Sistemas Hidráulicos de Aeronaves

A palavra “hidráulica” é baseada na palavra grega para água e originalmente significava o estudo do comportamento físico da água em repouso e em movimento. Hoje, o significado foi expandido para incluir o comportamento físico de todos os líquidos, incluindo o fluido hidráulico. Os sistemas hidráulicos não são novidade na aviação. As primeiras aeronaves tinham sistemas de freios hidráulicos. À medida que as aeronaves se tornaram mais sofisticadas, foram desenvolvidos novos sistemas com energia hidráulica.

Os sistemas hidráulicos em aeronaves fornecem meios para a operação de componentes de aeronaves. A operação do trem de pouso, flaps, superfícies de controle de voo e freios é amplamente realizada com sistemas de energia hidráulica. A complexidade do sistema hidráulico varia desde pequenas aeronaves que requerem fluido apenas para operação manual dos freios das rodas até grandes aeronaves de transporte onde os sistemas são grandes e complexos. Para obter a redundância e a confiabilidade necessárias, o sistema pode consistir em vários subsistemas. Cada subsistema tem um dispositivo de geração de energia (bomba), reservatório, acumulador, trocador de calor, sistema de filtragem, etc. A pressão de operação do sistema pode variar de algumas centenas de libras por polegada quadrada (psi) em pequenas aeronaves e helicópteros a 5.000 psi em grandes transportes .

Os sistemas hidráulicos têm muitas vantagens como fontes de energia para operar várias unidades de aeronaves; eles combinam as vantagens de peso leve, facilidade de instalação, simplificação de inspeção e requisitos mínimos de manutenção. As operações hidráulicas também são quase 100% eficientes, com apenas perdas insignificantes devido ao atrito do fluido.

Fluido hidraulico

Os líquidos do sistema hidráulico são usados principalmente para transmitir e distribuir forças para várias unidades a serem acionadas. Os líquidos são capazes de fazer isso porque são quase incompressíveis. A Lei de Pascal afirma que a pressão aplicada a qualquer parte de um líquido confinado é transmitida com intensidade não diminuída para todas as outras partes. Assim, se existem várias passagens em um sistema, a pressão pode ser distribuída por todas elas por meio do líquido.

Os fabricantes de dispositivos hidráulicos geralmente especificam o tipo de líquido mais adequado para uso com seus equipamentos, tendo em vista as condições de trabalho, o serviço necessário, as temperaturas esperadas dentro e fora dos sistemas, as pressões que o líquido deve suportar, as possibilidades de corrosão e outras condições que deve ser considerado. Se a incompressibilidade e a fluidez fossem as únicas qualidades necessárias, qualquer líquido que não fosse muito espesso poderia ser usado em um sistema hidráulico. Mas um líquido satisfatório para uma instalação específica deve possuir várias outras propriedades. Algumas das propriedades e características que devem ser consideradas ao selecionar um líquido satisfatório para um determinado sistema são discutidas nos parágrafos seguintes.

Viscosidade

Uma das propriedades mais importantes de qualquer fluido hidráulico é sua viscosidade. A viscosidade é a resistência interna ao fluxo. Um líquido como a gasolina que tem baixa viscosidade flui facilmente, enquanto um líquido como o alcatrão que tem alta viscosidade flui lentamente. A viscosidade aumenta à medida que a temperatura diminui. Um líquido satisfatório para um determinado sistema hidráulico deve ter corpo suficiente para dar uma boa vedação em bombas, válvulas e pistões, mas não deve ser tão espesso que ofereça resistência ao fluxo, levando a perda de potência e temperaturas de operação mais altas. Esses fatores aumentam a carga e o desgaste excessivo das peças. Um fluido muito fino também leva ao desgaste rápido de peças móveis ou de peças que possuem cargas pesadas. Os instrumentos usados para medir a viscosidade de um líquido são conhecidos como viscosímetros ou viscosímetros. Vários tipos de viscosímetros estão em uso hoje. O viscosímetro Saybolt mede o tempo necessário, em segundos, para que 60 mililitros do fluido testado a 100 °F passem por um orifício padrão. O tempo medido é usado para expressar a viscosidade do fluido, em segundos universais Saybolt ou segundos Saybolt FUROL.

Estabilidade química

A estabilidade química é outra propriedade extremamente importante na seleção de um líquido hidráulico. É a capacidade do líquido de resistir à oxidação e deterioração por longos períodos. Todos os líquidos tendem a sofrer alterações químicas desfavoráveis sob condições operacionais severas. Este é o caso, por exemplo, quando um sistema opera por um período de tempo considerável em altas temperaturas. Temperaturas excessivas têm um grande efeito na vida útil de um líquido. Deve-se notar que a temperatura do líquido no reservatório de um sistema hidráulico em operação nem sempre representa um verdadeiro estado de condições de operação. Pontos quentes localizados ocorrem em rolamentos, dentes de engrenagem ou no ponto onde o líquido sob pressão é forçado através de um pequeno orifício.

Líquidos com alta viscosidade têm maior resistência ao calor do que líquidos leves ou de baixa viscosidade derivados da mesma fonte. O líquido hidráulico médio tem uma viscosidade baixa. Felizmente, há uma grande variedade de líquidos disponíveis para uso dentro da faixa de viscosidade exigida para líquidos hidráulicos.

Os líquidos podem quebrar se expostos ao ar, água, sal ou outras impurezas, especialmente se estiverem em constante movimento ou sujeitos ao calor. Alguns metais, como zinco, chumbo, latão e cobre, têm uma reação química indesejável em certos líquidos. Esses processos químicos resultam na formação de lodo, gomas e carbono ou outros depósitos que obstruem as aberturas, fazem com que as válvulas e os pistões grudem ou vazem e dão uma lubrificação deficiente às peças móveis. Assim que pequenas quantidades de lodo ou outros depósitos são formados, a taxa de formação geralmente aumenta mais rapidamente. À medida que são formados, ocorrem certas mudanças nas propriedades físicas e químicas do líquido. O líquido geralmente se torna mais escuro na cor, maior em viscosidade e ácidos são formados.

