. 
 
T
ra
n
sm
it
ir
 P
o
tê
n
ci
a/
 E
n
er
g
ia
 
Acoplar 
movimento 
 
 
Conexão direta 
 
Acoplamento 
mecânico 
 
Acoplamento 
magnético 
 
Acoplamento 
de 
engrenagem 
Vantagem: Baixo 
custo de fabricação 
Vantagem: 
Facilidade de 
manutenção 
Vantagem: 
Facilidade de 
manutenção 
Vantagem: 
Alta vida útil 
do 
acoplamento. 
Desvantagens: 
Dificuldade de 
manutenção. 
Desvantagens: Desvantagens: 
Alto custo de 
aquisição. 
Desvantage
ns: Ruído 
excessivo. 
Fornecer 
Potência 
 
Motor elétrico 
 
Motor 
Hidráulico 
 
Motor 
Pneumático 
 
Vantagem: Alto 
rendimento e baixo 
custo de aquisição. 
Vantagem: 
Irreversibilidade 
do fluxo. 
Vantagem: 
Respostas 
rápidas. 
 
Quadro 18 – Matriz Morfológica (continua) 
112 
 
Função 
Princip
al 
Funçã
o 
Parcia
l 
Funções 
Elementar
es 
 
Princípios de Solução 
Desvantagens: 
Custo elevado de 
controle de rotação 
Desvantagens: 
Trabalho em 
condições 
adversas com 
controle simples 
de ser feito. 
Desvantagens: 
Pouca potência. 
 
Fonte: Os autores 
4.4.3 Elaboração da matriz de decisão 
Constituída a forma dos princípios de soluções dá-se ênfase a montagem da matriz de 
decisão, onde são ordenadas as opções de alternativas conforme a matriz morfológica das que 
mais possam trazer proveito de um bom sucesso na finalização do projeto. A identificação das 
matrizes é a mesma, o que muda realmente é a ordenação dos princípios de soluções. 
São propostas quatro opções de diferentes formas possíveis de projeto do equipamento 
hidráulico do regulador de velocidades de acordo com os critérios de projeto estabelecidos. 
Esses critérios foram avaliados pela equipe de projeto. 
A Quadro 19 ilustra a escolha das opções que melhor se adequaram ao projeto da 
máquina. 
 
Quadro 19 - Matriz de Decisão 
Função 
Princip
al 
Funçã
o 
Parcia
l 
Funções 
Elementar
es 
Opção I Opção II Opção III Opção IV 
A
ci
o
n
ar
 d
is
tr
ib
u
id
o
r 
d
e 
T
u
rb
in
a 
F
ra
n
ci
s 
e 
se
u
s 
p
er
if
ér
ic
o
s 
T
ro
ca
r 
ca
lo
r 
 
 
Reservatório 
 
Trocador de 
calor 
 
Resfriador a 
água 
Reservatório 
A
ci
o
n
ar
 e
q
u
ip
am
en
to
s 
Fornecer 
vazão 
 
Bomba de eng. 
externas 
 
Bomba de eng. 
interna 
 
Bomba de 
palhetas 
 
Bomba de pistão 
 
Quadro 18 – Matriz Morfológica (continua) (Conclusão) 
113 
 
Fun
ção 
Prin
cipa
l 
Função 
Parcial 
Funções 
Elementares 
Opção I Opção II Opção III Opção IV 
A
ci
o
n
ar
 d
is
tr
ib
u
id
o
r 
d
e 
T
u
rb
in
a 
F
ra
n
ci
s 
e 
se
u
s 
p
er
if
ér
ic
o
s 
A
ci
o
n
ar
 e
q61 
Desenho 13 - Estado de operação de um acumulador a gás do tipo bexiga ............................. 63 
Desenho 14 - Resfriador a ar .................................................................................................... 65 
Desenho 15 - Resfriado a água ................................................................................................. 65 
Desenho 16 - Trocador a placas ............................................................................................... 66 
Desenho 17 - Consulta a base de dados do INPI ...................................................................... 87 
Desenho 18 – Continuação da Consulta a base de dados do INPI acima ................................. 88 
Desenho 19 - Estrutura conceitual definida para o projeto .................................................... 117 
 
 
file:///C:/Users/Gilberto%20Baretta/Desktop/Engenharia%20Mecânica/Engenharia%20Mecânica%2010ª%20Fase/TCC%20TRABALHO%20DE%20CONCLUSÃO%20DE%20CURSO/TCC-20-10-2017-R00.docx%23_Toc496276269
 
 
LISTA DE DIAGRAMAS 
Diagrama 1 - Diagrama de variação da viscosidade com a temperatura para diversos tipos de 
óleo ........................................................................................................................................... 47 
Diagrama 2 - Diagrama do memorial de cálculo .................................................................... 128 
 
 
 
 
LISTA DE ESQUEMAS 
Esquema 1 - Perfil esquemático de usina hidrelétrica .............................................................. 27 
 
 
 
 
 
LISTA DE FOTOGRAFIAS 
Fotografia 1 - Exemplo de Turbina Francis.............................................................................. 30 
Fotografia 2 - Rotor Kaplan de pás móveis .............................................................................. 31 
Fotografia 3 - Turbinas Pelton de dois jatos fabricadas pela HISA ......................................... 32 
Fotografia 4 - Turbina Bulbo .................................................................................................... 32 
Fotografia 5 - Tipos de Visores de nível .................................................................................. 49 
Fotografia 6 - Válvula Direcional 4/2 de Assento e atuação por solenoide ............................ 57 
Fotografia 7 - Curvas característica de perda de carga ............................................................. 57 
Fotografia 8 - Válvula limitadora de pressão ........................................................................... 59 
Fotografia 9 - Tela principal do regulador de velocidade ........................................................ 68 
Fotografia 10 - Unidade Hidráulica da Parker.......................................................................... 85 
Fotografia 11 - Exemplo de Unidade Hidráulica...................................................................... 86 
Fotografia 12 - Consulta a base de dados do INPI ................................................................... 88 
Fotografia 13 - Exemplo de equipamento hidráulico ............................................................... 89 
Fotografia 14 - Vista isométrica do equipamento hidráulico do regulador de velocidade ..... 118 
Fotografia 15 - Seção em corte do Subconjunto motobomba ................................................ 119 
Fotografia 16 – Vista Isométrica do layout para o Subconjunto Motobomba ....................... 119 
Fotografia 17 - Subconjunto do reservatório .......................................................................... 120 
Fotografia 18 - Subconjunto bloco manifold .......................................................................... 121 
Fotografia 19 - Subconjunto quadro de bornes ...................................................................... 122 
Fotografia 20 - Subconjunto do acumulador .......................................................................... 122 
 
 
 
 
LISTA DE GRÁFICOS 
Gráfico 1 - Perda de carga em função de diferentes vazão ...................................................... 58 
Gráfico 2 - Tamanhos de válvulas limitadoras de pressão ....................................................... 59 
Gráfico 3 - Válvula controladora de vazão ............................................................................... 60 
Gráfico 4 - Válvula de retenção ................................................................................................ 60 
Gráfico 5 – Quantidade de unidades por tamanho de reservatório........................................... 84 
Gráfico 6 - Projeção do consumo final de eletricidade no Brasil ............................................. 85 
 
 
 
 
 
LISTA DE FLUXOGRAMAS 
Fluxograma 1 - Ciclos de sinais do Regulador de velocidade .................................................. 69 
Fluxograma 2 - Classificação do planejamento do produto ..................................................... 73 
Fluxograma 3 - Classificação das principais fases do projeto informacional .......................... 74 
Fluxograma 4 - Concepção do projeto conceitual .................................................................... 75 
Fluxograma 5 - Etapas do projeto preliminar ........................................................................... 76 
Fluxograma 6 - Etapas do projeto detalhado ............................................................................ 77 
Fluxograma 7 - Planejamento empregado para a realização do trabalho de conclusão de curso
 .................................................................................................................................................. 78 
Fluxograma 8 – Project Model Canvas .................................................................................... 93 
Fluxograma 9 - Etapas do ciclo de vida do produto ................................................................. 95 
Fluxograma 10 - Matriz QFD ................................................................................................. 102 
Fluxograma 11 – Funções Elementares do equipamento hidráulico ...................................... 105 
Fluxograma 12 - Sequência de detalhamento ......................................................................... 130 
 
 
 
file:///C:/Users/Gilberto%20Baretta/Desktop/Engenharia%20Mecânica/Engenharia%20Mecânica%2010ª%20Fase/TCC%20TRABALHO%20DE%20CONCLUSÃO%20DE%20CURSO/TCC-20-10-2017-R00.docx%23_Toc496276321
 
 
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS 
ANEEL Agência Nacional de Energia elétrica 
CGH Central Geradora Hidrelétrica 
CGU Central Geradora Undi-elétrica 
EOL Central Geradora Eólica 
PCH Pequena Central Hidrelétrica 
UFV Central Geradora Solar Fotovoltaica 
UHE Usina Hidrelétrica 
UTE Usina Termoelétrica 
UTN Usina Termonuclear 
PDCA Plan (Planejar)/ Do (Fazer)/ Check (Checar)/ Act (Agir). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE SÍMBOLOS 
Nq Número Característico 
Ns Rotação específica 
Q Vazão 
H Altura 
QB Vazão máxima de trabalho da Bomba 
P Pressão 
F Força 
A Área 
R Número de Reynolds 
V Velocidade do fluido 
𝑣 Viscosidade cinemática 
D Diâmetro interno da tubulação 
t Tempo 
S Curso 
L Comprimento da tubulação total 
L Comprimento da tubulação total 
Ls Comprimento equivalentes 
L1 Comprimento da tubulação retilínea 
𝜌 Massa específica do fluido 
X Rugosidade da tubulação 
f Coeficiente de atrito 
CR Volume do reservatório 
Vacm Volume acumulador 
∆𝑄 Variação de vazão nos servos motores 
Vm Volume morto do reservatório 
Ds Fator do diâmetro da sucção 
Var Volume de ar do reservatório 
Vs Volume de segurança 
Vt Volume total 
Csf Coeficiente de segurança 
𝜂𝑣 Rendimento volumétrico 
N Rotação do motor 
 
 
𝑉𝑛 Volume nominal 
𝜂𝑚𝑛 Rendimento mecânico 
∆𝑃 Variação de pressão 
𝜂𝑡 Rendimento total 
𝑉𝑜 Tamanho do acumulador 
𝑃𝑜 Pressão de enchimento de gásu
ip
am
en
to
s 
Realizar a 
filtragem 
 
Filtro de retorno 
Filtro de linha 
 
Filtro de retorno 
 
Filtro de retorno 
Monitorar a 
filtragem 
 
Indicadores 
eletrônicos 
 
Indicadores 
de pressão 
 
Indicadores 
visuais 
 
Indicadores 
visuais 
Monitorar a 
pressão 
 
Válvula de 
controle de vazão 
 
Transdutor de 
pressão 
 
Válvula de 
controle de vazão 
com pressão 
compensadora 
 
Válvula de 
controle de 
vazão 
Monitorar a 
temperatura 
 
PT- 100 
 
RTD 
 
Termistor 
 
Termopar 
Monitorar o 
nível 
 
Indicador de 
Nível eletrônico 
 
Indicador de 
nível tipo 
boia lateral 
 
Indicador de 
nível tipo boia 
vertical 
 
Visor de nível 
 
Quadro 19 – Matriz de Decisão (continua) 
114 
 
Fun
ção 
Prin
cipa
l 
Função 
Parcial 
Funç
ões 
Elem
entare
s 
Opção I Opção II Opção III Opção IV 
A
ci
o
n
ar
 d
is
tr
ib
u
id
o
r 
d
e 
T
u
rb
in
a 
F
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se
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s 
p
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o
s 
A
ci
o
n
ar
 e
q
u
ip
am
en
to
s 
Atuar 
no 
contr
ole 
do 
fluxo 
 
Controle por 
válvulas 
 
Ação humana 
 
Mecânico 
Regulador de 
velocidade (RV) 
Atuar 
na 
emer
gênci
a 
 
Acumulador de 
bexiga 
 
Acumulador de 
pistão 
 
Acumulador de 
bexiga 
 
Acumulador de 
pistão 
Arma
zenar 
o 
fluido 
Reservatório 
prismático 
 
Reservatório 
cilíndrico 
 
Reservatório 
prismático 
 
Reservatório 
cilíndrico 
Cond
uzir o 
Fluid
o 
tubos 
 
Mangueiras 
 
tubos 
 
Mangueiras 
A
ci
o
n
ar
 o
 s
is
te
m
a
 
Cone
ctar-
se a 
fonte 
de 
energ
ia 
exter
na 
 
Fio elétrico 
 
Linha hidráulica 
 
Linha pneumática 
 
Fio elétrico 
T
ra
n
sm
it
ir
 
P
o
tê
n
ci
a/
 
E
n
er
g
ia
 Acopl
ar 
movi
mento 
 
 
Acoplamento 
mecânico 
 
Conexão direta 
 
Acoplamento 
magnético 
 
Acoplamento 
de engrenagem 
 
Quadro 19 – Matriz de Decisão (continua) 
115 
 
Fun
ção 
Prin
cipa
l 
Função 
Parcial 
Funçõ
es 
Eleme
ntares 
Opção I Opção II Opção III Opção IV 
 
