Em sistemas hidráulicos, a escolha correta do diâmetro interno de mangueiras e tubos é essencial para manter a eficiência e prevenir falhas. Entenda os impactos de um dimensionamento inadequado, os erros mais comuns cometidos durante projetos e manutenções, e como ferramentas simples, como o nomograma, podem ajudar a calcular dimensões ideais.
Atualmente, com espaços de instalação cada vez mais reduzidos e exigências de maior desempenho dos sistemas, os engenheiros de projeto enfrentam o desafio de acomodar todos os componentes necessários no espaço disponível. Uma das soluções comumente adotadas é a redução ao mínimo possível do tamanho dos componentes, como válvulas, conexões, acoplamentos, além das mangueiras e tubulações hidráulicas.
Contudo, levar os componentes hidráulicos ao limite de sua capacidade de desempenho muitas vezes é um erro! Já na fase de projeto, deve-se priorizar a seleção e o dimensionamento adequados dos componentes das linhas hidráulicas para atender às exigências específicas.
Erros comuns em manutenção e operação
Os usuários finais ou técnicos de manutenção também cometem erros, frequentemente devido à falta de conhecimento ou pressão de tempo.
Na ausência da peça de reposição correta, mangueiras hidráulicas montadas com diâmetros internos menores do que o ideal são instaladas com adaptadores para corrigir um defeito rapidamente.
Essa prática pode ter consequências fatais para o equipamento ou máquina, especialmente quando o sistema já opera no limite inferior da seção transversal exigida. Essas situações frequentemente resultam em maior desgaste e falha prematura do sistema ou de seus componentes.
Quando o diâmetro interno é "muito pequeno"?
Na mecânica dos fluidos, existem dois tipos de fluxo: laminar e turbulento. O fluxo laminar é preferível. (veja Fig. 1 e 2)
Se a velocidade do fluxo em um sistema de tubulação for alta o suficiente para que o fluxo mude de laminar para turbulento, isso indica que o dimensionamento da mangueira montada foi inadequado.
A regra dos 6 – 3 – 1 é usada para avaliar a velocidade de fluxo em sistemas hidráulicos, fornecendo valores de referência baseados em aplicações práticas:
- 6 m/s em mangueiras de pressão,
- 3 m/s em mangueiras de retorno, e
- 1 m/s em mangueiras de sucção.
Impactos de um dimensionamento inadequado
Se a seção transversal da mangueira ou tubulação hidráulica for subdimensionada no projeto ou durante um reparo, o mesmo volume de fluido hidráulico precisará passar por uma seção menor.
Exemplo:
Um fluxo volumétrico (Q) de 40 l/min em 200 bar atravessa uma mangueira hidráulica montada com diâmetro interno de 13 mm a uma velocidade de aproximadamente 5 m/s.
Se o diâmetro interno for reduzido para 10 mm, a velocidade do fluxo aumenta para aproximadamente 8,5 m/s — um aumento de 70%!
De acordo com a regra dos 6 – 3 – 1, a velocidade do fluxo nesta mangueira é claramente alta demais.
Consequências do aumento na velocidade do fluxo:
- Aumento do atrito interno do fluido e da tubulação, resultando em maior geração de calor.
- Endurecimento prematuro das mangueiras hidráulicas devido ao aumento da temperatura (pós-vulcanização).
- Perdas de pressão no sistema hidráulico, diminuindo a eficiência da máquina.
- Maior emissão de ruídos.
- Desgaste por atrito (efeito de jateamento).
Se as mangueiras hidráulicas forem instaladas fora das especificações, o aumento na velocidade do fluxo pode fazer com que partículas sólidas colidam com metais e/ou elastômeros em alta velocidade, soltando mais partículas que contaminam o fluido e os componentes. (veja Fig. 3 e 4)
Como evitar esses problemas de dimensionamento?
Engenheiros de projeto podem contar com softwares de cálculo para dimensionamento correto. Porém, essas ferramentas geralmente
não estão disponíveis para técnicos de manutenção ou usuários finais. Atualmente, pouquíssimas pessoas digitam a fórmula para calcular a seção transversal correta do tubo. (veja a Fig. 5).
Mesmo quando disponíveis, muitas vezes falta consciência sobre os impactos de um dimensionamento inadequado.
Um instrumento simples que pode ser utilizado para verificar o dimensionamento correto das mangueiras montadas é o nomograma. Ele permite determinar se o diâmetro interno de uma mangueira é adequado sem necessidade de cálculos complexos. (veja Fig. 6)
Exemplo prático:
Se for necessário determinar o diâmetro interno de uma mangueira hidráulica montada em que a velocidade do fluxo seja de 4 m/s com um fluxo máximo de 60 l/min, basta conectar esses dois valores no nomograma com uma régua para obter o valor necessário.
