A otimização de fluidos poderia reduzir o consumo de energia e melhorar a eficiência do sistema hidráulico? Essa pergunta não pode ser respondida se antes não avaliarmos o que esperar de eficiência em sistemas hidráulicos.
Pois bem, sistemas hidráulicos convertem a potência mecânica rotativa de motores e motores elétricos em potência fluida, girando o eixo de entrada de uma bomba. As válvulas de controle hidráulico direcionam a saída da bomba para os atuadores da máquina que usam cilindros e motores para converter a energia do fluido de volta em energia mecânica.
Os motores hidráulicos são como bombas que funcionam para trás, eles convertem energia fluida em energia mecânica rotativa e podem gerar as densidades de alta potência exigidas por máquinas móveis. Motores hidráulicos acionam os tambores das betoneiras, balançam as lanças das escavadeiras, acionam as lâminas de corte nas rodas de pedra, etc.
Ao contrário das bombas centrífugas, nas quais o fluxo depende da pressão, os sistemas hidráulicos utilizam bombas de deslocamento positivo e motores nos quais o fluxo é independente da pressão. Nenhuma bomba é 100% eficiente, então a pressão sempre influencia o fluxo até certo ponto.
Os sistemas hidráulicos produzem energia cinética na forma de fluxo e energia potencial na forma de pressão. Assim, é imperativo separar as zonas de alta e baixa pressão em sistemas hidráulicos. Esse requisito orienta muitos conceitos de design em tecnologia de energia fluida. Vazamentos internos, movimento de fluidos de zonas de alta pressão para zonas de baixa pressão em componentes hidráulicos, reduzem a quantidade de energia que um sistema pode fornecer e à medida que as pressões e temperaturas do sistema aumentam, as perdas de fluxo acionadas por pressão através de folgas internas também aumentam.
Esse efeito é mais significativo em aplicativos móveis; os menores reservatórios de óleo e trocadores de calor necessários para sistemas hidráulicos móveis significam que eles operam em temperaturas mais altas do que os sistemas industriais. A eficiência geral de uma bomba ou motor hidráulico é sua eficiência volumétrica multiplicada por sua eficiência mecânica.
Encontrando um ponto de eficiência mecânica no Sistema Hidráulico.
A eficiência volumétrica refere-se ao fluxo de saída por revolução do eixo de entrada da bomba, medindo a capacidade da bomba de minimizar vazamentos entre regiões de alta e baixa pressão. A eficiência mecânica está relacionada ao torque de saída do motor e é um indicador da capacidade do fluido de evitar o atrito.
Em altas pressões da bomba e baixas velocidades do motor, onde a maioria das operações práticas ocorrem, a eficiência volumétrica aumenta rapidamente com o aumento da velocidade da bomba (ou viscosidade do fluido) e depois se estabiliza.
Enquanto isso, a eficiência mecânica diminui quase linearmente à medida que a velocidade da bomba (ou a viscosidade do fluido) aumenta. Essa relação é comumente ilustrada usando uma curva de Stribeck, que traça a eficiência em função da velocidade.
Eficiência de Fluidos
De volta aos fluidos, em relação aos motores hidráulicos, a eficiência deste componente em baixas velocidades ou a partir de uma posição de repouso geralmente determina a pressão de projeto e o tamanho da bomba necessários em uma máquina hidráulica.
Isso é particularmente verdadeiro para máquinas que devem começar sob carga, como cavar uma pilha de sujeira ou levantar um contêiner de transporte. Assim como um automóvel é menos eficiente quando está parado ou se movendo lentamente no trânsito, os motores hidráulicos também são ineficientes em baixas velocidades.
Reduzir o atrito do motor em baixas velocidades melhora a eficiência aumentando a potência disponível para engatar a carga útil. Melhorar o desempenho do motor pode afetar significativamente a eficiência de todo o sistema.
A escolha do fluido hidráulico certo exige que os engenheiros avaliem vários fatores de interação, incluindo o tamanho e o tipo de equipamento e as condições de operação, como temperatura, pressão e carga máxima.
Algumas propriedades exigem uma compensação para alcançar o melhor equilíbrio ou confiabilidade em relação à eficiência mecânica e eficiência volumétrica, por exemplo. As diferenças entre vários fluidos hidráulicos na transmissão eficiente de energia são mais pronunciadas nas baixas velocidades do motor, em situações características de cavar uma vala ou levantar um contêiner de transporte, onde o desempenho é mais crítico.
