PROJECTO FINAL Dimencionamento de uma UPHI para sistemas de controle de águas profundas 2015 (Álvaro Adolfo)

Campus Universitário de Viana
Universidade Jean Piaget de Angola
(Criado pelo Decreto n. 44-A/01 de 6 de Julho de 2)
Faculdade de Ciências e Tecnologias
PROJECTO DO TRABALHO DE FIM DO CURSO
DIMENSIONAMENTO DE UMA UNIDADE DE
POTÊNCIA HIDRÁULICA INTELIGENTE PARA
SISTEMAS DE CONTROLO DE ÁGUAS PROFUNDAS
Autor: Álvaro Stanislau João Adolfo
Licenciatura: Electromecânica
Orientador: Eng.º Serafim Anacleto João Adolfo
Co-Orientador: Eng.º Ângelo de Assunção João Adolfo
Viana, Junho de 2015

Campus Universitário de Viana
Universidade Jean Piaget de Angola
(Criado pelo Decreto n. 44-A/01 de 6 de Julho de 2)
Faculdade de Ciências e Técnologias
PROJECTO DO TRABALHO DE FIM DO CURSO
DIMENSIONAMENTO DE UMA UNIDADE DE
POTÊNCIA HIDRÁULICA INTELIGENTE PARA
SISTEMAS DE CONTROLO DE ÁGUAS PROFUNDAS
Estudante: Álvaro Stanislau João Adolfo
Licenciatura: Electromecânica
Viana, Junho de 2015

iii
EPÍGRAFE
“Toda nossa ciência, contraposta à realidade, é primitiva e infantil. No
entanto, é a coisa mais preciosa que temos”.
«Albert Einstein (1879-1955)»

iv
DEDICATÓRIA
À memória dos meus Pais, por terem
deixado bases sólidas para que eu
pudesse seguir.

v
AGRADECIMENTOS
Agradeço a Deus, direção da minha vida;
A todos os docentes que contribuíram de forma séria e competente para a minha
formação;
Aos meus queridos irmãos Leonildo, Guedes, Émidio, Honório, Augusto,
Serafim e Ângelo Adolfo, Anacleto Mulemo e Euclides Lemos, pelo apoio e
encorajamento nos momentos de dificuldade. Minha eterna gratidão vai além de meus
sentimentos;
Agradeço aos meus amigos pelas palavras amigas nas horas difíceis e por
estarem comigo nesta caminhada tornando-a mais fácil e agradável;
Aos meus colegas que ouviram os meus desabafos; que presenciaram e
respeitaram o meu silêncio; que partilharam este longo passar de anos, de páginas, de
livros e cadernos; que tantas vezes machucamos; que fez meu mundo um mundo
melhor; que me acompanharam, choraram, riram, sentiram, participaram,
aconselharam, dividiram; as suas companhias, os seus sorrisos, as suas palavras e
mesmo as ausências foram expressões de amor profundo. As alegrias de hoje também
são suas, pois seus amores, estímulos e carinhos foram armas para essa minha vitória;
A todos que direta ou indiretamente contribuíram para a realização deste
trabalho.

vi
DECLARAÇÃO DE AUTOR
Declaração do autor:
Declaro que este trabalho escrito foi levado a cabo de acordo com os
regulamentos da Universidade Jean Piaget de Angola (UniPiaget) e em particular das
Normas Orientadoras de Preparação e Elaboração do Trabalho de Fim de Curso,
emanadas pelo Departamento de Altos Estudos e Formação Avançada (DAEFA). O
trabalho é original, contém informações extraídas de literaturas ligadas aos cursos
técnicos. Quaisquer visões expressas são as do autor e não representam de modo
nenhum as visões da UniPiaget. Este trabalho, no todo ou em parte, não foi
apresentado para avaliação noutras instituições de ensino superior nacionais ou
estrangeiras.
Assinatura:________________________________________________
Data:___/___/___

vii
ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS
Acum MP - Acumulador de Média Pressão;
Acum AP – Acumulador de Alta Pressão;
AF – Analisador de Fluido;
CLP - Controlador Lógico Programável;
C.P.U - Unidade de Processamento Central;
CRT – Tubos de Raios Catódicos;
ISO - International Standards Organization;
FAS – Fluid Analyser System;
FSK – Frequency Shift Key;
HPFT – High Pressure Flow Transducer;
HPPT – High Pressure Pressure Transducer;
HMI – Human Machine Interface;
LCD - Display de Cristal Líquido;
MPPT – Medium Pressure Pressure Transducer;
MPFT – Medium Pressure Flow Transducer;
MCS – Master Control Station;
NAS – Nível de limpeza do fluído;
NO - Normalmente Aberta;
NF - Normalmente Fechada;

viii
Off-line – Fora de linha;
ON/OFF – Ligado/Desligado;
O2SS – Oxygen System Sensor
PROG – Programa;
RTLT – Return Tank Level Transducer;
SOV - Válvulas Operadas por Solenoide;
STOP – Parar;
STLT – Supply Tank Level Transducer;
TN – Transdutor de Nível;
TP – Transdutor de Pressão;
UPHI - Unidade de Potência Hidráulica Inteligente;
𝑽 𝑺 - Volume do sistema submarino
𝑽 𝒂𝒄 - Volume dos acumuladores
𝑽𝒕𝒓 - Volume dos tubos rígidos
𝑽𝒕𝒇 - Volume dos tubos flexíveis
𝑽 𝒖𝒎 - Volume do umbilical
𝑽 𝑳 - Volume das linhas
𝑽 𝑻 - Volume total
𝑽 𝒖𝒑𝒉𝒊 - Volume da unidade de potência hidráulica inteligente

ix
RESUMO
O presente trabalho é resultado de um estudo minucioso das unidades de
potência hidráulica existentes. As unidades de potência hidráulica são sistemas
desenvolvidos para fornecer energia hidráulica para o acionamento de mecanismos.
Estas unidades são projetos à nível 5, pois são constituídas por multimicrosistemas
híbridos. Equipamentos como bombas, reservatórios, acumuladores de pressão,
PLCs, filtros, válvulas direccionais e de alívio, transdutores de pressão, nível, vazão,
temperatura, etc,…são as estruturas de base destas unidades. O presente trabalho tem
como objetivo desenvolver uma unidade de potência hidráulica livre de algumas das
imperfeições existentes nas unidades actuais. Para atingir este objetivo, um estudo
profundo das unidades existentes foi efetuado, o dimensionamento e selecção de
equipamentos foram feitos seguindo regras práticas, uma série de softwares de
simulação em ambiente virtual foram utilizados de modos a conseguirmos o resultado
esperado.
Palavras-chaves: Automação, BOP, SUBSEA, Unidade de Potência Hidráulica.

x
ABSTRACT
This job is the result of an accurate study of the existent Hydraulic Power Unit.
The hydraulic power unit are system developed to supply hydraulic power to operate
mechanisms. These units are level 5 projects, because they are constituted by multi
hybrid Microsystems. Equipments like pumps, reservoirs, pressure accumulators,
PLCs, filters, directional and reliefs valves, pressure, level, flow and temperature
transdutors, etc…, are the basic structures of this unit. The objective of this job is to
develop an improved hydraulic power unit free of some of the imperfections existents
on the actual units. To achieve this objective a deep study of the existents unit was
done, all calculations and equipment selection were done as per practical rules,
software were used to simulate in virtual environment in order to achieve the expected
result.
Keywords: Automation, BOP, SUBSEA, Hydraulic Power Unit.

xi
ÍNDICE GERAL
EPÍGRAFE.........................................................................................................................................iii
DEDICATÓRIA ................................................................................................................................iv
AGRADECIMENTOS........................................................................................................................v
DECLARAÇÃO DE AUTOR ...........................................................................................................vi
ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS ...................................................................................vii
RESUMO...........................................................................................................................................ix
ABSTRACT........................................................................................................................................x
ÍNDICE DE FIGURAS....................................................................................................................xiv
ÍNDICE DE TABELAS...................................................................................................................xvi
INTRODUÇÃO ............................................................................................................................... 17
1. OBJETIVOS ............................................................................................................................ 18
1.1 Objetivo Geral........................................................................................................................ 18
1.2 Objetivos Específicos............................................................................................................. 18
2. IMPORTÂNCIA DO ESTUDO .............................................................................................. 19
3. DEFINIÇÃO DE CONCEITOS .............................................................................................. 19
4. ESTRUTURA DO TRABALHO............................................................................................. 20
CAPÍTULO I – REVISÃO DA LITERATURA TÉCNICA / CIENTIFICA APLICÁVEL AO
PROJECTO...................................................................................................................................... 21
1. UNIDADE DE POTÊNCIA HIDRÁULICA........................................................................... 21
1.1 Hardware da Unidade de Potência Hidráulica ....................................................................... 21
1.2 Reservatórios.......................................................................................................................... 21
1.2.1 Funcionamento................................................................................................................ 22
1.2.2 Tipos de reservatório....................................................................................................... 23
1.3 Bombas................................................................................................................................... 23
1.3.1 Bomba hidrodinâmica ..................................................................................................... 23
1.3.2 Bomba hidrostática.......................................................................................................... 24
1.3.3 Cuidados na Instalação das Bombas ............................................................................... 25
1.3.4 Eletrobombas................................................................................................................... 26
1.3.5 Bombas Pneumáticas ...................................................................................................... 27
1.4 Acumuladores de Pressão ...................................................................................................... 28
1.4.1 Princípio de funcionamento ............................................................................................ 29
1.4.2 Tipos de acumulador....................................................................................................... 29
1.4.3 Aplicação dos acumuladores........................................................................................... 32

xii
1.5 Filtros ..................................................................................................................................... 32
1.5.1 Contaminação.................................................................................................................. 32
1.6 Válvulas ................................................................................................................................. 38
1.6.1 Válvulas de Alívio........................................................................................................... 38
1.6.2 Características ................................................................................................................. 38
1.6.2 Válvulas de Agulha......................................................................................................... 39
1.7 Discos de Rotura.................................................................................................................... 39
1.8 Tubagens e Conexões............................................................................................................. 41
1.9 Controlador Lógico Programável (CLP)................................................................................ 43
1.9.1 Princípio de Funcionamento ........................................................................................... 44
1.10 Transdutor de Pressão .......................................................................................................... 45
1.10.1 Transdutor de Nível....................................................................................................... 46
1.10.2 Transdutor de Fluxo...................................................................................................... 46
1.11 LCD...................................................................................................................................... 47
1.11.1 Características ............................................................................................................... 47
1.12 Eletroválvulas....................................................................................................................... 48
CAPÍTULO II – PRODUÇÃO TÉCNICA...................................................................................... 49
2. MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................................................... 49
2.1 Projecto de Hardware......................................................................................................... 51
2.1.1 Unidade de Potência Hidráulica Convencional............................................................... 52
2.1.2 Especificação dos Sistemas de Controlo para Águas Profundas..................................... 54
2.1.3 Dimensionamento e Seleção de Equipamentos............................................................... 54
2.1.4 Dimensionamento dos Acumuladores............................................................................. 54
2.1.5 Gás a ser utilizado........................................................................................................... 58
2.1.6 Fluido hidráulico a ser utilizado...................................................................................... 59
2.1.7 Dimensionamento dos reservatórios ............................................................................... 59
2.1.8 Dimensionamento/Seleção de Bombas ........................................................................... 61
2.1.9 Esquemas ........................................................................................................................ 66
CONCLUSÕES ............................................................................................................................... 77
RECOMENDAÇÕES ...................................................................................................................... 78
BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................. 79
ANEXOS ......................................................................................................................................... 81
ANEXO I ......................................................................................................................................... 82
ANEXO II........................................................................................................................................ 83

xiii
ANEXO III....................................................................................................................................... 84
ANEXO IV ...................................................................................................................................... 85
ANEXO V........................................................................................................................................ 86

xiv
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1: Esquema e Fotografia de um reservatório. ....................................................................... 22
Figura 2: Bombas hidráulicas........................................................................................................... 23
Figura 3: Desalinhamento de bomba e motor. ................................................................................. 25
Figura 4: Desalinhamento de bomba e motor. ................................................................................. 25
Figura 5: Alinhamento de bomba e motor. ...................................................................................... 26
Figura 6: Alinhamento de bomba e motor. ...................................................................................... 26
Figura 7: Eletrobombas.................................................................................................................... 27
Figura 8: Bomba Pneumática........................................................................................................... 27
Figura 9: Bomba Pneumática........................................................................................................... 28
Figura 10: Acumuladores hidráulicos.............................................................................................. 29
Figura 11: Funcionamento dos acumuladores.................................................................................. 29
Figura 12: Acumulador de bexiga.................................................................................................... 30
Figura 13: Acumulador de Pistão..................................................................................................... 31
Figura 14: Carcaças de Filtros.......................................................................................................... 35
Figura 15: Filtro de sucção............................................................................................................... 36
Figura 16: Filtro de sucção............................................................................................................... 36
Figura 17: Filtro de retorno.............................................................................................................. 37
Figura 18: Filtro off-line. ................................................................................................................. 38
Figura 19: Válvula de alívio............................................................................................................. 39
Figura 20: Válvula de agulha........................................................................................................... 39
Figura 21: Disco de Rotura. ............................................................................................................. 40
Figura 22: Tubos e Conexões........................................................................................................... 41
Figura 23: Válvulas e Conexões. ..................................................................................................... 42
Figura 24: Diagrama de bloco da construção interna de um P.L.C.................................................. 43
Figura 25: Ciclo de varredura de um P.L.C. .................................................................................... 45
Figura 26: Transdutor de Pressão..................................................................................................... 46
Figura 27: Transdutor de Nível........................................................................................................ 46
Figura 28: Transdutor de Fluxo........................................................................................................ 47
Figura 29: LCD................................................................................................................................ 47
Figura 30: Electroválvula................................................................................................................. 48
Figura 31: Esquema em bloco da UPHI........................................................................................... 51
Figura 32: Unidade de Potência Analisada ...................................................................................... 52
Figura 33: Acumulador hidráulico................................................................................................... 55
Figura 34: Umbilical e Reel............................................................................................................. 60
Figura 35: Bomba de alta pressão.................................................................................................... 61
Figura 36: Bomba de média pressão................................................................................................ 62
Figura 37: Bomba de circulação pneumática................................................................................... 63
Figura 38: Esquema Hidráulico. ...................................................................................................... 66
Figura 39: Esquema de Interação do PLC com os demais elementos do sistema............................ 67
Figura 40: Circuito de força da UPHI.............................................................................................. 69
Figura 41: Circuito de comando....................................................................................................... 70
Figura 42: Circuito de alimentação da SOV/bomba de circulação. ................................................. 72
Figura 44: Circuito de alimentação da bomba de circulação com a fonte retificada. ...................... 75

xv
Figura 44: Fonte de tensão para os componentes do circuito funcionando em DC. ........................ 76

xvi
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 1 - Referência dos componentes........................................................................................... 63

