01 Aula_1_oleo

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Fluidos Hidráulicos 
Profº Gustavo Dias 
falecomgustavodias@hotmail.com 
Corredor Q – Sala 04 
Universidade Federal do Rio Grande 
Engenharias Mecânica e Mecânica Empresarial 
Disciplina de Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos 
Contextualização 
Funções do Fluido Hidráulico 
1) Transmissão de Energia 
2) Lubrificação Interna 
3) Vedação das Folgas 
4) Transferência de Calor 
Objetivos da Aula 
 Propriedades Físicas dos Fluidos Hidráulicos 
 
 Características Químicas e Gerais 
 
 Tipos de Fluidos Hidráulicos 
 
 Designação dos Fluidos Hidráulicos 
“ Interpretar os parâmetros que rodeiam os fluidos utilizados a 
transmitir energia e conseguir analisar as consequências destes no 
funcionamento do sistema hidráulico ”. 
Fluidos Hidráulicos 
Físicas 
Massa 
Específica 
Peso 
Específico 
Densidade 
Viscosidade 
Químicas 
e Gerais 
Capacidade 
Lubrificante, 
compatibilidade e 
manuseabilidade. 
Estabilidade Térmica , 
oxidação e hidro lítica 
Ponto fluidez, fulgor, 
combustão e ignição. 
Térmicas 
Calor 
Específico 
Condutivida
de térmica 
Tipos e 
Especificações 
Derivados 
de Petróleo 
Especiais 
Classificação e 
especificação 
Massa Específica 
- Quantidade de matéria em um volume unitário. 
- É função das equações de estado. 
- Dependem do fluido e de sua homogeneidade. 
- Em óleo hidráulica o ideal é que seja constante. 
- Para variações rápidas e elevadas de pressão considera-
se o efeito de compressibilidade. 
𝜌 =
𝑚
𝑉
𝑘𝑔
𝑚³
 
 
- Água (patm e 4°c) 1000kg/m³. 
- Água (patm e 15°c) 991,1266kg/m³. 
- Fluidos Hidráulicos 850 a 930 kg/m³. 
Peso Específico 
𝛾 =
𝑚. 𝑔
𝑉
= 𝜌. 𝑔
𝑁
𝑚³
 
 
- Fluidos Hidráulicos 8,3 a 9,1 kN/m³. 
- Força gravitacional por volume unitário. 
Densidade 
𝑑 =
𝜌𝑓𝑙𝑢í𝑑𝑜
𝜌á𝑔𝑢𝑎
 
 
- Ambos a 15°c. 
- Fluidos Hidráulicos 0,85 a 1,4. 
- Relação da massa específica do fluido e da água. 
- Para fluídos derivados do petróleo 0,85. 
- Para fluídos sintéticos 1,4. 
- Usualmente possui designação 𝑑15 15𝑐 
Viscosidade 
- Resistência do fluido ao escoamento. 
- Têm forte relação inversa com a temperatura (líquidos). 
- Moderada relação direta com a pressão. 
Recomendações Adotadas de Viscosidade 
Designação DIN e ISO ASTM 
Viscosímetro Ubbelohde Saybolt 
Viscosidade Cinemática Cinemática 
Unidade Centistoke (cSt) Segundos SU (SSU) 
Relação(*) 
𝑐𝑆𝑇 = 0,216. 𝑆𝑆𝑈 −
166
𝑆𝑆𝑈
 
(*) Para SUS entre 60 a 800s. 
(**) Tabela completa em: 
http://www.engineeringtoolbox.com/viscosity-converter-d413.html 
 
