Uma unidade de energia hidráulica é construída a partir de seis grupos funcionais trabalhando juntos: um reservatório que armazena e condiciona o fluido, um bomba que converte energia mecânica em fluxo, um motor elétrico que aciona a bomba, um conjunto de válvula que dirige e regula a pressão, um circuito de filtração que protege as superfícies internas contra contaminação e suporta hardware como resfriadores, acumuladores, coletores, vedações e instrumentação. Cada um desses componentes da unidade de energia hidráulica tem um efeito direto na estabilidade da pressão do sistema, na vida útil do fluido e no tempo de funcionamento da unidade antes de precisar de manutenção.
O dimensionamento e a qualidade de cada peça dependem do ciclo de trabalho, da temperatura ambiente e da pressão exigida pelos atuadores a jusante. Uma unidade construída para uma prensa de estampagem que dispara a cada poucos segundos precisa de resposta de válvula e capacidade de resfriamento diferentes de uma unidade que mantém uma pinça estática por horas. Combinar os componentes com o ciclo de trabalho real, em vez de usar como padrão uma configuração padrão de catálogo, geralmente é a diferença entre uma unidade de energia que dura uma década e outra que precisa ser reconstruída em dois anos.
Também ajuda pensar em uma unidade de energia hidráulica como um circuito fechado, em vez de uma coleção de peças separadas. A qualidade do fluido definida pelo reservatório e pelo circuito de filtração afeta o desgaste da bomba, o desgaste da bomba afeta o vazamento interno e a geração de calor, o calor afeta a viscosidade e a viscosidade afeta a precisão com que as válvulas podem controlar o fluxo. Um elo fraco em qualquer grupo de componentes único eventualmente aparece como um sintoma em algum outro lugar do circuito, e é por isso que a solução de problemas de uma unidade de potência quase sempre precisa começar com a condição do fluido antes de examinar qualquer peça individual.
As seções abaixo abordam cada grupo principal de componentes, o que muda entre as configurações, os padrões e pontos de dados que os engenheiros costumam consultar ao especificar peças e os padrões de falha que aparecem com mais frequência em campo.
O reservatório faz mais do que reter óleo. Ele assenta o ar arrastado, dissipa o calor através de sua área de superfície e permite que os contaminantes sejam eliminados antes que o fluido seja puxado de volta para a entrada da bomba. Um reservatório subdimensionado para a vazão da bomba recirculará o fluido quente e aerado, o que acelera a oxidação e reduz a vida útil da vedação em todos os outros componentes do circuito.
Uma regra inicial amplamente utilizada dimensiona o reservatório em três a cinco vezes o fluxo nominal da bomba em galões por minuto , expresso em galões. Uma unidade construída em torno de uma bomba de 20 GPM normalmente usaria um tanque de 60 a 100 galões, com a extremidade inferior reservada para unidades que já incluem resfriamento auxiliar.
| Tipo de dever | Relação tanque-fluxo recomendada | Configuração típica do defletor |
|---|---|---|
| Funcionamento contínuo, alta carga de calor | 4:1 a 5:1 | Placa defletora de altura total com difusor de retorno |
| Serviço intermitente, trabalho de impressão padrão | 3:1 a 4:1 | Defletor parcial separando sucção e retorno |
| Unidades móveis ou com espaço limitado | 2:1 a 3:1 | Somente difusor interno, sem defletor completo |
Os reservatórios também carregam as portas de enchimento e drenagem, um respiro com um elemento dessecante ou particulado, um tampão de drenagem magnético para coletar detritos ferrosos de desgaste e um visor ou medidor de nível tipo flutuador. Ignorar o plugue magnético é um atalho comum em construções de unidades de energia hidráulica de baixo custo e é uma das adições mais baratas em relação à proteção contra desgaste que fornece.
A placa defletora interna costuma ser esquecida, mas seu posicionamento determina quanto tempo de permanência o fluido terá antes de ser aspirado de volta para a bomba. Um defletor colocado muito próximo da porta de sucção encurta a distância efetiva de sedimentação e permite que o fluido aerado recircule mais rápido do que pode desgaseificar. As linhas de retorno são normalmente cortadas em um ângulo de 45 graus e posicionadas abaixo da superfície do fluido para reduzir respingos e formação de espuma, e um difusor instalado na linha de retorno espalha o fluxo por uma área mais ampla, em vez de direcionar um fluxo de alta velocidade diretamente na parede do tanque.