17
INTRODUÇÃO
«O termo Hidráulica, é uma palavra que vem do grego e é a união de hydra =
água, e aulos = condução/tubo, é, portanto, uma parte da física que se dedica
a estudar o comportamento dos fluidos em movimento e em repouso. É
responsável pelo conhecimento das leis que regem o transporte, a conversão de
energia, a regulação e o controle do fluido agindo sobre suas variáveis
(pressão, vazão, temperatura, viscosidade, etc.).»
(JOSÉ 2014: p.7)
É bastante comum as pessoas confundirem os sistemas hidráulicos com os
sistemas de escoamento de fluidos. Mas é fundamental esclarecermos que os sistemas
de fluidos dividem-se em dois grupos que são respetivamente: os sistemas de
escoamento de fluidos (como são os casos das redes de abastecimento de água, redes
de esgoto, etc…) e os sistemas de potência utilizando fluidos (sistemas hidráulicos e
sistemas pneumáticos), sendo estes últimos a base para a automatização de vários
processos.
«Unidades de potência hidráulica que representam uma parte fundamental dos
sistemas hidráulicos, são sistemas projetados para produzir e fornecer energia
hidráulica para accionar mecanismos em processos de automatização.»
(FIALHO 2006: p. 10)
As unidades de potência hidráulica revolucionaram os sistemas de
automatização hidráulica, pois ultrapassaram a natureza incompressível dos líquidos
que representava um problema para os sistemas hidráulicos, e que exigia elevado
esforço dos geradores de energia hidráulica, e diminuía a velocidade de resposta das
mesmas.
A combinação de eletrobombas, acumuladores de alta e de média pressão,
discos de rotura, válvulas de alívio, filtros altamente fiáveis, PLCs, medidores de
fluxo, sensores de pressão, sensores de nível, reservatórios de alta capacidade, etc…,

18
resultaram neste projeto ao nível 5 que representa uma mais-valia para os sistemas de
automatização hidráulica.
Mas é de tudo verdade que apesar da grande evolução que estes equipamentos
tenham apresentado ao longo dos anos, ainda haja uma série de imperfeições que
precisam ser corrigidas e uma série de aprimoramentos que precisam ser feitos de
modos a adequá-los aos desafios e exigências da indústria moderna.
É nesta linha de raciocínio que surgiu a ideia de projetar uma Unidade de
Potência Hidráulica Inteligente a UPHI-2015, livre de uma série de inconvenientes
vivamente reclamados pelos engenheiros de campo que trabalham diariamente em
operação e manutenção destas unidades nos mais variados segmentos da indústria.
1. OBJETIVOS
1.1 Objetivo Geral
Dimensionar uma Unidade de Potência Hidráulica inteligente para sistemas de
controlo de águas profundas, capaz de fornecer a pressão necessária para operar
válvulas submarinas que se encontrem à uma profundidade de até 4000 metros, criar
ciclos de limpeza do fluido e dispersar o nitrogénio em caso de fuga nos
acumuladores.
1.2 Objetivos Específicos
(1) Realizar um estudo teórico dos componentes hidráulicos de uma
Unidade de Potência Hidráulica;
(2) Realizar um estudo do funcionamento de uma Unidade de
Potência Hidráulica;
(3) Dimensionar uma Unidade de Potência Hidráulica com um nível
de autonomia superior ao estudado;
(4) Aumentar os meus conhecimentos referentes aos sistemas
hidráulicos, pneumáticos, electro-hidráulicos e
electropneumáticos;

19
(5) Contribuir para o aumento da literatura em língua portuguesa
sobre as unidades de potência hidráulica que se apresenta bastante
limitada até hoje.
2. IMPORTÂNCIA DO ESTUDO
Este tema e a sua materialização representa uma solução exequível para os
anseios da indústria de automatização, pois apresenta um sistema inteligente, livre
dos erros devido ao parâmetro emotivo presente na equação de vida dos seres
humanos, o que aumentaria o tempo entre anomalias, e sem nos esquecer que pela
sua anatomia e fisiologia este sistema representa também uma solução para os
desafios do milénio direcionados à gestão energética.
3. DEFINIÇÃO DE CONCEITOS
«A hidráulica consiste no estudo das características e uso dos fluidos confinados ou
em escoamento como meio de transmitir energia.»
(JOSÉ 2014: p.7)
Com as preocupações ligadas à diminuição do consumo de energia à nível
global, urge novamente a necessidade de se investir em sistemas e subsistemas que
garantam a transmissão de força mas apresentem economia energética. Sistemas de
potência hidráulica bem projectados e bem dimensionados conseguem com muita
facilidade garantir tal proeza.
«Um sistema de potência hidráulica é um conjunto de componentes interligados, cuja
função é transmitir potência de forma controlada através de um líquido confinado
sob pressão, o fluido hidráulico.»
(JOSÉ 2014: p.8)

20
4. ESTRUTURA DO TRABALHO
O trabalho desenvolvido tem a seguinte estrutura:
No capítulo I, Enquadramento Teórico, são descritas de uma forma analítica,
sistematizada e breve, todas as teorias de sustentação do tema, partindo de uma
análise mais profunda dos componentes hidráulico, passando a posterior para um
estudo particular de cada um dos componentes que constituem o esqueleto de um
sistema hidráulico, eletroeletrónico e interfaces de comunicação.
O capítulo II, Enquadramento Prático, começa apresentando todas as técnicas
usadas na aquisição e tratamento de toda a informação associada à este trabalho,
dando uma cobertura resumida dos recursos usados para o desenvolvimento e testes
de todas a arquiteturas associadas à hidráulica, para a posterior, dedicar-se
inteiramente ao dimensionamento, construção e testes, terminando com as conclusões
e recomendações para trabalhos futuros.

21
CAPÍTULO I – REVISÃO DA LITERATURA TÉCNICA /
CIENTIFICA APLICÁVEL AO PROJECTO
1. UNIDADE DE POTÊNCIA HIDRÁULICA
«Uma unidade de potência hidráulica é um projeto de nível 5, resultante de
uma série de multimicrosistemas híbridos, que como um todo têm como função
produzir, armazenar e fornecer energia hidráulica para o acionamento de
mecanismos.»
(LINSINGEN 2001: p. 28)
1.1 Hardware da Unidade de Potência Hidráulica
Os termos hardware e software generalizaram-se universalmente e têm um
significado difícil de traduzir em poucas palavras.
«Por hardware entende-se um conjunto de circuitos integrados, placas de
circuitos impressos, dispositivos mecânicos e eletromecânicos, interfaces de
entrada e saída de informação, enfim, toda a estrutura tecnológica rígida de
um sistema ou microssistema que está associado á uma componente
inteligente.»
(PIRES 2004: p. 360)
«Por software entende-se por programas – códigos de instruções, dados, tabelas,
ficheiros – através dos quais o hardware cumpre os objetivos desejados, pressupondo
que os programas têm suporte material maleável.»
(PIRES 2004: p. 360)
Nesta secção específica, toda a abordagem estará voltada fundamentalmente à
estrutura rígida das unidades de potência hidráulica, deixando a parte lógica para as
secções subsequentes.
1.2 Reservatórios
«Os reservatórios hidráulicos consistem em um recipiente (geralmente de
aço), com uma base abaulada, um topo plano com uma placa de apoio, quatro
pés, linhas de sucção, retorno e drenos, plugue do dreno, indicador de nível

22
de óleo, tampa para respiradouro e enchimento, tampa para limpeza e placa
defletora (Chicana).»
(FIALHO 2006: p, 106)
Figura 1: Esquema e Fotografia de um reservatório.
Fonte: ARAUJO (2006, p. 45)
1.2.1 Funcionamento
Quando o fluido retorna ao reservatório, a placa defletora impede que este vá
diretamente à linha de sucção. Isto cria uma zona de repouso onde as impurezas
maiores sedimentam, o ar sobe à superfície do fluido e dá condições para que o calor,
no fluido, seja dissipado para as paredes do reservatório. Todas as linhas de retorno
devem estar localizadas abaixo do nível do fluido e no lado do defletor oposto à linha
de sucção.
O Reservatório ou tanque é utilizado para o armazenamento do fluido de
trabalho; contribui para a troca de calor e para a decantação das partículas
contaminantes. Devido a essas tarefas o reservatório deverá ter a sua capacidade
determinada conforme a necessidade, um indicativo é que normalmente o
reservatório deve ter capacidade igual ou superior a 3x o volume da vazão da bomba
do sistema.
𝑽𝒐𝒍. 𝑹𝒆𝒔𝒆𝒓. ≥ 𝟑 . 𝑸𝑩

23
1.2.2 Tipos de reservatório
Os reservatórios industriais têm uma variedade de estilos, dentre os quais estão
os reservatórios em forma de L, os reservatórios suspensos e os reservatórios
convencionais. Os reservatórios convencionais são os mais comumente usados dentre
os reservatórios hidráulicos industriais.
1.3 Bombas
«A bomba é sem dúvida o componente mais importante e menos compreendido
no sistema hidráulico. Sua função é converter a energia mecânica em energia
hidráulica, empurrando o fluido no sistema. As bombas são fabricadas em
vários tamanhos e formas, mecânicas e manuais, com diversos e complexos
mecanismos de bombeamento e para várias aplicações. Todas as bombas,
entretanto, são classificadas em categorias básicas: hidrodinâmica e
hidrostática.»
(DE MATTOS 1998: p. 45)
Figura 2: Bombas hidráulicas.
Fonte: DE MATTOS (1998, p. 45)
1.3.1 Bomba hidrodinâmica
Na bomba hidrodinâmica o fluido, absorvido de um depósito em que se achava
em estado de repouso, é posto inicialmente em movimento dentro da bomba, a uma
notável velocidade, e submetido logo a uma diminuição dessa velocidade, o que lhe
permite adquirir pressão e, portanto, vencer as resistências. É característica da bomba
hidrodinâmica a dependência funcional entre o volume do fluido administrado e a

24
pressão. Exemplos típicos e conhecidos de bomba hidrodinâmica são as centrífugas
e as axiais (denominadas de bombas de hélice).
1.3.2 Bomba hidrostática
Na bomba hidrostática ou “bomba volumétrica” o fluido adquire o movimento,
bem como a pressão, sem experimentar dentro da bomba nenhum aumento
substancial de velocidade, visto que é simplesmente aspirado e transportado; além de
que, o fluido administrado não depende da pressão. Facto esse que as torna adequadas
para a transmissão de força.
Neste projeto serão usadas bombas hidrostática, também chamadas de “bombas
de deslocamento positivo”. As bombas de deslocamento positivo subdividem-se
basicamente em três tipos:
Bombas de Engrenagens:
 Engrenagens externas;
 Engrenagens internas;
 De lóbulos
 Do tipo gerotor.
Bombas de Palhetas:
 Balanceadas;
 Deslocamento variável.
Bombas de Pistões:
 Radiais;
 Axiais.