Ponto de inflamação

Ponto de fulgor é a temperatura na qual um líquido libera vapor em quantidade suficiente para inflamar momentaneamente ou flash quando uma chama é aplicada. Um alto ponto de fulgor é desejável para líquidos hidráulicos porque indica boa resistência à combustão e baixo grau de evaporação em temperaturas normais.

Ponto de Fogo

Ponto de fogo é a temperatura na qual uma substância libera vapor em quantidade suficiente para inflamar e continuar a queimar quando exposta a uma faísca ou chama. Assim como o ponto de fulgor, é necessário um alto ponto de ignição para os líquidos hidráulicos desejáveis.

Tipos de Hidráulica

Fluidos Para garantir a operação adequada do sistema e evitar danos aos componentes não metálicos do sistema hidráulico, o fluido correto deve ser usado. Ao adicionar fluido a um sistema, use o tipo especificado no manual de manutenção do fabricante da aeronave ou na placa de instruções afixada no reservatório ou unidade em manutenção.

As três principais categorias de fluidos hidráulicos são: 1. Minerais 2. Polialfaolefinas 3. Ésteres de fosfato.

Ao fazer a manutenção de um sistema hidráulico, o técnico deve certificar-se de usar a categoria correta de fluido de reposição. Os fluidos hidráulicos não são necessariamente compatíveis. Por exemplo, a contaminação do fluido resistente ao fogo MIL-H-83282 com MIL-H-5606 pode tornar o MIL-H-83282 não resistente ao fogo.

Fluidos à base de minerais

O fluido hidráulico à base de óleo mineral (MIL-H-5606) é o mais antigo, datando da década de 1940. É usado em muitos sistemas, especialmente onde o risco de incêndio é comparativamente baixo. MIL-H-6083 é simplesmente uma versão inibida de ferrugem de MIL-H-5606. Eles são completamente intercambiáveis. Os fornecedores geralmente enviam componentes hidráulicos com MIL-H-6083. O fluido hidráulico de base mineral (MIL–H-5606) é processado a partir de petróleo. Tem um odor semelhante ao óleo penetrante e é tingido de vermelho. Alguns fluidos hidráulicos sintéticos são tingidos de roxo e até de verde, dependendo da identidade do fluido. As vedações de borracha sintética são usadas com fluidos à base de petróleo.

Fluidos à base de polialfaolefina

MIL-H-83282 é um fluido à base de polialfaolefina hidrogenada resistente ao fogo desenvolvido na década de 1960 para superar as características de inflamabilidade do MIL-H-5606. MIL-H-83282 é significativamente mais resistente a chamas do que MIL-H-5606, mas uma desvantagem é a alta viscosidade em baixa temperatura. Geralmente é limitado a –40 °F. No entanto, pode ser usado no mesmo sistema e com as mesmas vedações, gaxetas e mangueiras do MIL-H-5606. MIL-H-46170 é a versão inibida de ferrugem do MIL-H-83282. Aeronaves pequenas usam predominantemente o MIL-H-5606, mas alguns mudaram para o MIL-H-83282 se puderem acomodar a alta viscosidade em baixa temperatura.

Fluido à base de éster de fosfato

Esses fluidos são usados na maioria das aeronaves da categoria de transporte comercial e são extremamente resistentes ao fogo. No entanto, eles não são à prova de fogo e sob certas condições, eles queimam. Além disso, esses fluidos são muito suscetíveis à contaminação da água na atmosfera. A primeira geração desses fluidos foi desenvolvida após a Segunda Guerra Mundial como resultado do crescente número de incêndios de freios hidráulicos de aeronaves que atraíram a preocupação coletiva da indústria de aviação comercial. O desenvolvimento progressivo desses fluidos ocorreu como resultado dos requisitos de desempenho de projetos de aeronaves mais recentes. Os fabricantes de fuselagens apelidaram essas novas gerações de fluido hidráulico, como Skydrol® e Hyjet®, como tipos com base em seu desempenho.

Hoje, os fluidos dos tipos IV e V são usados. Existem duas classes distintas de fluidos do tipo IV com base em sua densidade: os fluidos da classe I são de baixa densidade e os fluidos da classe II são de densidade padrão. Os fluidos classe I oferecem vantagens de economia de peso em relação à classe II. Além dos fluidos do tipo IV que estão atualmente em uso, os fluidos do tipo V estão sendo desenvolvidos em resposta às demandas da indústria por um fluido mais estável termicamente em temperaturas operacionais mais altas. Os fluidos do tipo V serão mais resistentes à degradação hidrolítica e oxidativa em alta temperatura do que os fluidos do tipo IV.

Mistura de Fluidos

Devido à diferença de composição, os fluidos à base de petróleo e à base de éster de fosfato não se misturam; nem as vedações para qualquer fluido podem ser usadas ou tolerantes a qualquer um dos outros fluidos. Caso o sistema hidráulico de uma aeronave seja reparado com o tipo de fluido errado, drene e lave imediatamente o sistema e mantenha as vedações de acordo com as especificações do fabricante.

Compatibilidade com materiais de aeronaves

Os sistemas hidráulicos de aeronaves projetados em torno de fluidos à base de éster de fosfato devem ser praticamente livres de problemas se atendidos adequadamente. Fluidos à base de éster de fosfato não afetam significativamente os metais comuns de aeronaves – alumínio, prata, zinco, magnésio, cádmio, ferro, aço inoxidável, bronze, cromo e outros – desde que os fluidos sejam mantidos livres de contaminação. Resinas termoplásticas, incluindo composições de vinil, lacas de nitrocelulose, tintas à base de óleo, linóleo e asfalto podem ser amolecidas quimicamente devido a fluidos à base de éster de fosfato. No entanto, essa ação química geralmente requer mais tempo do que apenas uma exposição momentânea, e os derramamentos que são limpos com água e sabão não prejudicam a maioria desses materiais. As tintas resistentes a fluidos à base de éster de fosfato incluem epóxis e poliuretanos. Hoje,

Os sistemas hidráulicos requerem o uso de acessórios especiais compatíveis com o fluido hidráulico. Vedações, gaxetas e mangueiras apropriadas devem ser especificamente designadas para o tipo de fluido em uso. Deve-se tomar cuidado para garantir que os componentes instalados no sistema sejam compatíveis com o fluido. Quando as gaxetas, vedações e mangueiras são substituídas, uma identificação positiva deve ser feita para garantir que sejam feitas do material apropriado. O fluido tipo V à base de éster de fosfato é compatível com fibras naturais e com vários sintéticos, incluindo nylon e poliéster, que são amplamente utilizados na maioria das aeronaves. As vedações do sistema hidráulico de óleo de petróleo de neoprene ou Buna-N não são compatíveis com fluidos à base de éster de fosfato e devem ser substituídas por vedações de borracha butílica ou elastômeros de etileno-propileno.