F
o
rn
ec
er
 
P
o
tê
n
ci
a 
 
Motor elétrico 
 
Motor 
Hidráulico 
 
Motor 
Pneumático 
 
Motor elétrico 
Fonte: Os autores 
4.4.4 Elaboração da matriz “passa não passa” 
A avaliação e valorização das concepções alternativas para o projeto do equipamento 
com base nas possíveis estruturas de princípios de soluções será feita com a utilização do 
método, “Passa não Passa”. 
A importância deste método é de fazer a definição de comparação dos pontos fracos e 
fortes de cada opção demonstradas na matriz de decisão, juntamente com as necessidades do 
cliente definidas na fase de projeto informacional, onde cada definição de solução é comparada 
com as atribuições de necessidades. 
Pelos procedimentos de estabelecimento de elaboração da matriz construiu-se uma 
tabela, onde para cada item das necessidades dos clientes, são avaliados os princípios de 
soluções levantados anteriormente e definidos como “P”, os que atendem as necessidades e com 
“NP” os que não atendem as especificações de necessidades. O Quadro 20 apresenta a opção 
que melhor atende as necessidades do cliente e seguirá como referência para que sejam 
avaliadas com as outras opções de alternativas na matriz de avaliação. 
Quadro 20 - Matriz de decisão "Passa não Passa" 
Necessidades do Cliente Opções 
I II III IV 
Ter baixo custo de aquisição P NP NP NP 
Ter baixo tempo de entrega P NP NP NP 
Ter baixo custo de operação P P P P 
Ter baixo custo de manutenção P P P P 
Facilidade de manutenção P NP NP P 
Ter peças de reposição simples P P P P 
Ser fácil de conservar/limpar P P P P 
Ser ergonômico a IHM P NP NP NP 
Ser estanque P P P P 
Ser compacto P P P P 
Ser confiável P P P P 
Acionar um distribuidor e periféricos P P NP P 
Ser durável P P NP P 
Ser seguro durante operação P NP NP P 
Fonte: Os autores 
Quadro 19 – Matriz de Decisão (conclusão) 
116 
 
4.4.5 Elaboração da matriz de avaliação 
Nesta etapa é definido qual das opções determinadas anteriormente é a mais adequada 
para a sequência do projeto. Os princípios de soluções serão novamente avaliados e comparados 
um a um, julgando com os critérios de referência escolhidos. 
Quando o princípio de solução analisado for melhor que a referência, este, será marcado 
com um sinal de “+”, se for inferior à referência marca-se com um sinal de “-” e se for 
semelhante ou de mesma igualdade marca-se com um sinal de “=”. 
Em seguida é feita a soma das pontuações atribuídas no desenvolvimento do trabalho. 
O Quadro 21 apresenta a alternativa que melhor atende as exigências de cliente para seguir nas 
posteriores fases do projeto. 
Quadro 21 – Matriz de Avaliação 
 Opções 
Necessidades do Cliente Peso II III IV I 
Ter baixo custo de aquisição 5 -1 -1 -1 
 
R 
E 
F 
E 
R 
Ê 
N 
C 
I 
A 
 
Ter baixo tempo de entrega 5 0 0 0 
Ter baixo custo de operação 3 0 0 0 
Ter baixo custo de manutenção 5 0 0 0 
Facilidade de manutenção 4 -1 -1 -1 
Ter peças de reposição simples 4 0 0 0 
Ser fácil de conservar/limpar 4 -1 -1 -1 
Ser ergonômico a IHM 4 -1 -1 -1 
Ser estanque 5 0 -1 -1 
Ser compacto 5 0 0 0 
Ser confiável 5 0 0 0 
Acionar um distribuidor e periféricos 5 0 0 0 
Ser durável 5 0 0 0 
Ser seguro durante operação 5 0 0 0 
Total (+) 0 0 0 
Total (-) 4 5 5 
Total Global (-) + (+) -4 -5 -5 
Peso Total -17 -22 -22 
Legenda: (=) Atende igual à referência; (-) Atende menos que a referência; (+) Atende mais que a referência. 
Fonte: Os autores 
Os cálculos realizados para determinar os valores do total (-), do total (+), do total global 
e do peso total mostrados anteriormente seguem a seguinte lógica: 
Total (+): Foram somadas as quantidades de (+) apresentadas em cada opção da Matriz de 
Avaliação para escolha da concepção, onde foram obtidos os seguintes resultados: 
Opção II = +0 Opção III = +0 Opção IV =+0 
Total (-): Foram somadas as quantidades de (-) apresentadas em cada opção da Matriz de 
Avaliação para escolha da concepção, onde foram obtidos os seguintes resultados: 
Opção II = -4 opção III = -4 Opção IV =-4 
117 
 
Total Global: Foram somadas as quantidades de (-) e de (+) apresentadas em cada opção da 
Matriz de Avaliação para escolha da concepção, onde forma os seguintes resultados: 
Opção II = (+0) + (-4) = (-4) 
Opção III = (+0) + (-5) = (-5) 
Opção IV = (+0) + (-5) = (-5) 
 
Peso Total: Feito um somatório das quantidades de (-) e de (=) multiplicando cada índice pelo 
seu respectivo peso, conforme apresentado em cada opção da Matriz de Avaliação para escolha 
da concepção sendo que o sinal de (=) tem o valor nulo. Assim forma obtidos os seguintes 
resultados: 
Opção II = -17 
Opção III = -22 
Opção IV = -22 
Conforme o resultado dos pesos fica estabelecido que a melhor solução a ser seguida na 
fase de projeto preliminar é a referência seguida da opção II, III e por último a Opção IV. 
Conforme o Desenho 19 ilustra um croqui do equipamento hidráulico de regulador de 
velocidade: (01) Motor Elétrico; (02); Acumulador; (03) Válvulas; (04) Visor de nível; (05) 
Reservatório; e (06) Quadro elétrico. 
Desenho 19 - Estrutura conceitual definida para o projeto 
 
Fonte: Os autores 
118 
 
4.5 PROJETO PRELIMINAR 
Na etapa de projeto preliminar busca definir a avaliação técnica, dimensionamento, e 
cálculos envolvidos nos componentes que farão parte do equipamento hidráulico do regulador 
de velocidade, sendo definidas as formas geométricas dos componentes que serão usados no 
projeto, atendendo as necessidades definidas no projeto informacional. 
No projeto preliminar foram realizadas as seguintes ações as quais serão descritasem 
maiores detalhes nas seções deste capítulo: (i) Estudo de layouts; (ii) Estudo das interfaces entre 
peças, submontagens, montagens; (iii) Estudo dos materiais a serem utilizados na fabricação 
das peças; (iv) Estudos de fluxo de fluidos, energia e sinais; (v) Estudo do custo; e (vi) Cálculos 
necessários para a seleção dos equipamentos; e (vii) Estudo de manutenção (aspectos 
fundamentais e de relevância para a operação de manutenção do produto); 
4.5.1 Estudo de layouts 
Na elaboração dos layouts do equipamento hidráulico do regulador de velocidade 
considerou-se os requisitos de projeto considerados como prioritários da matriz QFD. 
Conforme a Fotografia 14 ilustra uma vista isométrica do equipamento hidráulico. 
Fotografia 14 - Vista isométrica do equipamento hidráulico do regulador de velocidade 
 
Fonte: Os autores. 
119 
 
4.5.2 Estudo das interfaces entre peças, submontagens e montagens 
Para o equipamento hidráulico, a montagem será dividida em cinco submontagens sendo 
estas: 
(i) Subconjunto motobomba; 
O Subconjunto Motobomba é composto por: (1) chaveta do eixo para o motor de 4 CV 
com 4 polos; (2) bomba hidráulica; (3) acoplamento de proteção/fixação da Motobomba; (4) 
chaveta do eixo da Motobomba; e (5) Acoplamento flexível. Conforme a Fotografia 15 ilustra. 
Fotografia 15 - Seção em corte do Subconjunto motobomba 
 
Fonte: Os autores. 
A fotografia 16 elucida o estudo de layout utilizado para o Subconjunto da Motobomba 
Fotografia 16 – Vista Isométrica do layout para o Subconjunto Motobomba 
 
Fonte: Os autores. 
Interface de montagem 
do Motor/Acoplamento 
de Proteção 
Interface de montagem 
do Acoplamento/Bomba 
120 
 
(ii) Interface entre Reservatório e Subconjunto; 
A montagem dos equipamentos foi concebida na superfície plana superior da tampa 
removível do Reservatório, como forma de oferecer uma área para interface dos seguintes 
componentes: (i) parafusos do filtro de retorno; (ii) suporte do Bloco Manifold; (iii) montagem 
do Motor elétrico e Acoplamento de Proteção; (iv) interface do furo roscado para a válvula 
limitadora de vazão; (v) ponto de espera de instalação para o cliente (L1); (vi) montagem do 
filtro de ar; e (vii) montagem do bocal de enchimento. 
Fotografia 17 - Subconjunto do reservatório 
 
Fonte: Os autores. 
(iii) Subconjunto bloco manifold; 
O Subconjunto bloco manifold é composto por: (1) bloco manifold; (2) válvula 
proporcional; (3) válvula direcional 4/3 vias; (4) válvula de retenção pilotada 4/3 vias; (5) 
adaptador MFA ¼ x ½ BSP; (6) redução reta macho fêmea; (7) conexão cruzeta igual; (8) 
adaptador macho fêmea; (9) conexão fêmea 90 graus DKO; (10) conexão emenda DKO; (11) 
Pressostato; (12) Pressostato de embolo; (13) bujão sextavado interno M18; (14) Manômetro; 
(15) Suporte do bloco; (16) redução reta; (17) adaptador fêmea 1/2”; (18) adaptador macho 
BSP; e (19) porca DIN 16. Conforme a Fotografia 18 ilustra. 
Interface de montagem 
do Motor/Acoplamento 
de Proteção 
Interface de montagem do 
Filtro de retorno 
Interface de montagem 
do suporte do Bloco 
Manifold 
Interface de montagem do 
Filtro de ar 
Interface de montagem do 
bocal de enchimento 
Interface de montagem 
da válvula limitadora 
de vazão 
Interface de montagem para 
o cliente L1 
121 
 
Fotografia 18 - Subconjunto bloco manifold 
 
Fonte: Os autores. 
(iv) Subconjunto quadro de bornes. 
O Subconjunto do quadro de bornes é composto por: (1) tubo quadrado 50 x 50 mm; (2) 
quadro de bornes; e (3) chapa retangular. Conforme a Fotografia 19. 
122 
 
Fotografia 19 - Subconjunto quadro de bornes 
 
Fonte: Os autores. 
(v) Subconjunto do Acumulador 
O Subconjunto do acumulador é composto por: (1) acumulador; (2) anel de 
amortecimento; (3) adaptador 3” x ¾” BSP; (4) conexão redução reta; e (5) conexão macho 
fêmea DKO 90 graus. Conforme a Fotografia 20 elucida. 
Fotografia 20 - Subconjunto do acumulador 
 
Fonte: Os autores. 
123 
 
4.5.3 Estudo dos materiais a serem utilizados na fabricação das peças 
Optou-se para os componentes do reservatório que necessitam de fabricação, por utilizar 
em toda estrutura o aço SAE 1020 que possui composição química apresentada no Quadro 22 
a seguir, apresentando custo relativamente baixo se comparado aos demais produtos de 
mercado, com boa resistência mecânica com tensão de escoamento aproximadamente de 210 
MPa e com boa trabalhabilidade e soldabilidade. 
Porém, este material não apresenta boa resistência a trabalhos em meios corrosivos, 
assim, para que o mesmo não sofra corrosão devida a condensação de H2O no interior do 
reservatório, será realizado pintura em toda superfície. 
Quadro 22 - Composição química do aço SAE 1020 
Composição química 
ABNT/SAE/AISI C Mn P máx S máx 
1020 0,18-0,23 0,30-0,60 0,04 0,05 
Fonte: Gerdau (2016). 
4.5.3.1 Tubos Hidráulicos 
É importante selecionar e determinar corretamente a espessura das paredes do tubo e 
diâmetro interno. São tubos de precisão sem costura conforme norma DIN 2391, trefilados a 
frio sem solda e normatizados. 
 
a. Temperatura para conexões para Tubos 
Os materiais para conexões suportam temperaturas entre -20°C à 200°C de acordo com 
a norma ISO 8434. 
 
b. Vedações 
As vedações usadas em válvulas são fabricadas em Borracha Nitrílica - NBR, 
suportando temperaturas que variam de -35°C à +100°C com dureza de 85 shore. 
 
c. Torque de aperto para conexões para tubo 
Os torques de aperto apresentados no Quadro 23 são para conexões para tubo de aço 
com roscas macho BSPP ou Métricas, parafusos e uniões orientáveis com bicromatização. 
124 
 
Quadro 23 - Torque de aperto em conexões para tubo de aço 
Roscas Torque de aperto em Nm 
Torque de aperto para 
parafusos em Nm 
Torque de aperto das 
uniões orientáveis em 
Nm 
BSPP 1/8 25 12 25 
BSPP 1/4 40 18 40 
BSPP 3/8 90 40 80 
BSPP 1/2 120 75 120 
BSPP 1 370 190 300 
BSPP 1.1/4 500 240 300 
BSPP 1.1/2 600 300 600 
M10 x 1 25 12 25 
M12 x 1.5 30 18 30 
M14 x 1.5 50 20 50 
M16 x 1.5 70 35 60 
M18 x 1.5 90 50 70 
M20 x 1.5 120 60 110 
M22 x 1.5 130 70 130 
M26 x 1.5 180 85 140 
M27 x 2 220 100 150 
M33 x 2 330 150 280 
M42 x 2 500 260 280 
Fonte: Hennings (2017, p.135) 
4.5.4 Estudos de fluxo de fluidos, energia e sinais 
O fluxo de fluido para o sistema hidráulico tem início com o preenchimento do 
reservatório com 100 Litros e mais 30% de óleo ISO vg 68 para enchimento das tubulações. 
Após a motobomba semissubmersível é ligada por meio do regulador de velocidade gerando o 
movimento de fluxo do óleo através da válvula direcional de enchimento comandada até que se 
atinja a pressão de trabalho do sistema. 
4.5.5 Estudo de custos 
Para o levantamento de custos do equipamento hidráulico do regulador de velocidade, 
foi baseando-se em produtos similares já existentes no mercado e os custos de aquisição 
125 
 
conforme Quadro 24 e para o tempo de fabricação segundo uma empresa da nossa região, 
conforme Quadro 25. 
Quadro 24 - Análise do custo total da UHRV 
 