25
1.3.3 Cuidados na Instalação das Bombas
«Qualquer equipamento eléctrico ou mecânico requer uma série de cuidados para
ser instalado ou mantido, a fim de preservar sua vida útil, os equipamentos
hidráulicos não estão de parte.»
(FIALHO 2006, p.67)
1.3.3.1 Alinhamento Entre os Eixos da Bomba e do Motor
Duas são as possibilidades de desalinhamento entre os eixos da bomba
hidráulica e o motor elétrico: desalinhamento axial e desalinhamento angular.
Figura 3: Desalinhamento de bomba e motor.
Fonte: FIALHO (2006, p. 67)
Quando a bomba está inclinada ou em desnível com o motor, haverá um esforço
sobre o eixo, que será transmitido às partes girantes internas da bomba, ocasionando
o desgaste prematuro e quando não, a quebra instantânea da bomba logo no princípio
do funcionamento.
Figura 4: Desalinhamento de bomba e motor.
Fonte: Fialho (2006, p. 68)
Admitimos, porém, que por mais perfeitos que sejam os processos de medição,
sempre podemos incorrer em um dos dois tipos de erros expostos anteriormente.
Assim, a fim de evitar essa possibilidade, devemos utilizar acoplamentos flexíveis
(acoplamentos elásticos), pois em caso de ter ocorrido algum pequeno

26
desalinhamento entre os eixos, ao entrar em funcionamento, eles se rompem, evitando
com isso dano permanente.
Figura 5: Alinhamento de bomba e motor.
Fonte: FIALHO (2006, p. 68)
Figura 6: Alinhamento de bomba e motor.
Fonte: CHRISPIN (2002, p. 55)
1.3.3.2 Sentido de Rotação
Eventualmente ocorre, por um descuido de não-observância do sentido de
rotação, que uma bomba de rotação à direita seja instalada para girar no outro sentido
(rotação à esquerda). Como resultado, a bomba não irá sugar o fluido, girando então
a seco. Isso fará com que o atrito entre as partes móveis e as fixas da bomba, que
iriam sofrer lubrificação automática pelo fluido sugado, origine geração de calor
excessiva que pode ocasionar, inclusive, soldagem entre as partes, rompendo o eixo
da bomba.
1.3.4 Eletrobombas
«São bombas caraterizadas pelo fato de serem acionadas eletricamente.»
(GEORGINI 2003: p, 28)

27
Podem ser trifásicas ou monofásicas, e a potência vária fundamentalmente em
função da aplicação. Para este projeto estas serão as bombas de eleição.
Figura 7: Eletrobombas.
Fonte: GEORGINI (2003, p.28)
1.3.5 Bombas Pneumáticas
«As bombas pneumáticas utilizam o ar comprimido como fonte de energia. No
entanto, estes equipamentos agregam em um único produto diversas vantagens
técnicas e operacionais, dificilmente atingidas por outros tipos de bombas.
Estas características tornam as bombas pneumáticas tão versáteis que sua
gama de aplicações é praticamente ilimitada.»
(GEORGINI 2003, p. 29)
Figura 8: Bomba Pneumática.
Fonte: RASIA (2002, p. 29)
As bombas pneumáticas são divididas em dois módulos, sendo um deles a parte
molhada (manifoalds e câmara de bombeamento) e o outro parte seca ou bloco
central (área de atuação do ar comprimido). Estes conjuntos são separados por dois
diafragmas, que isolam o líquido bombeado do ar comprimido.

28
1.3.5.1 Funcionamento
O bloco central possui uma válvula de ar que direciona o ar comprimido,
pressurizando inicialmente num dos diafragmas (câmara B), que por sua vez
impulsiona o fluido que está na câmara à sua frente (câmara de líquido). O fluido é
impulsionado para cima, devido à ação dos conjuntos esfera/assento, sendo
direcionado para a saída através dos coletores (manifoalds), enquanto isso o outro
diafragma é puxado para trás pelo eixo que interliga os diafragmas, succionando o
fluido para dentro da outra câmara de bombeamento (câmara A).
«Quando os diafragmas completam seu curso, a válvula pressuriza a câmara do
diafragma oposto, gerando o mesmo processo já descrito acima. O movimento
alternado dos diafragmas executa o bombeamento, com um fluxo pulsante.»
(MUNIZ 2014, p. 29)
Figura 9: Bomba Pneumática.
Fonte: MUNIZ (2014, p. 29)
1.4 Acumuladores de Pressão
«Diferente dos fluidos em estado gasoso, os fluidos usados nos sistemas
hidráulicos não podem ser comprimidos e armazenados para posterior
utilização numa hora ou local distinto. Entretanto, na busca de uma solução
pelo menos aproximada, foram desenvolvidos os acumuladores, que são
elementos capazes de armazenar fluidos incompressíveis sob pressão, para
então serem utilizados durante o ciclo de operação do sistema.»
(FIALHO 2006, p.135)

29
Figura 10: Acumuladores hidráulicos.
Fonte: LORENTZ (2013, p. 29)
1.4.1 Princípio de funcionamento
É conseguido quando o fluido hidráulico, sob pressão entra numa câmara do
acumulador de três modos distintos: comprimindo uma mola, um gás ou então
levantando peso. Qualquer queda de pressão na abertura de entrada criará uma reação
no elemento, a qual forçará o fluido a sair.
Figura 11: Funcionamento dos acumuladores.
Fonte: JOSÉ (2014, p. 37)
1.4.2 Tipos de acumulador
Existem três tipos básicos de acumulador normalmente utilizados em sistemas
hidráulicos. São eles:
 Acumuladores com peso (age pela força de gravidade);
 Acumuladores de mola;
 Acumuladores com gás.

30
 Os acumuladores que utilizam gás podem ainda ser divididos em dois
tipos:
 Acumuladores com separação;
 Acumuladores sem separação.
 Os acumuladores que utilizam gás e com separação podem ser dos
seguintes tipos:
 Pistão;
 Diafragma;
 Bexiga.
1.4.2.1 Acumulador do tipo bexiga
Um acumulador de bexiga é composto por uma parte de líquido e uma parte de
gás com uma bexiga como elemento de separação estanque ao gás. A parte do líquido
existente ao redor da bexiga tem comunicação com o circuito hidráulico, de modos
que, com um aumento da pressão o acumulador é preenchido e com isso o volume de
gás é comprimido. Com a diminuição da pressão o volume do gás comprimido se
expande e expulsa assim o fluido hidráulico armazenado para dentro do circuito
hidráulico.
Figura 12: Acumulador de bexiga.
Fonte: José (2014, p. 38)

31
Ele oferece ao projetista de sistemas hidráulicos uma extensa gama de
vantagens, que em certas condições é de fundamental importância. São algumas
delas:
 Garantia de uma perfeita separação entre a câmara correspondente
ao gás e a destinada ao líquido;
 O elemento separador (bexiga de borracha) não apresenta
praticamente inércia nenhuma;
 Por não existir nenhum deslizamento recíproco entre elementos
metálicos, como nos tipos de mola, de peso e de pistão, não é
necessário cuidado particular quanto ao mecanismo interno;
 Alta eficiência volumétrica, chegando a 75% do volume e da
garrafa.
1.4.2.2 Acumulador de Pistão
Um acumulador de pistão é composto por um lado de líquido e um lado de
gás com o pistão como elemento separador estanque ao gás. O lado de gás é
preenchido com nitrogênio. O lado de líquido tem comunicação com o circuito
hidráulico, de modos que, com um aumento da pressão, o acumulador de pistão
absorve fluido e o gás é comprimido. Com a diminuição da pressão o gás
comprimido se expande e com isto desloca o fluido hidráulico armazenado para o
circuito hidráulico.
Figura 13: Acumulador de Pistão.
Fonte: JOSÉ (2014: p. 39)

32
1.4.3 Aplicação dos acumuladores
Os acumuladores têm uma variedade de aplicações em sistemas hidráulicos.
Eles são principalmente:
 Compensador de vazamentos;
 Fonte de potência auxiliar;
 Compensador de expansão térmica;
 Fonte de potência para emergência;
 Compensador de volume;
 Eliminador de pulsações e absorvedor de choque;
 Fonte de potência em circuito de duas pressões;
 Dispositivo de sustentação;
 Dispositivo de transferência;
 Fornecedor de fluido.
Nota: Os acumuladores de pistão são comummente usados para alta pressão ao
passo que os de membrana ou bexiga são usados para média pressão.
1.5 Filtros
1.5.1 Contaminação
Por representar cerca de 80% das causas de falha em componentes hidráulicos,
a contaminação do fluido deve ser considerada como item crítico, à partir do
momento do projecto até a manutenção. O fato do fluido estar novo não significa
necessariamente que esteja limpo, muitas vezes ao ser retirado de um tambor ele ainda
não é apropriado para uso imediato nos sistemas.
«A contaminação por partículas geralmente é classificada como pequenas partículas
ou sedimento.»

33
«Sedimento pode ser definido como o acúmulo de partículas menores que 5 µ,
contaminação que também causa falha no sistema/componente no decorrer do
tempo. Por outro lado, as pequenas partículas são contaminantes maiores que
5 µ e podem causar falhas catastróficas imediatas.»
«Sedimento e pequenas partículas podem ser classificadas como partículas
duras (sílica, carbono e metal) e partículas maleáveis (borracha, fibras e
microrganismos). Normalmente, os contaminantes podem ingressar no sistema
através de reservatórios mal vedados, vedações da haste do cilindro,
abastecimento de óleo novo, vazamentos, durante a montagem, consertos ou
reparos.»
1.5.2 Elementos Filtrantes
«A fim de detetar ou corrigir problemas, deve ser verificada a classe de
contaminação recomendada pelo fabricante para cada tipo de sistema, baseada
nas folgas dos componentes mais sensíveis do mesmo. “A contagem de
partículas é o método mais comum para obter os níveis de contaminação do
sistema. A ISO 4406 (International Standards Organization) é a norma que
mede o número de partículas/ml e os divide em classes de 6 a 24.»
(THURLER 2013: p, 35)
1.5.3 Escolha do Filtro
Um sistema hidráulico precisa de um sistema de filtragem bom o suficiente para
retirar de circulação a contaminação perigosa para os componentes hidráulicos
(bombas, válvulas e atuadores).
«Do ponto de vista das funções os filtros hidráulicos podem ser de sucção,
pressão, retorno ou off-line. O filtro é dimensionado através da vazão, pressão,
tipo de fluido, temperatura de trabalho e o grau de contaminação, comenta
Augusto, da HYDAC.»
(THURLER 2013: p, 36)
“A forma construtiva poderá também ditar diferenças significativas podendo ser
do tipo Cartucho substituível e os Spin On (como os de motores de automóveis) ”,

34
diz Appolinário da EATON|Vickers. “Outro determinante é o material do filtro
propriamente dito, que pode ser de tela metálica, fibra celulósica ou material sintético
(variando de acordo com cada fabricante) ”.
Devido à evolução da tecnologia que fábrica componentes com folgas cada vez
mais apertadas e para trabalhar com pressões cada vez mais elevadas, se faz
necessária a aplicação de elementos absolutos de alta qualidade, construídos em
camadas múltiplas com alta eficiência de retenção e especificações controladas em
laboratório. “Esses elementos podem ser posicionados na linha de pressão (após a
bomba), na linha de retorno (após o óleo passar pelos consumidores) ou fora do
circuito (off-line) filtrando o óleo do tanque com um conjunto motobomba
independente”, diz Thomsem da POLYTEC. “Outro tipo de filtro são os respiros, que
são colocados no tanque para que sejam removidos os contaminantes sólidos do ar e
também umidade, no caso de respiros com sílica gel ou dessecantes”, comenta.
Pode-se ainda mencionar o filtro de sucção (montado na sucção da bomba).
Entretanto, pela característica de ser bem aberto, geralmente não causa impacto na
classe de limpeza do sistema e serve simplesmente para proteger a bomba contra
contaminantes de grandes dimensões.
1.5.4 Carcaças e a pressão de trabalho
A carcaça é um vaso de pressão que abriga o elemento de filtro. “Normalmente
consiste de duas ou mais submontagens: uma cabeça (ou tampa), com um copo para
permitir o acesso ao elemento e canais de entrada e saída”, diz Sanches.
Características adicionais da carcaça podem incluir furos de montagem, válvulas
bypass e indicadores da condição do elemento. A pressão de trabalho da carcaça pode
ser determinada antes do modelo ser escolhido.
No caso, o indicador da condição indica quando o elemento deve ser limpo ou
substituído. Geralmente, o indicador tem marcas de calibração que também indicam
se a válvula bypass foi aberta. A localização do filtro no circuito é o determinante
principal da pressão de trabalho. As carcaças são projetadas genericamente para três

35
localizações: sucção, pressão ou linhas de retorno. “Uma característica das
localizações é a pressão máxima de operação. Filtros para sucção e linha de retorno
são projetados para pressões mais baixas, até 500 psi (34 bar). Já as localizações dos
filtros de pressão podem requerer taxas de 1500 psi a 10.000 psi (103 a 700 bar) ”.
Figura 14: Carcaças de Filtros.
Fonte: LORENTZ (2013, p. 31)
1.5.5 Filtros de Sucção
«Os filtros de sucção servem para proteger a bomba da contaminação do fluido.
São localizados antes da conexão de entrada da bomba, alguns podem ser de
tela/celulose submersos no fluido, outros podem ser montados externamente.»
(FIALHO 2006: p. 113)
Ambos os elementos são de micragem alta para não provocar perda de carga na
sucção da bomba e a consequente cavitação da mesma. Por esse motivo, são usados
como proteção primária contra a contaminação”.

36
Figura 15: Filtro de sucção.
Fonte: Programa FluidSim H.
1.5.6 Filtros de Pressão
«Servem para filtrar o óleo sob pressão antes que o mesmo seja utilizado pelo
sistema. Os filtros de pressão são adequados especialmente para proteger os
componentes sensíveis do lado filtrado do filtro, tais como servo-válvulas.»
(FIALHO 2006: p. 113)
Figura 16: Filtro de sucção.
Fonte: Programa FluidSim H.