Contaminação do Fluido Hidráulico

A experiência mostrou que problemas em um sistema hidráulico são inevitáveis sempre que o líquido é contaminado. A natureza do problema, seja um simples mau funcionamento ou a destruição completa de um componente, depende até certo ponto do tipo de contaminante. Dois contaminantes gerais são:

• Abrasivos, incluindo partículas como areia do núcleo, respingos de solda, cavacos de usinagem e ferrugem.

• Não abrasivos, incluindo aqueles resultantes da oxidação do óleo e partículas moles desgastadas ou trituradas de vedações e outros componentes orgânicos.

Lavagem do Sistema Hidráulico

Quando a inspeção dos filtros hidráulicos ou a avaliação do fluido hidráulico indicar que o fluido está contaminado, pode ser necessário lavar o sistema. Isso deve ser feito de acordo com as instruções do fabricante; no entanto, um procedimento típico para lavagem é o seguinte:

1. Conecte um suporte de teste hidráulico de aterramento às portas de teste de entrada e saída do sistema. Verifique se o fluido da unidade de solo está limpo e contém o mesmo fluido da aeronave.

2. Altere os filtros do sistema.

3. Bombeie fluido limpo e filtrado através do sistema e opere todos os subsistemas até que nenhum sinal óbvio de contaminação seja encontrado durante a inspeção dos filtros. Descarte o fluido e o filtro contaminados. Nota: Uma inspeção visual dos filtros hidráulicos nem sempre é eficaz.

4. Desconecte a unidade de teste e tampe as portas.

5. Certifique-se de que o reservatório esteja cheio até a linha completa ou nível de serviço adequado.

É muito importante verificar se o fluido na bancada de teste hidráulico, ou mula, está limpo antes de iniciar a operação de lavagem. Um banco de teste hidráulico contaminado pode contaminar rapidamente outras aeronaves se usado para operações de manutenção em solo.

Saúde e Manuseio

Alguns fluidos à base de éster de fosfato são misturados com aditivos de desempenho. Os ésteres de fosfato são bons solventes e dissolvem alguns dos materiais gordurosos da pele. A exposição repetida ou prolongada pode causar ressecamento da pele que, se não for observada, pode resultar em complicações, como dermatite ou até infecção secundária por bactérias. Fluidos à base de éster de fosfato podem causar coceira na pele, mas não são conhecidos por causar erupções cutâneas do tipo alérgico. Sempre use luvas e proteção para os olhos adequados ao manusear qualquer tipo de fluido hidráulico. Quando a exposição a névoa ou vapor à base de éster de fosfato for possível, um respirador capaz de remover vapores e névoas orgânicos deve ser usado. A ingestão de qualquer fluido hidráulico deve ser evitada. Embora pequenas quantidades não pareçam ser altamente perigosas,

Sistemas Hidráulicos Básicos

Independentemente de sua função e projeto, todo sistema hidráulico possui um número mínimo de componentes básicos, além de um meio pelo qual o fluido é transmitido. Um sistema básico consiste em uma bomba, reservatório, válvula direcional, válvula de retenção, válvula de alívio de pressão, válvula seletora, atuador e filtro.

Sistemas Hidráulicos de Centro Aberto

Um sistema de centro aberto é aquele com fluxo de fluido, mas sem pressão no sistema quando os mecanismos de atuação estão ociosos. A bomba circula o fluido do reservatório, através das válvulas seletoras, e de volta ao reservatório. O sistema de centro aberto pode empregar qualquer número de subsistemas, com uma válvula seletora para cada subsistema. Ao contrário do sistema de centro fechado, as válvulas seletoras do sistema de centro aberto são sempre conectadas em série umas com as outras. Neste arranjo, a linha de pressão do sistema passa por cada válvula seletora. O fluido sempre tem passagem livre através de cada válvula seletora e de volta ao reservatório até que uma das válvulas seletoras seja posicionada para operar um mecanismo.

Quando uma das válvulas seletoras está posicionada para operar um dispositivo de atuação, o fluido é direcionado da bomba através de uma das linhas de trabalho para o atuador. Com a válvula seletora nesta posição, o fluxo de fluido através da válvula para o reservatório é bloqueado. A pressão se acumula no sistema para vencer a resistência e movimenta o pistão do cilindro atuador; fluido da extremidade oposta do atuador retorna para a válvula seletora e flui de volta para o reservatório. A operação do sistema após a atuação do componente depende do tipo de válvula seletora utilizada. Vários tipos de válvulas seletoras são usadas em conjunto com o sistema de centro aberto. Um tipo é engatado manualmente e desengatado manualmente. Primeiro, a válvula é movida manualmente para uma posição de operação. Então,

A válvula de alívio desencaixa e permite que o fluido flua de volta para o reservatório. A pressão do sistema permanece na pressão de ajuste da válvula de alívio até que a válvula seletora retorne manualmente para a posição neutra. Esta ação reabre o fluxo de centro aberto e permite que a pressão do sistema caia para a pressão de resistência da linha.

O tipo de válvula seletora engatada manualmente e desengatada por pressão é semelhante à válvula discutida anteriormente. Quando o mecanismo de acionamento atinge o final de seu ciclo, a pressão continua a subir até uma pressão predeterminada. A válvula retorna automaticamente para a posição neutra e para o fluxo central aberto.

Sistemas Hidráulicos de Centro Fechado

No sistema de centro fechado, o fluido está sob pressão sempre que a bomba de força está operando. Os três atuadores estão dispostos em paralelo e as unidades de atuação B e C estão operando ao mesmo tempo, enquanto a unidade de atuação A não está operando. Este sistema difere do sistema de centro aberto, pois as válvulas seletoras ou de controle direcional são dispostas em paralelo e não em série. Os meios de controle da pressão da bomba variam no sistema de centro fechado. Se for utilizada uma bomba de fornecimento constante, a pressão do sistema é regulada por um regulador de pressão. Uma válvula de alívio atua como um dispositivo de segurança de backup caso o regulador falhe.