Fonte: Os autores 
 
126 
 
Quadro 25 - Análise de custo de fabricação 
Conjunto Unidade Hidráulica 100 litros CP-UHRV-00-00 
Seq. Operação Descrição Observação C/C Tempo (h) 
10 010 Montar 250 8,00 
20 049 Embalar 228 1,00 
Total de Horas 9,00 
Reservatório CP-UHRV-01-00 
Seq. Oper. Descrição Observação C/C Tempo (h) 
10 004 Cortar 01 peça Pos.: 01 239 0,05 
20 011 Esmerilhar 229 0,05 
30 013 Dobrar 229 0,50 
40 004 Cortar 01 peça Pos.: 02 239 0,05 
50 011 Esmerilhar 229 0,05 
60 013 Dobrar 229 0,50 
70 004 Cortar 01 peça Pos.: 03 239 0,08 
80 011 Esmerilhar 229 0,08 
90 013 Dobrar 229 1,00 
100 004 Cortar 01 peça Pos.: 05 239 0,02 
110 011 Esmerilhar 229 0,01 
120 004 Cortar 01 peça Pos.: 06 239 0,02 
130 011 Esmerilhar 229 0,01 
140 004 Cortar 02 peça Pos.: 07 229 0,08 
150 001 Tornear 250 2 
160 064 Rebarbar 250 0,08 
170 010 Montar Conjunto 250 2,50 
180 003 Soldar250 0,70 
190 037 Ensaio de líq. penetrante 250 0,75 
200 008 Furar 250 1,00 
210 064 Rebarbar 250 0,25 
220 025 Jatear 228 0,50 
230 072 Pintar fundo 228 0,15 
240 074 Pintar acabamento 228 0,15 
250 086 Retirar isolamento 228 0,16 
Total de Horas 10,74 
 
 
 
 
 
127 
 
Tampa superior CP-UHRV-01-01 
Seq. Oper. Descrição Observação C/C Tempo (h) 
10 004 Cortar 239 0,08 
20 011 Esmerilhar 229 0,05 
30 008 Furar 250 2,50 
40 064 Rebarbar 250 0,16 
Total de Horas 2,79 
Fixador Tampa superior CP-UHRV-01-02 
Seq. Oper. Descrição Observação C/C Tempo (h) 
10 004 Cortar 239 0,02 
20 011 Esmerilhar 229 0,02 
30 013 Dobrar 229 0,66 
Total de Horas 0,70 
Chapa de Içamento CP-UHRV-01-03 
Seq. Oper. Descrição Observação C/C Tempo (h) 
10 004 Cortar 04 peças 239 0,02 
20 011 Esmerilhar 229 0,02 
Total de Horas 0,04 
Proteção do acoplamento CP-UHRV-01-03 
Seq. Oper. Descrição Observação C/C Tempo (h) 
10 004 Cortar 01 peça Pos.: 01 239 0,05 
20 011 Esmerilhar 229 0,02 
30 004 Cortar 01 peça Pos.: 02 239 0,02 
40 011 Esmerilhar 229 0,02 
50 004 Cortar 01 peça Pos.: 03 239 0,02 
60 011 Esmerilhar 229 0,02 
70 010 Montar Pos 01 a 03 250 0,50 
80 003 Soldar 250 0,60 
90 037 Ensaio de líq. penetrante 250 0,50 
Total de Horas 1,75 
Suporte do acumulador CP-UHRV-04-01 
Seq. Oper. Descrição Observação C/C Tempo (h) 
10 004 Cortar 01 peça Pos.: 01 239 0,02 
20 011 Esmerilhar 229 0,02 
30 004 Cortar 01 peça Pos.: 02 239 0,03 
40 011 Esmerilhar 229 0,03 
50 013 Dobrar 229 1,00 
60 004 Cortar 01 peça Pos.: 01 239 0,02 
70 011 Esmerilhar 229 0,02 
Quadro 25 - Análise de custo de fabricação (continua) 
128 
 
 
Suporte do acumulador CP-UHRV-04-01 
80 010 Montar 250 0,50 
90 003 Soldar 250 0,16 
100 037 Ensaio de líq. penetrante 250 0,50 
110 008 Furar 250 0,16 
120 064 Rebarbar 250 0,05 
Total de Horas 2,30 
 
Total 28,25 
Fonte: Os autores 
Assim, temos uma demanda para a fabricação de 28,25 horas. 
4.5.6 Cálculos necessários para a seleção dos equipamentos 
Primeiramente elaborou-se uma Especificação Técnica padrão para o equipamento 
hidráulico do Regulador de velocidade, conforme Apêndice B. 
Os cálculos realizados para selecionar os componentes que irão compor o equipamento 
hidráulico do regulador de velocidade – UHRV, bem como as informações dos catálogos 
utilizados na seleção encontram-se no Apêndice C. Seguindo o Diagrama 1. 
Diagrama 2 - Diagrama do memorial de cálculo 
 
 
Fonte: Os autores 
Quadro 25 - Análise de custo de fabricação (conclusão) 
129 
 
4.5.7 Estudo de manutenção 
A manutenção do equipamento é facilitada pelo uso de componentes comerciais onde 
há uma maior solicitação mecânica, como no caso: (i) válvulas direcionais proporcionais; (ii) 
válvulas direcionais de assento; e (iii) atuadores hidráulicos. 
O equipamento hidráulico do regulador de velocidade foi projetado a fim de gerar a 
mínima necessidade de manutenção possível e que seja realizada da maneira mais simples, 
assim, para auxiliar elaborou-se o Manual de Operação e Manutenção do equipamento em 
Apêndice D. 
4.6 PROJETO DETALHADO 
Esta fase é considerada a última do processo de projeto do produto, tendo-se como 
objetivo principal a elaboração da documentação para a produção, envolvendo a definição de 
formas, dimensionamentos, acabamentos e tolerâncias das peças. Estes documentos encontram-
se no Apêndice E seguindo o Fluxograma 12 para os desenhos necessário de detalhamento. 
Para o funcionamento do equipamento hidráulico do regulador de velocidade, elaborou-
se o Esquema Hidráulico com base em modelos utilizados no mercado atual, conforme o 
Apêndice F. 
130 
 
Fluxograma 12 - Sequência de detalhamento 
 
Fonte: Os autores 
 
 
131 
 
5 CONSIDERAÇÕES FINAIS 
Com o intuito de fabricar um produto hidráulico para regulagem de turbinas hidráulicas, 
utilizou-se na presente pesquisa a metodologia utilizada de Pahl & Beitz, que se adequa muito 
bem aos projetos de produtos e de sistemas mecânicos, e dessa forma colaborou para o 
desenvolvimento do equipamento em questão, com um levantamento de dados preciso e 
resultados que pudessem tornar o produto ainda mais satisfatório. 
A fim de analisar as reais necessidades dos possíveis clientes, foram realizadas 
entrevistas com especialistas da área com anos de experiências em equipamentos hidráulicos, 
pesquisas dos produtos similares já existentes e aplicados em projetos de Turbinas Francis até 
3MW. 
Em relação aos objetivos específicos apontados no início, pode-se afirmar com relação 
ao objetivo específico a) o trabalho tornou uma atividade prática de engenharia em uma 
atividade padronizada, que servirá de modelo de aplicação para as demais unidades hidráulicas 
utilizadas; Com relação ao objetivo específico b) a metodologia de Pahl & Beitz atendeu as 
necessidades para a elaboração de um projeto eficaz e de qualidade; Com relação ao objetivo 
específico c) foi desenvolvido um memorial de cálculo apresentando o dimensionamento e 
seleção dos principal componentes do equipamento; Com relação ao objetivo específico d) 
utilizou-se fatores de segurança para o dimensionamento do volume do reservatório e para o 
cálculo de troca térmica da unidade hidráulica; Com relação ao objetivo específico e) Quanto à 
experiência adquirida foi muito importante para a formação do futuro engenheiro devido ao 
contato direto com a prática e as responsabilidades envolvidas durante o estudo do projeto 
hidráulico. 
Em termos de custos do produto final, uma estimativa foi realizada obtendo-se valores 
de R$ 24.032,00 para o projeto inicial ora realizado do equipamento incluindo as horas de 
projetos e de R$ 21.945,00 para os próximos projetos tendo em vista a padronização realizada, 
representando uma diminuição de R$ 2.087,00 do custo final. 
Embora o custo de fabricação não tenha sido abaixo dos praticados pelo mercado, o 
valor final ficou próximo das melhores marcas, podendo ser estudado outras formas 
construtivas do esquema hidráulico, sendo recomendada a substituição da válvula proporcional 
por outras válvulas direcionais que realizem a mesma função. 
Além disso, através da padronização realizada para sistematizar o processo, foi possível 
gastar menos tempo de engenharia nos tramites do projeto, ganhando se mais agilidade para 
132 
 
checar outros pontos o projeto, ou seja, aplicar a metodologia PDCA (do inglês: Plan, Do, 
Check, Act). 
Para unidades até 100 litros não se tornou viável a fabricação, pelo motivo do custo total 
ser muito elevado comparado com as marcar tradicionais do mercado. Já a partir de 250 litros 
torna-se viável pois a metodologia de padronização será a mesma aplicada para este trabalho. 
Como sugestão para trabalhos futuros, será necessário o estudo da interface elétrica da 
unidade hidráulica (caixa de bornes) com o sistema elétrico da usina, pois o Engenheiro 
Mecânico não tem atribuições para realizar este projeto elétrico. 
 
 
 
 
 
133 
 
REFERÊNCIAS 
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PósGraduação em Engenharia Mecânica da UFSC. 1999. 
 
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 Acesso em: 13 maio 2017. Rio de Janeiro. p. 
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FUTIKAMI, Edmar Eidy et al. Simulador de regulador de velocidade para turbinas 
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Acesso em: 30 maio 2017. 
 
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INSTITUTO NACIONAL DE PROPRIEDADE INTELECTUAL. Unidade Hidráulica. 2001. 
Disponível em: 
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https://gru.inpi.gov.br/pePI/servlet/PatenteServletController?Action=detail&CodPedido=488037&SearchParameter=UNIDADE%20HIDR%C1ULICA%20%20%20%20%20%20&Resumo=&Titulo
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135 
 
 
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Disponível em: http://www.tecnoflexpe.com.br/wp-content/uploads/2017/02/Tecnologia-
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ROVER, Ardinete; PEREIRA, Débora Diersmann Silva. Diretrizes para elaboração de 
trabalhos científicos: apresentação, elaboração de citações e referências de trabalhos 
científicos. 1. ed.. Joaçaba: Editora Unoesc, 2013. 140 p. 
 
SILVEIRA, Amélia; MOSER, Evanilde Maria; CRISTELLI, Nessi Davina Lenzi; JESUS, 
Alberto Pereira; RODRIGUES, Leonel Cezar; MACCARI, Émerson Antônio. Roteiro Básico 
para Apresentação e Editoração de Teses, Dissertações e Monografias. 2. ed. Blumenau: 
Editora da FURB, 2004. 217 p. 
VETORLOG. 
https://vetorlog.com/mercado/governo-aprova-beneficios-para-cghs-e-pchs-na-mp-735/ > 
http://www.tecnoflexpe.com.br/wp-content/uploads/2017/02/Tecnologia-Hidr%C3%A1ulica-Industrial.pdf
http://www.tecnoflexpe.com.br/wp-content/uploads/2017/02/Tecnologia-Hidr%C3%A1ulica-Industrial.pdf
https://dc-br.resource.bosch.com/media/br/01_grupo_de_produtos/hidr_ulica_industrial/v_lvulas/02-v_lvulas_direcionais/rp_23178.pdf
https://dc-br.resource.bosch.com/media/br/01_grupo_de_produtos/hidr_ulica_industrial/v_lvulas/02-v_lvulas_direcionais/rp_23178.pdf
https://dc-br.resource.bosch.com/media/br/01_grupo_de_produtos/hidr_ulica_industrial/v_lvulas/02-v_lvulas_direcionais/rp_23178.pdf
https://dc-br.resource.bosch.com/media/br/01_grupo_de_produtos/hidr_ulica_industrial/v_lvulas/03-v_lvulas_de_press_o/rp_25402.pdf
https://dc-br.resource.bosch.com/media/br/01_grupo_de_produtos/hidr_ulica_industrial/v_lvulas/03-v_lvulas_de_press_o/rp_25402.pdf
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https://dc-br.resource.bosch.com/media/br/01_grupo_de_produtos/hidr_ulica_industrial/05-v_lvulas_proporcionais/01-v_lvulas_direcionais/02-diretamente_operadas/rp_29055.pdf
https://dc-br.resource.bosch.com/media/br/01_grupo_de_produtos/hidr_ulica_industrial/05-v_lvulas_proporcionais/01-v_lvulas_direcionais/02-diretamente_operadas/rp_29055.pdf
https://dc-br.resource.bosch.com/media/br/01_grupo_de_produtos/hidr_ulica_industrial/05-v_lvulas_proporcionais/01-v_lvulas_direcionais/02-diretamente_operadas/rp_29055.pdf
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136 
 
 
ZAIONS, D. R. Projetos de Sistemas Mecânicos. Joaçaba: [s.n.], 2014. 
 