O aço carbono continua sendo o material de reservatório padrão por razões de custo, geralmente com acabamento interno resistente ao tipo de fluido específico em uso, uma vez que óleo mineral, água-glicol e fluidos biodegradáveis interagem de maneira diferente com o aço não tratado. Reservatórios de aço inoxidável aparecem em unidades em ambientes de qualidade alimentar, de lavagem ou corrosivos, onde falhas no revestimento introduziriam risco de contaminação. Os tanques de alumínio aparecem em construções móveis e sensíveis ao peso, trocando alguma resistência a amolgadelas por uma redução de peso significativa.
O fluido em si é um componente funcional, não apenas um meio, e a escolha do grau errado prejudica todas as outras partes do circuito, independentemente de quão bem essas peças sejam especificadas.
A viscosidade é geralmente especificada pelo grau ISO, com ISO 32 e ISO 46 cobrindo a maioria das aplicações industriais de clima moderado e ISO 68 reservado para unidades que funcionam em temperaturas ambientes consistentemente altas. A operação de um fluido muito fino para a temperatura operacional aumenta o vazamento interno na bomba e nas válvulas, diminuindo a eficiência volumétrica, enquanto o fluido muito espesso aumenta a restrição de entrada da bomba e pode fazer com que a bomba morra de fome na partida em condições frias. Um índice de viscosidade acima de 100 indica que o fluido resiste ao afinamento à medida que a temperatura aumenta, o que é mais importante em unidades que apresentam uma ampla variação sazonal de temperatura do que em instalações internas climatizadas.
A bomba define a vazão e, combinada com a configuração da válvula de alívio, a pressão máxima de trabalho de toda a unidade. Três arquiteturas de bombas cobrem a grande maioria das construções de unidades de energia hidráulica industriais.
Uma bomba de deslocamento fixo fornece uma taxa de fluxo constante a uma determinada velocidade do eixo, independentemente da carga, com o excesso de fluxo desviado pela válvula de alívio como calor. Uma bomba de deslocamento variável e compensação de pressão reduz sua própria produção quando o sistema atinge a pressão definida, o que reduz substancialmente a geração de calor e o consumo elétrico em unidades com longos períodos de permanência. O custo inicial mais elevado de uma bomba variável é frequentemente recuperado dentro de alguns anos através de menores custos de refrigeração e energia em unidades que passam a maior parte do seu ciclo mantendo a pressão em vez de movimentando o fluxo.
A maioria das bombas industriais é montada diretamente no motor por meio de um alojamento de sino e acoplamento flexível, em vez de uma transmissão por correia, o que mantém o alinhamento do eixo consistente e evita a sobrecarga de manutenção do tensionamento da correia. A seleção do material do acoplamento é mais importante do que pode parecer – um acoplamento muito rígido transmite a vibração do motor diretamente para o eixo da bomba e acelera o desgaste do rolamento, enquanto um acoplamento muito macio pode acabar sob inversões repentinas de carga. A tolerância de alinhamento entre o motor e o eixo da bomba é normalmente mantida dentro de alguns milésimos de polegada, uma vez que o desalinhamento além dessa faixa aparece como vazamento prematuro da vedação do eixo muito antes de afetar o desempenho.
Uma nova bomba de pistão normalmente opera com eficiência volumétrica de 92 a 97 por cento, o que significa que apenas uma pequena porcentagem da produção teórica é perdida devido ao deslizamento interno. À medida que a bomba se desgasta, esse deslizamento aumenta e a pressão mantém-se menos constante sob carga, mesmo que a bomba ainda possa arrancar e funcionar normalmente. Acompanhar o fluxo de saída ou a queda de pressão sob uma carga fixa ao longo do tempo fornece um aviso de desgaste da bomba muito mais cedo do que esperar por uma falha completa.