Se for usada uma bomba de deslocamento variável, a pressão do sistema é controlada pelo compensador do mecanismo de pressão integral da bomba. O compensador varia automaticamente a saída de volume. Quando a pressão se aproxima da pressão normal do sistema, o compensador começa a reduzir a saída de fluxo da bomba. A bomba é totalmente compensada (vazão próxima de zero) quando a pressão normal do sistema é atingida. Quando a bomba está nesta condição totalmente compensada, seu mecanismo de desvio interno fornece circulação de fluido através da bomba para resfriamento e lubrificação. Uma válvula de alívio é instalada no sistema como backup de segurança. Uma vantagem do sistema de centro aberto sobre o sistema de centro fechado é que a pressurização contínua do sistema é eliminada. Como a pressão aumenta gradualmente após a válvula seletora ser movida para uma posição de operação, há muito pouco choque de picos de pressão. Esta ação proporciona uma operação mais suave dos mecanismos de acionamento. A operação é mais lenta que o sistema de centro fechado, no qual a pressão está disponível no momento em que a válvula seletora é posicionada. Como a maioria das aplicações de aeronaves requer operação instantânea, os sistemas de centro fechado são os mais utilizados.

Sistemas de Energia Hidráulica

Evolução dos Sistemas Hidráulicos

Aeronaves menores têm cargas de superfície de controle de voo relativamente baixas e o piloto pode operar os controles de voo manualmente. Sistemas hidráulicos foram utilizados para sistemas de freio em aeronaves iniciais. Quando as aeronaves começaram a voar mais rápido e ficaram maiores em tamanho, o piloto não conseguiu mais mover as superfícies de controle manualmente, e os sistemas de aumento de potência hidráulica foram introduzidos. Os sistemas de reforço de potência ajudam o piloto a superar forças de controle altas, mas o piloto ainda aciona os controles de voo por cabo ou haste.

Muitas aeronaves modernas usam um sistema de alimentação e controle de vôo fly-bywire. A entrada do piloto é enviada eletronicamente para os servos de controle de voo. Cabos ou varetas não são usados. As pequenas unidades de potência são a mais recente evolução do sistema hidráulico. Eles reduzem o peso eliminando linhas hidráulicas e grandes quantidades de fluido hidráulico. Alguns fabricantes estão reduzindo os sistemas hidráulicos em suas aeronaves em favor de sistemas controlados eletricamente. O Boeing 787 é a primeira aeronave projetada com mais sistemas elétricos do que hidráulicos.

Sistema de Pacote de Energia Hidráulica

Um pacote de energia hidráulica é uma pequena unidade que consiste em uma bomba elétrica, filtros, reservatório, válvulas e válvula de alívio de pressão. A vantagem do power pack é que não há necessidade de um sistema de alimentação hidráulica centralizada e longos trechos de linhas hidráulicas, o que reduz o peso. Os pacotes de energia podem ser acionados por uma caixa de engrenagens do motor ou por um motor elétrico. A integração de válvulas, filtros, sensores e transdutores essenciais reduz o peso do sistema, praticamente elimina qualquer oportunidade de vazamento externo e simplifica a solução de problemas. Alguns sistemas de pacotes de energia possuem um atuador integrado. Esses sistemas são usados para controlar diretamente o compensador do estabilizador, o trem de pouso ou as superfícies de controle de voo, eliminando assim a necessidade de um sistema hidráulico centralizado.

Componentes do Sistema Hidráulico

Reservatórios

O reservatório é um tanque no qual é armazenado um suprimento adequado de fluido para o sistema. O fluido flui do reservatório para a bomba, onde é forçado através do sistema e eventualmente retorna ao reservatório. O reservatório não apenas supre as necessidades operacionais do sistema, mas também repõe o fluido perdido por vazamento. Além disso, o reservatório serve como uma bacia de transbordamento para o excesso de fluido forçado para fora do sistema pela expansão térmica (aumento do volume do fluido causado por mudanças de temperatura), pelos acumuladores e pelo deslocamento do pistão e da haste.

O reservatório também fornece um local para o fluido se purgar das bolhas de ar que podem entrar no sistema. A matéria estranha apanhada no sistema também pode ser separada do fluido no reservatório ou à medida que flui através dos filtros de linha. Os reservatórios são pressurizados ou não pressurizados.

Defletores e/ou aletas são incorporados na maioria dos reservatórios para evitar que o fluido dentro do reservatório tenha movimento aleatório, como vórtice (turbilhão) e oscilação. Essas condições podem fazer com que o fluido espume e o ar entre na bomba junto com o fluido. Muitos reservatórios incorporam filtros no gargalo de enchimento para evitar a entrada de corpos estranhos durante a manutenção. Esses filtros são feitos de tela de malha fina e geralmente são chamados de filtros de dedo por causa de sua forma. Os filtros de dedo nunca devem ser removidos ou perfurados como forma de acelerar o despejo de fluido no reservatório. Os reservatórios podem ter uma armadilha interna para garantir que o fluido vá para as bombas durante as condições de G negativo.

A maioria das aeronaves possui sistemas hidráulicos de emergência que assumem o controle se os sistemas principais falharem. Em muitos desses sistemas, as bombas de ambos os sistemas obtêm fluido de um único reservatório. Sob tais circunstâncias, o fornecimento de fluido para a bomba de emergência é assegurado pela extração do fluido hidráulico do fundo do reservatório. O sistema principal extrai seu fluido através de um tubo vertical localizado em um nível mais alto. Com este arranjo, caso o suprimento de fluido do sistema principal se esgote, resta fluido adequado para operação do sistema de emergência. A figura ilustra que a bomba acionada pelo motor (EDP) não é mais capaz de extrair fluido se o reservatório ficar esgotado abaixo do tubo vertical. A bomba acionada por motor de corrente alternada (ACMP) ainda possui um suprimento de fluido para operações de emergência.

