Tipos de óleos hidráulicos: HL, HLP, HVLP, HLPD e HFDU, qual usar em cada sistema

O tipo de óleo hidráulico está nas letras do nome (HL, HLP, HVLP, HLPD), e cada letra diz uma proteção. A maioria das máquinas da indústria usa o HLP, com proteção contra desgaste. Os outros entram quando uma condição manda no sistema: frio e calor no mesmo dia (HVLP), um pouco de água que não dá para drenar (HLPD) ou risco de fogo num vazamento (HFDU, um fluido que queima com mais dificuldade).

Para que serve o óleo hidráulico?

O óleo hidráulico leva a força de um ponto a outro da máquina e, no caminho, lubrifica, resfria, protege e limpa o circuito. É o mesmo princípio do freio do carro: o pé empurra o fluido, e o fluido empurra a pastilha.

Na fábrica, quem empurra é a bomba, e o óleo move o cilindro da prensa ou o motor da injetora. O caminho do óleo é um circuito fechado, sempre na mesma ordem:

1. o reservatório, o tanque onde o óleo descansa;

2. a bomba, que puxa o óleo do reservatório pela sucção, onde a pressão é baixa, e o empurra para a linha de pressão;

3. a válvula direcional, que escolhe para que lado o óleo vai;

4. o cilindro, o atuador que transforma a pressão em movimento; o óleo que sai do outro lado do cilindro volta pela mesma válvula direcional, no caminho de volta, chamado retorno;

5. o filtro, que segura a sujeira no retorno;

6. de novo o reservatório.

No meio do caminho, a válvula de alívio abre quando a pressão passa do limite e devolve o óleo ao reservatório, o que protege a linha de pressão.

Figura 1. O caminho do óleo: a bomba puxa do reservatório pela sucção e empurra pela linha de pressão até o cilindro; na volta, o óleo passa de novo pela válvula direcional e pelo filtro.

Enquanto dá essa volta, o óleo faz cinco trabalhos ao mesmo tempo:

• transmite a força da bomba até o cilindro;

• lubrifica as peças que deslizam dentro da bomba, das válvulas e do cilindro e veda as folgas entre elas, para a pressão não escapar por dentro;

• leva o calor do circuito até o reservatório;

• protege o metal da ferrugem;

• leva a sujeira até o filtro, e o ar e a água até o reservatório, onde podem se separar.

Os cinco valem para todos os óleos hidráulicos industriais, do mais simples ao resistente ao fogo.

Se todo óleo hidráulico faz os mesmos cinco trabalhos, sobra a pergunta: por que tantos tipos?

Por que existem tipos diferentes de óleo hidráulico?

Porque cada circuito castiga o óleo de um jeito, e cada tipo traz proteção contra o ataque que mais pesa naquele sistema.

Quase tudo o que está num óleo hidráulico é óleo básico, o líquido que forma a maior parte de um lubrificante: mineral (do petróleo), sintético ou vegetal.

O resto é uma parte pequena de aditivos: produtos químicos que dão ao óleo uma qualidade que ele não teria sozinho ou reforçam uma que ele já tem. O artigo sobre o que são óleos básicos explica de onde vem essa base.

Dentro do circuito, o óleo enfrenta sete inimigos:

1. Calor e oxigênio. O oxigênio do ar reage com o óleo quente, que engrossa, escurece e forma borra, uma lama grudenta. Essa reação química se chama oxidação.

2. Umidade e ar. O ar úmido ataca o metal e o enferruja: é a corrosão.

3. Ar arrastado. O óleo arrasta ar quando cai agitado no reservatório ou quando a sucção puxa ar por uma junta frouxa ou pelo nível baixo do tanque. Formam-se bolhas e espuma, como refrigerante sacudido: o ar se comprime e o cilindro anda aos trancos. O óleo bom solta o ar no reservatório, e o aditivo antiespumante desfaz a espuma da superfície.

4. Pressão. Entre as peças que deslizam, o que impede o metal de tocar o metal é uma camada fina de óleo, o filme de óleo. A pressão da bomba esmaga essa camada, e onde ela rompe, o metal se gasta.