37
1.5.7 Filtros de Retorno
«Permitem a retirada da contaminação gerada pelos componentes do sistema,
juntamente com possíveis contaminantes externos.»
(FIALHO 2006: p. 113)
Na maioria dos sistemas, o filtro de retorno é o último componente pelo qual
passa o fluido antes de entrar no reservatório.
Tanto os filtros de pressão e retorno podem ser encontrados em versão duplex.
Nesse caso a filtragem é contínua e a válvula duplex é acionada quando um elemento
precisa de manutenção, desviando o fluxo para a câmara do filtro oposta.
Figura 17: Filtro de retorno.
Fonte: ARAUJO (2006. p, 45)
1.5.8 Filtragem Off-Line
«Sistema independente de um sistema hidráulico principal de uma máquina.
Fazem parte da filtragem off-line componentes como bomba, filtro, motor
elétrico e os sistemas de conexões. O fluido é bombeado fora do reservatório
através do filtro e retorna para o reservatório em um ciclo contínuo.»
(THURLER 2013: p, 29)
A indústria de filtragem usa os procedimentos da ISO 16889 - Procedimento
para Teste de Múltipla Passagem - para avaliar o desempenho do elemento de filtro.
Além disso, a análise do fluido assegura a conformidade com as especificações do
fabricante, verificado a composição e o nível de contaminação.

38
Figura 18: Filtro off-line.
Fonte: THURLER (2013. p, 29)
Entre os métodos aplicados estão os Contadores de Partículas portátil ou
estacionário, e a Análise Laboratorial. Um dos mais conhecidos também é o Teste de
Membrana, análise feita a partir de uma amostra do fluido que é passada por um meio
filtrante de membrana.
1.6 Válvulas
1.6.1 Válvulas de Alívio
«Tem por função influir sobre a pressão num determinado componente ou
ramo de um circuito. Em todo o sistema hidráulico, é necessário a presença
de elementos reguladores que limitem, regulem, reduzam ou interrompam a
elevação de pressão (como sabemos, ela aumenta com a resistência que se
opõe ao movimento dos atuadores) e permitam também um controle
sequencial de determinadas operações preestabelecidas ou instantâneas.»
(FIALHO 2006, p. 116)
1.6.2 Características
 Trabalha normalmente fechada;
 Conhecida como válvula de segurança ou de alívio, que
permite que o fluido seja desviado em sua totalidade para
o tanque, sempre que a pressão exceder o valor necessário
à execução do trabalho.

39
Figura 19: Válvula de alívio.
Fonte: BELISQUI (2010, p. 10)
1.6.2 Válvulas de Agulha
«Válvulas montadas em linha, estas válvulas permitem excelente controlo de
velocidade e vedação total para aplicações hidráulicas e pneumáticas.
Controlam o fluxo em ambos os sentidos e são usadas quando não se necessita
bloqueio no retorno.»
(BELISQUI 2010: p. 12)
Figura 20: Válvula de agulha.
Fonte: BELISQUI (2010. p, 12)
1.7 Discos de Rotura
«Um disco de ruptura, também conhecido como um diafragma de ruptura, é um
dispositivo de alívio de pressão de não-selagem, sacrificial, utilizado para a
proteção de um vaso de pressão, de possíveis danos de condições de
sobrepressão ou vácuo.»
(BELISQUI 2010: p. 54)

40
Um disco de ruptura é um dispositivo de segurança sacrificial porque tem uma
membrana de um tempo de uso, que falha ou se rompe a uma pressão diferencial pré-
determinada, positiva ou no vácuo. A membrana é geralmente feita de metal, mas
praticamente qualquer material (ou diferentes materiais em camadas) podem ser
usados para se adequar a uma aplicação em particular.
Figura 21: Disco de Rotura.
Os discos de ruptura fornecem uma resposta imediata (dentro de milissegundos)
a um aumento ou diminuição na pressão do sistema. Mas, uma vez rompido, o disco
de ruptura se não irá selar novamente.
Os discos de ruptura e os painéis de ventilação são construídos a partir de aço
carbono, aço inoxidável, grafite e outros materiais, conforme exigido pelo uso
específico de cada ambiente.
Discos de ruptura são amplamente aceitos em toda a indústria e especificados
na maioria dos equipamentos sob pressão globais em códigos de projeto (ASME,
PED, etc.).

41
1.8 Tubagens e Conexões
Material, tipo, diâmetro externo e espessura do tubo para uma determinada
aplicação, bem como, o tipo da conexão utilizada são críticos para o funcionamento
eficiente e livre de problemas em um sistema hidráulico. A seleção apropriada de
tubos envolve a escolha correta do material e a determinação adequada do seu
diâmetro externo e espessura da parede.
O tamanho correto do tubo para as várias aplicações de montagem em um
sistema hidráulico resulta na combinação otimizada de eficiência e baixo custo. Um
tubo de diâmetro muito pequeno causa alta velocidade do fluido, gerando diversos
efeitos prejudiciais ao sistema.
Em linhas de pressão, isso resulta no aumento de turbulência e atrito, gerando
queda de pressão e calor. Altas temperaturas aceleram o desgaste no movimento das
peças e rápido envelhecimento das vedações e mangueiras, o que resulta na redução
da vida útil dos componentes, bem como, no desperdício de energia e
consequentemente queda na eficiência. Em linhas de sução, isso causa cavitação que
enfraquece e danifica a bomba hidráulica. Um tubo de diâmetro muito grande
aumenta o custo do sistema. Deste modo, a escolha do diâmetro ideal do tubo é muito
crítica.
Figura 22: Tubos e Conexões.

42
Cálculo do Diâmetro do Tubo
Utilize a tabela do Anexo III, para determinar o diâmetro interno do tubo em
função da vazão requerida para cada tipo de aplicação. A tabela é baseada nas
recomendações de velocidade máxima do fluido, abaixo indicadas:
𝐿𝑖𝑛ℎ𝑎 𝑑𝑒 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑠ã𝑜 = 7.6 𝑚 𝑠⁄
𝐿𝑖𝑛ℎ𝑎 𝑑𝑒 𝑅𝑒𝑡𝑜𝑟𝑛𝑜 = 3 𝑚 𝑠⁄
𝐿𝑖𝑛ℎ𝑎 𝑑𝑒 𝑆𝑢çã𝑜 = 1.2 𝑚 𝑠⁄
Nota: Velocidades acima de 8 𝑚 𝑠⁄ devem ser evitadas, pois as altas forças
resultantes podem destruir a tubulação.
Se o projetista desejar velocidades diferentes das indicadas nas tabelas do
apêndice, deverá utilizar a fórmula abaixo para determinar o diâmetro interno do tubo.
𝑑𝑖 = 4.61 × √
𝑉𝑎𝑧ã𝑜 (𝑙 min)⁄
𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 (𝑚 𝑠⁄ )
𝑑𝑖 = 0.64 × √
𝑉𝑎𝑧ã𝑜 (𝑔𝑝𝑚)
𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 (𝑝ê𝑠 𝑠⁄ )
Um parâmetro muito importante a ter em conta na escolha de tubos e conexões
para um dado sistema hidráulico, são as pressões previstas para o sistema em si. O
mais correto é escolher tubos e conexões com uma tolerância de no mínimo 50% da
pressão prevista para o sistema em desenvolvimento.
É de extrema importância que os tubos e conexões tenham as suas
especificações visivelmente estampadas no corpo, de modos a evitar situações que
venham a resultar em fatalidade em função das altas pressões previstas para estes
sistemas.
Figura 23: Válvulas e Conexões.

43
Fonte: www.parker.com
1.9 Controlador Lógico Programável (CLP)
«Controlador lógico programável (C.L.P), é um dispositivo electrónico que tem
vindo a ganhar cada vez mais espaço no campo industrial e não só, por causa
das vantagens que possui quando comparado com outros dispositivos como por
exemplo os contactores, relés temporizadores e outros.»
(ANTUANE 2008: p. 29)
“Aparelho eletrônico digital que utiliza uma memória programável para o
armazenamento interno de instruções para implementação de funções específicas, tais
como lógica, seqilenciamento”. A norma Nema (National Electrical
Manufacturers Association), ICS3-1978, parte ICS3-304.
«O C.L.P. é um sistema microprocessado, ou seja, constitui-se de um
microprocessador (ou micro controlador), um Programa Monitor, uma
Memória de Programa, uma Memória de Dados, uma ou mais Interfaces de
Entrada, uma ou mais Interfaces de Saída e Circuitos Auxiliares.»
(ANTUANE 2008: p. 29)
Figura 24: Diagrama de bloco da construção interna de um P.L.C.

44
Fonte: ANTONELLI (1998, p. 29)
1.9.1 Princípio de Funcionamento
O C.L.P possui o seguinte princípio de funcionamento: No momento em que é
ligado, executa uma série de operações pré-programadas, gravadas em seu Programa
Monitor:
1. Verifica o funcionamento electrónico da C.P.U, memórias e
circuitos auxiliares;
2. Verifica a configuração interna e compara com os circuitos
instalados;
3. Verifica o estado das chaves principais (RUN / , etc.);
4. Desactiva todas as saídas;
5. Verifica a existência de um programa de usuário;
6. Emite um aviso de erro caso algum dos itens acima falhe.
Após este processo, o C.L.P procede da seguinte forma:
 Verificar estado das entradas – O CLP lê os estados de cada uma
das entradas, verificando se alguma foi accionada. O processo de
leitura recebe o nome de Ciclo de Varredura (Scan) e
normalmente é de alguns microssegundos (scan time);

45
 Transferir para a memória – Após o Ciclo de Varredura, o CLP
armazena os resultados obtidos em uma região de memória
chamada de Memória Imagem das Entradas e Saídas. Ela recebe
este nome por ser um espelho do estado das entradas e saídas. Esta
memória será consultada pelo CLP no decorrer do processamento
do programa do usuário;
 Comparar com o programa do usuário – O CLP, ao executar o
programa do usuário, após consultar a Memória Imagem das
Entradas, actualiza o estado da Memória Imagem das Saídas, de
acordo com as instruções definidas pelo usuário em seu programa;
 Actualizar o estado das saídas – O CLP escreve o valor contido
na Memória das Saídas, actualizando as interfaces ou módulos de
saída. Inicia-se então, um novo ciclo de varredura.
Figura 25: Ciclo de varredura de um P.L.C.
Fonte: ANTONELLI (1998, p. 30)
1.10 Transdutor de Pressão
«Transdutor é um dispositivo que converte uma forma de energia em outra. Na
maioria dos casos, consiste em converter energia eléctrica num deslocamento
mecânico ou converter alguma grandeza física não eléctrica tal como som,
temperatura, pressão, velocidade ou luz, numa grandeza eléctrica.»
(VASSALO 1999: p. 160)

46
Os transdutores à base de pressão diferencial medem a diferença de pressão em
dois pontos de uma tubulação, onde entre os quais se encontra uma restrição. Esta
restrição pode ser produzida por placas de orifício, bocais ou tubos de Venturi.
Figura 26: Transdutor de Pressão.
Fonte: VASSALO (1999: p. 160)
1.10.1 Transdutor de Nível
«Um transdutor de nível, como o sensor do tipo boia, é muito utilizado para
indicar nível baixo/alto de reservatórios e assim comandar uma bomba.
Quando o nível está baixo, não existe condução elétrica entre os dois eletródos
e esta informação pode ser utilizada para acionar uma bomba. Por outro lado,
quando o nível atinge um valor desejado a bóia flutua permitindo o fechamento
do contato entre os eletrodos através do mercúrio. Este tipo de transdutor envia
a informação na forma digital (discreta) ao controlador.»
(VASSALO 1999, p. 43)
Figura 27: Transdutor de Nível.
Fonte: VASSALO (1999, p. 44)
1.10.2 Transdutor de Fluxo
«Transdutor de Fluxo detecta fluxo de líquidos em tubulações, com contato
ON/OFF como saída, indicando aumento/diminuição de fluxo na tubulação.
Aplicados em água, óleo e líquidos aquosos, com ajuste de sensibilidade para
o fluxo a ser detectado. Também conhecidos como chave de fluxo ou fluxostato,
funcionam com contato Reed Switch e pistão magnético.»