Reservatórios Não Pressurizados

Os reservatórios não pressurizados são utilizados em aeronaves que não são projetadas para manobras violentas, não voam em grandes altitudes ou nas quais o reservatório está localizado na área pressurizada da aeronave. Alta altitude nesta situação significa uma altitude onde a pressão atmosférica é inadequada para manter fluxo suficiente de fluido para as bombas hidráulicas. A maioria dos reservatórios não pressurizados são construídos em forma cilíndrica. A carcaça externa é fabricada em metal resistente à corrosão. Os elementos filtrantes são normalmente instalados dentro do reservatório para limpar o fluido hidráulico do sistema de retorno.

Em algumas das aeronaves mais antigas, uma válvula de desvio de filtro é incorporada para permitir que o fluido contorne o filtro no caso de o filtro ficar entupido. Os reservatórios podem ser atendidos despejando fluido diretamente no reservatório através de um conjunto de filtro de enchimento (filtro de dedo) incorporado dentro do poço de enchimento para filtrar as impurezas à medida que o fluido entra no reservatório. Geralmente, os reservatórios não pressurizados usam um medidor visual para indicar a quantidade de fluido. Os medidores incorporados no reservatório podem ser do tipo tubo de vidro de leitura direta ou uma haste do tipo flutuador que é visível através de uma cúpula transparente. Em alguns casos, a quantidade de fluido também pode ser lida no cockpit através do uso de transmissores de quantidade. Um reservatório não pressurizado típico é mostrado na Figura. Este reservatório consiste em um corpo soldado e um conjunto de tampa fixados juntos.

Os reservatórios não pressurizados são levemente pressurizados devido à expansão térmica do fluido e ao retorno do fluido ao reservatório do sistema principal. Essa pressão garante que haja um fluxo positivo de fluidos para as portas de entrada das bombas hidráulicas. A maioria dos reservatórios deste tipo são ventilados diretamente para a atmosfera ou cabine com apenas uma válvula de retenção e filtro para controlar a fonte de ar externa. O sistema de reservatório inclui uma válvula de alívio de pressão e vácuo. A finalidade da válvula é manter uma faixa de pressão diferencial entre o reservatório e a cabine. Uma válvula de purga de ar manual é instalada na parte superior do reservatório para ventilar o reservatório. A válvula é conectada à linha de ventilação do reservatório para permitir a despressurização do reservatório. A válvula é acionada antes da manutenção do reservatório para evitar que o fluido seja soprado para fora do enchimento enquanto a tampa é removida. A válvula de sangria manual também precisa ser acionada se os componentes hidráulicos precisarem ser substituídos.

Reservatórios Pressurizados

Os reservatórios de aeronaves projetadas para voos de alta altitude geralmente são pressurizados. A pressurização assegura um fluxo positivo de fluido para a bomba em altitudes elevadas quando são encontradas baixas pressões atmosféricas. Em algumas aeronaves, o reservatório é pressurizado por sangria de ar retirado da seção do compressor do motor. Em outros, o reservatório pode ser pressurizado pela pressão do sistema hidráulico.

Reservatórios Pressurizados a Ar

Os reservatórios pressurizados a ar são usados em muitas aeronaves comerciais do tipo transporte. A pressurização do reservatório é necessária porque os reservatórios geralmente estão localizados em poços de rodas ou outras áreas não pressurizadas da aeronave e em altitudes elevadas não há pressão atmosférica suficiente para mover o fluido para a entrada da bomba. O ar de sangria do motor é usado para pressurizar o reservatório. Os reservatórios são tipicamente de forma cilíndrica. Os seguintes componentes são instalados em um reservatório típico:

• Válvula de alívio de pressão do reservatório – evita a pressurização excessiva do reservatório. A válvula abre em um valor predefinido.

• Visores (baixos e cheios) — fornecem indicação visual para as tripulações de voo e pessoal de manutenção de que o reservatório precisa de manutenção.

• Válvula de amostra do reservatório — usada para coletar uma amostra de fluido hidráulico para teste.

• Válvula de drenagem do reservatório — usada para drenar os fluidos do reservatório para operação de manutenção.

• Transdutor de temperatura do reservatório — fornece informações de temperatura do fluido hidráulico para a cabine de comando.

• Transmissor de quantidade de reservatório – transmite a quantidade de fluido para a cabine de comando para que a tripulação de voo possa monitorar a quantidade de fluido durante o voo.

Reservatórios Pressurizados por Fluido

Alguns reservatórios do sistema hidráulico de aeronaves são pressurizados pela pressão do sistema hidráulico. A pressão de saída regulada da bomba hidráulica é aplicada a um pistão móvel dentro do reservatório cilíndrico. Este pequeno pistão está ligado e move um pistão maior contra o fluido do reservatório. A força reduzida do pistão pequeno quando aplicada pelo pistão maior é adequada para fornecer pressão de cabeça para operação em altitude elevada. O pequeno pistão se projeta para fora do corpo do reservatório. A quantidade exposta é usada como um indicador de quantidade de fluido do reservatório.

Manutenção do Reservatório

Reservatórios não pressurizados podem ser atendidos despejando fluido diretamente no reservatório através de um conjunto de filtro de enchimento (filtro de dedo) incorporado dentro do poço de enchimento para filtrar as impurezas à medida que o fluido entra no reservatório. Muitos reservatórios também possuem uma porta de serviço de desconexão rápida na parte inferior do reservatório. Uma unidade de enchimento hidráulico pode ser conectada à porta de serviço para adicionar fluido ao reservatório. Este método reduz as chances de contaminação do reservatório. Aeronaves que usam reservatórios pressurizados geralmente têm um posto de abastecimento central no compartimento de serviço terrestre para atender todos os reservatórios a partir de um único ponto.

Filtros

Um filtro é um dispositivo de peneiramento ou coador usado para limpar o fluido hidráulico, evitando que partículas estranhas e substâncias contaminantes permaneçam no sistema. Se tal material censurável não fosse removido, todo o sistema hidráulico da aeronave poderia falhar devido à avaria ou mau funcionamento de uma única unidade do sistema.

O fluido hidráulico mantém em suspensão minúsculas partículas de metal que são depositadas durante o desgaste normal das válvulas seletoras, bombas e outros componentes do sistema. Essas minúsculas partículas de metal podem danificar as unidades e peças por onde passam se não forem removidas por um filtro. Como as tolerâncias dentro dos componentes do sistema hidráulico são muito pequenas, é evidente que a confiabilidade e a eficiência de todo o sistema dependem de uma filtragem adequada.