5. Temperatura. A espessura do óleo muda com o calor. Essa espessura se chama viscosidade: o quanto o líquido resiste a escorrer. O mel da geladeira escorre devagar; aquecido, escorre rápido.

6. Água dentro do óleo. Entra pela condensação (a umidade do ar que vira gota dentro do reservatório quando ele esfria), por um resfriador a água com vazamento ou por respingo de fluido de corte, o líquido que refrigera a usinagem.

7. Fogo. Perto de forno ou de metal derretido, um vazamento pode pegar fogo.

Cada proteção combate um inimigo, e quase todas vêm dos aditivos. Há duas exceções. A resistência à mudança de espessura com a temperatura pode vir também do básico, e a resistência ao fogo pede outra base (um sintético ou fluidos feitos com água), que aparece na seção do fogo. Entre os tipos minerais, portanto, a diferença está principalmente nos aditivos.

E essas proteções estão escritas no nome do óleo, letra por letra.

O que significa cada sigla da DIN 51524?

Cada letra do nome indica uma proteção, e as letras, em geral, se somam: o HLP tem tudo o que o HL tem, mais a proteção contra desgaste.

Uma norma é um documento público que lista os ensaios (testes de laboratório) em que o óleo precisa passar para usar um nome. A DIN 51524, uma norma alemã, define em três partes os óleos hidráulicos minerais. Cada letra responde a um dos inimigos acima:

• H: hidráulico.

• L: protege contra oxidação e corrosão.

• Ar e espuma (sem letra própria): a norma pede que o óleo solte o ar e não faça espuma, já a partir do HL.

• P: antidesgaste, ou AW, do inglês anti-wear. Protege o metal onde o filme de óleo rompe.

• V: viscosidade que muda menos com a temperatura.

• D: detergente. Mantém a sujeira solta no óleo até o filtro e a água espalhada em gotas tão finas que ela não se junta em poça no fundo, onde a ferrugem começa. É a exceção das letras que se somam: o D troca a separação rápida da água pela água presa em gotas finas.

O fogo fica em outro grupo, com outra norma. Os fluidos que queimam com mais dificuldade levam as letras HF, do inglês fire-resistant (resistente ao fogo). Nelas, o D não tem a ver com o detergente do HLPD. No código HFDU, o D marca um fluido sintético sem água, e o U, uma composição que não é éster fosfato, em geral um éster, sintético feito de ácido e álcool.

Figura 2. As letras, em geral, se somam: cada uma acrescenta uma proteção (o D troca a separação da água por água em gotas finas). O HFDU fica à parte, em outro grupo.

Para quem quer o nome técnico: o HL está na parte 1, o HLP na parte 2 e o HVLP na parte 3 da DIN 51524. As três exigem espuma baixa e liberação rápida do ar (DIN ISO 9120). O HLPD não está na norma: é um nome de mercado, que cumpre a parte 2 menos a demulsibilidade, a capacidade de soltar a água. A ISO 6743-4 chama o HLP de HM e o HVLP de HV (veja as perguntas frequentes).

As letras, porém, são só metade do nome do óleo.

O que significa o número do óleo hidráulico, como no HLP 68?

As letras dizem as proteções; o número diz a espessura do óleo. Ele é o grau de viscosidade ISO VG: o valor do meio de uma faixa de espessuras, medida com o óleo a 40 °C, uma temperatura de referência. Número maior, óleo mais grosso.

Óleo mais grosso forma uma camada mais grossa entre as peças; óleo mais fino, uma camada mais fina.

A maior parte dos sistemas industriais usa 32, 46 ou 68. O número certo é o que deixa o óleo, já quente dentro da bomba, na faixa de espessura que o fabricante da bomba aceita, sem ficar grosso demais na partida fria.

• Sistema que trabalha mais quente pede número maior, para o filme não afinar.

• Máquina que parte no frio pede número menor, para a bomba conseguir puxar o óleo.

Quem decide é o manual da máquina ou do fabricante da bomba. O artigo sobre a diferença do óleo hidráulico 46 para o 68 mostra essa escolha num caso comum.