O motor deve atender aos requisitos de potência da bomba na pressão operacional pretendida, e não apenas à sua vazão. A potência de um circuito hidráulico é calculada a partir do fluxo e da pressão juntos, portanto, uma bomba que parece modesta apenas no fluxo ainda pode exigir um motor grande se for esperado que mantenha alta pressão continuamente.
| Estrutura do motor | Faixa de potência comum | Aplicação Típica |
|---|---|---|
| NEMA 56C/143TC-145TC | 1 a 5 CV | Unidades móveis pequenas, elevadores de atuador único |
| 184TC-215TC | 7,5 a 20 CV | Prensas e pinças industriais padrão |
| 254TC e maior | 25 HP e acima | Máquinas industriais de serviço contínuo, moldagem por injeção |
Os motores TEFC (totalmente fechados, refrigerados por ventilador) dominam as instalações de unidades de energia hidráulica industriais porque a extremidade da bomba está exposta a névoa de óleo e partículas transportadas pelo ar. O ciclo de trabalho também é importante aqui: um motor classificado para serviço contínuo (S1) funcionará mais frio durante um turno de oito horas do que um motor classificado apenas para serviço intermitente, mesmo que ambos compartilhem a mesma potência nominal.
A partida direta on-line é comum para motores menores, mas produz uma corrente de partida várias vezes maior que a corrente nominal de funcionamento, o que pode ser um problema em instalações com serviço elétrico limitado ou em unidades que iniciam e param frequentemente durante um turno. Os soft starters e os inversores de frequência variável reduzem essa inrush, e um inversor de frequência variável permite adicionalmente que a velocidade do motor seja reduzida durante os períodos de baixa demanda do ciclo, o que reduz o consumo de energia e o ruído. Em unidades onde a bomba tem deslocamento fixo, combiná-la com um VFD é uma das alterações de modernização mais eficazes para reduzir o consumo de energia em espera sem substituir a própria bomba.
As classificações da placa de identificação do motor assumem uma temperatura ambiente padrão, geralmente 40°C. Unidades instaladas em gabinetes fechados, salas mecânicas quentes ou luz solar direta geralmente funcionam em um ambiente mais alto do que a linha de base, e a potência utilizável do motor deve ser reduzida de acordo ou o motor funcionará mais quente do que sua classe de isolamento está classificada, encurtando a vida útil do enrolamento bem antes que ocorra qualquer falha mecânica.
As válvulas são onde o comportamento de uma unidade de energia hidráulica é realmente moldado. Três famílias de válvulas aparecem em quase todas as construções, juntamente com vários tipos de válvulas especiais usadas em circuitos mais exigentes.
As válvulas direcionais operadas por solenoide direcionam o fluxo para estender, retrair ou segurar um atuador. A configuração do carretel determina se o circuito é de centro aberto, centro fechado ou centro tandem em repouso, o que por sua vez afeta o comportamento da bomba quando a válvula não é deslocada. O tempo de resposta em uma válvula solenóide de armadura úmida padrão está normalmente na faixa de 20 a 50 milissegundos, enquanto as válvulas direcionais proporcionais trocam parte dessa velocidade por uma transição controlada e acelerada que reduz a carga de choque no atuador e na estrutura conectada.
A válvula de alívio define o limite máximo de pressão absoluta do circuito e protege todos os componentes a jusante de um evento de sobrecarga. Normalmente é definido de 10 a 20 por cento acima da pressão de trabalho mais alta que o sistema necessita, proporcionando margem sem desperdiçar energia ao longo do caminho de alívio durante a operação normal. As válvulas de alívio operadas por piloto mantêm uma tolerância de pressão mais restrita sob vazão variável do que as válvulas de alívio de ação direta e são a escolha padrão em qualquer circuito acima de aproximadamente 10 GPM.
Válvulas de agulha, controles de fluxo com compensação de pressão e divisores de fluxo gerenciam a velocidade do atuador independentemente da variação de carga. As versões com compensação de pressão mantêm uma vazão definida mesmo quando a pressão da carga muda, o que é importante em qualquer aplicação onde a consistência do tempo de ciclo é necessária, como na fixação sincronizada.