Viscosímetro de Saybolt 
V= 60ml 
Ø=1,76mm 
L=12,25mm 
Índice de Viscosidade – IV - 
 “Relaciona a viscosidade com a temperatura do fluído”. 
𝝑𝒎𝒂𝒙 
𝝑𝒎𝒊𝒏 
4000 
• Gráfico y: log10 log10(𝜗 + 0,7) e x:log10 𝑇 
• Nem todos fluidos são linearizáveis tornando complexa a obtenção de IV. 
Classificação ISO de IV 
 “São indicados pelo ponto médio de uma faixa de ±10% ”. 
• Viscosidades a 40°c para temperaturas diferentes usar ASTM D-341 para interpolação. 
Viscosidade Causa e Consequência 
Viscosidade Causa Consequência 
Excessiva à 
𝑇𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎çã𝑜 
• Maior perda de carga; 
• Dificuldade no acionamento dos 
mecanismos; 
• Inadequada película lubrificante. 
• Aquecimento excessivo; 
• Desgaste; 
• Cavitação. 
 
Reduzida à 
𝑇𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎çã𝑜 
• Menor poder lubrificante; 
• Maior vazamento interno. 
 
• Maior desgaste; 
• Menor rendimento volumétrico; 
• Excessivo aquecimento (Geração de Calor). 
Óleos recomendados Parker: 
Óleo hidráulico ISO VG 32, 46 e 68 
Obs: para circuitos com motores hidráulicos, que operem em regime contínuo, 
recomenda-se viscosidade mínima de 25 CST (170 SUS) à temperatura de operação. 
Compressibilidade 
• Relaciona um ΔV e ΔP: 
Módulo de Compressibilidade 
Módulo de Compressibilidade (B) 
• É o parâmetro que avalia a resposta de velocidade a um sinal 
de entrada; 
• Variações rápidas e elevadas de pressão o fluido se comporta 
como uma mola. 
Óleo Kg/m³ B 
P(atm) P(400bar) 
Mineral 
 
850 1,48.10^4 1,8.10^4 
930 1,78.10^4 2,1.10^4 
(*) A ISO 6073 especifica os procedimentos para predição do B. 
Conclusão 
• Quanto ↑B↓ΔV para uma dada ΔP. 
“Quanto maior o B mais incompressível é o fluido”. 
Módulo de Compressibilidade 
Efetivo (Be) 
• Analisa a ΔV do fluido e demais componentes. 
∆𝑉𝑡= ΔVc - Δ𝑉𝑙 − ∆𝑉𝑔 
2) Devido a um Δp tem-se: 
1) Condição inicial do sistema: 
𝑉𝑡= 𝑉𝑙 + 𝑉𝑔 = 𝑉𝑐 
Módulo de Compressibilidade Efetivo 
(Be) 
• 𝐵𝑒 =
1
1
𝐵𝑐
+
1
𝐵𝑙
+
𝑉𝑔
𝑉𝑡
.
1
𝐵𝑔
 
Módulo Compressibilidade 
do gás. (Isotérmico = p). 
Volume do gás. 
Volume total. 
Módulo de Compressibilidade do fluído. 
Módulo de Compressibilidade do componente. 
𝐵𝑐 =
𝐸. 𝑒. 𝐷𝑒 + 𝐷𝑖
1 + 𝜗 . 𝐷𝑒2 + 1 − 𝜗 . 𝐷𝑖2
 
Módulo de Elasticidade do material (195,3.10^9Pa). 
Diâmetro Interno. 
Diâmetro Externo. 
Coeficiente de Poison (0,25 a 0,3). 
Espessura. 
Expansão Térmica 
- Analisa a variação da massa específica devido a variação de 
temperatura. 
- Praticamente constantes para derivados de petróleo entre 
15°c e 100°c. Massa 
Específica 
Coeficiente de 
Expansão (α) 
930 kg/m³ 7,2.10-⁴/°c 
850 kg/m³ 8,1.10.10-⁴/°c 
- Na prática usa-se 7,5.10-⁴/°c. 
- Para cada 10°c de elevação de temperatura tem-se 0,75% de 
incremento de volume. 
 