Para quem quer o nome técnico: o grau mede a viscosidade cinemática em cSt (centistokes). Pela ISO 3448, o grau é o ponto médio de uma faixa que vai 10% para cima e para baixo: o ISO VG 68 fica entre 61,2 e 74,8 cSt a 40 °C.

A faixa que a bomba aceita vale para o óleo na temperatura em que ele trabalha, por isso a conferência se faz com o óleo já quente.

Com a letra e o número entendidos, dá para ver o que acontece quando um dos dois está errado.

Por que a bomba hidráulica perde rendimento com o óleo errado?

Porque, com o óleo errado, a bomba se gasta por dentro ou deixa o óleo escapar por onde não devia, e passa a entregar menos à máquina.

Para ver como, olhe as peças. Na bomba de palhetas, lâminas encaixadas em ranhuras de um rotor giram com ele e deslizam soltas, encostadas num anel. Na bomba de pistões, pistões pequenos correm dentro de furos de um bloco que gira, e um prato inclinado faz cada pistão entrar e sair do furo a cada volta.

Entre essas peças, só o filme de óleo separa metal de metal. O óleo errado ataca esse filme por três caminhos.

Figura 3. Por dentro das duas bombas: em cada uma há um ponto onde só o filme de óleo separa metal de metal.

Sem a letra P numa bomba de pressão alta. O estrago vem em cadeia:

1. A pressão afina o filme entre a palheta e o anel (ou entre o pistão e o furo), o que leva a

2. o filme romper num ponto e o metal tocar o metal, o que leva a

3. partículas de metal arrancadas e soltas no óleo, o que leva a

4. uma folga interna maior e vazamento interno: o óleo escapa do lado de pressão alta de volta para o lado de pressão baixa, o que leva a

5. queda do rendimento volumétrico: a bomba entrega menos vazão (menos óleo por minuto) na mesma rotação, e o óleo que vaza por dentro vira calor. A máquina fica lenta antes de quebrar.

O aditivo antidesgaste age no segundo passo. Onde o filme rompe, o calor do atrito faz o aditivo formar uma película fina presa ao metal, a película de sacrifício. Ela se gasta no lugar da peça e se refaz enquanto houver aditivo no óleo. Esse é um dos motivos de o teor do aditivo cair com o uso; o calor e a água também o consomem.

Figura 4. Onde o filme de óleo rompe: sem aditivo antidesgaste, o metal se gasta; com ele, a película de sacrifício se gasta no lugar da peça.

Para quem quer o nome técnico: o aditivo antidesgaste clássico é o ZDDP, composto de zinco, fósforo e enxofre, que volta na seção do laboratório. Com ele, a película é uma camada de fosfatos de zinco e ferro.

Número baixo demais para o calor. O óleo fino passa pelas folgas da bomba, que rende menos desde o primeiro dia.

Número alto demais na partida fria. O óleo grosso custa a chegar à bomba, e o estrago vem em passos:

1. A pressão cai na entrada da bomba.

2. O ar dissolvido no óleo se solta em bolhas, como no refrigerante quando se abre a garrafa.

3. Se a pressão cai ainda mais, o próprio óleo começa a virar vapor, do mesmo jeito que a água ferve a uma temperatura menor no alto da montanha, onde a pressão é menor.

4. Quando as bolhas de vapor chegam à zona de pressão, colapsam de uma vez e arrancam pedaços do metal. Esse dano se chama cavitação.

5. As bolhas de ar não colapsam como as de vapor: elas se comprimem e esquentam, e esse aquecimento escurece o óleo e acelera a oxidação. Óleo que não solta bem o ar piora o quadro.

Figura 5. Na sucção, a pressão baixa faz nascer bolhas; na zona de pressão, as de vapor colapsam e marcam o metal (cavitação).

Como isso aparece na sua fábrica: o cilindro demora mais para fechar a prensa com a mesma regulagem, e o óleo do reservatório trabalha mais quente que o normal. O filtro satura antes do prazo, com partículas metálicas brilhantes no elemento, e a bomba fica mais barulhenta.