Em atuadores verticais, uma válvula de contrapeso evita a queda livre de uma carga excessiva se uma mangueira se romper ou uma válvula direcional perder o sinal, mantendo a contrapressão no lado de saída do atuador até que o lado de entrada esteja ativamente pressurizado. Válvulas de retenção de carga deste tipo são tratadas como componentes críticos de segurança em qualquer aplicação onde uma descida descontrolada criaria um perigo, como plataformas elevatórias ou aríetes de prensa.
Os coletores de válvulas combinam cada vez mais diversas dessas funções em um único bloco fundido ou perfurado, reduzindo o número de conexões externas e pontos de vazamento em comparação com uma pilha de válvulas com tubulação separada.
A contaminação é responsável pela maioria das falhas não planejadas de componentes hidráulicos e a filtragem é a principal defesa. Uma unidade de energia hidráulica bem especificada utiliza filtragem em mais de um ponto do circuito, em vez de depender de um único local de filtro.
| Localização do filtro | Classificação típica de mícron | Finalidade Primária |
|---|---|---|
| Filtro de sucção | 100 a 150 mícrons | Protege a entrada da bomba contra grandes detritos |
| Filtro de linha de pressão | 10 a 25 mícrons | Protege válvulas e cilindros a jusante da bomba |
| Filtro de linha de retorno | 10 a 25 mícrons | Captura detritos de desgaste antes que eles entrem novamente no reservatório |
A limpeza de fluidos é comumente rastreada usando a contagem de partículas ISO 4406, que relata três números que representam contagens de partículas em 4, 6 e 14 mícrons. Um código como 18/16/13 é uma meta realista para um circuito industrial de pressão média, enquanto válvulas proporcionais e servo geralmente exigem um código mais rígido na faixa de 16/14/11. Um indicador de obstrução, seja visual ou elétrico, permite que a equipe de manutenção troque os elementos com base nas condições reais, em vez de um intervalo fixo de calendário, o que reduz tanto as trocas prematuras dos elementos quanto o risco de ultrapassar a capacidade do filtro.
O desempenho do elemento filtrante é frequentemente expresso como uma razão beta, que compara o número de partículas acima de um determinado tamanho a montante e a jusante do elemento. Uma proporção beta de 200 a 10 mícrons significa que o filtro remove 199 de cada 200 partículas desse tamanho ou maiores e é considerado uma classificação de alta eficiência para um filtro de linha de pressão. A proporção beta é mais importante do que apenas a classificação em mícron do título, uma vez que dois filtros anunciados com o mesmo tamanho em mícron podem ter eficiência de captura real muito diferente, dependendo da construção da mídia.
Algumas unidades de energia hidráulica adicionam um circuito de filtragem off-line dedicado, funcionando continuamente a partir de uma pequena bomba auxiliar independente do ciclo de trabalho do circuito principal. Este arranjo em forma de rim mantém o reservatório limpo mesmo durante os períodos em que a bomba principal está ociosa, e é comum em reservatórios de grande volume onde a filtração em linha por si só não consegue entregar todo o volume do fluido com freqüência suficiente para manter uma meta de limpeza rigorosa.
Um acumulador armazena energia hidráulica sob pressão, usando um pistão, bexiga ou diafragma para separar o fluido de um volume de gás pré-carregado, quase sempre nitrogênio. Em uma unidade de energia hidráulica, os acumuladores servem a diversas finalidades distintas.
Os acumuladores tipo bexiga são a escolha mais comum em serviços industriais em geral porque oferecem um bom equilíbrio entre velocidade de resposta e custo. A pressão de pré-carga é normalmente definida para aproximadamente 90% da pressão mínima de operação do sistema e precisa ser verificada periodicamente, uma vez que a carga de nitrogênio cai lentamente ao longo do tempo através do material da bexiga.
Os acumuladores de pistão usam um pistão flutuante em vez de uma bexiga flexível para separar gás e fluido, o que lhes permite lidar com volumes maiores e taxas de ciclo mais altas sem os problemas de fadiga que limitam a vida útil da bexiga sob ciclos rápidos e constantes. Eles são mais comuns em prensas industriais de serviço contínuo e equipamentos de teste onde o acumulador passa por milhares de ciclos de carga e descarga por turno.