Conclusão 
“ A avaliação torna-se importante em fluidos confinados pois a 
elevação de temperatura pode ocasionar um aumento perigoso 
de pressão”. 
𝜌 = 𝜌0 1 − 7,5. 10
−4 𝑇 − 15°𝐶 
Capacidade de Dissolução 
• O ar misturado ao fluido é comum nos SH; 
• O ar livre (bolhas) afeta a compressibilidade; 
• O fluido possui a capacidade de manter ar em solução; 
• Até 300bar a dissolução é diretamente proporcional a “p”; 
• O volume de gás dissolvido a “p” cte pode ser determinado: 
𝑉𝑑 = 𝑆.
𝑝
𝑝𝑎𝑡𝑚
. 𝑉𝑙 
- O “S” depende do tipo e características do fluido; 
- Óleo mineral 0,06 < S < 0,12. 
 
Pressão absoluta 
Volume de líquido Constante de Solubilidade 
Conclusão 
“ O ar dissolvido não afeta as propriedades do fluido no entanto sob 
baixas p podem liberar-se (aeração), formando bolhas que ao 
entrarem em regiões de alta p podem implodir (cavitação gasosa)”. 
Pressão de Vapor e Cavitação 
 Formação de cavidades pela mudança líquido/vapor/líquido; 
Patm água vaporiza 100°c. 
Pabs 1,013bar é a Pressão de Vapor. 
P 
Pabs 0,074bar (Nova pressão) 
A água vai vaporizar a 40°c. 
“ Conclusão: Poderá ocorrer em baixa T desde que p seja reduzida”. 
 
- Fluidos hidráulicos têm pv<<H2O em torno de 6. 10−7bar a 40°c; 
 
- Qdo p↑ o vapor se condensa e as partículas são aceleradas contra 
as paredes da tubulação ou rotor das bombas. 
 
- Gera-se ↑T , oxidação e formação de resíduo no fluido. 
Pressão de Vapor e Cavitação 
Causas Consequências Medidas Preventivas 
Elevada perda de carga na 
sucção. Seção insuficiente, 
excessiva altura, alta 
viscosidade, baixa 
temperatura, conexões ou 
filtros. 
Erosão das paredes de 
rotores, ruído, pulsos de 
pressão e redução da 
eficiência. 
Utilizar a pv para determinar 
a altura máxima de sucção. 
Adequar a faixa de 
temperatura de operação e 
viscosidade. Velocidade na 
sucção baixa. 
Restrições ao escoamento. 
Válvulas reguladoras, curvas, 
mudanças de direção e 
reduções bruscas de seção. 
Nível de ruído, instabilidade 
de operação, formação de 
espuma no reservatório, 
desgaste por erosão e 
alteração do escoamento 
Utilizar materiais resistentes 
a erosão. Direcionar a 
cavitaçãopara pontos não 
críticos. Reduções em série 
evitando alterações bruscas. 
Projeto adequado do 
reservatório permitindo que 
o gás seja liberado a atm. 
Propriedades de Térmicas 
Calor Específico 
“ Qtde de calor para elevar em 1°c uma 
massa unitária”. 
𝑐𝑝 =
𝜕ℎ
𝜕𝑇
𝑝 𝑐𝑣 =
𝜕𝑢
𝜕𝑇
𝑣 
- Com relações termodinâmicas, 
coeficientes de expansão térmica e 
módulos de compressibilidade e 
relacionando os calores específicos 
tem-se: 
𝑐𝑝 − 𝑐𝑣 =
𝑇. 𝛼2. 𝐵𝑙
𝜌
 
 
Conclusão 
“A diferença de calores específicos é 
muito reduzida logo pode-se adotar um 
calor específico geral para fluídos”. 
Condutividade 
“´Taxa de transferência de calor através 
de uma superfície”. 
𝑄 = −𝐾. 𝐴.
𝑑𝑇
𝑑𝑥
 
K: coeficiente de condutividade térmica . 
 