47
(VASSALO 1999: p. 161)
Figura 28: Transdutor de Fluxo.
Fonte: VASSALO (1999, p.45)
1.11 LCD
«Um display de cristal líquido, acrônimo de LCD (em inglês liquid crystal display),
é um painel fino usado para exibir informações por via eletrônica, como texto,
imagens e vídeos. Seu uso inclui monitores para computadores, televisores, painéis de
instrumentos e outros dispositivos, que vão desde cockpit de aeronaves, displays em
computadores de bordo de automóveis, a dispositivos de utilização diárias, tais como
leitores de vídeo, dispositivos de jogos, relógios, calculadoras e telefones.»
(FLOYD 2008: p. 629)
Figura 29: LCD.
Fonte: FLOYD (2008, p. 629)
1.11.1 Características
«Um LCD consiste de um líquido polarizador da luz, eletricamente controlado,
que se encontra comprimido dentro de celas entre duas lâminas transparentes
polarizadoras. Os eixos polarizadores das duas lâminas estão alinhados
perpendicularmente entre si. Cada cela é provida de contatos eléctricos que
permitem que um campo eléctrico possa ser aplicado ao líquido no interior.»
(FLOYD 2008: p. 630)

48
Entre as suas principais características está a sua leveza, sua portabilidade, e sua
capacidade de ser produzido em quantidades muito maiores do que os tubos de raios
catódicos (CRT). Seu baixo consumo de energia elétrica lhe permite ser utilizado em
equipamentos portáteis, alimentados por bateria eletrônica. É um dispositivo
eletrônico-óptico modulado, composto por um determinado número de pixels,
preenchidos com cristais líquidos e dispostos em frente a uma fonte de luz para
produzir imagens em cores ou preto e branco.
1.12 Eletroválvulas
«Electroválvulas, são válvulas que ao receberem um estímulo elétrico ou
eletrónico de certa intensidade, alteram o estado dos seus contactos, permitindo
assim o fluxo do fluido. São comummente chamadas SOVs (do inglês, solenoid
operated valves).»
(PIRES 2004: p. 202)
Figura 30: Electroválvula.
Fonte: CHRISPIN (2002, p.45)
1. Esfera da válvula;
2. Assentamento da válvula;
3. Pino;
4. Solenóide;
5. Âncora;
6. Mola.
1.12.1 Princípio de Funcionamento da válvula solenóide
A bobina que é formada por um fio enrolado através de um cilindro, quando é
atravessada por uma corrente eléctrica, gera uma força no seu centro, fazendo com

49
que o êmbolo da válvula seja accionado, criando assim o sistema de abertura ou
fechamento (dependentemente do estado inicial, se NO ou NF). Por sua vez, o corpo
possui um dispositivo que permite a passagem de um fluido ou não quando a sua
haste é accionada pela força da bobina. Esta força é que faz o pino ser puxado para o
centro da bobina, permitindo a passagem do fluido. A válvula volta ao seu estado
normal quando a bobina perde energia, pois o pino exerce uma força através de seu
peso e da mola que tem.
CAPÍTULO II – PRODUÇÃO TÉCNICA
2. MATERIAIS E MÉTODOS
Foi realizada uma Pesquisa Bibliográfica e Documental onde foram utilizadas
como fonte de estudo e pesquisa livros, artigos, teses de outros autores que
dissertaram sobre vários subsistemas da arquitetura em questão, Internet e testes em
ambiente virtual.

50
Para os testes em ambientes virtuais foram usados uma série de softwares de
design e simulação de arquitecturas de sistemas digitais, como: FluidSim Hydraulic
4.2.16.0, Automation Studio 6.0, Multisim, e o Proteus.
O FluidSim Hydraulic é uma aplicação para criação, simulação e estudo de
sistemas hidráulicos. Pode ser útil para quem deseja gerar experimentos em tempo
real. Esse aplicativo une um diagrama de editor e descrições dos componentes que
decidir utilizar em seu trabalho, disponibilizando até mesmo fotos deles. Aliás, uma
das melhorias dessa versão de FluidSIM Hydraulics 4.2.16.0 em relação às anteriores
é que ela traz mais detalhes em diagramas e melhoria na simulação.
O Automation Studio é o ambiente integrado de desenvolvimento de software
que contém ferramentas para todas as fases de um projecto. O controlador, o drive, a
comunicação, e a visualização podem todos ser configurados em um único ambiente.
Isso reduz o tempo de integração e custos de manutenção.
É importante lembrar que todo o material utilizado neste projecto provém de
fontes confiáveis e de credibilidade, o que garante a veracidade e qualidade das
informações apresentadas neste. Os resultados obtidos no trabalho, sugerem que esta
aplicação propõe um horizonte de soluções para o controlo e monitoramento de
sistemas hidráulicos.
Proteus e Multisim: Os softwares de desenho e simulação PROTEUS e
MultiSim, são ferramentas úteis para estudantes e profissionais que desenvolvem
aplicações analógicas e digitais. Eles permitem o desenho de circuitos empregando
um entorno gráfico no qual é possível colocar os símbolos representativos dos
componentes e realizar a simulação de seu funcionamento sem o risco de ocasionar
danos físicos aos circuitos. A simulação pode incluir instrumentos de medição e a
inclusão de gráficos que representam os sinais obtidos na simulação. O Proteus
simula circuitos digitais e analógicos simultaneamente. Tanto o Multisim como o
PROTEUS fornecem ainda equipamentos, de forma virtual, comuns de bancadas de
desenvolvimento de circuitos electrónicos, como osciloscópios, multímetros,
geradores de sinais, entre outros.

51
Os softwares são credenciados e mundialmente usados, apresentando níveis de
erros e imprecisões aceitáveis.
Conforme já avançado nos objectivos, o âmago do projecto é a concepção de
uma Unidade de Potência Hidráulica Inteligente para águas profundas que seja capaz
de produzir, armazenar e prover potência hidráulica para válvulas dimensionadas para
uma pressão de trabalho que vai até aos 10000PSI.
Em função da complexidade deste projecto, enquadra-se nos projectos à nível 5
– Projecto de Multimicrossistemas, envolvendo múltiplos processos em tempo real.
A este nível e no domínio do hardware, tomam-se como módulos constituintes
microssistemas referentes à nível 4 (microprocessadores, controladores de discos ou
fitas magnéticas, controladores de comunicação inteligentes), e massa de memória
RAM.
2.1 Projecto de Hardware
Na imagem a seguir apresenta-se o Diagrama de bloco que é a representação
gráfica deste sistema complexo através de figuras geométricas e ligações,
descrevendo-se as relações entre cada subsistema e o fluxo de informação e controle.
Este diagrama é a representação gráfica da solução do problema proposto. Os
símbolos estão dispostos em ordem lógica e com sintaxe correta para atingir o
objetivo de resolver o problema.
Figura 31: Esquema em bloco da UPHI.

52
2.1.1 Unidade de Potência Hidráulica Convencional
Figura 322: Unidade de Potência Analisada
O desenho em tamanho maior consta no Anexo II.
BA
BA
A B
A B
P
T
P
T
A B
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
P T P T P T P T
P T
A B A B A B A B
A
B
A B
A
B
0%
A
B
0%
A
B
0%
A
B
A
B
0%
A
B
A
B
0%
A
B
A
B
A B
A B
A
B
Supply Tank Return Tank
BA
BA
A
B
A B
A B
P T
P T
A B
A B
P T
P T
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
A B
A B
A B
A B
A B
A B
A
B
BA B A
VAMP 1/1
568 BAR
VA 1/2
568 BAR
VA 1/3
568 BAR
VA 1/4
568 BAR
VA 1/5
568 BAR
VAAP 2/1
948 BAR
VA 2/2
948 BAR
5.7 L/M
862 BAR
15 L/M
517 BAR
PT
PT PT PT PT
A
B
VF 1/1
VF 2/1
VF 2/2
0%
A
B
0%
A
B
A
B
VF 2/3
VF 2/4
VF 2/5
VF 2/10
VF 2/11
VF 2/14 VF 2/15
VF 2/16 VF 2/17
VF 2/19
VF 1/2
VF 1/3
VF 1/4
VF 1/5
VF 1/6
VF 1/7
VF 1/8
VF 1/9
VF 1/10
VF 1/11
VF 1/12
VF 1/13
VF 1/14
VF 1/15
VF 1/16
VF 1/17
VF 1/18
VF 1/21 VF 1/22
VF 1/23 VF 1/24
VF 1/26
M1/1
M2/1
M2/3
M2/4
M1/3
M1/4
M2/6
M1/6
VR2/1
VR1/1
VA 2/3
VA 2/3
948 BAR
VA 2/3
948 BAR
VA 1/5
568 BAR
VA 1/5
568 BAR
VEF/D
VEF/D
VF0
VF1
VF1/0
VF2/0
B H
B CP25 L/M
6.4 BAR
VF 0/4
FTC 0/0
FTC 0/0
VR 0/0 VR 0/0
DR1/1
V B
DR2/2 DR2/3 DR2/4
VFT00
VFT01
VFT03
VFT05
MP 37L MP 37L MP 37L MP 37L
AB 1/1 AB 1/2 AB 1/3 AB 1/4
AP 57L
AP 1/1
0%A B
0%A B
0%A B
0%A B
0%
A
B
0%
A
B
1500L
1500L RT1 RT2
A P1
B HMP1
F S
V EF
V EF
V EF
V EF
V EF
V EF
V EF
V EF
V EF
V EF
VFT02
V B
S P2
S P1 S P1
S P2 S P2 S P2 S P2
S P1
S P1
S P2
S P2
S P2
A B
A B
A B
A B
A
B
A B
A B
A
B
P LC
P LC
25 L/M
10 L/M
F 2
F 1
LCD DISPLAY
PLC GABINTE
F P
F P
VF 2/20 VF 2/21
VF 2/22
VF 2/23
VF 1/27 VF 1/28
VF 1/29
VF 1/30
0% AB
0%
A
B
A B
P T
A B
A
B
Ar 120 PSI
0% AB
A
B
L T
L T
P LC
P LC
P LC
P LC
P LC
0%
A
B
0%
A
B
0%
A
B
Number Description
3 Fixed displacement pump
6 Check valve
69 Shutoff valve
16 Pressure relief valve
5 Reservoir
8 Manometer
10 Filter
2 Analog pressure sensor
2 Flow meter
1 4/2-way solenoid valve
2 Tank

53
A unidade de potência hidráulica em estudo contém dois reservatórios de fluido
hidráulico com a capacidade de 1500 litros cada. O enchimento e circulação destes
tanques é feito por meio de uma bomba pneumática de circulação e transferência.
Esta unidade tem instalado duas bombas, sendo uma de média pressão
(5000PSI) e a outra de alta pressão (10000PSI). As bombas são elétricas. A mesma
tem um sistema de controlo que recebe do operador valores predefinidos de pressão
de arranque e de paragem para cada circuito, e em função disto controla o
funcionamento das bombas no intuito de nunca se ultrapassar um certo valor máximo
e nunca descer abaixo de um valor mínimo definido. O PLC é o responsável por este
processo todo. O PLC recebe ainda dados de todos os transdutores, isto é, dos
transdutores de alta e média pressão, dos sensores de nível, dos sensores de fluxo, de
oxigênio e de leitura do NAS do fluido, e em função destes dados e de sua
programação flexível, toma decisões.
A unidade possui ainda dois bancos de acumuladores de pressão (alta e média
pressão) que além de aumentarem a velocidade de resposta do sistema, também ajuda
na compensação da expansão térmica e do consumo passivo do sistema a ser
alimentado.
A mesma tem o auxílio das válvulas de alívio, que despressurizam o sistema
enviando o fluido para o tanque de retorno sempre que a pressão em um determinado
trecho do circuito está acima de um nível perigoso e previamente marcado na válvula
e ainda por uma rede de discos de ruptura que quebram-se liberando o nitrogénio dos
acumuladores em caso de sobrepressão.
A energia hidráulica direcionado é controlada por um sistema de válvulas
direcionais, de esfera, de agulha e unidirecionais, de modos a garantir que haja
pressão ou fluxo apenas nos pontos pretendidos.
Esta Unidade tem as mesmas especificações que a Unidade que será
dimensinada.

54
2.1.2 Especificação dos Sistemas de Controlo para Águas
Profundas
Uma vez que a UPHI será desenvolvida para alimentar um sistema de controlo
para águas profundas, há a necessidade de se definir as especificações reais destes
sistemas, de modos a termos os parâmetros necessários para a seleção e
dimensionamento dos elementos da unidade em desenvolvimento.
Alta Pressão: 10.000PSI
Média Pressão: 5000PSI
Profundidade: 4000 metros
Nível de Limpeza do Fluido de controlo: NAS ≤ 6
Velocidade de vazamento passivo: 0.17 l min⁄
2.1.3 Dimensionamento e Seleção de Equipamentos
Toda a estrutura rígida e lógica da UPHI deverá satisfazer as especificações
mínimas apresentadas acima.
Isto implica que o sistema deverá obrigatoriamente ter a capacidade de
providenciar pressões que vão até aos 10.000PSI no mínimo, ter todo um dispositivo
de segurança capaz de proteger a unidade e os operadores, ter sistemas associados
capazes de automaticamente circular o fluido e mantê-lo dentro dos níveis de limpeza
requeridos, ter uma vazão que compense com facilidade o vazamento passivo dos
sistemas, ter interfaces de comunicação com dispositivos externos como HMIs e
MCSs, e ter todo um sistema de segurança ao nível das exigências do mercado.
2.1.4 Dimensionamento dos Acumuladores
O volume de óleo armazenado está relacionado com a diferença de volume de
gás em cada estágio de pressurização do acumulador. O processo de enchimento é
rápido, então, será adoptado o método de análise isotérmico. Para o projecto, a
utilização do acumulador será de fornecimento de fluido hidráulico quando a bomba