Para quem quer o nome técnico: a rigor, aeração é a presença de bolhas de ar no óleo, seja o ar arrastado, seja o ar dissolvido que se solta na pressão baixa. Já a cavitação é a formação e o colapso de bolhas de vapor do próprio óleo.

Agora dá para escolher o tipo pela condição do seu sistema.

Qual óleo hidráulico usar em cada sistema?

Use HLP na maioria das máquinas e troque de tipo só quando uma condição dominar o sistema. O quadro mostra a condição, o tipo e a linha da Kelpen Oil; o número que acompanha cada linha é o grau ISO VG dos produtos.

A DIN 51524 não traz requisitos para os graus mais altos das linhas Supra e Supra AW, como o ISO VG 320. Nesses graus, fale com a Equipe Técnica para confirmar o tipo.

Três escolhas costumam gerar dúvida.

HL ou HLP?

O HL basta em circulação e em mancais sem pressão severa, ou quando o manual da máquina pede HL. Bomba sob pressão alta pede a letra P. Na linha Supra, o Supra 68 RED é um HL (DIN 51524 parte 1) de cor vermelha, que ajuda a achar vazamento.

Frio e calor no mesmo sistema: HVLP

Todo óleo afina no calor e engrossa no frio. O índice de viscosidade (IV) diz quanto: quanto maior o índice, menor a mudança. O HVLP, de IV alto, continua bombeável na partida fria e mantém o filme no calor. Um HLP comum, no mesmo sistema, ficaria grosso demais no frio ou fino demais no calor.

O IV alto pode vir de um aditivo, o melhorador de IV, feito de moléculas longas. Pode vir também do próprio básico: os básicos minerais de refino mais severo, chamados Grupo III, já nascem com IV alto (o artigo sobre óleos básicos explica a classificação).

Figura 6. Do frio ao calor, o HVLP muda menos de espessura e fica dentro da faixa que a bomba aceita.

Para quem quer o nome técnico: os básicos minerais dos Grupos I e II têm IV de 80 a menos de 120, e o Grupo III começa em 120 (API 1509, Anexo E). A parte 3 da DIN 51524 inclui um ensaio de estabilidade ao cisalhamento, o esforço de corte dentro da bomba. Esse esforço pode quebrar as moléculas longas do melhorador de IV e fazer o óleo afinar para sempre.

Um pouco de água que não dá para drenar: HLPD

O detergente do HLPD mantém a sujeira solta até o filtro, que a retém, e a água em gotas muito pequenas espalhadas no óleo, o que se chama emulsão. O filtro deixa essa água passar. Serve quando entra pouca água, por condensação ou respingo de fluido de corte, e o reservatório não tem dreno frequente.

O HLP faz o oposto: tem boa demulsibilidade, a capacidade de soltar a água, que desce ao fundo do reservatório e sai pelo registro de fundo, o dreno.

O HLPD tem limites:

1. Segura só um pouco de água. Acima disso, a água se separa como em qualquer óleo mineral.

2. Mesmo espalhada, a água envelhece o óleo mais depressa e encurta a vida dos rolamentos. Por isso o limite de água que o fabricante da bomba aceita continua valendo.

3. A água presa nas gotas finas não sai pelo dreno: só a desidratação do óleo (por vácuo, por exemplo) ou a troca a tiram. A parte que passa do limite e se separa, essa sim, desce ao fundo.

4. Ele leva a sujeira ao filtro, então a área de filtro precisa dar conta.

5. Com muita água, o caminho é HLP com boa demulsibilidade e dreno no fundo do reservatório.

Para quem quer o nome técnico: o HLPD segura em gotas finas cerca de 1 a 2% de água, segundo fabricantes de equipamentos hidráulicos.

Falta o sétimo inimigo, o fogo, que pede um fluido de outro grupo.

Quando usar fluido hidráulico resistente ao fogo?

Quando um vazamento sob pressão pode encontrar superfície quente ou chama: perto de forno, de lingoteira (o molde onde o aço líquido solidifica) ou de máquina de fundição sob pressão.