Cada ineficiência em um circuito hidráulico aparece como calor, e o excesso de calor é uma das maneiras mais rápidas de degradar o fluido e as vedações em toda a unidade. Os trocadores de calor resfriados a ar usam um núcleo de radiador acionado por ventilador e são adequados para instalações onde o ar ambiente está disponível e a água não, enquanto os trocadores de casco e tubos resfriados a água oferecem resfriamento mais consistente em ambientes quentes ou empoeirados, mas exigem um fornecimento de água resfriada ou de passagem única.
A capacidade de resfriamento geralmente corresponde à carga de calor gerada pelo desvio da válvula de alívio, à queda de pressão nas válvulas e à ineficiência da bomba, e não simplesmente à potência do motor. As unidades que operam uma bomba de deslocamento fixo contra uma válvula de centro fechado por longos períodos de permanência geram significativamente mais calor do que uma bomba de deslocamento variável fazendo o mesmo trabalho, e a especificação do refrigerador deve refletir essa diferença, em vez de uma regra prática genérica baseada em potência.
Um ventilador controlado termostaticamente ou uma válvula de derivação no circuito resfriado a água evita que a temperatura do fluido oscile muito em qualquer direção, uma vez que o fluido que corre muito frio aumenta a viscosidade e a restrição de entrada da bomba, assim como correr muito quente reduz a viscosidade e a resistência do filme.
As unidades resfriadas a ar evitam as preocupações com encanamento, tratamento de água e permissão de descarga que acompanham um sistema resfriado a água, o que as torna a escolha mais simples para a maioria das instalações industriais autônomas. As unidades resfriadas a água, em troca, mantêm uma temperatura do fluido mais estável, independentemente das condições do ar ambiente, e ocupam menos espaço físico ao redor da própria unidade, o que é importante em instalações onde o espaço físico ou o fluxo de ar são limitados. Algumas instalações maiores usam um resfriador água-ar de circuito fechado especificamente para obter a estabilidade do resfriamento de água sem as preocupações de consumo e descarga de água de um sistema aberto de passagem única.
Os blocos coletores consolidam a montagem da válvula e as portas internas em um único corpo usinado ou fundido, reduzindo o número de passagens de mangueiras externas e os pontos de vazamento que as acompanham. As válvulas tipo cartucho rosqueadas diretamente nas cavidades do coletor substituíram em grande parte os antigos conjuntos de válvulas empilhadas em novas unidades de energia hidráulica porque reduzem a área ocupada e o trabalho de montagem.
A mangueira é avaliada pela pressão de trabalho, pressão de ruptura e raio de curvatura, e a mangueira subdimensionada é uma das causas mais comuns de queda de pressão que é diagnosticada erroneamente como um problema de bomba ou válvula. As conexões de vedação facial de anel de vedação e de ressalto de anel de vedação agora são preferidas em relação às conexões de alargamento mais antigas em circuitos de alta pressão porque vedam de forma confiável sem depender apenas do torque de metal com metal, reduzindo vazamentos nos pontos de conexão ao longo da vida útil da unidade.
A tubulação fixa de aço ou inoxidável é geralmente usada para passagens permanentes entre o reservatório, a bomba e o coletor em unidades estacionárias, uma vez que a tubulação rígida resiste à abrasão e dura mais que a mangueira durante a vida útil da instalação. A mangueira flexível é reservada para conexões com componentes móveis, como um cilindro que se desloca, ou para seções que exigem isolamento de vibração da bomba e do motor. Misturar os dois adequadamente, em vez de passar a mangueira por todo um circuito fixo por conveniência durante a montagem, aumenta significativamente o intervalo de manutenção entre os reparos de vazamentos.
O dimensionamento da linha geralmente é definido para manter a velocidade do fluido dentro das faixas aceitas – aproximadamente 2 a 4 pés por segundo nas linhas de sucção, 10 a 15 pés por segundo nas linhas de pressão e 10 a 15 pés por segundo nas linhas de retorno. As linhas subdimensionadas aumentam a velocidade além dessas faixas, o que aumenta a queda de pressão, gera calor adicional e, nas linhas de sucção, aumenta especificamente o risco de cavitação na entrada da bomba.
As vedações raramente recebem a mesma atenção que as bombas ou válvulas quando uma unidade de energia hidráulica é especificada, mas a falha da vedação é um dos motivos mais frequentes pelos quais uma unidade acaba em um reparo não planejado.