Os filtros podem estar localizados dentro do reservatório, na linha de pressão, na linha de retorno ou em qualquer outro local que o projetista do sistema decida que eles são necessários para proteger o sistema hidráulico contra impurezas. O design moderno geralmente usa um módulo de filtro que contém vários filtros e outros componentes. Existem muitos modelos e estilos de filtros. Sua posição na aeronave e os requisitos de projeto determinam sua forma e tamanho. A maioria dos filtros usados em aeronaves modernas são do tipo inline. O conjunto do filtro em linha é composto por três unidades básicas: conjunto do cabeçote, cuba e elemento. O conjunto da cabeça é preso à estrutura da aeronave e às linhas de conexão. Dentro do cabeçote, há uma válvula de desvio que direciona o fluido hidráulico diretamente da entrada para a porta de saída se o elemento filtrante ficar entupido com matéria estranha.

O elemento pode ser um mícron, metal poroso ou tipo magnético. O elemento mícron é feito de um papel especialmente tratado e normalmente é jogado fora quando removido. Os elementos filtrantes de metal poroso e magnético são projetados para serem limpos por vários métodos e substituídos no sistema.

Filtros do tipo mícron

Um conjunto de filtro tipo mícron típico utiliza um elemento feito de papel especialmente tratado que é formado em convoluções verticais (rugas). Uma mola interna mantém os elementos em forma. O elemento de mícron é projetado para evitar a passagem de sólidos maiores que 10 mícrons (0,000394 polegada) de tamanho. No caso de o elemento do filtro ficar entupido, a válvula de alívio com mola na cabeça do filtro desvia o fluido após uma pressão diferencial de 50 psi ter sido acumulada. O fluido hidráulico entra no filtro através da porta de entrada no corpo do filtro e flui ao redor do elemento dentro do copo. A filtragem ocorre à medida que o fluido passa pelo elemento para o núcleo oco, deixando o material estranho do lado de fora do elemento.

Manutenção de Filtros

A manutenção dos filtros é relativamente fácil. Envolve principalmente a limpeza do filtro e o elemento ou a limpeza do filtro e a substituição do elemento. Os filtros que utilizam o elemento tipo mícron devem ter o elemento substituído periodicamente de acordo com as instruções aplicáveis. Como os filtros do reservatório são do tipo mícron, eles também devem ser trocados ou limpos periodicamente. Para filtros que não utilizam o elemento do tipo mícron, a limpeza do filtro e do elemento geralmente é tudo o que é necessário. No entanto, o elemento deve ser inspecionado muito de perto para garantir que esteja completamente intacto. Os métodos e materiais usados na limpeza de todos os filtros são numerosos demais para serem incluídos neste texto. Consulte as instruções do fabricante para esta informação.

Válvula de desvio do filtro

Os módulos de filtro são frequentemente equipados com uma válvula de alívio de desvio. A válvula de alívio de desvio abre se o filtro entupir, permitindo fluxo hidráulico contínuo e operação dos sistemas da aeronave. O óleo sujo é preferível a nenhum fluxo. A figura mostra o princípio de funcionamento de uma válvula de desvio de filtro. A válvula de esfera abre quando o filtro fica entupido e a pressão sobre o filtro aumenta.

Indicadores de pressão diferencial do filtro

A extensão em que um elemento filtrante é carregado pode ser determinada medindo a queda na pressão hidráulica através do elemento sob condições de vazão nominais. Essa queda, ou pressão diferencial, fornece um meio conveniente de monitorar a condição dos elementos filtrantes instalados e é o princípio de operação usado na pressão diferencial ou nos indicadores de filtro carregado encontrados em muitos conjuntos de filtros.

Bombas

Todos os sistemas hidráulicos de aeronaves possuem uma ou mais bombas acionadas por motor e podem ter uma bomba manual como unidade adicional quando a bomba acionada pelo motor estiver inoperante. As bombas acionadas por energia são a principal fonte de energia e podem ser acionadas por motor, acionadas por motor elétrico ou acionadas por ar. Como regra geral, as motobombas elétricas são instaladas para uso em emergências ou durante operações em terra. Algumas aeronaves podem implantar uma turbina de ar ram (RAT) para gerar energia hidráulica.

Bombas manuais

A bomba manual hidráulica é usada em algumas aeronaves mais antigas para a operação de subsistemas hidráulicos e em alguns sistemas de aeronaves mais recentes como unidade de backup. As bombas manuais geralmente são instaladas para fins de teste, bem como para uso em emergências. Bombas manuais também são instaladas para atender os reservatórios a partir de uma única estação de reabastecimento. A única estação de reabastecimento reduz as chances de introdução de contaminação do fluido.

Vários tipos de bombas manuais são usadas: ação simples, dupla ação e rotativa. Uma bomba manual de ação única puxa o fluido para dentro da bomba em um curso e bombeia esse fluido no próximo curso. Raramente é usado em aeronaves devido a essa ineficiência.

As bombas manuais de dupla ação produzem fluxo de fluido e pressão em cada movimento da alça. A bomba manual de dupla ação consiste essencialmente em uma carcaça que possui um cilindro e duas portas, um pistão, duas válvulas de retenção com mola e uma alavanca de operação. Um O-ring no pistão veda o vazamento entre as duas câmaras do orifício do cilindro do pistão. Um O-ring em uma ranhura na extremidade da carcaça da bomba veda o vazamento entre a haste do pistão e a carcaça.

Quando o pistão é movido para a direita, a pressão na câmara à esquerda do pistão é reduzida. A válvula de retenção de esfera da porta de entrada abre e o fluido hidráulico é puxado para dentro da câmara. Ao mesmo tempo, o movimento para a direita do pistão força a válvula de retenção da esfera do pistão contra sua sede. O fluido na câmara à direita do pistão é forçado a sair da porta de saída para o sistema hidráulico. Quando o pistão é movido para a esquerda, a válvula de retenção da esfera da porta de entrada assenta. A pressão na câmara esquerda do pistão aumenta, forçando a válvula de retenção da esfera do pistão a sair de sua sede. O fluido flui da câmara esquerda através do pistão para a câmara direita. O volume na câmara direita do pistão é menor que o da câmara esquerda devido ao deslocamento criado pela haste do pistão.