55
estiver inoperante. Desta forma, a pressão de pré-carga será de 5000 psi (344.7 bar)
para alta pressão e 2500 psi (172.4 bar) para média pressão.
Figura 333: Acumulador hidráulico.
Fonte: FluidSim H.
No caso em que a pressão é máxima, o 𝑁2 é comprimido (𝑃1). Esta é a pressão
de operação do sistema. No caso de alta pressão, a pressão escolhida é de 12499 psi,
este é o valor crítico, e para o de média pressão a pressão é de 7496.5 psi, mas nestes
sistemas o PLC e as válvulas de alívio, manterão a pressão em 10000 e 5000 psi.
𝑃0 𝑉0 = 𝑃1 𝑉1 = 𝑃2 𝑉2 = 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡
𝑃0 𝑉0 = 𝑃1 𝑉1
𝑃0 𝑉0 = 𝑃2 𝑉2
Onde:
𝑃0- Pressão de enchimento (pré-carga) do acumulador;
𝑃2- Pressão mínima de operação do sistema;
𝑃1- Pressão máxima do sistema;
2.1.4.1 Acumulador de média pressão
1. Determinação do volume de gás necessário:
a) Pressão de enchimento do gás à 𝑡 𝑚á𝑥:

56
𝑃0.𝑡 𝑚á𝑥
= 0.9 × 𝑃1
= 0.9 × 2500 𝑝𝑠𝑖
= 2250 𝑝𝑠𝑖
b) Pressão de enchimento do gás à 𝑡 𝑚𝑖𝑛:
𝑃𝑡,𝑡0
= 𝑃0.𝑡 𝑚á𝑥
×
𝑡 𝑚𝑖𝑛 + 273
𝑡 𝑚á𝑥 + 273
𝑃𝑡,𝑡0
= 2250 𝑝𝑠𝑖 ×
25℃ + 273
45℃ + 273
𝑃𝑡,𝑡0
= 2108.5 𝑃𝑆𝐼
c) Volume ideal de gás:
𝑉0 𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 =
∆𝑉
(
𝑃0
𝑃1
)
0.714
− (
𝑃0
𝑃2
)
0.714
11𝑙
(
2108.5
2500
)
0.714
− (
2108.5
5000
)
0.714
𝑉0 𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 = 31.82 𝑙
d) Factor de correcção no Anexo V:
𝑃1
𝑃2
= 2 → 𝐶 𝑎 = 1.16
e) Volume real do gás:
𝑉0 𝑟𝑒𝑎𝑙 = 𝐶 𝑎 × 𝑉0 𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙
𝑉0 𝑟𝑒𝑎𝑙 = 1.16 × 31.82 𝑙
𝑉0 𝑟𝑒𝑎𝑙 = 36.91𝑙 ~ 37 𝑙
2. Determinação da pressão de enchimento de gás de 𝑃0 à 20℃:
𝑃𝑡,𝑡0
×
𝑡 𝑚𝑖𝑛 + 273
𝑡 𝑚á𝑥 + 273
𝑃𝑡,20℃ = 2250 𝑝𝑠𝑖 ×
20℃ + 273
45℃ + 273

57
𝑃𝑡,20℃ = 2073.1 𝑝𝑠𝑖
3. Acumulador escolhido:
Acumulador de Eleição
Acumulador, bexiga, 37 𝑙, designação pressão 750 𝑏𝑎𝑟𝑔, disco de ruptura
incluído, 3/8” MP AE, 1/4" BSP enchimento de gás macho.
Então, como o nº de acumuladores de média pressão é 4, teremos:
4(𝑉0 − 𝑉1) = 𝑋
4(37𝑙 − 11𝑙) = 104𝑙
Este é o volume restante na linha de média pressão depois da descarga.
2.1.4.2 Acumulador de alta pressão
1. Determinação do volume de gás necessário:
a. Pressão de enchimento do gás à 𝑡 𝑚á𝑥:
= 0.9 × 𝑃1
= 0.9 × 5000 𝑝𝑠𝑖
= 4500 𝑝𝑠𝑖
b. Pressão de enchimento do gás à 𝑡 𝑚𝑖𝑛:
𝑃𝑡,𝑡0
×
𝑡 𝑚𝑖𝑛 + 273
𝑡 𝑚á𝑥 + 273
𝑃𝑡,𝑡0
= 4500 𝑝𝑠𝑖 ×
25℃ + 273
45℃ + 273
𝑃𝑡,𝑡0
= 4216.9 𝑝𝑠𝑖
c. Volume ideal de gás:
∆𝑉
(
𝑃0
𝑃1
)
0.714
− (
𝑃0
𝑃2
)
0.714

58
17𝑙
(
4216.9
5000
)
0.714
− (
4216.5
10000
)
0.714
𝑉0 𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙 = 49.18 𝑙
d. Factor de correcção no Anexo V:
𝑃1
𝑃2
= 2 → 𝐶 𝑎 = 1.16
e. Volume real do gás:
𝑉0 𝑟𝑒𝑎𝑙 = 𝐶 𝑎 × 𝑉0 𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙
𝑉0 𝑟𝑒𝑎𝑙 = 1.16 × 49.18 𝑙
𝑉0 𝑟𝑒𝑎𝑙 = 57.05 ~ 57 𝑙
2. Determinação da pressão de enchimento de gás de 𝑃0 à 20℃:
𝑃𝑡,𝑡0
×
𝑡 𝑚𝑖𝑛 + 273
𝑡 𝑚á𝑥 + 273
𝑃𝑡,20℃ = 4500 𝑝𝑠𝑖 ×
20℃ + 273
45℃ + 273
𝑃𝑡,20℃ = 4146.2 𝑝𝑠𝑖
3. Acumulador escolhido:
2(𝑉0 − 𝑉1) = 𝑌
𝟐( 𝟓𝟕 − 𝟏𝟕) = 𝟒𝟎 𝒍
Acumulador de Eleição
Acumulador, pistão, 56 𝑙, pressione projeto 1.140 barg, disco de rutura
incluído, 3 / 8′′ MP AE fêmea lado do fluido, 3/ 8′′ MP AE lado fêmea gás, 3 / 8′′
MP AE disco de estouro conectado.
2.1.5 Gás a ser utilizado
O gás escolhido para o acumulador é o nitrogénio, por ser um gás incomburente.

59
2.1.6 Fluido hidráulico a ser utilizado
A Transaqua HT2. Ver ANEXO IV
2.7.1.4 Temperatura de carregamento
A temperatura de carregamento é de 20℃, tanto na linha de alta como de média
pressão.
2.1.7 Dimensionamento dos reservatórios
As regras apresentadas no enquadramento teórico não se aplicam para este
sistema devido à complexidade do mesmo. Para o correto dimensionamento deste
reservatório, teremos que recorrer a regras práticas adaptadas à natureza do sistema
que será alimentado por esta unidade.
- Os sistemas de controlo de águas profundas têm em média cerca de 5
acumuladores de 13 litros de capacidade associados à um sistemas de tubos rígidos e
flexíveis. Em operação todos elementos estão geralmente pressurizados. Isto implica
termos já neste momento um primeiro volume a ter em conta.
𝑉𝑆 = 𝑛 × 𝑉𝑎𝑐 + 𝑛 × 𝑉𝑡𝑟 + 𝑛 × 𝑉𝑡𝑓
Como:
5 × 𝑉𝑎𝑐 ≫ (𝑛 × 𝑉𝑡𝑟 + 𝑛 × 𝑉𝑡𝑓), 𝑎𝑑𝑚𝑖𝑡𝑒 − 𝑠𝑒 𝑞𝑢𝑒 𝑉𝑆 = 𝑛 × 𝑉𝑎𝑐
- A potência hidráulica chega até estas válvulas por meio de umbilicais que
são tubos flexíveis capazes de resistir à altas pressões e à condições agrestes como
são os oceanos. Os umbilicais são compostos por linhas elétricas e linhas hidráulicas.
As linhas hidráulicas de controlo são geralmente duas: uma para alta pressão
(10000PSI) e outra para média pressão (5000PSI).
Estas linhas hidráulicas têm um diâmetro interno de cerca de 3 8 𝑝𝑜𝑙𝑒𝑔𝑎𝑑𝑎𝑠⁄ .
Ver ANEXO II

60
Em operação estas linhas estão constantemente pressurizadas. Isto dá-nos um
volume de:
𝑉𝑈𝑚 = 2 × 𝑉𝑙 = 2 × ( 𝜋𝑟2
𝑙)
Figura 344: Umbilical e Reel.
- A unidade em si tem acumuladores e um conjunto de tubos rígidos e flexíveis.
O que leva-nos a:
𝑉𝑢𝑝ℎ𝑖 = 𝑛 × 𝑉𝑎𝑐 + 𝑛 × 𝑉𝑡𝑟 + 𝑛 × 𝑉𝑡𝑓
Como: 5 × 𝑉𝑎𝑐 ≫ (𝑛 × 𝑉𝑡𝑟 + 𝑛 × 𝑉𝑡𝑓), 𝑎𝑑𝑚𝑖𝑡𝑒 − 𝑠𝑒 𝑞𝑢𝑒 𝑉𝑢𝑝ℎ𝑖 = 𝑛 × 𝑉𝑎𝑐
Logo, os tanques da unidade de potência hidráulica a ser projetada terão um
volume subordinado a seguinte condição:
VT ≥ 5 × [𝑉𝑢𝑝ℎ𝑖 + 𝑉𝑈𝑚 + 𝑉𝑆]
Onde:
Volume da UPHI
𝑉𝑢𝑝ℎ𝑖 = 4 × 37𝑙 + 2 × 57𝑙
𝑉𝑢𝑝ℎ𝑖 = 262𝑙
Volume do umbilical
𝑉𝑈𝑚 = 4500 × 𝐴

61
𝑉𝑈𝑚 = 2 × 4500 ×
𝜋 × (0.0095)2
4
𝑉𝑈𝑚 = 0.63761625𝑚3
= 637.61625𝑙
Volume dos acumuladores submersos
𝑉𝑆 = 5 × 13𝑙
𝑉𝑆 = 65𝑙
Portanto, o volume do tanque será de:
VT ≥ 2893,84875𝑙
2.1.8 Dimensionamento/Seleção de Bombas
Bomba de alta Pressão
Uma vez que o circuito de alta pressão tem regularmente um nível de solicitação
muito baixo, com um consumo passivo de aproximadamente 0.007 𝑙 𝑚𝑖𝑛⁄ , isso
levou-me a escolher bombas de alta pressão com as seguintes especificações:
 Vazão 5.7 𝑙 𝑚𝑖𝑛⁄
 Pressão de Trabalho 12500𝑃𝑆𝐼 (860𝐵𝑎𝑟)
Bomba de Eleição
Conjunto motobomba: 𝑊𝐸𝐺 4 pólos 𝐸𝐸 𝑋𝐷 440𝑉 motor de flange / 3 fases /
60𝐻𝑍 / 𝐼𝑃55 / 17𝐾𝑊, acoplado a bomba tipo 𝑋𝑊11196 − 41 oferece 5,7 𝑙 / 𝑚
1.750 𝑅𝑃𝑀. 12500 𝑝𝑠𝑖𝑔.
Figura 355: Bomba de alta pressão.

62
Bomba de Média Pressão
O circuito de média pressão será um circuito altamente solicitado uma vez que
a maior parte das válvulas de um sistema de controlo de águas profundas usa
fundamentalmente média pressão. Os circuitos de média pressão têm
aproximadamente um consumo passivo de 0.17 𝑙 𝑚𝑖𝑛⁄ , e isso levou-me a escolher
bombas de média pressão com as seguintes especificações:
 Vazão 15 𝑙 𝑚𝑖𝑛⁄
 Pressão de Trabalho 7500𝑃𝑆𝐼 (517𝐵𝑎𝑟)
Bomba de Eleição
Conjunto motobomba compreendendo: 𝑊𝐸𝐺 4 pólos 𝐸𝐸 𝑋𝐷 440𝑉 motor de
flange / 3 fases / 60𝐻𝑍 / 𝐼𝑃55 / 17𝐾𝑊 160𝐿 quadro, acoplado a bomba tipo
𝑋𝑊11202 − 42 oferece 516,0 𝑙/𝑚 1.750 𝑟𝑝𝑚. 7500 𝑝𝑠𝑖𝑔.
Figura 366: Bomba de média pressão.