ZAIONS, Douglas Roberto. Projetos de Sistemas Mecânicos. Curso de engenharia de 
produção mecânica. Joaçaba, 27 jul. de 2014. Unoesc. p.: 122. 
 
 
 
 
APÊNDICE AA seguir é exibido as folhas de entrevista realizada para levantamento das necessidades. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
APÊNDICE B 
A seguir é exibido a Especificação Técnica padrão para a UHRV. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
E. T. – ESPECIFÍCAÇÃO TÉCNICA PARA O EQUIPAMENTO 
HIDRÁULICO DO REGULADOR DE VELOCIDADE PARA 
ACIONAMENTO DE CENTRAIS GERADORAS HIDRELÉTRICAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
JOAÇABA 
2017 
 
 
 
 
DADOS PARA DIMENSIONAMENTO DE UNIDADES HIDRÁULICAS DO 
REGULADOR DE VELOCIDADE 
CLIENTE: 
NOME DA OBRA: 
QUANTIDADE: 
TIPO DE TURBINA 
 
DADOS DE PROJETO: 
1. Diâmetro dos cilindros x cursos x pressão de trabalho: 
Distribuidor: 
Rotor: 
Válvula borboleta: 
By Passs: 
 
2. Tempos de Fechamento: 
Distribuidor: 
Rotor: 
Válvula borboleta: 
By Passs: 
 
3. Número de manobras: 
Distribuidor: 
 
4. Pressões para cálculo do acumulador em (bar): 
Pressão máxima de trabalho: 
Pressão de trabalho: 
Pressão mínima de trabalho: 
Pressão crítica: 
Pressão mínima crítica: 
Pressão de gás: 
Pressostato: 
 
 
 
APÊNDICE C 
A seguir é exibido os cálculos para a UHRV. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
APÊNDICE D 
A seguir é exibido os manuais do produto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MANUAL DE FABRICAÇÃO E MONTAGEM DA UNIDADE 
HIDRÁULICA DO REGULADOR DE VELOCIDADE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Joaçaba – SC 
2017 
 
 
 
I - INDICAÇÃO DE SEGURANÇA PARA O MONTADOR 
Qualquer pessoa que for encarregada de montar esta unidade hidráulica, deve 
previamente ter lido e entendido as instruções de montagem indicadas neste manual. A pessoa 
que realizará a montagem deve ter conhecimentos técnicos em mecânica, usar EPI´s de 
segurança, ter condições físicas para a realização das atividades. A máquina deve ser montada 
de acordo com as orientações deste manual visando a entrega do produto em perfeitas condições 
e facilitando ao usuário final. 
FERRAMENTAS E EPI’s NECESSÁRIOS 
As ferramentas necessárias à montagem desta estão descritas abaixo: 
 Máquina de soldar tipo MIG MAG; 
 Lixadeira; 
 Parafusadeira; 
 Jogo de chaves de boca nº a nº20; 
 Alicates; 
 
Os EPI’ s necessários para a proteção do operador e possíveis riscos à saúde são: 
 Luva de Borracha; 
 Óculos de proteção; 
 Protetor auricular; 
 Macacão; 
 Botina de couro. 
 
Montagem da máquina 
Os processos para a montagem desta máquina serão descritos a seguir e devem ser 
seguidos para o correto funcionamento da mesma. 
Montagem da estrutura do reservatório 
As chapas de Aço ASTM A-36 ou 1020 que constituem o reservatório deverá ser cortado 
nas dimensões de projeto e preparado com chanfro de 45º, possibilitando o encosto da face com 
outra peça para a soldagem e acabamento posterior com lixamento e pintura interna e 
externamente 
A unidade hidráulica é fabricada sob uma estrutura de aço, trazendo modernidade e 
beleza, sendo constituída com: (1) pontos de içamentos que servirão de base para 
 
 
movimentação; (2) Tampa de inspeção; (3) Ponto de conexão para o cliente; e (4) Tampa 
superior. 
 
 
 
Montagem do Subconjunto filtro de pressão 
 
O Subconjunto do filtro de pressão deverá ser travado nas faces da estrutura do suporte 
do acumulador (CP-UHRV-04-01), por parafuso sextavado interno M6x15 DIN 912. Sendo 
constituído principalmente por: (1) Indicador de ensujamento; (2) Filtro de pressão. 
 
 
Montagem do suporte do acumulador 
 1 
 
 2 
 
 3 
 
 1 
 
 2 
 
 4 
 
 
 
O equipamento dispõe de um acumulador que deverá ser posicionado centralizado no 
subconjunto do suporte pos. 2, a fixação do suporte deve ser soldada obedecendo a regra de 0,7 
x espessura da chapa. A montagem deste componente deverá estar alinhada com as faces da 
estrutura, para realizar a soldagem. 
 
 
Montagem do Subconjunto motobomba 
A montagem deve garantir o alinhamento com o diâmetro da furação do flange do 
acoplamento de proteção de Ø215 mm, para inserção dos parafusos. 
 
 1 
 
 2 
 
Solda entre as 
faces 
Indicação da face 
de contato 
 
 
Verificar alinhamento e nivelamento do conjunto motobomba, bem como de todos os 
conjuntos móveis. 
Nota: Onde houver necessidade de soldagem utilizar a espessura da chapa X um fator 
de 0,7, terminando o cordão de solda. 
 
Montagem do Subconjunto do filtro de retorno 
 
Deve ser montado possibilitando o sentido correto do fluxo de óleo, visto que se 
instalado ao contrario irá danificar o elemento filtrante. Onde: (1) Filtro de retorno; e (2) 
Reservatório. 
 
 
Montagem do Subconjunto do bloco Manifold 
 
A montagem do sistema de distribuição de óleo será fixado por dois parafuso na tampa 
superior. Sendo: (1) Subconjunto do bloco manifold; e (2) Reservatório. 
 1 
 
 2 
 
 
 
 
 
Sistema de interligação elétrica e quadro de comando 
 
Evitar emendar o cabo de conexão. Se houver necessidade de aumentar o comprimento 
do cabo, é recomendável trocar todo o cabo, sendo imprescindível que o trabalho seja efetuado 
por profissional eletricista, utilizar na montagem um cabo com 3 metros de comprimento para 
conexão com a rede do local de instalação. 
Para evitar qualquer problema durante a realização dos trabalhos a unidade conta 
também com a chave de emergência, o que traz segurança para a realização das tarefas. 
A montagem de interligação elétrica através: (1) Painel de borne; e (2) Reservatório. 
 1 
 
 2 
 
 
 
 
Verificar se a tensão e corrente de acionamento do motor elétrico e dos componentes 
elétricos do sistema hidráulico estão corretos e de acordo com a tensão e correntes disponíveis 
no local da instalação. 
Procedimentos obrigatórios: 
Check List URHV 
Inspeção das instalações mecânicas e aspectos físicos, como 
pintura e placas de identificação. 
( ) ok ( ) Não atendido 
Conferir o sentido de rotação das bombas ( ) ok ( ) Não atendido 
Verificar se a pré-carga de nitrogênio nos acumuladores da 
unidade encontra-se no mínimo à 75% 
( ) ok ( ) Não atendido 
Abastecer o reservatório da unidade com óleo hidráulico ISO 
VG 68 
( ) ok ( ) Não atendido 
Regular a pressão do sistema em 30% da pressão de trabalho, 
pela válvula limitadora de pressão para acionar os cilindros e 
testar o equipamento. Realizar o teste de “esmagamento” das 
pás diretrizes. 
( ) ok ( ) Não atendido 
Operação experimental do sistema testando todos os 
elementos. 
( ) ok ( ) Não atendido 
Regular a pressão da válvula limitadora de pressão na pressão 
máxima de operação de 160bar. 
( ) ok ( ) Não atendido 
 1 
 
 2 
 
 
 
Realizar a circulação de óleo no sistema, onde o volume de 
fluido de pressão presente no sistema deve circular pelo filtro 
150 até 300 vezes, grau máximo permitido de contaminação 
do fluido conforme NAS 6. 
( ) ok ( ) Não atendido 
Realizar a desaeração dos cilindros hidráulicos. ( ) ok ( ) Não atendido 
Depois de movimentar os cilindros e efetuar os testes iniciais 
de movimentação, deve-se abrir o filtro de retorno (com a 
bomba desligada) para verificar o estado do elemento filtrante. 
Caso o elemento esteja com excesso de impurezas, o mesmo 
deverá ser substituído.( ) ok ( ) Não atendido 
 
Medidas de segurança a serem obedecidas: 
 Não fumar próximo ao sistema hidráulico; 
 Não lavar os componentes com jatos d’água; 
 Não realizar nenhuma manutenção no sistema com a parte elétrica ligada; 
 Não aproximar chamas ou objetos quentes dos componentes hidráulicos. 
 
Parâmetros de Controle das vibrações: 
Intensidade de Vibração 
Qualidade de Funcionamento 
Grau Valor Eficaz – mm/s 
0,28 0 a 0,28 
Bom 
0,45 0,28 a 0,45 
0,71 0,45 a 0,71 
1,12 0,71 a 1,12 
1,80 1,12 a 1,80 
2,80 1,80 a 2,80 
Adequado 
4,50 2,80 a 4,50 
7,10 4,50 a 7,10 
Ainda Admissível 
11,20 7,10 a 11,20 
18,00 11,20 a 18,00 
Inadmissível 28,00 18,00 a 28,00 
45,00 28,00 a 45,00 
Tabela de referência à classe III – Norma VDI 2056 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DESCRITIVO DE FUNCIONAMENTO E DE MANUTENÇÃO DA 
UNIDADE HIDRÁULICA DO REGULADOR DE VELOCIDADE 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Joaçaba - SC 
2017 
 
 
I - Descrição do funcionamento 
Introdução 
A descrição a seguir tem como objetivo facilitar a compreensão do funcionamento da 
Unidade Hidráulica do Regulador de Velocidade (UHRV), que comanda os acionamentos 
como: 
 Cilindro do regulador da turbina; e 
 Cilindro da válvula borboleta. 
Inicialização 
A unidade hidráulica possui um conjunto motobomba de engrenagens para o 
fornecimento de óleo para o sistema: pos. 4, antes da partida do conjunto deve-se garantir o 
preenchimento com 100 litros de óleo no reservatório e a válvula direcional pos. 3 do 
subconjunto (CP-UHRV-05-00) deve estar desenergizada para ventagem. 
Obs: Antes de acionar o conjunto moto-bomba conferir o sentido de rotação. 
Características Técnicas: 
 Tensão de alimentação: 220 Vca; 
 Frequência: 60 Hz; 
 Dimensões aproximadas: A x L x P (1144,3 x 460 x 1296) 
A unidade hidráulica possui 01 filtro simples de pressão pos. 6 que opera com indicador 
de contaminação com dois pontos de comutação 75% e 100%, quando o indicador de 
ensujamento do filtro indicar filtro sujo (100%) deverá ser efetuada a troca imediata do 
elemento filtrante. 
Pressurização 
Após o acionamento do conjunto motobomba nas condições descritas acima, para a 
pressurização da linha deve-se proceder da seguinte forma: 
Energizar o solenóide da válvula direcional pos. 3, a pressão na linha aumenta, podendo 
ser monitorada pelo transdutor de pressão pos. 10 do subconjunto (CP-UHRV-05-00) e/ou 
visualizada diretamente no manômetro pos. 13. 
O equipamento dispõe de rodízios para facilitar a instalação e locomoção, bastando 
depois de instaladas o travamento dos rodízios. 
Após o sistema atingir a pressão de trabalho (160bar) monitorada pelo transdutor de 
pressão pos. 10 e regulado na válvula limitadora de pressão pos. 1 (CP-UHRV-07-00), a 
solenóide da válvula direcional pos 3 (CP-UHRV-05-00) deverá ser desenergizada. 
 
 
Com o funcionamento do sistema a pressão na linha irá diminuir, e quando atingir o 
valor da pressão mínima de trabalho (150bar) monitorada pelo transdutor de pressão pos. 10 
(CP-UHRV-05-00) a solenoide da válvula direcional pos 3 (CP-UHRV-05-00) deve ser 
energizada para recarga do acumulador. 
O funcionamento da unidade hidráulica está ligado diretamente ao ciclo apresentado 
acima, que ocorre inúmeras vezes durante a operação da turbina. 
Monitoramento de pressão do sistema 
O monitoramento de pressão é realizado pelo transdutor de pressão pos. 10 (CP-UHRV-
05-00) que envia um sinal de 4 a 220mA para o CLP do painel da automação e como alternativa 
pelo Pressostato de êmbolo pos. 11 (CP-UHRV-05-00). 
O transdutor de pressão pos. 10 (CP-UHRV-05-00) faz a leitura da faixa de pressão de 
150bar (mínima de trabalho) a 160bar (normal de trabalho). A faixa de pressão que pode ser 
medida por este transdutor vária de 0 a 250bar. 
O Pressostato de segurança pos. 11 (CP-UHRV-05-00) é ajustado em 130bar com a 
função de, caso ocorra a queda da pressão e falha na indicação de pressão, deve se realizar a 
parada de emergência da unidade geradora. 
O sistema de comando da unidade hidráulica deve ser programado conforme pressões 
indicadas no item 1.4 
 
Controle de pressão do sistema 
Pressão normal de trabalho – 160bar 
A válvula direcional pos 3 (CP-UHRV-05-00) deverá ser desenergizada, pois a caraga 
do acumulador está completa e a pressão normal de trabalho foi alcançada, sendo monitorada 
pelo transdutor de pressão pos. 10 (CP-UHRV-05-00). 
 
Pressão mínima de trabalho – 150bar 
A válvula direcional pos 3 (CP-UHRV-05-00) deverá ser energizada para repor a carga 
de óleo no acumulador. Esta pressão será monitorada pelo transdutor de pressão pos. 10 (CP-
UHRV-05-00). 
 