Bombas acionadas por energia

Muitas das bombas hidráulicas acionadas por energia das aeronaves atuais são de entrega variável, do tipo controlado por compensador. Bombas de entrega constante também estão em uso. Os princípios de operação são os mesmos para ambos os tipos de bombas. Aeronaves modernas usam uma combinação de bombas de força acionadas por motor, bombas de força acionadas por eletricidade, bombas de força acionadas a ar, unidades de transferência de energia (PTU) e bombas acionadas por um RAT. Por exemplo, aeronaves de grande porte, como o Airbus A380, possuem dois sistemas hidráulicos, oito bombas acionadas por motor e três bombas acionadas por eletricidade. O Boeing 777 possui três sistemas hidráulicos com duas bombas acionadas por motor, quatro bombas acionadas por eletricidade, duas bombas acionadas a ar e um motor de bomba hidráulica acionado pelo RAT.

Classificação de Bombas

Todas as bombas podem ser classificadas como deslocamento positivo ou deslocamento não positivo. A maioria das bombas utilizadas em sistemas hidráulicos são de deslocamento positivo. Uma bomba de deslocamento não positivo produz um fluxo contínuo. No entanto, como não fornece uma vedação interna positiva contra o deslizamento, sua saída varia consideravelmente com a variação da pressão. As bombas centrífugas e de impulsor são exemplos de bombas de deslocamento não positivo. Se a porta de saída de uma bomba de deslocamento não positivo fosse bloqueada, a pressão aumentaria e a saída diminuiria para zero. Embora o elemento de bombeamento continuasse se movendo, o fluxo pararia devido ao deslizamento dentro da bomba. Em uma bomba de deslocamento positivo, o deslizamento é insignificante em comparação com o fluxo de saída volumétrico da bomba. Se a porta de saída estiver conectada,

Válvulas de Controle de Fluxo

As válvulas de controle de fluxo controlam a velocidade e/ou direção do fluxo de fluido no sistema hidráulico. Eles fornecem a operação de vários componentes quando desejado e a velocidade na qual o componente opera. Exemplos de válvulas de controle de fluxo incluem: válvulas seletoras, válvulas de retenção, válvulas sequenciais, válvulas prioritárias, válvulas alternadoras, válvulas de desconexão rápida e fusíveis hidráulicos.

Válvulas de Controle de Pressão

A operação segura e eficiente de sistemas de energia de fluidos, componentes do sistema e equipamentos relacionados requer um meio de controle de pressão. Existem muitos tipos de válvulas automáticas de controle de pressão. Alguns deles são um escape para a pressão que excede uma pressão definida; alguns apenas reduzem a pressão para um sistema ou subsistema de pressão mais baixa; e alguns mantêm a pressão em um sistema dentro de uma faixa necessária.

Válvulas de transporte

Em certos sistemas de energia de fluido, o fornecimento de fluido para um subsistema deve ser de mais de uma fonte para atender aos requisitos do sistema. Em alguns sistemas, um sistema de emergência é fornecido como fonte de pressão no caso de falha normal do sistema. O sistema de emergência geralmente aciona apenas componentes essenciais. O objetivo principal da válvula alternadora é isolar o sistema normal de um sistema alternativo ou de emergência. É pequeno e simples; no entanto, é um componente muito importante. A caixa contém três portas—entrada normal do sistema, entrada do sistema alternativo ou de emergência e saída. Uma válvula alternadora usada para operar mais de uma unidade de atuação pode conter portas de saída de unidade adicionais.

Acumuladores

O acumulador é uma esfera de aço dividida em duas câmaras por um diafragma de borracha sintética. A câmara superior contém fluido à pressão do sistema, enquanto a câmara inferior é carregada com nitrogênio ou ar. Os tipos cilíndricos também são usados em sistemas hidráulicos de alta pressão. Muitas aeronaves possuem vários acumuladores no sistema hidráulico. Pode haver um acumulador do sistema principal e um acumulador do sistema de emergência. Também pode haver acumuladores auxiliares localizados em vários subsistemas.

A função de um acumulador é:

• Amortecer picos de pressão no sistema hidráulico causados pela atuação de uma unidade e pelo esforço da bomba para manter a pressão em um nível predefinido.

• Auxilie ou complemente a bomba de energia quando várias unidades estiverem operando ao mesmo tempo, fornecendo energia extra de sua energia acumulada ou armazenada.

• Armazene energia para a operação limitada de uma unidade hidráulica quando a bomba não estiver funcionando.

• Forneça fluido sob pressão para compensar pequenos vazamentos internos ou externos (não desejados) que fariam com que o sistema girasse continuamente pela ação dos pressostatos acionados continuamente.

Trocadores de calor

Aeronaves do tipo transporte usam trocadores de calor em seu sistema de fornecimento de energia hidráulica para resfriar o fluido hidráulico das bombas hidráulicas. Isso prolonga a vida útil do fluido e das bombas hidráulicas. Eles estão localizados nos tanques de combustível da aeronave. Os trocadores de calor usam tubos aletados de alumínio para transferir calor do fluido para o combustível. O combustível nos tanques que contêm os trocadores de calor deve ser mantido em um nível específico para garantir o resfriamento adequado do fluido.

Atuadores

Um cilindro atuador transforma energia na forma de pressão de fluido em força mecânica, ou ação, para realizar trabalho. É usado para transmitir movimento linear motorizado a algum objeto ou mecanismo móvel. Um cilindro de atuação típico consiste em uma carcaça de cilindro, um ou mais pistões e hastes de pistão e algumas vedações. A carcaça do cilindro contém um orifício polido no qual o pistão opera e uma ou mais portas através das quais o fluido entra e sai do orifício. O pistão e a haste formam um conjunto. O pistão se move para frente e para trás dentro do furo do cilindro, e uma haste de pistão anexada se move para dentro e para fora do alojamento do cilindro através de uma abertura em uma extremidade do alojamento do cilindro.

As vedações são usadas para evitar vazamentos entre o pistão e o orifício do cilindro e entre a haste do pistão e a extremidade do cilindro. Tanto a carcaça do cilindro quanto a haste do pistão têm provisões para montagem e fixação a um objeto ou mecanismo que deve ser movido pelo cilindro atuador.