A vedação do eixo rotativo no eixo de acionamento da bomba está exposta à rotação constante e a qualquer desalinhamento no acoplamento do motor, tornando-a um dos locais de vedação com maior desgaste em toda a unidade. O material da vedação do eixo deve ser compatível com o tipo de fluido em uso, uma vez que um composto de vedação adequado ao óleo mineral pode degradar-se rapidamente em contato com certos fluidos resistentes ao fogo ou biodegradáveis.
As superfícies de montagem do coletor e da válvula dependem de anéis de vedação ou juntas estáticas em vez de vedações dinâmicas, e estas geralmente têm uma vida útil mais longa, uma vez que não estão sujeitas a movimento contínuo. Sua falha está mais frequentemente ligada ao torque incorreto do parafuso durante a montagem ou reutilização de uma vedação que deveria ter sido substituída durante uma troca de válvula, e não a problemas de compatibilidade de fluidos.
| Tipo de fluido | Material de vedação comumente compatível | Nota |
|---|---|---|
| Óleo mineral | Nitrila (Buna-N) | Padrão padrão para a maioria dos circuitos industriais |
| Água-glicol resistente ao fogo | EPDM | O nitrilo degrada-se no fluido água-glicol ao longo do tempo |
| Éster fosfato | Fluorcarbono (Viton) | EPDM e nitrilo são inadequados |
A instrumentação transforma uma unidade de energia hidráulica de uma caixa selada em algo que pode ser diagnosticado sem desmontagem. Um pacote mínimo de instrumentação na maioria das unidades industriais inclui um manômetro com uma válvula isoladora para proteger o manômetro contra pulsação, um medidor de nível de fluido e temperatura no reservatório e um indicador de entupimento nas carcaças do filtro.
| Instrument | O que monitora | Por que é importante |
|---|---|---|
| Transdutor de pressão | Pressão do sistema, lida eletricamente | Permite monitoramento de PLC e intertravamentos baseados em pressão |
| Interruptor de temperatura | Temperatura do fluido do reservatório | Aciona o resfriamento ou desligamento antes da quebra da viscosidade |
| Interruptor de nível | Nível de fluido do reservatório | Evita a cavitação da bomba devido ao baixo nível de fluido |
| Indicador de entupimento de filtro | Diferencial de pressão através do elemento filtrante | Substituição do elemento sinalizador com base na condição real |
Adicionar saídas elétricas a esses instrumentos, em vez de depender apenas de medidores visuais, permite que um PLC ou painel de controle desligue a unidade automaticamente antes que uma condição de baixo nível ou temperatura excessiva cause danos, o que é muito mais barato do que o reparo que segue um aviso ignorado.
Em instalações maiores, a instrumentação alimenta cada vez mais um historiador de dados ou uma plataforma de monitoramento remoto, em vez de apenas um painel local, permitindo que a equipe de manutenção monitore as tendências de pressão e temperatura ao longo de semanas ou meses, em vez de reagir apenas a um alarme. O desvio gradual nessas tendências – um aumento lento da temperatura basal ou uma válvula de alívio que desvia com mais frequência do que antes – é frequentemente o primeiro aviso disponível sobre o desenvolvimento de desgaste da bomba ou do resfriador, muito antes de a unidade disparar um alarme ou falhar completamente.
Unidades de energia hidráulica autônomas com controle simples de ligar/desligar ou válvula manual ainda constituem uma grande parte das instalações, mas a integração com um PLC ou controlador hidráulico dedicado tornou-se padrão em qualquer aplicação onde o tempo de ciclo, sequenciamento ou intertravamentos de segurança são importantes.
Um esquema de controle discreto liga ou desliga totalmente as válvulas solenóides, o que é suficiente para sequências simples de extensão-retração-retenção. Em vez disso, o controle proporcional e servo modula a posição da válvula continuamente, permitindo aceleração, desaceleração e posicionamento no meio do curso controlados. O controle proporcional aumenta o custo e requer uma limpeza mais rigorosa do fluido, mas é o que permite que uma unidade de energia hidráulica corresponda ao movimento suave e com posição precisa que às vezes se supõe que os atuadores pneumáticos ou eletromecânicos manipulem melhor.