Pressão crítica/alarme – 130bar 
 
 
Apesar da ação de reposição da carga de óleo no acumulador, a pressão continua a cair 
por provável problema no sistema, mesmo com a motobomba ligado enviando óleo para a linha. 
Esta pressão será monitorada pelo transdutor de pressão pos. 10 (CP-UHRV-05-00). 
 
Pressão mínima/crítica – 120bar 
Nesta pressão o distribuidor e válvula borboleta deverão estar fechados, e se a pressão 
continuar a cair no sistema, por provável problema na unidade hidráulica, a parada de 
emergência por Trip do relé 86H deve acontecer. 
Nota: Para efetuar qualquer manutenção no sistema hidráulico devem-se desligar o 
conjunto moto-bomba e retirar toda a pressão do acumulador através da abertura da válvula 
de agulha, que fará a descarga do óleo contido no acumulador para o tanque. 
Obs: A válvula limitadora de pressão pos. 1 (CP-UHRV-07-00) 
 
Acionamento dos consumidores 
Cilindro do regulador da turbina 
O acionamento do cilindro hidráulico do distribuidor da turbina é comandado pelo 
regulador de velocidade através do controle da válvula proporcional pos 2 (CP-UHRV-05-00). 
Antes de realizar a movimentação do distribuidor, a válvula de segurança deve permanecer 
constantemente energizada. A válvula de segurança deve permanecer constantemente 
energizada enquanto a turbina estiver apresentando operação normal. 
Durante o procedimento de partida da unidade a válvula pos 2 (CP-UHRV-05-00) deve 
permanecer desenergizada até no instante que o comando for passado para o regulador de 
velocidade, garantindo assim que o distribuidor permanecerá fechado. 
A operação do sistema de regulagem do distribuidor é feita da seguinte forma: 
 Para efetuar a abertura do distribuidor, a válvula de segurança pos 3.1 (CP-UHRV-
05-00) deve estar energizada, então, deve ser enviado sinal de comando para válvula 
proporcional pos 2 (CP-UHRV-05-00); 
 Em caso exclusivo de emergência provocada por defeito no regulador de velocidade 
ou quando for necessário o fechamento total do distribuidor, a solenóide da válvula 
de segurança pos 3.1 (CP-UHRV-05-00) deve ser desenergizada, para que desta 
forma ocorra o fechamento imediato do distribuidor e por consequência a parada da 
turbina. 
 
 
Nota: A alimentação dos Solenóides das válvulas direcionais e da válvula proporcional 
é em 24 Vcc. 
 
Cilindro da válvula Borboleta 
Após a equalização da pressão entre a caixa espiral e o conduto indicada pelos sensores 
de pressão montados no montante e na jusante da válvula borboleta, a mesma poderá ser aberta, 
energizando-se o solenóide da válvula pos 3.2 (CP-UHRV-05-00). Após o cilindro atingir o 
final do curso a válvula cita deverá ser desenergizada. 
O fechamento do cilindro da válvula borboleta é feito desenegizando-se o solenóide da 
válvula e seu retorno ocorre por ação da gravidade. E em caso de emergência, o solenoide da 
válvula será automaticamente desenergizado, realizando o fechamento automático da válvula 
borboleta. 
A velocidade de abertura da válvula borboleta é controlada através do giclê e a 
velocidade de fechamento controlada pelo registro instalado próximo ao cilindro. 
II - Instrumentação 
Esta unidade hidráulica possui: 
 Manômetro pos 13 (CP-UHRV-05-00) para controle visual da pressão do sistema; Filtro de pressão pos 2 (CP-UHRV-06-01) com indicador de filtro sujo de (2 
contatos 75% e 100% a 24 Vcc) e filtro de retorno pos 9 (CP-UHRV-00-00) também 
com filtro sujo pos 8 (CP-UHRV-06-01) (2 contatos 75% e 100% a 24 Vcc); 
 Pressostato pos 11 (CP-UHRV-05-00) para segurança no controle da pressão do 
sistema; 
 Transdutor de pressão pos 10 (CP-UHRV-05-00) com sinal de saída de 4 a 20mA 
escala de 0 a 250bar que permite controlar os distintos níveis de operação do sistema. 
 
Especificações do fabricante 
Colocação em operação e manutenção de instalações hidráulicas 
A durabilidade e funcionamento seguro de instalações hidráulicas, bem como seus 
componentes dependem da correta operação das mesmas: 
Garanta uma operação livre de avarias, observando: 
 Instruções específicas de montagem e operação dos componentes; 
 Instruções específicas em casos individuais; 
 Dados técnicos dos catálogos; 
 
 
 Colocação em operação e manutenção de instalações hidráulicas (VDI 3027); 
 Norma ISSO 4413. 
 
Regras de colocação em Operação e Manutenção 
Se a montagem foi executada corretamente, então poderá ser iniciada a colocação em 
operação e controle funcional. 
 Reservatório limpo; 
 Tubulações limpas e corretamente montadas; 
 Conexões, flanges apertados; 
 Tubulações ou componentes corretamente conectados conforme desenho ou 
esquema; 
 Acumulador de pressão preenchido com nitrogênio. 
Deve-se preencher com nitrogênio, até ser alcançada a pré-pressão P0 de 90% da pressão 
mínima crítica (Pressão do Gás = 108bar). 
Atenção! Utilizar somente nitrogênio como gás! 
Acumuladores estão sujeitos aos requisitos de segurança no local da sua a instalação. 
 Motor de acionamento e bomba corretamente montados e alinhados; 
 Motor de acionamento corretamente ligado; 
 Filtro utilizado corresponde ao grau de filtragem estabelecido; 
 Filtro montado corretamente quanto ao sentido da vazão; 
 Preenchido com óleo especificado até a marca do nível superior. 
Como os fluidos hidráulicos no fornecimento nem sempre apresentam a pureza 
necessária, o preenchimento precisa ocorrer através de um filtro. O grau absoluto de filtração 
do preenchimento deveria ser no mínimo o mesmo que o dos filtros instalados no equipamento. 
 
 
 
 
APÊNDICE E 
A seguir é exibido as folhas do Projeto detalhado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
APÊNDICE F 
A seguir é exibido o Esquema Hidráulico padronizado para a UHRV.𝑃1 Pressão Operacional mínima 
𝑃2 Pressão crítica 
K Coeficiente de compressão adiabática 
Q Vazão que gera calor 
q Potência transformada em calor 
m Massa 
∆𝑃𝑡 Variação da Pressão que gera o calor 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
1 INTRODUÇÃO .............................................................................................................. 23 
1.1 PROBLEMA DE PESQUISA.................................................................................................... 23 
1.2 OBJETIVOS ......................................................................................................................... 23 
1.2.1 Objetivo Geral .............................................................................................................. 23 
1.2.2 Objetivos Específicos .................................................................................................... 24 
1.3 JUSTIFICATIVA ................................................................................................................... 24 
1.4 QUESTÕES DE PESQUISA .................................................................................................... 24 
1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO ............................................................................................... 25 
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ................................................................................. 26 
2.1 PROCESSO DE GERAÇÃO DE ENERGIA ................................................................................. 26 
2.1.1 Usina Hidrelétrica ........................................................................................................ 26 
2.1.2 Adução da água nos diversos tipos de instalações de turbinas .................................... 27 
2.1.2.1 Usinas de derivação ...................................................................................................... 27 
2.1.2.2 Usinas de desvio ........................................................................................................... 27 
2.1.2.3 Usinas de represamento ................................................................................................ 27 
2.1.3 Classificação das Usinas Hidrelétricas segundo sua potência instalada .................... 28 
2.2 CLASSIFICAÇÃO DAS TURBINAS HIDRÁULICAS ................................................................... 28 
2.2.1 Turbina Radial .............................................................................................................. 28 
2.2.2 Turbina Axial ................................................................................................................ 28 
2.2.3 Turbina de escoamento misto ou diagonal (ação total) ............................................... 28 
2.2.4 Turbina tangencial ou de ação parcial ........................................................................ 29 
2.2.5 Turbina Francis ............................................................................................................ 29 
2.2.6 Turbina Hélices ............................................................................................................ 30 
2.2.7 Turbinas Kaplan ........................................................................................................... 30 
2.2.8 Turbinas Dériaz ............................................................................................................ 31 
2.2.9 Turbinas Pelton ............................................................................................................ 31 
2.2.10 Turbinas Tubulares ....................................................................................................... 32 
2.2.11 Turbinas de Bulbo ......................................................................................................... 32 
2.2.12 Turbina Straflo .............................................................................................................. 33 
2.3 EMPREGO DOS DIVERSOS TIPOS DE TURBINAS .................................................................... 33 
2.4 DISTRIBUIDORES E REGULADORES PARA TURBINAS HIDRÁULICAS ..................................... 34 
 
 
2.4.1 Turbina Kaplan ............................................................................................................. 35 
2.4.2 Turbina Francis ............................................................................................................ 35 
2.4.3 Turbina Pelton .............................................................................................................. 36 
2.4.4 Turbina Kaplan Bulbo .................................................................................................. 37 
2.5 SISTEMAS HIDRÁULICOS .................................................................................................... 39 
2.5.1 Hidráulica ..................................................................................................................... 39 
2.5.1.1 Lei de Pascal ................................................................................................................. 39 
2.5.1.2 Princípio da conservação da energia ............................................................................ 40 
2.5.1.3 Força e Pressão ............................................................................................................. 41 
2.5.1.4 Escoamento do fluido em tubulações ........................................................................... 41 
2.5.1.5 Vazão em tubulações .................................................................................................... 42 
2.5.1.6 Perda de carga na linha de pressão de um sistema hidráulico ...................................... 43 
2.5.2 Fluidos Hidráulicos ...................................................................................................... 45 
2.5.3 Reservatório e Acessórios ............................................................................................. 47 
2.5.4 Filtros ......................................................................................................................... 51 
2.5.5 Cilindros Hidráulicos ................................................................................................... 52 
2.5.6 Bombas hidráulicas ...................................................................................................... 52 
2.5.6.1 Bombas de deslocamento não-positivo ........................................................................ 52 
2.5.6.2 Bombas de deslocamento positivo ............................................................................... 53 
2.5.7 Válvulas ........................................................................................................................ 56 
2.5.8 Acumuladores hidráulicos ............................................................................................ 61 
2.5.8.1 Acumulador de bexiga: ................................................................................................. 61 
2.5.9 Trocadores de calor do sistema hidráulico .................................................................. 64 
2.6 DESCRIÇÃO DO REGULADOR DE VELOCIDADE .................................................................... 68 
2.6.1 Partida da unidade geradora; ...................................................................................... 69 
2.6.2 Parada da unidade geradora ........................................................................................ 70 
3 METODOLOGIA APLICADA/MATERIAIS E MÉTODOS ................................... 71 
3.1 MÉTODO DE PESQUISA ...................................................................................................... 71 
3.2 PROCEDIMENTOS PARA A AQUISIÇÃO, ANÁLISE E INTERPRETAÇÃO DOS DADOS ................. 71 
3.2.1 Planejamento de produto ..............................................................................................72 
3.2.2 Planejamento de projeto ............................................................................................... 73 
3.2.3 Projeto informacional ................................................................................................... 73 
3.2.4 Projeto conceitual ......................................................................................................... 74 
 
 
3.2.5 Projeto preliminar ........................................................................................................ 75 
3.2.6 Projeto detalhado ......................................................................................................... 76 
3.3 PLANEJAMENTO DA PESQUISA ........................................................................................... 77 
3.3.1 FASE I – PLANEJAMENTO DA PESQUISA ............................................................... 78 
3.3.1.1 Etapa 1 – Identificação da metodologia de pesquisa científica .................................... 79 
3.3.1.2 Etapa 2 – Descrição da metodologia de projeto para a coleta e análise de dados. ....... 79 
3.3.1.3 Etapa 3 – Planejamento da pesquisa ............................................................................. 79 
3.3.2 FASE II – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ....................................................................... 79 
3.3.2.1 Etapa 4 – Revisão da literatura relacionada com os tipos turbinas e equipamentos 
hidráulicos. ................................................................................................................... 79 
3.3.3 FASE III – RESULTADOS E DISCUSSÕES ................................................................ 79 
3.3.3.1 Etapa 5 – Planejamento do produto .............................................................................. 80 
3.3.3.2 Etapa 6 – Planejamento do projeto ............................................................................... 80 
3.3.3.3 Etapa 7 – Projeto Informacional ................................................................................... 80 
3.3.3.4 Etapa 8 – Projeto Conceitual ........................................................................................ 80 
3.3.3.5 Etapa 9 – Projeto Preliminar ......................................................................................... 80 
3.3.3.6 Etapa 10 – Projeto Detalhado ....................................................................................... 81 
3.3.4 FASE IV – DOCUMENTAÇÃO DO PROJETO E SOCIALIZAÇÃO DOS 
RESULTADOS .................................................................................................................. 81 
3.3.4.1 Etapa 11 – Elaboração do Trabalho de Conclusão de Curso ........................................ 81 
3.3.4.2 Etapa 12 – Apresentação do trabalho para a banca examinadora ................................. 81 
4 PROJETO DE UM EQUIPAMENTO HIDRÁULICO DO REGULADOR DE 
VELOCIDADE PARA ACIONAMENTO DE CENTRAIS GERADORAS 
HIDROELÉTRICAS ............................................................................................................. 82 
4.1 PLANEJAMENTO DE PRODUTO ............................................................................................ 82 
4.1.1 Análise do mercado e viabilidade econômica .............................................................. 82 
4.1.2 Análise das tecnologias e concorrentes ........................................................................ 86 
4.1.3 Análise do consumidor e estimativa do valor do produto ............................................ 89 
4.1.4 Descrição dos requisitos ............................................................................................... 89 
4.1.5 Avaliação de ideias de produtos ................................................................................... 89 
4.1.6 Vendas do produto e o valor para o consumidor ......................................................... 90 
4.1.7 Avaliação de pós-venda ................................................................................................ 90 
4.2 PLANEJAMENTO DE PROJETO ............................................................................................. 90 
 
