Engenharia de projeto de reservatórios hidráulicos

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Dimensionamento do volume do reservatório e tempo de permanência

O volume do reservatório é expresso como múltiplo da vazão de saída da bomba por minuto. O tempo de permanência (o tempo disponível para o fluido liberar o ar arrastado, permitir a sedimentação de partículas e dissipar o calor antes de voltar à bomba) é calculado como: t_d = V_res / Q_pump, em que V_res é o volume do reservatório em litros e Q_pump é a vazão da bomba em litros por minuto, dando t_d em minutos. A ISO 4413 não especifica uma razão volume/vazão fixa, mas a prática de engenharia derivada dos requisitos térmicos e de separação de ar estabelece tempo de permanência mínimo de 3 minutos em sistemas com trocadores de calor e de 5 minutos em sistemas sem resfriamento dedicado. Um tempo de permanência de 3 minutos permite que o ar livre suba a 0.1–0.2 m/min até a superfície do fluido e se dissipe antes de o fluido voltar à entrada da bomba. Sistemas com alta carga térmica exigem volume adicional ou capacidade de trocador de calor dedicada; o reservatório não deve ser o principal mecanismo de resfriamento em regime permanente.

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Submersão da linha de retorno e projeto do difusor

A ISO 4413:2011 exige que a saída da linha de retorno fique submersa abaixo do nível mínimo de fluido para evitar que o óleo caia em cascata sobre a superfície do fluido, o que arrasta ar. A profundidade mínima de submersão é de 75 mm abaixo do nível mínimo de fluido de operação; em sistemas de alta vazão prefere-se submersão maior (150–200 mm). A saída da linha de retorno deve ficar inclinada a 45° em direção à parede do reservatório, com a descarga direcionada para longe da conexão de sucção da bomba. Essa orientação cria um padrão de escoamento que favorece a sedimentação de partículas para o fundo do reservatório em vez da recirculação para a entrada da bomba. Difusores de retorno (placas difusoras perfuradas ou ranhuradas) reduzem a velocidade do fluido de retorno abaixo de 0.5 m/s na zona do reservatório, favorecendo ainda mais a separação do ar e a sedimentação de partículas. Jatos de retorno de alta velocidade criam turbulência que ressuspende a contaminação sedimentada e impede uma separação eficaz do ar.

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Projeto da placa da chicana

Uma placa de chicana separa o reservatório em zona de retorno e zona de sucção, impedindo o escoamento direto em curto-circuito da linha de retorno para a sucção da bomba. A ISO 4413:2011 exige no mínimo uma placa de chicana; sua altura deve ir do fundo do reservatório até pelo menos 75% do nível mínimo de fluido de operação, para forçar o fluido a passar por baixo da chicana e pela zona de sedimentação antes de chegar à conexão de sucção. As chicanas devem ser soldadas ao fundo e às paredes laterais do reservatório sem folgas. A conexão de sucção fica do lado oposto da chicana em relação à conexão de retorno, a uma altura de 50–75 mm acima do fundo do reservatório: acima da camada de contaminação sedimentada, mas abaixo da superfície do fluido. Em termos de gestão térmica, a chicana também separa o fluido de retorno quente da zona de sucção relativamente mais fria, reduzindo a temperatura do fluido que chega à bomba. Os drenos do reservatório ficam no ponto mais baixo de cada zona para permitir drenagem completa nas trocas de fluido.

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Filtração e dimensionamento do respiro

O respiro do reservatório compensa as variações de nível do fluido quando os cilindros hidráulicos avançam e recolhem, admitindo e expelindo ar através de um elemento filtrante. A ISO 4413:2011 exige que o elemento do respiro forneça filtração equivalente ou melhor que a do filtro de retorno do sistema. Em sistemas com meta ISO 4406 17/15/12 ou mais limpa, o elemento do respiro deve ser classificado a ≤3 µm absoluto (β₃₍c₎ ≥ 200). A capacidade de vazão de ar do respiro deve cobrir a taxa máxima de variação do nível do fluido: para um cilindro de 100 mm de diâmetro avançando a 100 mm/s, o volume de fluido deslocado é de aproximadamente 0.785 L/s, então o respiro deve deixar passar 0.785 L/s de ar. Os respiros normalmente são dimensionados a 1.5–2× a vazão de ar máxima calculada para dar margem para a carga do elemento e para o aumento da densidade do ar em clima frio. Elementos de respiro spin-on são trocados no mesmo intervalo do filtro de retorno do sistema; monitorar a pressão diferencial no respiro não é prática padrão, então a troca por intervalo é a principal ação de manutenção.

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Filtro de sucção e filtração de abastecimento

Um filtro de sucção tipo tela na entrada da bomba fornece filtração grossa para proteger a bomba de partículas grandes que possam entrar no reservatório apesar da filtração de retorno. A tela do filtro de sucção normalmente é de 74–149 µm (aproximadamente malha 100–200 US), mais grossa que a filtração principal do sistema, para minimizar a restrição na entrada da bomba e evitar cavitação. O filtro deve ser dimensionado de modo que, mesmo parcialmente carregado de contaminação, a restrição de entrada não exceda o vácuo de sucção admissível especificado pelo fabricante da bomba (normalmente −0.3 bar absoluto no máximo na rotação nominal). O fluido hidráulico novo adicionado ao reservatório deve ser filtrado a ≤3 µm absoluto durante a transferência para não introduzir contaminação acima do código de limpeza alvo do sistema: a Seção 5.2.3 da ISO 4413:2011 trata expressamente da limpeza do fluido no comissionamento e na reposição. As portas de abastecimento devem ter filtração integrada ou uma unidade de filtro de transferência separada de ≤3 µm absoluto.

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Gestão térmica, espaço superior e indicação de nível

O óleo hidráulico mineral deve operar abaixo de 80°C para limitar a taxa de degradação oxidativa; a ISO 4413 recomenda monitorar e controlar a temperatura do fluido dentro da faixa especificada pelo OEM. O reservatório deve ter termômetro ou sensor de temperatura com saída de alarme. Deve-se manter um volume de espaço superior de pelo menos 10% do volume total do reservatório acima do nível máximo de fluido de operação para absorver a dilatação térmica (dilatação volumétrica do óleo mineral de aproximadamente 7 × 10⁻⁴ por °C) e deixar uma área de superfície para a liberação do ar. A ISO 4413 exige um visor com marcas de nível mínimo e máximo; as marcas devem ser visíveis da posição normal de acesso de serviço sem remover tampas. Bujões de dreno magnéticos no ponto mais baixo do reservatório coletam as partículas de desgaste ferrosas em suspensão no fluido, fornecendo um indicador qualitativo de desgaste a cada troca de fluido que complementa o programa quantitativo de OCM.

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