- Óleo mineral de 30 a 38 W/m°K 
Propriedades Químicas 
 
 Estabilidade Térmica: Manter-se inerte as reações e decomposição 
devido ao ↑T. 
 
 Estabilidade Oxidação: Resistir a reações com ar atmosférico e outros 
agentes. O produto destas é geralmente ácido. 
 
 Estabilidade Hidrolítica: Resistência a reação com a água. 
 
 Tendência a formação de espuma: ↑liberação de ar, adicionando 
aditivos antiespumantes. 
 
 Capacidade Lubrificante: ↓Desgaste e evitar folgas (fugas do fluido). 
Propriedades Químicas 
 Manuseabilidade: Refere-se a toxicidade, odor, cor e 
armazenamento do fluido. 
 
 Ponto de Fluidez: Temperatura mínima que o fluido escorre. 
 
 Ponto de Fulgor: Temperatura mínima na qual o vapor desprendido 
do fluido, no ar, inflama-se quando atribuído um chama teste. 
 
 Ponto de Combustão: T em que a chama transiente se mantém por 
5s. (Geral é 10 a 15°c ↑ do ponto de fulgor p/ derivados de petróleo). 
 
 Temperatura de Ignição: T na qual gotículas de fluido aquecido em 
presença do ar, entram em combustão quando colocadas sobre 
superfície aquecida.(variam muito devido as condições de testes). 
Tipos de Fluidos Hidráulicos 
•HH – HL - HM 
•HR – HV - HG 
Derivados 
de Petróleo 
(Minerais) 
•HFA - HFB 
•HFC - HFD 
Especiais 
(Aquosos e 
Sintéticos) 
Derivados de Petróleo 
- Mais utilizados baixo custo; 
- Óleo mineral puro de base 
parafínica ou naftênica. 
- Faixa limitada de 
viscosidades; 
- Aditivos são acrescentados 
para atender as aplicações. 
- Inflamáveis 
 
Classificação de Óleos Minerais 
– ISO 6743 – 
Classificação Características 
HH Refinado não inibido (sem aditivo). 
HL Aditivo de antiferrugem e antioxidação. 
HM Tipo HL com aditivo antidesgastante 
HR Tipo HL com ampliador do índice de viscosidade. 
HV Tipo HM com ampliador do índice de viscosidade. 
HG Tipo HM possuindo propriedades antiaderentes. 
(*) Os fluídos HG são usados em equipamentos que operam em baixas velocidades. 
Fluidos Especiais 
• Resistentes a combustão; 
• Há dois tipos a base d’água e os sintéticos; 
• Sintéticos são usados T extremas e ↑R$; 
• Aplicáveis em SH de ↑p e ambientes sensíveis a 
combustão; 
• Indústrias aeronáutica, mineração e siderurgia. 
Classificação de Óleos Especiais 
– ISO 6743 – 
Classific
ação 
Composição Características Aplicação 
HFA –E-
S 
Emulsões em água 
80% (E) ou Soluções 
Químicas Aquosas(S). 
Inibidores de corrosão, 
antidesgastante. 
Mineração, escavação 
e automóveis. 
HFB Emulsões em água 
60% e óleo mineral. 
Anticorrosão, 
viscosidade↑. Separa 
água óleo qdo parado. É 
necessário agitar. 
Mudanças bruscas de 
temperatura. 
HFC Aquosa de polímeros 
35 a 60%(poliglicóis). 
Inibidores de corrosão, 
antidesgastante. Baixa 
lubrificação. ↑IV. 
Mineração profunda. 
↑Temperatura. 
HFD Sintético sem água. 
Éster fosfato, hidro 
carboneto florado 
Propriedade próximas 
ao óleo mineral. ↑R$. 
Incompatível 
elastrômeros. 
Indústrias 
petroquímicas. 
Valores 
Típicos dos 
Fluídos 
Hidráulicos 
Obrigado! 
Prof°. Gustavo Dias 
falecomgustavodias@hotmail.com 
Corredor Q Sala 04