Os interruptores de pressão, os intertravamentos de proteção e os circuitos de parada de emergência são normalmente conectados diretamente ao motor de partida e ao circuito de controle da válvula direcional, de modo que um evento de segurança remova o acionamento elétrico e a pressão hidráulica ao mesmo tempo, em vez de depender apenas de uma resposta apenas de software que poderia ser atrasada por uma falha no sistema de controle.
O custo de energia ao longo da vida útil de uma unidade de energia hidráulica excede frequentemente o preço de compra original do equipamento, o que torna a eficiência um factor de selecção de componentes por si só, em vez de uma preocupação secundária.
Essas opções interagem entre si: uma bomba de deslocamento variável emparelhada com um motor acionado por VFD e um coletor com sensor de carga pode reduzir substancialmente o consumo elétrico em comparação com uma linha de base de deslocamento fixo e velocidade fixa na mesma aplicação, embora a economia real dependa muito de quanto do ciclo de trabalho é gasto em demanda parcial versus operação de fluxo total.
Os grupos de componentes abordados acima aplicam-se a unidades de energia hidráulica móveis e estacionárias, mas o hardware específico escolhido dentro de cada grupo difere muitas vezes significativamente entre os dois.
| Component | Unidade Industrial Estacionária | Unidade Móvel |
|---|---|---|
| Fonte de energia | Motor elétrico fixo | Tomada de força, bomba montada no motor ou motor elétrico a bateria |
| Material do reservatório | Carbono ou aço inoxidável | Alumínio para redução de peso |
| Resfriamento | Trocador de calor de ar ou água | Resfriamento de ar Ram-air ou assistido por ventilador |
| Gabinete | Estrutura aberta ou gabinete com isolamento acústico | Compartimento selado e isolado contra vibrações |
A vibração é o maior fator adicional de design em unidades móveis. Componentes que permaneceriam intactos durante anos em um piso industrial estacionário precisam de arruelas de pressão, composto de travamento de rosca e braçadeiras de mangueira com classificação de vibração em um chassi móvel, uma vez que a vibração sustentada na estrada ou fora de estrada afrouxará fixadores e acessórios padrão muito mais rápido do que uma instalação estacionária jamais faria.
A maioria das falhas em unidades de energia hidráulica remonta a uma das três causas principais: contaminação, aeração ou calor. Reconhecer os primeiros sintomas de cada um permite que a equipe de manutenção intervenha antes que um componente realmente falhe.
| Sintoma | Provavelmente componente afetado | Causa raiz comum |
|---|---|---|
| Ruído de choramingo ou cavitação na bomba | Bomba, filtro de sucção | Nível de fluido baixo, filtro entupido ou vazamento de ar no lado de sucção |
| Resposta esponjosa ou retardada do cilindro | Válvula direcional ou de controle de fluxo | Fluido aerado ou carretel de válvula desgastado |
| Queda gradual de pressão sob carga | Bomba, válvula de alívio | Desgaste interno devido a fluido contaminado |
| Aumento da temperatura do fluido durante o turno | Resfriador, válvula de alívio | Resfriamento subdimensionado ou desvio de alívio excessivo |
| Acessórios de drenagem e extremidades de mangueira | Acessórios, conjuntos de mangueiras | Fadiga por vibração ou torque incorreto na instalação |
| Leitura errática do manômetro ou transdutor | Isolador do medidor, fiação do transdutor | Danos por pulsação ou conexão elétrica solta |
Um cronograma preventivo baseado em amostragem de fluidos, trocas programadas de filtros com base em indicadores de entupimento, em vez de intervalos fixos, e verificações periódicas de pré-carga do acumulador detectam a grande maioria desses padrões de falha, embora ainda sejam baratos para corrigir.
A amostragem trimestral de fluidos é uma linha de base comum para unidades em serviço industrial contínuo, com amostragem movida para um intervalo mensal em unidades que executam circuitos proporcionais ou servo de alta precisão, onde um pequeno aumento na contagem de partículas tem um efeito descomunal na resposta da válvula. A amostragem de uma linha ativa e em funcionamento, em vez do fundo do reservatório, fornece uma imagem mais representativa do que realmente está circulando pela bomba e pelas válvulas.