 
4.2.1 Partes envolvidas no projeto ........................................................................................ 90 
4.2.2 Plano de comunicação .................................................................................................. 90 
4.2.3 Escopo do projeto ......................................................................................................... 91 
4.2.4 Tempo ......................................................................................................................... 91 
4.2.5 Project Model Canvas .................................................................................................. 92 
4.3 PROJETO INFORMACIONAL ................................................................................................. 94 
4.3.1 Identificação do problema de projeto ........................................................................... 94 
4.3.2 Identificação da demanda ............................................................................................. 94 
4.3.3 Identificação do ciclo de vida do produto .................................................................... 95 
4.3.4 Levantamento das necessidades do cliente ................................................................... 97 
4.3.5 Requisitos do cliente ..................................................................................................... 97 
4.3.6 Requisitos de projeto .................................................................................................... 98 
4.3.7 Matriz QFD ................................................................................................................ 101 
4.3.8 Especificação do projeto de produto .......................................................................... 103 
4.4 PROJETO CONCEITUAL ..................................................................................................... 104 
4.4.1 Elaboração da estrutura funcional do produto .......................................................... 104 
4.4.2 Elaboração da matriz morfológica ............................................................................. 106 
4.4.3 Elaboração da matriz de decisão ............................................................................... 112 
4.4.4 Elaboração da matriz “passa não passa” .................................................................. 115 
4.4.5 Elaboração da matriz de avaliação ............................................................................ 116 
4.5 PROJETO PRELIMINAR ...................................................................................................... 118 
4.5.1 Estudo de layouts ........................................................................................................ 118 
4.5.2 Estudo das interfaces entre peças, submontagens e montagens ................................. 119 
4.5.3 Estudo dos materiais a serem utilizados na fabricação das peças ............................ 123 
4.5.3.1 Tubos Hidráulicos ...................................................................................................... 123 
4.5.4 Estudos de fluxo de fluidos, energia e sinais .............................................................. 124 
4.5.5 Estudo de custos ......................................................................................................... 124 
4.5.6 Cálculos necessários para a seleção dos equipamentos ............................................ 128 
4.5.7 Estudo de manutenção ................................................................................................ 129 
4.6 PROJETO DETALHADO ...................................................................................................... 129 
5 CONSIDERAÇÕESFINAIS ....................................................................................... 131 
REFERÊNCIAS .................................................................................................................................................................... 133 
APÊNDICE A ........................................................................................................................................................................ 137 
APÊNDICE B ........................................................................................................................................................................ 139 
 
 
APÊNDICE C ........................................................................................................................................................................ 142 
APÊNDICE D ........................................................................................................................................................................ 165 
APÊNDICE E ........................................................................................................................................................................ 180 
APÊNDICE F ........................................................................................................................................................................ 198 
 
 
23 
 
1 INTRODUÇÃO 
Quando se trata de geração de energia elétrica sustentável, o Brasil é um dos países com 
maior capacidade de aproveitamento energético do mundo. Para que o país continue a crescer 
nos próximos anos, deve incentivar investimentos em infraestrutura de produção de energia nas 
mais variadas fontes disponíveis. 
Conforme analises do Banco Central a expectativa do cenário econômico Brasileiro para 
o ano de 2017 apresenta melhora em 0,42% do PIB do país. A partir desta informação espera-
se um crescimento na produção Brasileira, necessitando de investimento em setores como o de 
Geração de Energia Elétrica, para suprir a demanda do mercado consumidor. 
Acompanhando esse segmento e através do estágio realizado no setor, percebeu-se a 
dificuldade encontrada pelas empresas fabricantes de equipamentos destinados a regulagem de 
velocidades das turbinas hidráulicas, para a verificação dimensional, funcional e principalmente 
do alto custos de aquisição dos mesmos, além do tempo de entregar ser demorado. 
Na empresa surgiu a possibilidade de se fabricar o equipamento hidráulico, assim, a 
proposta repassada é desenvolver um projeto do equipamento capaz de fornecer força hidráulica 
para a regulagem de turbinas fabricadas pela empresa Hidráulica Industrial S.A., situada na 
região Meio-Oeste de Santa Catarina. 
1.1 PROBLEMA DE PESQUISA 
A inexistência de conhecimento concentrado sobre o assunto relacionado com 
equipamentos hidráulicos destinados a regulagem de velocidade e de abertura de comportas, 
faz com que a empresa estudada se depare com inúmeras dificuldades, entre elas: o elevado 
custo de aquisição, o lapso temporal de entrega do produto por empresas terceirizadas e a falta 
de conhecimento detalhado do produto, desde seu planejamento, projeto e execução. 
Assim, o presente estudo busca responder as seguintes questões: 
Como diminuir os custos, tempo de entrega e falta de conhecimento para padronizar o 
equipamento hidráulico do regulador de velocidade. 
1.2 OBJETIVOS 
1.2.1 Objetivo Geral 
O objetivo geral é projetar um equipamento hidráulico do regulador de velocidade para 
acionamento de Centrais Geradoras Hidrelétricas (CGHs) até 3 MW. 
24 
 
1.2.2 Objetivos Específicos 
Os objetivos específicos almejados com a realização do presente trabalho são: 
a) Desenvolver um estudo preliminar para referência em futuros trabalhos sobre 
reguladores de velocidades mecânicos e hidráulicos. 
b) Aplicar a metodologia de Pahl & Beitz para resolução do projeto de um equipamento 
hidráulico do regulador de velocidade para acionamento de Centrais Geradoras 
Hidroelétricas; 
c) Utilizar cálculos e ferramentas de engenharia para projetar um regulador hidráulico 
de velocidade que melhor se adeque ao produto. 
d) Realizar os ajustes necessários para enquadrar o cálculo à realidade, por meio de 
fatores de segurança; 
e) A partir da realização do projeto iniciar um processo de aquisição de conhecimento 
técnico científico sobre o assunto. 
1.3 JUSTIFICATIVA 
O presente trabalho justifica-se pela necessidade encontrada na empresa, para que a 
mesma detenha o conhecimento nesta área em específico de sistemas hidráulicos aplicados a 
reguladores de velocidade de turbinas hidráulicas. 
Entende-se ser imprescindível estudar e apresentar soluções nos mais variados 
segmentos que necessitem força-precisão no intuito de explorar novos mercados, através do 
levantando de dados técnicos, funcionais e produtivos para que seja possível solucionar o 
problema com êxito. 
1.4 QUESTÕES DE PESQUISA 
Para orientar a execução da pesquisa, foram definidas algumas questões a serem 
investigadas e respondidas a partir dos resultados obtidos. 
Quais são os requisitos do cliente? 
Quais são os requisitos de projeto? 
Quais são as funções do equipamento? 
Quais os conceitos que atendem as funções do sistema? 
Quais os métodos de regulagem hidráulicos conhecidos? 
Quais os principais métodos de automatização utilizados em usinas hidrelétricas? 
Qual a viabilidade econômica do equipamento? 
25 
 
 
1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO 
A estrutura do trabalho presenta-se seccionada em cinco principais capítulos, os quais 
serão descritos a seguir. 
No Capítulo 1, apresenta-se a introdução ao trabalho desenvolvido, em que se definem 
respectivamente, a contextualização, a definição do problema atual, os objetivos, a justificativa 
e a estrutura do trabalho. 
No Capítulo 2, apresenta-se a fundamentação teórica, acerca dos tipos de turbinas, com 
seus perspectivos modelos de distribuidores, bem como os reguladores de velocidade e seus 
principais elementos mecânicos, o funcionamento e as tecnologias utilizadas. 
A metodologia e os procedimentos utilizados para o desenvolvimento da monografia 
são apresentados no terceiro capitulo. 
No Capítulo 4, serão apontados e discutidos os resultados obtidos, apresentando-se a 
proposta de um equipamento hidráulico destinado a regulagem de velocidade para acionamento 
de Centrais Geradoras Hidroelétricas. 
Por fim, no Capítulo 5, têm-se as conclusões pertinentes aos resultados obtidos. 
 
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
Nesse capítulo será realizada uma abordagem sobre os tipos de turbinas, com seus perspectivos 
modelos de distribuidores, bem como os equipamentos hidráulicos do regulador de velocidade e seus 
principais elementos mecânicos, o funcionamento e as tecnologias utilizadas. Com embasamento em 
livros publicados, catálogos, pesquisas cientificas e demais fontes. 
2.1 PROCESSO DE GERAÇÃO DE ENERGIA 
Existem diversas formas de se extrair energia do meio ambiente, dentre elas pode-se citar por 
usinas hidrelétricas, nuclear, solar, eólica etc. 
2.1.1 Usina Hidrelétrica 
Conforme Aneel (2008, p. 50) “Para produzir a energia hidrelétrica é necessário integrar a vazão 
do rio, a quantidade de água disponível em determinado período de tempo e os desníveis do relevo, 
sejam eles naturais, como as quedas d’água, ou criados artificialmente”. O Esquema 1 elucida as 
principais estruturas de uma usina hidrelétrica. 
Ainda segundo a Aneel (2008, p.: 50) a estrutura de uma usina é composta: 
 Barragem: Tem por objetivo interromper o curso normal do rio e permitir a formação do 
reservatório, estocando a água, formando um desnível para geração de potência; 
 Sistema de captação e adução de água: São formados por túneis, canais ou condutos 
metálicos que têm a função de levar a água até a casa de força; 
 Casa de força: Nesta instalação que estão as turbinas, formadas por uma série de pás ligadas 
a um eixoconectado ao gerador. 
 Vertedouro: Sua função é permitir a saída da água sempre que os níveis do reservatório 
ultrapassam os limites recomendados. 
 
27 
 
Esquema 1 - Perfil esquemático de usina hidrelétrica 
 
Fonte: ANEEL (2008) 
2.1.2 Adução da água nos diversos tipos de instalações de turbinas 
2.1.2.1 Usinas de derivação 
“Desvia-se a água do rio e por uma tubulação ou túnel conduz-se a mesma até um reservatório 
ou um poço denominado “chaminé de equilíbrio”, do qual partem as tubulações até as turbinas, de onde 
a água segue até um outro rio” (MACINTYRE 1983, p. 58). 
2.1.2.2 Usinas de desvio 
Nas usinas de desvio constrói-se uma barragem que permite a água ser conduzida a um canal 
aberto, um túnel ou uma tubulação que neste caso se liga a uma chaminé de equilíbrio. Após é 
conduzida às turbinas por tubulações forçadas ou túneis forçados até as máquinas motrizes. 
Consequentemente nas usinas de desvio, o rio é a jusante, onde a água é devolvida após passar pelas 
turbinas sendo o mesmo da captação, enquanto que nas de derivação o rio é outro (MACINTYRE, 
1983). 
2.1.2.3 Usinas de represamento 
Macintyre (1983, p.: 62) assevera que este tipo de usina se divide em: 
 Usinas de fio d’água: são aquelas que consomem a vazão do rio, não havendo condições 
para armazenamento de reserva considerável de água para posterior utilização; 
 Usinas com eclusas de navegação; 
 Usinas com reservatório de acumulação. 
 
28 
 
 
2.1.3 Classificação das Usinas Hidrelétricas segundo sua potência instalada 
A ANEEL considera três classificações pela Resolução Normativa nº 687/2015: 
a) Centrais Geradoras Hidrelétricas (CGH): até 3 MW de potência instalada em planta; 
b) Pequenas centrais Hidrelétricas (PCH): entre 3 e 30 MW de potência instalada em planta; 
c) Usina Hidrelétricas de Energia (UHE): Acima de 30 MW. 
2.2 CLASSIFICAÇÃO DAS TURBINAS HIDRÁULICAS 
Macintyre (1983, p.51) enfatiza que existem outras classificações além de ação e de reação, 
conforme explicado abaixo: 
2.2.1 Turbina Radial 
A turbina Radial é aquela em que a partícula líquida na sua ação sobre o rotor mantém-se no 
plano normal ao eixo da turbina: 
 Centrífuga ou exterior: Tipos Girard e Fourneyron. 
 Centrípeta ou interior: tipo Francis lenta. 
2.2.2 Turbina Axial 
Na turbina Axial as partículas líquidas percorrem trajetórias contidas em superfícies cilíndricas 
de revolução em torno do eixo da turbina: 
 Tipo Jonval e Fontaine (obsoletos); 
 Tipo Hélice (propeller); 
 Tipo Kaplan; 
 Tipo Tubular, Bulbo, Straflo. 
2.2.3 Turbina de escoamento misto ou diagonal (ação total) 
A Turbina de escoamento misto ou diagonal é aquela em que as trajetórias das partículas 
líquidas no receptor passam gradativamente da direção radial para a axial e são curvas reversas (de 
dupla curvatura): 
 Tipos Francis: normal, rápida e extra rápida; 
 Tipo Dériaz: semelhantes a Francis rápida, porém, com as pás do rotor são orientáveis de 
modo semelhante ao das Kaplan. 
 