O perigo maior vem do furo pequeno: numa mangueira de alta pressão, ele pulveriza o óleo em névoa, e a névoa de óleo mineral pega fogo com facilidade.

Três temperaturas explicam por que um fluido queima com mais dificuldade que outro:

• Ponto de fulgor: a temperatura em que o óleo aquecido solta vapor suficiente para dar um lampejo quando passa uma chama.

• Ponto de combustão: a temperatura em que a chama acende e fica acesa.

• Temperatura de autoignição: a temperatura em que o óleo pega fogo sozinho, sem chama, só pelo calor do ar ou de uma superfície em volta.

O éster, base do HFDU, precisa de mais calor para soltar vapor que pegue fogo e para se inflamar sozinho numa superfície quente. Numa névoa, a chama tende a não se manter quando a fonte de calor some.

Figura 7. A mesma névoa diante da chama: no óleo mineral, o fogo se mantém; no HFDU, tende a apagar quando a fonte some. Ele queima com mais dificuldade, mas continua combustível.

Os fluidos HF, na ISO 6743-4 (a norma internacional que classifica os fluidos hidráulicos), se dividem em dois grupos: os que levam água e os que não levam. Nos fluidos com água, é a própria água que dificulta a queima; o HFC, água com glicol e polímero, é comum em fundição sob pressão. Os fluidos sem água são sintéticos, como o HFDU.

O HFDU dispensa medir e repor água, como se faz nos fluidos aquosos, e lubrifica de forma mais próxima à de um óleo antidesgaste. Em troca, precisa ficar seco: a água decompõe o éster aos poucos, o que se chama hidrólise, e o fluido fica ácido.

Resistente ao fogo, aqui, quer dizer que o fluido queima com mais dificuldade. Ele continua combustível, e a proteção do ponto quente segue valendo.

Nós, da Kelpen Oil, formulamos o Supra HFDU FR 68, fluido hidráulico da classe HFDU à base de ésteres orgânicos, sem água e sem óleo mineral, feito para substituir o hidráulico mineral antidesgaste onde há risco de incêndio. Converter um sistema de óleo mineral para HFDU pede drenagem, limpeza do circuito e conferência das vedações, da pintura interna do tanque e dos filtros com a Equipe Técnica Kelpen Oil. O óleo mineral que sobra no circuito reduz a resistência ao fogo do fluido novo.

Para quem quer o nome técnico: a ISO 12922 classifica como resistentes ao fogo, pela definição da ISO 5598, os fluidos com água (HFAE, HFAS, HFB e HFC) e o HFDR. A mesma norma diz que a maior parte dos HFDU, embora melhor que o mineral, fica fora dessa definição e é mais bem chamada de "menos inflamável".

A figura abaixo junta tudo: o mesmo circuito do começo, agora com cada proteção no ponto onde ela trabalha.

Figura 8. O mesmo circuito, com cada proteção no ponto onde trabalha: antidesgaste na bomba (HLP), demulsibilidade (HLP), liberação de ar e antiespumante no reservatório, detergente até o filtro (HLPD, em vez de soltar a água), índice de viscosidade no circuito inteiro (HVLP) e resistência ao fogo perto de fonte quente (HFDU).

Fica uma última dúvida: dois óleos com a mesma sigla são iguais?

O que a DIN 51524 exige e como a Kelpen Oil confere?

A DIN 51524 exige uma bateria de ensaios, e a sigla no tambor é a declaração do fabricante de que o óleo atinge o mínimo de cada um. O resultado real aparece no ensaio, e por isso dois HLP 68 de fabricantes diferentes não são automaticamente iguais.

Entre outros requisitos, a norma pede resistência à oxidação, separação da água, controle de espuma e de ar e proteção contra corrosão. No HLP e no HVLP, pede também antidesgaste: o ensaio FZG, numa máquina de engrenagens que aumenta a carga por estágios até aparecer dano, e um ensaio numa bomba de palhetas, a mesma do mecanismo de desgaste visto acima.