63
Bomba de Circulação
Vazão 25 𝑙 𝑚𝑖𝑛⁄
Pressão de ar 150 PSI
Pressão de trabalho 90 PSI
Bomba de Eleição
Bomba de circulação 30 l / m 100 psi (7bar).
Figura 377: Bomba de circulação pneumática.
A referência dos demais componentes é apresentada na tabela a seguir:
Tabela 1 - Referência dos componentes.
ITE
M
TAG Nº DESCRIÇÃO FABRICANTE MATERIA
L
QUANTIDADE
1 RT Reservatório Hidráulico,
2×1500litros.
Metallteknikk 316 L 2
2 BHAP Bomba Hidráulica de Alta
Pressão. Conjunto motobomba:
WEG 4 pólos EE XD 440V
motor de flange / 3 fases / 60HZ
/ IP55 / 17KW, acoplado a
bomba tipo XW11196-41
oferece 5,7 l / m 1.750 RPM.
12500 psig de água glicol,
montado verticalmente.
Marshalsea Aço
Carbono
2
3 BHMP Bomba Hidráulica de Média
Pressão. Conjunto motobomba
compreendendo: WEG 4 pólos
EE XD 440V motor de flange /
3 fases / 60HZ / IP55 / 17KW
160L quadro, acoplado a
bombear tipo XW11202-42
oferece 516,0 l/m 1.750 rpm.
7500 psig de água glicol,
montado verticalmente.
Marshalsea Aço
Carbono
2

64
4 BCP Bomba de Circulação
Pneumática. bomba de
circulação 30 l / m
Sandpiper Polipropi
leno
1
100 psi (7bar).
5 AB Acumulador de Bexiga. 37 l,
pressão 750 barg, disco de
ruptura e da pintura incluída,
3/8” MP AE óleo lado fêmea,
1/4” BSP enchimento de gás
macho.
QHP Aço
Carbono
4
6 AP Acumulador de Pistão, 56 l,
pressão 1.140 barg, disco de
ruptura e da pintura incluída, 3 /
8'' MP AE fêmea lado do fluido,
3/ 8'' MP AE lado fêmea gás, 3 /
8'' MP AE disco estouro
conectado.
QHP Aço inox
AlSl
4140
2
7 VAAP Válvula de Alívio de Alta
Pressão. SP 11000 psi 3 / 8''
autoclave em (fêmea),
BIS 316 Aço
Inox
8
NPT out (fêmea) válvulas de
alívio, SP 5500 psi 9 / 16''
autoclave em (fêmea), 3 / 8'' NP
out (fêmea)
8 VAMP Válvula de Alívio de Média
Pressão. SP 5500 psi 9 / 16''
autoclave em (fêmea), 3 / 8''
NPT out (fêmea)
BIS 316 Aço
Inox
10
9 FTC Filtro de Circulação. spin-on
elementos, 1'' BSP fêmea.
Pall
Ferro
fundido
2
10 FSAP Filtro de Sucção AP. 1 / 2'' BSP,
120 micron, de 70 barg
Pall 316 Aço
Inox
1

65
11 FSMP Filtro de Sucção MP 1''BSP,
120 micron, de 55 barg
Pall 316 Aço
Inox
1
12 FP Filtro da linha de pressão. Pall 316 Aço
Inox
2
13 VEF Válvula de esfera. 20000psi
(1.380 bar), 3/8 "MP.
Butech 316 Aço
Inox
14
14 VF Válvula de agulha,
20000psi(1.380 bar), 3/8" MP
Butech 316 Aço
Inox
56
15 VR Válvula de retenção, 20000psi
(1.380 bar), 3/8 "MP
AutoClave 316 Aço
Inox
10
16 VB Válvula de 3 vias bola, 20000
psi (1380 bar), 3/8" MNPT
Butech 316 Aço
Inox
2
17 SP1 Sensor de pressão. 0-1000 psi Parker 316 Aço
Inox
8
BSP
18 SP2 Sensor de pressão. 0-5000 psi Parker 316 Aço
Inox
10
BSP
19 M1 0-10000 psi pressão, 316 Aço
Inox, vidro de segurança,
medidor de vibração, glicerina
preenchido, parafuso limitador,
1/4"
Stewart &
Buchanan
316 Aço
Inox
7
macho, montada à superfície,
logotipo HITEC
20 M2 0-20000 psi pressão, 316 Aço
Inox, vidro de segurança,
medidor de vibração, glicerina
preenchido, parafuso limitador,
1/4"
Stewart &
Buchanan
316 Aço
Inox
7
macho, montada à superfície,
logotipo HITEC

66
21 F Fluxo, 0.5-25 L/M. Pressão 630
barg max, 1/4” AE. E 0.1-7
L/M. Pressão1000 bar max, 3/8”
AE.
KEM 316 Aço
Inox
1
2.1.9 Esquemas
2.1.9.1 Esquema Hidráulico
O desenho em tamanho maior consta no Anexo I.
Figura 388: Esquema Hidráulico.
Fonte: FluidSim H
A unidade de potência hidráulica tem instalado quatro bombas, sendo duas
de média pressão (5000PSI) e duas de alta pressão (10000PSI).
As bombas são elétricas e foram escolhidas em função de sua vazão e pressão,
de modos a se ajustarem as necessidades reais do projeto.
BA
BA
BA
BA
A B
A B
A B
A B
P
T
P
T
P
T
P
T
A B
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
P T P T P T P T
P T P T
A B A B A B A B
A
B
A B A B
A
B
0%
A
B
0%
A
B
0%
A
B
A
B
0%
A
B
A
B
0%
A
B
A
B
A B
A B
A
B
Supply Tank Return Tank
BA
BA
A
B
A B
A B
A B
A B
P T
P T
P T
P T
A B
A B
A B
A B
P T
P T
P T
P T
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
A B
A B
A B
A B
A B
A B
A B
A B
A B
A B
A
B
BA B A
AB
VAMP 1/1
568 BAR
VA 1/2
568 BAR
VA 1/3
568 BAR
VA 1/4
568 BAR
VA 1/5
568 BAR
VAAP 2/1
948 BAR
VA 2/2
948 BAR VA 2/3
948 BAR
5.7 L/M
862 BAR
5.7 L/M
862 BAR
15 L/M
517 BAR
15 L/M
517 BAR
VAAP 2/1
948 BAR
VAMP 1/1
568 BAR
PT
PT PT PT PT
A
B
VF 1/1
VF 1/1
VF 2/1
VF 2/1
VF 2/2
A B
0%
A
B
A B
0%
A
B
A
B
VF 2/3
PT
VF 2/4
VF 2/5
VF 2/6
VF 2/7
VF 2/8
VF 2/9
VF 2/10
VF 2/11
VF 2/12 VF 2/13
VF 2/14 VF 2/15
VF 2/16 VF 2/17
VF 2/18 VF 2/19
VF 1/2
VF 1/3
VF 1/4
VF 1/5
VF 1/6
VF 1/7
VF 1/8
VF 1/9
VF 1/10
VF 1/11
VF 1/12
VF 1/13
VF 1/14
VF 1/15
VF 1/16
VF 1/17
VF 1/18
VF 1/19
VF 1/20
VF 1/21 VF 1/22
VF 1/23 VF 1/24
VF 1/25 VF 1/26
M1/1
M1/1
M2/1
M2/1
M2/2
M2/3
M2/4
M2/5
M1/2
M1/3
M1/4
M1/5
M2/6
M1/6
VR2/1
VR2/1
VR1/1
VR1/1
VA 2/3
948 BAR
VA 2/3
948 BAR
VA 2/3
948 BAR
VA 2/3
948 BAR
VA 1/5
568 BAR
VA 1/5
568 BAR
VA 1/5
568 BAR
VA 1/5
568 BAR
VEF/D
VEF/D
VF0
VF1
VF1/0
VF2/0
B H
BCP25 L/M
6.4 BAR
VF 0/4
FTC 0/0
FTC 0/0
VR 0/0 VR 0/0
DR1/1 DR1/2
V B
DR2/2 DR2/3 DR2/4
VFT00
VFT01
VFT02
VFT04
VFT03
VFT05
MP 37L MP 37L MP 37L MP 37L
AB 1/1 AB 1/2 AB 1/3 AB 1/4
AP 57LAP 57L
AP 1/2AP 1/1
0%A B
0%A B
0%A B
0%A B
0%A B
0%A B
0%A B
0%A B
0%
A
B
Return Tank
0%
A
B
0%
A
B
Return Tank
1500L
1500L RT1 RT2
AP1
B HAP2
B HMP1
B HMP2
F S
VEF
VEF
VEF
VEF VEF
VEF
VEF
VEF
VEF
VEF
VEF
VEF
VEF
VEF
VFT02
V B
SP2
SP2
SP1
SP1 SP1 SP1
SP2 SP2 SP2 SP2
SP1
SP1
SP1
SP1
SP2
SP2
SP2
SP2
A B
A B
A B
A B
A
B
A B
A B
A
B
PLC
PLC
25 L/M
10 L/M
F 2
F 1
LCD DISPLAY
PLC GABINTE
F P
F P
VF 2/20 VF 2/21
VF 2/22
VF 2/23
VF 1/27 VF 1/28
VF 1/29
VF 1/30
0% AB
0%
A
B
0%
A
B
A
B
A B
P T
A B
A
B
Ar 120 PSI
0% AB
A
B

67
O sistema é controlado por um controlador lógico programável (PLC), que
recebe do operador valores predefinidos de pressão de arranque e de paragem para
cada circuito, e em função disto controla o funcionamento das bombas no intuito de
nunca se ultrapassar um certo valor máximo e nunca descer abaixo de um valor
mínimo definido.
O PLC recebe ainda dados de todos os transdutores, isto é, dos transdutores de
alta e média pressão, dos sensores de nível, dos sensores de fluxo, de oxigênio e de
leitura do NAS do fluido, e em função destes dados e de sua programação flexível,
toma decisões.
O sistema possui ainda dois bancos de acumuladores de pressão que além de
aumentarem a velocidade de resposta do sistema, também ajuda na compensação da
expansão térmica e do consumo passivo do sistema a ser alimentado.
O sistema é protegido como um todo por uma rede de válvula de alívio, que
despressurizam o sistema enviando o fluido para o tanque de retorno sempre que a
pressão em um determinado trecho do circuito está acima de um nível perigoso e
previamente marcado na válvula e ainda por uma rede de discos de ruptura que
quebram-se liberando o nitrogénio dos acumuladores em caso de sobrepressão.
A direção do fluxo é controlada por um sistema de válvulas direcionais, de
esfera, de agulha e unidirecionais, de modos a garantir que haja pressão ou fluxo
apenas nos pontos pretendidos.
O sistema está ainda associado à dois reservatórios de fluido hidráulico com a
capacidade de 1500 litros cada. O enchimento e circulação destes tanques é feito por
meio de uma bomba pneumática de circulação e transferência.
Informações mais detalhadas serão apresentadas a seguir.
Figura 399: Esquema de Interação do PLC com os demais elementos do sistema.

68
Fonte: FluidSim H.
2.1.9.2 LCD (Liquid Crystal Display)
Toda a interação do operador com o sistema é feita por meio deste display. À
partir deste, o operador define os valores máximos e mínimos de pressão em cada um
dos circuitos, define os alarmes e recebe do PLC a leitura obtida pelo varrimento na
rede de sensores existente na unidade.
2.1.9.3 Sensores/Transdutores
HPPT, MPPT, HPFT, MPFT, RTLT, STLT, O2SS, FAS, são sensores que
fazem todo o processo de telemetria do sistema e transferem esta informação ao PLC.
HPPT, MPPT são fundamentalmente sensores de pressão, e são estes que
monitoram a pressão em cada uma das linhas. É em função do valor de pressão
adquirido por estes sensores que o PLC tem condição de cruzar com os dados
previamente inseridos pelo operador e então decidir parar ou arrancar as bombas.
HPFT, MPFT são medidores de fluxo, e têm como função fundamentalmente
contar quantos litros de fluido hidráulico foram bombeados e função disto passar esta
informação para o PLC que por sua vez informa ao operador por meio do LCD.

69
RTLT, STLT são sensores de nível, e têm como função medirem os níveis nos
tanques à partir da hidrostática, passar esta informação ao PLC. Esta informação é
crítica, pois à partir dela o PLC terá condições de decidir se arranca ou não as bombas
pois se as bombas forem arrancadas com os tanques vazios, há grandes riscos de se
danificarem.
O2SS, é um sensor que lê o nível de oxigénio dentro da unidade, informa ao
PLC, e caso este estiver muito baixo aciona um alarme de modos a proteger o
operador contra o baixo nível de oxigénio que pode levar a morte.
FAS (Fluid Analyser System), é um sistema que lê o nível de contaminação do
fluido, passa esta informação ao PLC e em função disto o PLC arranca a bomba de
circulação e transferência no intuito de fazer a limpeza do fluido e se certificar de que
este esteja em NAS 6 ou menos.
Em vez de apenas sensores, a unidade usou NÓ-SENSOR, devido ao alto
poder de computação e processamento de dados. Os sensores de pressão foram
determinados a serem de fio único com ciclos de alimentação e transmissão de 0.5
segundos, e utilizando modulação FSK (Frequency Shift Key).
2.1.9.4 Esquema Força das Eletrobombas
Figura 40: Circuito de força da UPHI.