29 
 
2.2.4 Turbina tangencial ou de ação parcial 
A Turbina tangencial ou de ação parcial é aquela em que a água é lançada sob a forma de um 
jato sobre um número limitado de pás do receptor. Os tipos mais usuais utilizados são: 
 Girard; 
 Schwamkrug (1850) (obsoleta); 
 Zuppinger (1846) (obsoleta); 
 Michell Banki; 
 Pelton (a mais usada da categoria). 
2.2.5 Turbina Francis 
Macintyre (1983, p.33 a 34) salienta que a origem do nome Francis se deve ao engenheiro James 
Bicheno Francis (1815-1892) que realizou diversos aperfeiçoamentos na turbina Dowd, são turbinas 
rigorosamente centrípetas, e em 1843 recebeu o uso de um tubo de sucção proposto por Jonval. 
A evolução deste tipo de máquina continuou a ocorrer surgindo máquinas com velocidades 
maiores e para ampliar a faixa de valores da queda. Assim, surgiu o receptor Dubs apropriado a 
velocidades específicas elevadas, para turbina Francis rápida e extra rápida. Essa variação de 
velocidade depende dos valores de descarga, da queda e do número de rotações para caracterizar a 
forma de rotor adequada (MACINTYRE, 1983). 
Macintyre (1983) destaca que as funções de alguns equipamentos das turbinas não diferem para 
outros tipos, conforme a abaixo: 
 
a. Caixa Espiral 
Geralmente com forma de caracol no tipo fechado, a qual é substituída por uma câmara ou poço 
de adução, no tipo aberto. 
 
b. Distribuidor 
Macintyre (1983, p.37) identifica o funcionamento do distribuidor: 
 
O distribuidor das turbinas tipo Francis é constituído de um conjunto de pás dispostas em volta 
do receptor, e que podem ser orientadas por meio de um comando especial, de modo a darem, 
para cada valor da descarga, o ângulo mais conveniente de entrada da água no receptor, isto é, 
um escoamento com um mínimo de perdas hidráulicas. 
Uma vez controlado a abertura do distribuidor pelo Regulador de Velocidade, o sistema 
SCADA é atualizado com a informação de potência gerada, no entanto se necessário deverá ser 
adequado a abertura do distribuidor para atingir a necessidade de geração. 
 
30 
 
c. Roda 
A roda é o receptor ou rotor, dotada de pás de formato especial. 
d. Tubo de Sucção 
O tubo de Sucção tem “A função de manter a continuidade da massa líquida em escoamento, 
desde a saída do receptor até o nível da água no poço de escapamento [...] consegue-se desse modo um 
aumento na potência da turbina” (MACINTYRE, 1983, p.34). 
e. Anel de Regulagem 
O anel de regulagem é responsável por guiar as bielas das pás, o qual, por sua vez, é comandado 
por um eixo graças às bielas que lhe permitem efetuar um movimento de rotação de pequena amplitude. 
Esse mecanismo foi proposto por Fink e tem o seu nome em homenagem (MACINTYRE, 1983, p.34). 
Conforme pode-se verificar na Fotografia 1 a caixa espiral, tubo de sucção etc. 
Fotografia 1 - Exemplo de Turbina Francis 
 
Fonte: HISA (2017) 
2.2.6 Turbina Hélices 
Macintyre (1983, p.39) sustenta que este tipo de turbina tem velocidades consideráveis em 
baixas quedas e grandes descargas, onde o receptor assumiu a forma de uma hélice de propulsão e o 
distribuidor mantém a distância entre as pás do distribuidor e as do receptor é bem maior do para as 
Francis de alta velocidade específica. Sua principal característica são suas pás fixas, tendo um menor 
rendimento comparado com as outras. 
2.2.7 Turbinas Kaplan 
Seu inventor foi o engenheiro Victor Kaplan (1876-1934) através de pesquisas em 1912 
concebeu um novo tipo de turbina axial a hélice ajustável, ou seja, um mecanismo alojado numa peça 
com formato de ogiva e seu comando é realizado pelo regulador automático de velocidade, que permite 
variar o ângulo de inclinação das pás conforme a descarga, sem variação apreciável do rendimento 
(MACINTYRE, 1983). 
31 
 
Conforme a Fotografia 2 mostra a montagem do rotor Kaplan. 
Fotografia 2 - Rotor Kaplan de pás móveis 
 
Fonte: HISA (2017) 
2.2.8 Turbinas Dériaz 
Seu nome deve-se ao engenheiro suíço que as inventou assemelham-se às turbinas Kaplan e às 
Francis rápidas, porém as pás do rotor são articuladas e podem trabalhar em quedas acima de 200 m. 
São designadas por turbinas diagonais, onde funcionam ora como turbina, ora como bomba 
(MACINTYRE, 1983). 
2.2.9 Turbinas Pelton 
Seu inventor Lester Allen Pelton (1829-1908), engenheiro norte-americano, nascido em Ohio, 
realizou inúmeros ensaios com vários tipos de pás, e em 1880 patenteou a turbina, vendendo seus 
direitos a uma empresa que foi fundada para fabricá-la. Seu funcionamento depende do distribuidor 
que guia a água formando um jato cilíndrico sobre a pá do rotor, o que é conseguido por meio de uma 
agulha, podendo ser de dois, quatro e seis jatos (MACINTYRE, 1983). 
Macintyre (1983, p.43) enfatiza que se deve ter auxílio de um defletor de jato: 
A turbina Pelton possui também um “defletor de jato”, que intercepta o jato, desviando-o das 
pás, quando ocorre uma diminuição violenta na potência demandadapela rede de energia. 
Nessa hipótese, uma atuação rápida da agulha reduzindo a descarga poderia vir a provocar uma 
sobre pressão no bocal, nas válvulas e ao longo do encanamento. O defletor volta à posição 
primitiva liberando a passagem do jato, logo que a agulha assume a posição que convém, para 
a descarga correspondente à potência absorvida. 
À proporção que ocorre a atuação do defletor, atua-se o sistema hidráulico de frenagem para 
evitar a sobre velocidade, ou seja, que a máquina motriz entre em disparo. 
32 
 
A Fotografia 3 ilustra a instalação de uma turbina Pelton dupla com dois jatos em cada rotor. 
Fotografia 3 - Turbinas Pelton de dois jatos fabricadas pela HISA 
 
Fonte: HISA (2017) 
2.2.10 Turbinas Tubulares 
O rotor pode ser de pás fixas ou orientáveis, é colocado em um tubo por onde a água se escoa, 
e o eixo, horizontal ou inclinado, aciona um gerador externo ao tubo, ou seja, sua construção denomina-
se turbina Montante ou Jusante (MACINTYRE, 1983). 
2.2.11 Turbinas de Bulbo 
São consideradas como uma evolução das turbinas tubulares e existe uma espécie de bulbo, 
colocado no interior do tubo adutor da água, por ser uma câmara blindada pode manter o gerador em 
seu interior. Dispensa a caixa em caracol e o trecho vertical do tubo de sucção, tendo um menor espaço 
ocupado em planta e para um mesmo diâmetro do rotor, a turbina Bulbo absorve uma descarga maior 
que as Kaplan, resultando daí a maior potência a plena carga (MACINTYRE, 1983). 
Através da Fotografia 4 pode-se verificar a existência do bulbo com seu gerador interno. 
Fotografia 4 - Turbina Bulbo 
 
Fonte: HISA (2017) 
33 
 
2.2.12 Turbina Straflo 
A empresa Escher Wyss desenvolveu uma turbina de escoamento “retilíneo” de volume 
reduzido e que conduz a considerável economia no custo das obras civis em torno de 10 a 30% a menos, 
são adequadas para usinas de baixa queda de até 40 m, e diâmetro do rotor de até 10 m. O indutor do 
alternador é colocado na periferia do rotor da turbina formando um anel articulado nas pontas das pás 
da hélice, podem ser móveis como as turbinas Kaplan (MACINTYRE, 1983). 
2.3 EMPREGO DOS DIVERSOS TIPOS DE TURBINAS 
“[...] para valores dados de queda e da potência, os custos da turbina e da instalação como um 
todo diminuem quando a velocidade específica aumenta[...]” (MACINTYRE, 1983, p.120). 
Macintyre (1983) defende que ao se escolher um tipo turbina, deve-se conhecer a descarga Q, 
a queda H e o número de rotações por minuto n, e como escolha arbitraria o valor do rendimento ղ, 
calculando pela Equação 01 o valor da potência N, e pela Equação 02 da velocidade específica 𝑛𝑠. 
𝑁[𝑐𝑣] =
1000 ∙ 𝜂 ∙ 𝑄 [
𝑚3
𝑠 ] ∙ 𝐻[𝑚]
75
 
(01) 
 
𝑛𝑠[𝑟𝑝𝑚] =
𝑛[𝑟𝑝𝑚] ∙ √𝑁[𝑐𝑣]
𝐻[𝑚] ∙ √𝐻
4
[𝑚]
 (02) 
 
Ou ainda pela Equação 03 do número de rotações-padrão ou número característico de rpm, que 
dispensa a hipótese prévia quanto ao valor do rendimento. 
𝑛𝑝 =
𝑛 ∙ √𝑄
√𝐻34
 (03) 
Macintyre (1983) adota como rendimento ղ=89 % para determinar o shape number, ou rotação 
específica, utilizando as Equações 04 e 05. 
𝑛𝑝 = 𝑛𝑠 ∙ √
0,075
𝜂
 (04) 
 
𝑛𝑞[𝑟𝑝𝑚] =
𝑛𝑠
3,38
 (05) 
O conhecimento das condições das turbinas permitirá diminuir as dúvidas quanto à escolha, 
assim, para a turbina Pelton 𝑛𝑠do eixo do gerador. 
O Desenho 4 elucida a planta com os sistemas de pás moveis acionada pela unidade hidráulica 
de regulação: 
 
 
 
 
 
 
 
 
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38 
2.5 SISTEMAS HIDRÁULICOS 
Palmieri (1991, p.9) salienta que a força fluída tem sua origem a milhares de anos antes 
de Cristo. Porém o uso de fluídos sob pressão como meio de transmissão de potência, já é mais 
recente, sendo que o seu desenvolvimento ocorreu após a primeira guerra mundial. 
Os dados fundamentais para o dimensionamento do equipamento hidráulico do 
regulador de velocidade são: (i) Diâmetro do êmbolo; (ii) Diâmetro da haste dos servos motores; 
(iii) Curso dos mesmos; e (iv) Tempo de fechamento do distribuidor e dos equipamentos 
periféricos. 
Estas informações citadas são de responsabilidade do fabricante de turbinas hidráulicas, 
pois são calculadas em função dos valores unitários de vazão (m³) e queda (m), assim, neste 
estudo o foco será o projeto de produto que tenha os requisitos para suprir as necessidades de 
acionamento de uma turbina Francis até 3 MW de potência. 
Em turbinas Francis é comum termos três atuadores: (i) Atuador do distribuidor; (ii) 
Atuador da válvula borboleta; e (iii) By-pass da Válvula Borboleta. 
Os tempos de fechamento do Distribuidor e da Válvula borboleta são determinados para 
que o golpe de aríete não ultrapasse a pressão de projeto, ou seja, os componentes da turbina 
são dimensionados para suportar uma certa porcentagem de força ou pressão acima do normal, 
gerada quando o sistema distribuidor atua em sentido contrário ao fluxo de fluido para deter ou 
reduzir a vazão, a este excesso de força denomina-se golpe de aríete. 
A lista de símbolo e gráficos utilizadas para elaboração do esquema hidráulico é 
conforme a norma ISO 1219 – 1, ISO 1219 – 2 e NBR 10138. 
2.5.1 Hidráulica 
O estudo da Hidráulica se tratar de uma ciência específica, com diversas variáveis 
complexas de serem analisar para atingir os resultados desejados. Embora este capitulo busque 
trazer diversos conceitos, serão necessárias muitas considerações práticas de funcionamento 
para a unidade hidráulica. 
2.5.1.1 Lei de Pascal 
Blaise Pascal enunciou o Princípio Fundamental da Hidráulica “Toda pressão aplicada 
sobre um fluido confinado a um recipiente fechado, age igualmente em todas as direções dentro 
da massa fluida e perpendicularmente às paredes do recipiente”. O Desenho 5 elucida este 
princípio que se aplicarmos uma pressão no ponto “A”, teremos a mesma pressão no ponto “B”. 
39 
40 
 
Desenho 5 - Elucidação da Lei de Pascal 
 
Fonte: Palmieri (1991, p.13) 
2.5.1.2 Princípio da conservação da energia 
Lavoisier enunciou em seu princípio que “Na natureza nada se cria e nada se perde, tudo 
se transforma”. Desta forma através da energia cinética e potencial armazenada em uma usina 
hidrelétrica pode-se transformar em energia mecânica para a energia elétrica. 
O Desenho 6 elucida a transformação da energia mecânica transformada em hidráulica 
e, vice-versa. 
Desenho 6 - Princípio da conservação da energia 
 
Fonte: Palmieri (1991, p.14). 
Palmieri (1991, p.14) exemplifica: 
[...] podemos observar que o peso de 2000 kg é movimentado em uma distância de 1 
centímetro por um outro peso de 1000 kg que se desloca 2 centímetros, em virtude de 
que a área do pistão “A” é duas vezes menor do que a do “B”. Vimos que com um 
pequeno esforço e grande deslocamento, conseguimos um grande esforço com 
pequeno deslocamento, representando trabalhos iguais (força x Deslocamento). 
 