No nosso laboratório próprio em Arujá (SP), nenhum lote da linha Supra é liberado sem aprovação. Parte desses comportamentos é medida ali: demulsibilidade, espuma, corrosão em lâmina de cobre e viscosidade.

No óleo em uso, a análise sai num laudo, o relatório da análise. Dois cuidados na leitura:

1. A demulsibilidade se lê ao contrário conforme o tipo. No HLP, a água tem que sair do óleo; no HLPD, ela fica por projeto. Lido com a régua do tipo errado, o resultado condena óleo bom ou deixa passar óleo ruim. O ensaio é o mesmo (NBR 14172).

2. O fósforo e o zinco mostram o aditivo. O ICP, aparelho que mede elementos químicos no óleo (NBR 14786), acompanha o zinco e o fósforo do ZDDP, o aditivo antidesgaste clássico, que forma a película de sacrifício. Teor caindo indica consumo do aditivo (pelo uso, pelo calor e pela água) ou diluição por outro óleo.

Para quem trabalha com a norma, estes são os ensaios do laudo de óleo em uso que o laboratório faz como serviço pago:

O mesmo laboratório atende empresas de fora, como serviço pago. Você pode enviar o hidráulico que usa hoje, de qualquer fabricante, e receber um laudo com viscosidade, teor de água, acidez e contagem de partículas. É um jeito direto de saber se o problema do sistema está no óleo ou em outro lugar.

Perguntas frequentes

Qual o melhor óleo hidráulico? O que corresponde à condição que mais castiga o seu sistema, no grau ISO VG que a temperatura pede. Na maioria das máquinas, é um HLP.

O que significa AW no óleo hidráulico? AW vem do inglês anti-wear, antidesgaste: indica que o óleo tem aditivo contra desgaste. "AW 68" é um nome comercial; o que define os ensaios é a classe da norma, como o HLP da DIN 51524 parte 2.

Óleo hidráulico HM é o mesmo que HLP? Na prática, sim. A ISO 6743-4 chama de HM o que a DIN 51524 chama de HLP, e de HV o HVLP. O "L" de "L-HM 46" indica a classe dos lubrificantes na ISO. A ISO 6743-4 reúne os hidráulicos na família H. O HLPD não tem categoria ISO.

Pode misturar óleo hidráulico de classes diferentes? Não é recomendado. Um HLP misturado a um HLPD tende a perder a capacidade de soltar a água, e aditivos diferentes podem formar depósitos no filtro. Ao trocar de classe, drene o sistema e, se houver borra, limpe antes com óleo de flushing.

Óleo hidráulico biodegradável é o mesmo que HFDU? Não necessariamente. A biodegradabilidade tem norma própria, a ISO 15380; a resistência ao fogo, a ISO 6743-4 e a ISO 12922. Um mesmo éster pode atender às duas normas, mas cada uma pede ensaios próprios: ser HFDU não prova biodegradabilidade, e ser biodegradável não prova resistência ao fogo.

Glossário

• Oxidação: reação do oxigênio do ar com o óleo quente, que engrossa, escurece e forma borra.

• Viscosidade: o quanto um líquido resiste a escorrer; a espessura do óleo.

• Antidesgaste (AW): aditivo que protege o metal onde o filme de óleo rompe; é a letra P do HLP.

• ISO VG: grau de viscosidade do óleo, o valor do meio da faixa a 40 °C (ISO 3448).

• Índice de viscosidade (IV): quanto a viscosidade muda com a temperatura; quanto maior o índice, menor a mudança.

• Demulsibilidade: capacidade do óleo de soltar a água.

• Cavitação: bolhas de vapor que colapsam na zona de pressão e arrancam metal.

Fale com a Equipe Técnica

A Equipe Técnica Kelpen Oil avalia o tipo de bomba, a pressão de trabalho, a temperatura de partida e de regime, a presença de água, o histórico de contaminação e o risco de fogo, e confirma o tipo e o grau adequados para cada sistema. Se o óleo já está em uso, o laboratório de Arujá (SP) faz a análise do óleo em uso, como serviço pago. Salve este artigo ou envie para quem cuida da manutenção hidráulica na sua empresa.