70
Fonte: Programa Cade-Simu
2.1.9.5 Circuito de comando
Figura 41: Circuito de comando.
Fonte: Programa Cade-Simu
O interruptor STM11 é um interruptor de pressão (Botoeira), quando é pressionado,
alimenta o motor M11, acendendo então uma lâmpada SM11 a sinalizar o funcionamento do

71
motor M11. Que por sua vez fecha o contacto M11 que serve de realimentação para continuar
a manter corrente circulando pelo contactor. Mesmo depois de se tirar o dedo da botoeira, o
motor continua funcionando. Só vai parar quando o contacto normalmente fechado K11 for
aberto. O mesmo acontece com os restantes motores.
Quando os quatro motores estiverem em funcionamento, podemos para-los ao mesmo
tempo (pressionando o stop), ou um a um (abrindo os contactos K11, K12, K21 1 K22).
2.1.9.6 Circuito de Acionamento da Bomba de Circulação e
Transferência
A bomba de circulação será acionada por uma SOV que terá a função de permitir ou
fechar o fornecimento de ar à bomba.
A SOV será controlada pelo PLC à partir de uma combinação transístor-relé, com o
transístor a funcionar como chave.
Quando o PLC aplicar 5 volts a base do transístor, então este entrará em saturação o
que permitirá uma passagem de corrente entre o coletor e o emissor. Esta corrente ao passar
pela bobina do relé fará com que esta energize-se, criando um campo magnético com a força
magnética suficientemente forte para vencer a força elástica da mola, e consequentemente
deslocar o contacto. O contacto ao fechar-se permitirá com que 15VDC caiam diretamente
sobre a SOV, o que fará com que circule uma corrente por ela, corrente esta que a semelhança
do relé originará um campo magnética que deslocará o pistão da SOV e permitirá com que
o ar passe e alimente a bomba de circulação.
Parâmetros do Transístor 2N2222 Parâmetros do Relé
𝑉𝐵𝐸𝑠𝑎𝑡 = 0.7𝑉 𝑅 𝑅 = 80Ω
𝑉𝐶𝐸𝑠𝑎𝑡 = 0.3𝑉 𝐼 𝑅 = 50𝑚𝐴
𝛽𝑠𝑎𝑡 = 10
𝐼 𝐶𝑚𝑎𝑥 = 500𝑚𝐴
𝑉𝐶𝐸𝑚𝑎𝑥 = 100𝑉
Cálculo de 𝑅 𝐶
𝑅 𝐶 =
𝑉𝐶𝐶 − 𝑅 𝑅 × 𝐼 𝑅 − 𝑉𝐶𝐸𝑠𝑎𝑡
𝐼 𝑅
=
5 − 80 × 50 × 10−3
− 0.3
50 × 10−3
= 14Ω

72
Valor Comercial Escolhido 𝑅 𝐶 = 15Ω
Potência de 𝑅 𝐶
𝑃𝑅𝐶 = 𝑅 𝐶 × 𝐼 𝐶𝑠𝑎𝑡
2
= 15 × (50 × 10−3)2
= 37.5𝑚𝑉 (
1
8
𝑊)
Cálculo de 𝑅 𝐵
𝐼 𝐵𝑠𝑎𝑡 =
𝐼 𝐶𝑠𝑎𝑡
𝛽𝑠𝑎𝑡
=
50 × 10−3
10
= 5𝑚𝐴
𝑅 𝐵 =
𝑉𝐸 − 𝑉𝐵𝐸𝑠𝑎𝑡
𝐼 𝐵𝑠𝑎𝑡
=
5 − 0.7
5 × 10−3
= 860Ω
Valor Comercial Escolhido 𝑅 𝐵 = 820Ω
Potência de 𝑅 𝐵
𝑃𝑅𝐵 = 𝑅 𝐵 × 𝐼 𝐵𝑠𝑎𝑡
2
= 820 × (5 × 10−3)2
= 20.5𝑚𝑉 (
1
8
𝑊)
Figura 42: Circuito de alimentação da SOV/bomba de circulação.
Fonte: Programa MultiSim.
Outra opção de Implementação do circuito acima.
Figura 43 Interface de Potência Comando pelo microssistema através de um
optpacoplador
2.1.9.7 Fonte de Tensão Estabilizada para a Solenoide
 Tensão média de entrada 220V/50Hz
K
K1
EDR201A05
BOMBACIRCULAÇÃO
SOLENOID
Q1
2N2222A
R1
820Ω
R2
15Ω
VCC
5V
PLC
15VDC
S1
SOLENOID
K
VCC
20V
VCC
20V
VCC
20V

73
 Tensão média de saída 17,5V
 Ripple 0,1V
Capacitor de filtro:
𝑉𝑟 =
𝑉 𝑚𝑓
𝑓𝑅𝑙 𝐶
→ 𝐶 =
𝑉 𝑚𝑓
𝑉𝑟 𝑓𝑅𝑙
𝐶 =
17.5𝑉
0.1 × 100 × 360Ω
= 4861𝜇𝐹
Especificação dos diodos:
𝐼 𝑚𝑓 =
𝑉 𝑚𝑓
𝑅𝑙
𝐼 𝑚𝑓 =
17.5𝑉
360Ω
= 48.6𝑚𝐴
𝑉𝑅𝐿𝑃 = 𝑉 𝑚𝑓 +
𝑉𝑟
2
𝑉𝑅𝐿𝑃 = 17.5𝑉 +
0.1
2
= 17.55𝑉
𝑉2𝑃 = 𝑉𝑅𝐿𝑃 + 2𝑉𝑟
𝑉2𝑃 = 17.5𝑉 +
0.1
2
+ 2(0.7) = 31.55𝑉
∴ 𝐼 𝐷𝑀 ≥
𝐼 𝑚𝑓
2
𝐼 𝐷𝑀 ≥ 24.3𝑚𝐴
𝑉𝐵𝑟 ≥ 𝑉2𝑃 = 31.55𝑉
Especificação do transformador:
𝑉2𝑟𝑚𝑠 =
𝑉2𝑃
√2
𝑉2𝑟𝑚𝑠 = 22.3𝑉

74
𝑃𝑇 = 𝑉2𝑃 × 𝐼 𝑚𝑓
𝑃𝑇 = 1.53𝑤
𝑉1 = 220𝑉 𝑉2 = 31.55𝑉
Escolha do díodo zener:
Como a fonte é de 𝑉𝑆 = 15𝑉, o díodo zener deve ter uma tensão de:
𝑉𝑍 = 𝑉𝑆 + 𝑉𝐵𝐸 → 𝑉𝑍 = 15 + 0.7 = 15.7𝑉
Optou-se pelo díodo zener BZW03-C16, com 𝑉𝑍 = 16𝑉 e 𝑃𝑍𝑀 = 6𝑊.
Tem-se, portanto:
𝐼 𝑍𝑀 =
𝑃 𝑍𝑀
𝑉 𝑍
𝐼 𝑍𝑀 =
6
16
𝐼 𝑍𝑀 = 375𝑚𝐴
𝐼 𝑍𝑚 = 0.1𝐼 𝑍𝑀
𝐼 𝑍𝑚 = 0.1 × 0.375 → 𝐼 𝑍𝑚 = 37,5𝑚𝐴
Embora a sua tensão nominal seja um pouco maior que a tensão necessária, a escolha
se justifica pelo fato de o fabricante prever para este dispositivo uma variação entre 15.3𝑉 e
17.1𝑉. quanto à corrente e potência máximas, mais adiante elas poderão ser comparadas
com a corrente e potência máximas do díodo zener neste circuito.
Escolha do Resistor Limitador 𝑅𝑆 :
𝑅𝑆𝑚 =
𝑉𝐸𝑀 − 𝑉𝑍
𝐼 𝑍𝑀
→ 𝑅𝑆𝑚 =
24 − 16
375 × 10−3
→ 𝑅𝑆𝑚 = 21,33Ω
𝑅𝑆𝑀 =
𝑉𝐸𝑚 𝑉𝑍
𝐼 𝑍𝑚
→ 𝑅𝑆𝑀 =
19.7 − 16
37.5 × 10−3
→ 𝑅𝑆𝑀 = 98.67Ω
Assim: 21.33Ω ≤ 𝑅𝑆 ≤ 98.67Ω

75
Valor adotado: 𝑅𝑆 = 68Ω
Verificação da Corrente e Potência Máximas do Diodo Zener:
𝐼 𝑍𝑀𝑐𝑖𝑟𝑐 =
𝑉𝑅𝑆𝑀
𝑅𝑆
→ 𝐼 𝑍𝑀𝑐𝑖𝑟𝑐 =
𝑉𝐸𝑀 − 𝑉𝑍
𝑅𝑆
→ 𝐼 𝑍𝑀𝑐𝑖𝑟𝑐 =
24 − 16
68
→ 𝐼 𝑍𝑀𝑐𝑖𝑟𝑐 = 117.65𝑚𝐴
𝑃𝑍𝑀𝑐𝑖𝑟𝑐 = 𝐼 𝑍𝑀𝑐𝑖𝑟𝑐 × 𝑉𝑍 → 𝑃𝑍𝑀𝑐𝑖𝑟𝑐 = 117.65 × 10−3
× 16 → 𝑃𝑍𝑀𝑐𝑖𝑟𝑐 = 1.88𝑤
Portanto, os parâmetros 𝐼 𝑍𝑀 e 𝑃𝑍𝑀 do diodo zener escolhido estão compatíveis com as
limitações do circuito.
Finalmente, o circuito da fonte de tensão estabilizada fica como mostrada a seguir:
O que se fez até agora, foi projetar uma fonte de tensão de 15𝑉/100𝑚𝐴, podendo ser
utilizada para a alimentação de qualquer circuito de 15𝑉, desde que o mesmo tenha um
consumo máximo de corrente de 100𝑚𝐴, ou seja, desde que esse circuito represente uma
carga 𝑅 𝐿, cujo valor mínimo seja de:
𝑅 𝐿𝑚 =
𝑉𝑆
𝐼𝑆𝑀
→ 𝑅 𝐿𝑚 =
15
0.1
→ 𝑅 𝐿𝑚 = 150Ω
Figura 434: Circuito de alimentação da bomba de circulação com a fonte
retificada.
Fonte de tensão para os componentes do circuito funcionando em DC.
Esta fonte de tensão foi desenvolvida no intuito de dar cobertura a larga variação em
termos de alimentação dos vários subsistemas que compõe esta unidade.
T1
TS_PQ4_28
D2
1N4001GP
D3
1N4001GP
D4
BZW03-C16
C1
1000µF
Q2
BD137
R3
68Ω
K
K1
EDR201A05
BOMBACIRCULAÇÃO1
SOLENOID
Q1
2N2222A
R1
820Ω
R2
15Ω
VCC
5V
PLC1
15VDC
V1
220 Vrms
50 Hz
0°

76
Figura 444: Fonte de tensão para os componentes do circuito funcionando em
DC.
D1
3N246
1
2
4
3
D2
3N246
1
2
4
3
D3
3N246
1
2
4
3
J1
HDR1X6
U1
LM7805CT
LINE VREG
COMMON
VOLTAGE
U2
LM7915CT
LINE VREG
COMMON
VOLTAGE
U3
LM7815CT
LINE VREG
COMMON
VOLTAGE
U5
LM7815CT
LINE VREG
COMMON
VOLTAGE
GND
GND
GNDGND GND GND
GND GND
GND
VDD1
5V
R1
330Ω
5%
GND
R2
1.5kΩ
5%
R3
1.5kΩ
5%
VCC1
-15V
VCC2
15V
VDD2
15V
R7
50K
50%
R4
10kΩ
5%
GND GND
R6
1kΩ
5%
Q1
2N3904
R5
2kΩ
5%
GND
VDD1
5V
U4F
74HC14N_4V
INT0
GND
VDD1
5V
F1 Fuse
1A
F2 Fuse
0.5A
F3 Fuse
0.5A
60 Hz Interrupt
C1
4.7mF
C5
2.2mF
C9
4.7mF
C2
100nF
C6
100nF
C10
100nF
C3
10µF
C7
10µF
C11
10µF
C13
10µF
C4
100nF
C8
100nF
C12
100nF
C14
100nF
LED1
LED2
LED3
C15
100nF
C19
100nF
C20
100nF
C21
100nF
C22
100nF
C23
100nF
C24
100nF
C25
100nF
C26
100nF
C27
100nF
C28
100nF
C18
100nF
C17
100nF
C16
100nF

77
CONCLUSÕES
- O circuito hidráulico desenvolvido, foi dimensionado e estruturado em função das
especificações exigidas pelos sistemas de controlo de águas profundas, garantindo assim que
as pressões necessárias estivessem disponíveis, e que a unidade tivesse uma autonomia em
termos de volume suficiente para as exigências das operações em que esta estará envolvida;
- O sistema foi concebido com uma bomba de circulação e um sistema de controlo que
permita que o PLC tenha capacidade de leitura do estado de limpeza do fluido e acionamento
da bomba de circulação e transferência para garantir ciclos de limpeza automatizados do
fluido, o que garantirá a existência de apenas fluido NAS6 ou inferior no interior do tanque
que alimenta as bombas;
- Os tanques foram dimensionados utilizando regras práticas, que garantissem a
existência de fluido suficiente mesmo depois de uma completa pressurização do sistema
como um todo utilizando um umbilical de 4500 metros, o que dá-nos elevada folga e
flexibilidade em termos operacionais;
- O sistema foi ainda desenvolvido com o dobro do número de bombas elétricas, o que
por sí só resolve um problema de muitas das unidades de potência hidráulica existentes no
momento, que possuem apenas um bomba para cada circuito, o que causa elevados
constrangimentos operacionais sempre que haja falha;
- Na unidade foi instalada um sensor que lê constantemente o nível de oxigênio no seu
interior, o que garante que se por alguma razão por dispersão de nitrogénio o nível de
oxigénio estiver baixo e atingir valores perigosos a vida humana, então um alarme alerta o
indivíduo que no momento estiver dentro da unidade;
- Todos os elementos em linhas de pressão foram selecionados de modos a suportarem
de modo seguro pressões que cheguem aos 20000PSI, o que associado aos sistemas de
segurança da unidade diminui os riscos de explosão por sobre pressurização;
- Toda a eletrónica foi rigorosamente equacionada, desenvolvida e testada em
ambiente virtual, de modos a garantir que se implementada obtém-se os resultados
desejados.

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