41 
 
Palmieri (1991, p.14) argumenta que “[...] é comum vermos em sistemas hidráulicos a 
energia elétrica transformada em mecânica (motor elétrico acionando a bomba) e esta última 
transformada em hidráulica (energia mecânica transferida ao óleo através da bomba)”. 
2.5.1.3 Força e Pressão 
A razão de uma força “F” sobre uma superfície “A” será a definição de pressão “P”, 
conforme a Equação 06. 
𝑃 =
𝐹
𝐴
 (06) 
Em um sistema hidráulico a bomba somente envia uma vazão de óleo, e a partir da 
resistência produzida a esse fluxo geração a pressão. A unidade de medida para a pressão, 
segundo o sistema internacional de medidas (SI) deve-se utilizar bar. 
2.5.1.4 Escoamento do fluido em tubulações 
Palmieri (1991, p.18) sustenta que os fluidos tendem a seguir o “caminho mais fácil”, 
em que: “O tipo de escoamento depende de vários fatores, entre eles, a rugosidade interna e o 
diâmetro do tubo onde ocorre o escoamento, a velocidade e viscosidade do fluido, etc.”. 
Através do número de Reynolds obtido utilizando a razão do produto da velocidade do 
fluido com o diâmetro do duto pela viscosidade cinemática, conforme a Equação 07. 
𝑅 =
𝑉 ∙ 𝐷
𝑣
 (07) 
Onde: 
R = Número de Reynolds; 
V = Velocidade do fluido (m/s); 
v = Viscosidade cinemática, em (mPa.s); 
D = Diâmetro interno da tubulação, em metros. 
Após definido o número de Reynolds e utilizando o Quadro 2 como auxilio pode-se 
saber em qual regime de escoamento encontra-se o fluido. 
Quadro 2 - Classificação do tipo de escoamento 
Número de Reynolds Tipo de escoamento 
0 a 2000 Escoamento laminar 
2000 a 3000 Escoamento indeterminado 
Acima de 3000 Escoamento turbulento 
Fonte: Adaptado de Palmieri (1991, p.18). 
42 
 
O regime de escoamento laminar é o ideal para circuitos hidráulicos, pois garante 
menores perdas de pressões e sempre de possível evitar o emprego de restrições para evitar o 
regime turbulento, para isto, pode-se seguir a regra do dobramento de dutos em curva tenha o 
raio de 2.1/2 a 3 vezes o diâmetro externo do tubo conforme Desenho 7, evitando que o 
dobramento tenha uma área enrugada e com diminuição da área da secção. 
Desenho 7 - Regra de dobramento de dutos 
 
Fonte: Palmieri (1991, p.25). 
2.5.1.5 Vazão em tubulações 
Palmieri (1991, p.19) informa de três formas distintas a vazão de um fluido, conforme 
as Equações 08, 09 e 10. 
𝑄 =
𝑉
𝑡
 (08) 
𝑄 = V ∙ 𝐴 (09) 
𝑄 =
𝑠
𝑡
∙ 𝐴 (10) 
Onde: 
Q = Vazão em (m³/s); 
t = Tempo em segundos; 
V = Velocidade é expressa em (m/s); 
A = Área em (m²); 
V = Volume (m³); 
s = Curso em metros (m). 
 
43 
 
2.5.1.6 Perda de carga na linha de pressão de um sistema hidráulico 
A perda de carga na linha de pressão de um sistema hidráulico ocorre durante o 
escoamento do fluido pode ocorrer uma perda de pressão segundo (PALMIERI, 1991 p.20), 
podendo ser calculada conforme a Equação 11. 
∆𝑃 = 𝜑 ∙
𝐿
𝐷
∙
v² ∙ 𝜌
9266
∙
1
215915
 (11) 
Onde: 
∆𝑃 =Perda de Carga (bar); 
𝜑 = Fator de Fricção; 
L =Ll+Ls = comprimento total da tubulação em centímetros (cm); 
Ll = Comprimento da tubulação retilínea em centímetros (cm); 
Ls = Comprimento equivalente das singularidades em centímetros (cm); 
D = Diâmetro interno da tubulação (cm); 
V = Velocidade de escoamento do fluido em centímetro/segundo (cm/seg); 
𝜌 = Densidade do fluido em quilos por metro cúbico (kg/m³). 
 
Através do cálculo de perda de carga no sistema hidráulico é possível sabermos se a 
pressão que fornecemos ao sistema é suficiente para aquilo que o sistema se propõe a fazer, 
para isto, devemos determinar os parâmetros necessários como: 
a. Determinação do fator de fricção (f) 
Palmieri (1991, p.20) informa que: “Esse fator de fricção “f” é devido a temperatura do 
fluido e rugosidade interna do duto, isto é, quanto mais rugoso for internamente o duto, maior 
dificuldade terá o óleo para escoar”. Conforme equação 12. 
𝑓 =
𝑋
𝑅
 (12) 
Onde: 
X = Rugosidade da tubulação; 
R = Número de Reynolds; 
f = Coeficiente de atrito. 
 
b. Determinação de Ls, Ll e L 
Em componentes como: cotovelos, curvas, registros são denominados de singularidade 
que causam perda de carga localizada e aquecimento do fluido. À soma de todos os 
comprimentos equivalentes damos o nomede “Ls” conforme Quadro 3, que será acrescentada 
44 
 
ao comprimento da tubulação retilínea “Ll”, fornecendo assim o comprimento total da 
tubulação “L” Palmieri (1991, p.19). 
Quadro 3 - Comprimentos equivalentes a perda localizadas 
 
Fonte: Palmieri (1991, p.22) 
c. Determinação do diâmetro interno (d) 
O diâmetro da tubulação é determinado à partir do cálculo da área da seção do duto “A” 
obtido através da vazão e velocidade do fluxo do fluido (PALMIERI, 1991, p.23), conforme a 
Equação 09 e 13. 
𝐷 = 1,128 ∙ √𝐴 (13) 
d. Determinação da Velocidade (V) 
Palmieri (1991, p.20) cita que se deve seguir as velocidades recomendadas para o 
escoamento do fluido, conforme o Quadro 4. 
 
Quadro 4 - Velocidades de escoamento para óleo hidráulico 
Tipo Vmin (cm/s) Vmax (cm/s) 
Sucção e preenchimento 60,96 121,92 
Retorno 304,80 457,20 
Pressão abaixo de 210 bar 762,20 914,40 
Pressão acima de 210 bar 457,20 509,60 
Fonte: Adaptado de Palmieri (1997). 
45 
 
Essas recomendações são para que não ocorra uma grande perda de carga no sistema, o 
escoamento deverá ser laminar e o número de Reynolds deverá estar abaixo de 2000. 
2.5.2 Fluidos Hidráulicos 
Para que o fluido Hidráulico tenha um bom rendimento e pouca manutenção no sistema 
hidráulico deve-se escolher corretamente o fluído hidráulico a ser utilizado (PALMIERI, 1991, 
p.49). Satisfazendo as principais finalidades básicas: 
 Transmitir com eficiência a potência que lhe é fornecida; 
 Lubrificar os componentes internos do sistema; 
 Transferência de calor; 
 Vedação de folgas entre partes móveis. 
 
A compressibilidade varia de 0,5 a 2% a cada 70 bar de acordo com o tipo de fluido 
utilizado e temperatura de trabalho. 
Todos os fluidos hidráulicos contêm uma quantidade de contaminantes, onde mais de 
75% das falhas em sistemas hidráulicos e de lubrificação são devidos ao excesso de 
contaminação. Assim, o excesso de contaminação causa: (i) Perda de produção; (ii) Custo de 
reposição de componentes; (iii) Trocas constantes de fluido; (iv) Custo no descarte do fluido; e 
(v) Aumento geral dos custos de manutenção. 
a. Determinação de Gama (𝛾) 
A variável Gama 𝛾 é a massa específica do fluido em quilograma/metro cúbico (kg/m³) 
Palmieri (1991, p.23). Pelo Quadro 5 pode-se consultar a massa específica do óleo em (kg/m³) 
conforme variação da temperatura segundo a ASTM D-341 Charts. 
 
46 
 
Quadro 5 - Mobil hidráulico AW 68 
 
Fonte: Adaptado de ASTM D-341 Charts. 
 
b. Viscosidade 
Palmieri (1991, p.50) ressalta que: “A viscosidade de um fluido é a medida da resistência 
que ele oferece ao escoamento, assim como a sua capacidade de evitar o contato “metal com 
metal” e efetuar uma boa lubrificação”. 
Conforme o Diagrama 1 apresentado podemos consultar a variação da viscosidade pela 
temperatura. 
47 
 
 
Diagrama 1 - Diagrama de variação da viscosidade com a temperatura para diversos tipos de óleo SAE. 
 
Fonte: Zaions (2014) 
2.5.3 Reservatório e Acessórios 
A função do reservatório da unidade hidráulica é contribuir para a troca de calor gerado 
principalmente pela bomba de deslocamento constante. Uma das soluções seria a utilização de 
bombas de vazão variável, pois seu princípio de funcionamento tende a diminuir o atrito quando 
a pressão está equalizada no sistema (Pedrosa, 2006, p. 59). 
a. Geração de calor 
A geração de calor em um sistema hidráulico pode ser devida a vários fatores: (i) Perdas 
mecânicas na bomba ou motor hidráulico; (ii) Restrições na linha devido a curvas mal 
elaboradas ou introdução de válvulas reguladoras de pressão e vazão; (iii) válvulas mal 
dimensionadas que possibilitem uma vazão máxima menor do que aquela exigida pelo sistema; 
48 
 
(iv) Manifolds com excesso de válvulas; e (v) Fricção com excesso de válvulas (PALMIERI, 
1991, p.19). 
De acordo com a complexidade do circuito hidráulico 50% desse calor pode ser 
dissipado apenas através das perdas dos cilindros e da tubulação, e os outros 50% pelo 
reservatório. Onde em contato com as paredes do tanque, o calor do fluido é trocado através da 
condução e radiação. 
Como recomendação de nunca se colocar o duto de retorno próximo do duto de sucção, 
possibilitando a efetuação da troca de calor ao percorrer a chicana vertical como um artifício 
aprovado como norma pela NFPA. 
b. Precipitação de impureza 
A precipitação de impureza ocorre quando o fluido retorna para o reservatório, sua 
velocidade pode decrescer de 304,80 cm/s (3,048 m/s) até um valor bem abaixo, possibilitando 
a decantação (PALMIERI, 1991, p.63). 
c. Circulação interna de ar 
Para que ocorra a circulação de ar internamente em todo o reservatório deve conter um 
respiro na base superior, pois quando succionamos fluido para o sistema o nível decresce e 
aquele espaço antes ocupado pelo fluido, deve ser ocupado por ar atmosférico, assim, não 
teremos a formação de uma pressão negativa no reservatório (PALMIERI, 1991, p.63). 
d. Construção do reservatório 
Para a construção do reservatório se deve seguir as orientações da norma NFPA devem 
ser seguidas: (i) A capacidade do reservatório deve comportar um volume que supra o sistema 
durante 3 minutos sem que houvesse retorno do fluido; (ii) A base do reservatório deve ter o 
fundo suportado por quatro pés de no mínimo 150 mm de altura, para facilitar a sua remoção, 
drenagem, troca de calor com o ambiente, e possibilitando a fixação do tanque ao solo; (iii) No 
interior do reservatório deve existir uma chicana vertical para assegurar a circulação do óleo, e 
se necessário, uma outra chicana horizontal para se evitar a formação de vórtice; (iv) Nas 
laterais menores devem existir duas tampas de inspeção para auxiliar no momento da limpeza; 
(v) O fundo do reservatório deve possibilitar a drenagem de todo o fluido; (vi) A parte superior 
deve ser bem rígida para suportar a montagem dos componentes do sistema; (vii) Todos os 
dutos devem ter início e fim no reservatório, o duto de sucção deve terminar a uma altura 
mínima de 50 mm do fundo do tanque e os dutos de retorno e dreno deverão estar mergulhados 
no mínimo 75 mm abaixo do nível do fluido; e (viii) O reservatório deve ser pintado interna e 
externamente para se evitar a oxidação (PALMIERI, 1991, p.63). 
 
49 
 
e. Bocal de enchimento 
Além da função de enchimento do reservatório, pode-se utilizar um filtro acompanhado 
desse bocal de enchimento para evitar que qualquer objeto sólido entre no sistema (Palmieri, 
1991, p.65). O Desenho 8 ilustra o componente. 
Desenho 8 - Tipos de bocais de enchimento 
 
Fonte: Palmieri (1991, p.65) 
f. Respiro 
A principal função do respiro é impedir a precipitação de impurezas sobre a tomada de 
ar. A norma NFPA, informa que o filtro do respiro deve ter malha de no mínimo 40𝜇 (0,04 mm) 
e que o elemento filtrante deve estar protegido contra danos físicos (PALMIERI, 1991, p.66). 
g. Indicador de nível 
A instalação é rápida e fácil sendo que as principais características são: (i) Vedação em 
borracha nitrílica; (ii) Temperatura máxima de 80 °C; (iii) torque de fixação recomendado de 
1,2 kgf.m; e (iv) Versões com ou sem termômetro. Conforme a Fotografia 5 ilustra os tipos de 
visores de nível. 
Fotografia 5 - Tipos de Visores de nível 
 
Fonte: Rexroth 
 
 
 
50 
 
h. Magnetos 
Magnetos são imãs utilizados para a captação de limalhas contidas no fluido, 
proveniente do desgaste do equipamento hidráulico ou de outros tipos de impurezas do sistema 
(PALMIERI, 1991, p.67). 
i. Dimensionamento do Reservatório 
Uma regra prática de dimensionamento de reservatório é fazer-se com que o seu volume 
seja igual ou maior a três vezes a vazão das bombas que alimentam o sistema (PALMIERI, 
1991, p.59). Conforme a Equação 14. 
𝐶𝑅 ≥ 3 ∙ 𝑄𝐵 (14) 
Onde: 
𝐶𝑅 = Volume do reservatório; 
QB = Vazão máxima de trabalho. 
 
Porém utilizando o método de cálculo da fabricante Bosch Rexroth teremos conforme a 
Equação