Fundamentos de Reservatórios Hidráulicos

Quando se trata de projeto do reservatório, maior não é necessariamente melhor. De fato, a tendência é fornecer reservatórios menores.

Além de manter na reserva fluido suficiente para suprir as diversas necessidades de um sistema hidráulico, um reservatório, Figura 1, fornece:

  • Uma grande área de superfície para transferir calor do fluido para o ambiente circundante
  • Volume suficiente para permitir que o fluido de retorno desacelere a partir de uma alta velocidade de entrada. Isto permite que os contaminantes mais pesados ​​se assentem e
  • Uma barreira f�ica (deflector) que separa o fluido que entra no reservat�io do fluido que entra na linha de suc�o da bomba
  • Espaço aéreo acima do fluido para aceitar o ar que borbulha para fora do fluido
  • Para remover o fluido e contaminantes usados ​​do sistema e para adicionar novo fluido
  • Espaço para expansão de fluido quente, drenagem por gravidade de um sistema durante o desligamento e armazenamento de grandes volumes necessários intermitentemente durante os períodos de pico de um ciclo operacional e
  • Uma superfície conveniente para montar outros componentes do sistema, se possível.

Figura 1. corte mostra as principais características do reservatório retangular tradicional. O deflector separa o fluido de retorno daquele que está sendo aspirado para dentro da bomba. Clique na imagem para uma visualização maior.

Esses são os papéis tradicionais dos reservatórios; Novas tendências podem apresentar desvios da norma. Por exemplo, novos projetos para sistemas hidráulicos muitas vezes exigem reservatórios que são muito menores do que aqueles baseados em regras tradicionais. Como a maioria dos sistemas justifica alguma consideração especial, é importante consultar padrões da indústria para diretrizes mínimas. Prática recomendada NFPA / T3.16.2 * aborda o projeto mínimo básico e características de construção para reservatórios.

Dimensionamento do reservatório

Embora as considerações que acabamos de discutir possam ser importantes, a primeira variável a resolver é, de fato, o volume do reservatório. Uma regra empírica para dimensionar um reservatório hidráulico sugere que o seu volume deve ser igual a três vezes a potência nominal da bomba de deslocamento fixo do sistema ou o caudal médio da sua bomba de deslocamento variável. Isto significa que um sistema que utiliza uma bomba de 5 gpm deve ter um reservatório de 15 gal. A regra sugere um volume adequado para permitir que o fluido repouse entre os ciclos de trabalho para dissipação de calor, sedimentação de contaminantes e desaeração. Tenha em mente que esta é apenas uma regra de ouro para o dimensionamento inicial. De acordo com a prática recomendada da NFPA, “Anteriormente, três vezes a capacidade da bomba tinha sido recomendada, devido à tecnologia do sistema atual, os objetivos de design mudaram por razões econômicas, como economia de espaço, minimizando o uso de óleo e redução de custos do sistema global”.

Se você optar por aderir à regra tradicional ou seguir a tendência para reservatórios menores, esteja ciente dos parâmetros que podem influenciar o tamanho do reservatório necessário. Por exemplo, alguns componentes do circuito – como grandes acumuladores ou cilindros – podem envolver grandes volumes de fluido. Portanto, um reservatório maior pode ter que ser especificado para que o nível do fluido não caia abaixo da entrada da bomba independentemente do fluxo da bomba.

Os sistemas expostos a altas temperaturas ambientes requerem um reservatório maior, a menos que incorporem um permutador de calor. Certifique-se de considerar o calor substancial que pode ser gerado dentro de um sistema hidráulico. Este calor é gerado quando o sistema hidráulico produz mais potência do que é consumido pela carga. Um sistema que funciona durante períodos significativos com o fluido pressurizado que passa sobre uma válvula de alívio é um exemplo comum.

O tamanho do reservatório, portanto, é muitas vezes determinado principalmente pela combinação da temperatura do fluido mais alta e da temperatura ambiente mais alta. Sendo todas iguais, quanto menor a diferença de temperatura entre os dois, maior a área de superfície (e, portanto, o volume) necessária para dissipar o calor do fluido para o ambiente circundante. Naturalmente, se a temperatura ambiente exceder a temperatura do fluido, será necessário um permutador de calor refrigerado a água ou montado à distância para arrefecer o fluido. De fato, para aplicações onde a conservação do espaço é importante, os trocadores de calor podem reduzir drasticamente o tamanho do reservatório (eo custo). Tenha em mente que o reservatório pode não estar cheio o tempo todo, portanto, pode não estar dissipando calor através de sua área de superfície total.

O reservatório deve conter espaço adicional igual a pelo menos 10% da sua capacidade de fluido. Isto permite a dilatação térmica do fluido e a drenagem por vazamento por gravidade durante o desligamento, mas ainda proporciona uma superfície de fluido livre para desaeração. Em qualquer caso, a NFPA / T3.16.2 exige que a capacidade máxima de fluido do reservatório seja marcada permanentemente na sua placa superior.

Uma tendência para a especificação de reservatórios menores emergiu como um meio de colher benefícios econômicos. Um reservatório mais pequeno é mais leve, mais compacto e menos dispendioso de fabricar e manter do que um tamanho tradicional. Além disso, um reservatório menor reduz a quantidade total de fluido que pode vazar de um sistema – importante do ponto de vista ambiental.

Mas especificar um reservatório menor para um sistema deve ser acompanhado por modificações que compensem o menor volume de fluido contido no reservatório. Por exemplo, porque um reservatório menor tem menos área de superfície para transferência de calor, pode ser necessário um permutador de calor para manter a temperatura do fluido dentro dos requisitos. Além disso, os contaminantes não terão uma oportunidade tão grande de sedimentação, então filtros de alta capacidade serão necessários para capturar contaminantes que de outra forma se assentariam no reservatório do reservatório.

Talvez o maior desafio para usar um reservatório menor reside na remoção de ar do fluido. Um reservatório tradicional proporciona a oportunidade de o ar escapar do fluido antes de ser aspirado para dentro da entrada da bomba. O fornecimento de um reservatório demasiado pequeno poderia permitir que o fluido arejado fosse aspirado para dentro da bomba. Isso pode causar cavitação e eventuais danos ou falhas da bomba. Ao especificar um reservatório pequeno, considere a instalação de um difusor de fluxo, que reduz a velocidade do fluido de retorno (normalmente a 1 ft / seg), ajuda a evitar a formação de espuma e agitação e reduz a cavitação potencial da bomba de distúrbios de fluxo na entrada. Outra técnica é instalar uma tela em um ângulo no reservatório. A tela coleta pequenas bolhas, que se juntam com outras para formar grandes bolhas que facilmente se elevam à superfície do fluido.

Talvez a melhor maneira de impedir que o fluido arejado seja puxado para dentro da bomba é evitar a aeração do fluido em primeiro lugar, prestando muita atenção aos caminhos de fluxo de fluido, velocidades e pressões ao projetar o sistema hidráulico.