Os cilindros de atuação são de dois tipos principais: ação simples e ação dupla. O cilindro de atuação de ação simples (porta única) é capaz de produzir movimento motorizado em apenas uma direção. O cilindro atuador de dupla ação (duas portas) é capaz de produzir movimento motorizado em duas direções.

Turbina de Ar Ram (RAT)

O RAT é instalado na aeronave para fornecer energia elétrica e hidráulica se as fontes primárias de energia da aeronave forem perdidas. O ar de ram é usado para girar as lâminas de uma turbina que, por sua vez, opera uma bomba hidráulica e um gerador. O conjunto turbina e bomba geralmente é instalado na superfície interna de uma porta instalada na fuselagem. A porta é articulada, permitindo que o conjunto seja estendido para o slipstream, puxando uma liberação manual na cabine de comando. Em algumas aeronaves, o RAT é acionado automaticamente quando o sistema de pressão hidráulica principal falha e/ou ocorre mau funcionamento do sistema elétrico.

Unidade de Transferência de Energia (PTU)

A PTU é capaz de transferir energia, mas não fluido. Ele transfere energia entre dois sistemas hidráulicos. Diferentes tipos de PTUs estão em uso; alguns só podem transferir o poder em uma direção, enquanto outros podem transferir o poder nos dois sentidos. Algumas PTUs têm um deslocamento fixo, enquanto outras usam uma bomba hidráulica de deslocamento variável. As duas unidades, bomba hidráulica e motor hidráulico, são conectadas por meio de um único eixo de acionamento para que a energia possa ser transferida entre os dois sistemas. Dependendo da direção da transferência de energia, cada unidade, por sua vez, funciona como motor ou bomba.

Gerador acionado por motor hidráulico (HMDG)

O HMDG é um motor de deslocamento variável servo-controlado integrado a um gerador CA. O HMDG foi projetado para manter uma frequência de saída desejada de 400 Hz. Em caso de falha elétrica, o HMDG pode fornecer uma fonte alternativa de energia elétrica.

Selos

As vedações são usadas para evitar que o fluido passe por um determinado ponto e para manter o ar e a sujeira fora do sistema em que são usados. O aumento do uso de hidráulica e pneumática em sistemas de aeronaves criou a necessidade de gaxetas e gaxetas de características e design variados para atender às muitas variações de velocidades de operação e temperaturas às quais são submetidas. Nenhum estilo ou tipo de vedação é satisfatório para todas as instalações. Algumas das razões para isso são:

• Pressão na qual o sistema opera.

• O tipo de fluido usado no sistema.

• O acabamento metálico e a folga entre peças adjacentes.

• O tipo de movimento (rotativo ou alternativo), se houver.

As vedações são divididas em três classes principais: gaxetas, gaxetas e limpadores. Uma vedação pode consistir em mais de um componente, como um O-ring e um anel de apoio, ou possivelmente um O-ring e dois anéis de apoio. As vedações hidráulicas usadas internamente em um conjunto deslizante ou móvel são normalmente chamadas de gaxetas. As vedações hidráulicas usadas entre as conexões não móveis e os ressaltos são normalmente chamadas de gaxetas.

Empanques V-Ring

As gaxetas de anel em V (AN6225) são vedações unidirecionais e são sempre instaladas com a extremidade aberta do V voltada para a pressão. As gaxetas em V devem ter um adaptador macho e fêmea para mantê-las na posição correta após a instalação. Também é necessário apertar o retentor de vedação com o valor especificado pelo fabricante do componente que está sendo reparado, ou a vedação pode não dar um serviço satisfatório.

Anel em U

Empanques em U (AN6226) e empanques em U são usados em conjuntos de freio e cilindros mestre de freio. O anel em U e o copo em U vedam a pressão em apenas uma direção; portanto, o lábio das gaxetas deve estar voltado para a pressão. As gaxetas de anel em U são principalmente gaxetas de baixa pressão para serem usadas com pressões inferiores a 1.000 psi.

O-Rings

A maioria das gaxetas e gaxetas usadas em aeronaves são fabricadas na forma de O-rings. Um O-ring tem forma circular e sua seção transversal é pequena em relação ao seu diâmetro. A seção transversal é verdadeiramente redonda e foi moldada e aparada para tolerâncias extremamente estreitas. O anel de vedação veda eficazmente em ambas as direções. Esta vedação é feita por distorção do seu composto elástico.

Juntas

As juntas são usadas como vedações estáticas (estacionárias) entre duas superfícies planas. Alguns dos materiais de vedação mais comuns são amianto, cobre, cortiça e borracha. As folhas de amianto são usadas sempre que uma junta resistente ao calor é necessária. É usado extensivamente para juntas do sistema de escape. A maioria das juntas de escape de amianto tem uma fina folha de cobre para prolongar sua vida útil.

Materiais de vedação

A maioria das vedações é feita de materiais sintéticos compatíveis com o fluido hidráulico utilizado. As vedações usadas para o fluido hidráulico MIL-H-5606 não são compatíveis com fluidos à base de éster de fosfato e a manutenção do sistema hidráulico com o fluido errado pode resultar em vazamentos e mau funcionamento do sistema. As vedações para sistemas que usam MIl-H-5606 são feitas de neoprene ou Buna-N. As vedações para fluidos à base de éster de fosfato são feitas de borracha butílica ou elastômeros de etileno-propileno.

Instalação do O-Ring

Ao remover ou instalar anéis de vedação, evite usar ferramentas pontiagudas ou afiadas que possam causar arranhões ou danificar as superfícies dos componentes hidráulicos ou causar danos aos anéis de vedação. Estão disponíveis ferramentas especiais para a instalação de O-rings. Ao usar a remoção da vedação e as ferramentas de instalação, o contato com as paredes do cilindro, cabeças de pistão e componentes de precisão relacionados não é desejável.

Limpadores

Os limpadores são usados para limpar e lubrificar as partes expostas dos eixos dos pistões. Eles evitam a entrada de sujeira no sistema e ajudam a proteger o eixo do pistão contra riscos. Os limpadores podem ser metálicos ou de feltro. Eles às vezes são usados juntos, um limpador de feltro instalado atrás de um limpador metálico.