As unidades de catálogo padrão cobrem uma grande parcela de aplicações, mas construções personalizadas são comuns onde a pegada, o ruído, o ciclo de trabalho ou a exposição ambiental estão fora dos limites padrão. Algumas questões práticas moldam a maioria das especificações personalizadas.
Obter essas respostas antes da seleção dos componentes evita o tipo de retrabalho mais caro: descobrir, após a instalação, que a bomba, o motor ou o conjunto de resfriamento foram subdimensionados para condições reais de operação.
Quando uma unidade de energia hidráulica fica perto de uma estação do operador ou em uma instalação sensível ao ruído, um invólucro com isolamento acústico ao redor da bomba e do motor pode reduzir significativamente o ruído percebido, muitas vezes de forma mais econômica do que apenas trocar os tipos de bomba. O projeto do gabinete deve equilibrar o amortecimento acústico com a ventilação adequada, uma vez que um gabinete selado que retenha o calor ao redor do motor e da bomba reduzirá a vida útil dos componentes, ao mesmo tempo em que silencia a unidade.
Com filtragem adequada e manutenção de fluidos, os componentes estruturais de uma unidade de energia hidráulica normalmente funcionam de 15 a 20 anos, embora bombas, vedações e mangueiras sejam itens de desgaste que são reconstruídos ou substituídos em ciclos mais curtos, muito antes disso.
Os intervalos de troca dependem da temperatura operacional e do controle de contaminação, e não de um número fixo de horas. Muitas unidades industriais funcionam com trocas anuais ou bienais de fluidos quando a filtração mantém a contagem de partículas baixa e a temperatura permanece sob controle, mas a amostragem de fluidos é um guia mais confiável do que apenas uma data de calendário.
Na maioria dos casos, isso requer a substituição da bomba e, muitas vezes, do adaptador de montagem, uma vez que os dois tipos de bombas diferem mecanicamente e não apenas na lógica de controle. Geralmente é mais prático especificar antecipadamente o tipo correto de bomba com base no ciclo de trabalho do que planejar uma atualização posterior.
Um refrigerador dimensionado corretamente no papel ainda terá um desempenho inferior se o ventilador ou o fluxo de água forem restritos, se a válvula de alívio estiver desviando mais fluxo do que o pretendido devido a um problema de ajuste da válvula ou pressão, ou se o grau de viscosidade do fluido não corresponder à faixa de temperatura operacional.
Os acumuladores de bexiga respondem mais rapidamente e custam menos para absorção geral de choque e suavização de pressão, enquanto os acumuladores de pistão lidam com volumes maiores e taxas de ciclo mais altas de forma mais durável, tornando-os mais adequados para aplicações com picos frequentes de demanda de grande volume.
Um filtro de sucção protege a entrada da bomba contra detritos grandes e é intencionalmente grosso, normalmente de 100 a 150 mícrons, para evitar restringir o fluxo de entrada da bomba. Um filtro de linha de pressão é muito mais fino, normalmente de 10 a 25 mícrons, e protege as válvulas e cilindros mais sensíveis a jusante da bomba.
A pressão que se mantém estável sem carga, mas cai quando um atuador é acionado, geralmente indica desgaste interno da bomba ou uma válvula de alívio que está abrindo antes do ponto de ajuste, ambos os quais reduzem o fluxo efetivo disponível quando o sistema está realmente funcionando, em vez de em marcha lenta.
O fluido mais espesso resiste ao fluxo através das pequenas passagens internas dentro de uma válvula direcional ou proporcional, retardando o movimento do carretel e a resposta do atuador. É por isso que o atraso no arranque a frio é comum em unidades deixadas inativas durante a noite em espaços não aquecidos, e é por isso que algumas instalações adicionam um aquecedor de depósito ou um ciclo de aquecimento antes de funcionarem a toda a velocidade em condições frias.
Uma válvula de retenção operada por piloto permite o fluxo livre em uma direção enquanto bloqueia o fluxo reverso até que um sinal de pressão piloto o abra deliberadamente, o que é comumente usado para manter um cilindro na posição sem desvio, mesmo quando a válvula direcional está centralizada e nenhuma pressão ativa está sendo aplicada.
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