Avancos para a nova geracao de maquinas

Redução de peso e espaço, aumento de eficiência energética e alta confiabilidade dos componentes têm norteado o desenvolvimento dos novos produtos hidráulicos e pneumáticos. Para atender esses requisitos, as principais estratégias encontradas pelos fabricantes têm sido a integração de circuitos eletrônicos em componentes hidráulicos e pneumáticos, a utilização de novos materiais, como polímeros, ligas metálicas e materiais metálicos sinterizados; e a adoção de processos de fabricação mecânica beneficiando-se de máquinas que permitem atingir tolerâncias de produção estreitas e com repetitividade.

Essa tendência é observada há várias décadas, mas é possível afirmar que nos últimos anos os produtos com características diferenciadas têm sido efetivamente colocados no mercado e utilizados em diferentes aplicações com maior frequência.

No campo da pneumática, a utilização de válvulas com comunicação por barramento de campo é uma solução que integra eletrônica e pneumática e que possibilita controle remoto e monitoramento da condição de operação da máquina de forma centralizada em uma sala de controle. Porém, a instalação centralizada das válvulas faz com que seja necessário o uso de longas tubulações, provocando perdas energéticas por compressibilidade em função da contínua pressurização e despressurizarão das linhas de trabalho entre válvula e atuador. Além disso, o distanciamento entre válvula e atuador reduz o tempo de resposta dos sistemas.

Uma solução alternativa tem sido a integração de atuador, válvula, sensores e circuito eletrônico em um componente. Dessa forma, as perdas por compressibilidade são minimizadas e a resposta dinâmica do atuador é significativamente melhorada. Com a redução do número de componentes distribuídos no espaço da máquina ou planta industrial, há a expectativa de redução do número de fontes de falhas. A construção de sistemas pneumáticos integrados também é considerada um fator positivo para o fornecimento de posicionadores pneumáticos de mais fácil partida e operação e com características operacionais que atendam demandas industriais, potencializando o uso desses comparativamente aos atuadores elétricos.

A integração de sistemas eletrônicos e software tem conferido a característica de componentes mecatrônicos não só na pneumática, mas também na hidráulica. Enquanto que os sistemas pneumáticos têm como principal campo de aplicação a automação discreta de plantas industriais ou máquinas, o uso da hidráulica para controle de velocidade, força e posição fez, já há décadas, com que fossem desenvolvidas válvulas com processamento eletrônico embarcado.

A ampliação da capacidade de processamento e miniaturização de circuitos tem possibilitado o desenvolvimento de válvulas hidráulicas com medição de variáveis internas, detecção de estados operacionais e comunicação por barramento de campo, conferindo à válvula e ao atuador controlado por essa a capacidade de autorregulação.

O uso de motores e bombas de deslocamento variável tem tido grande ênfase na última década. A utilização desses componentes é uma alternativa para o controle dissipativo por meio de válvulas, mas não se aplica de forma geral para todas as configurações de circuitos. Nos equipamentos que empregam cilindros hidráulicos, por exemplo, o controle do deslocamento volumétrico fica centralizado na bomba, requerendo o uso de válvulas para a operação independente de cada atuador.

Com a mesma função, têm sido adotadas bombas de deslocamento fixo acionadas por motores elétricos controladas por inversor de frequência. A velocidade variável do motor elétrico possibilita alterar a vazão suprida pela bomba e, assim, regular a potência consumida pelo equipamento para que essa se aproxime da potência efetivamente demandada na atuação.

Soluções inovadoras do ponto de vista puramente hidráulico têm sido colocadas no mercado. Uma delas é o transformador hidráulico, que pode ser comparado a um transformador elétrico. A vazão a uma determinada pressão pode ser convertida em outra vazão em qualquer outro nível de pressão em um processo com baixíssimas perdas. Seu uso tem sido para transmissão hidrostática em automóveis e em empilhadeiras e máquinas de construção.

Outra solução que está sendo testada é um cilindro de múltiplas câmaras. As áreas anulares das diferentes câmaras possuem uma relação em potência de dois tal que, fazendo a permutação dessas áreas, é possível o controle de uma ampla faixa de forças de forma digital.

Créditos

Artigo redigido por Victor Juliano De Negri, professor doutor em engenharia mecânica na área de hidráulica e pneumática pela Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC e coordenador do Laboratório de Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos do Departamento de Engenharia Mecânica da UFSC - Laship. É membro da Associação Brasileira de Engenharia e Ciências Mecânicas e representante do Laship junto à National Fluid Power Association.