Unidade de Potência Hidráulica: Selecionando o Motor Ideal

Escolher um motor ideal é um passo importante para que se possa gerir um sistema de potência hidráulica. A escolha errada de componentes pode gerar gastos excessivos de energia, desperdício e até insuficiência no sistema, não atingindo os objetivos da instalação.

Ao escolher os componentes para um motor hidráulico a base é sobretudo a potência da bomba, que deve atender os pré-requisitos do sistema sem, no entanto, exceder o necessário. É bastante comum que se opte por motores com capacidades muito superiores às necessárias, porém isso resulta em desperdício de energia, pois o sistema opera com uma capacidade menor do que está preparado, mas gasta a mesma quantidade de energia que se operasse em máxima capacidade.

Motores a diesel, gasolina ou elétrico. Qual o ideal?

Motores movidos a combustível tem uma curva de torque em velocidade plana. Isso quer dizer que eles operam em uma capacidade sempre parecida, tanto em alta quanto em baixa velocidade. Na hora de escolher o motor é necessário saber se o sistema hidráulico ao qual ele será instalado terá uma capacidade constante ou em determinados momentos será necessário um aumento de capacidade. Se o sistema for constante pode-se escolher um motor movido a gasolina ou diesel. Porém, se em determinados momentos a capacidade tenha que ser superior ou inferior, um motor elétrico é o mais indicado, pois ele é capaz de alterar seu desempenho.

Tamanho ideal de motor

Os gastos para operar um motor elétrico a longo prazo acabam se tornando superiores ao valor do próprio motor, por isso, a escolha certa é importante para que se possa usar um equipamento com alto grau de desempenho sem gastos excessivos em alimentação. O dimensionamento correto do motor para uma unidade de energia hidráulica pode economizar muitos recursos ao longo da vida útil da máquina.

Para sistemas de pressão constante o dimensionamento do motor envolve a equação:

hp = (Q x P) ÷ (1714 × EM)

  • hp são cavalos de potência;
  • Q é o fluxo em gpm;
  • P é a pressão em psi; e
  • EM é a eficiência mecânica da bomba.

Porém, caso o sistema envolva pressões diferentes durante o ciclo é necessário calcular o root mean square (RMS) de potência:

hprms = √¯ ∑[(hp1)²(t1) + (hp2)²(t2) + ... (hpn)²(tn)] ∑(t1+t2+…tn + toff/F)

  • t é o intervalo de tempo em segundos
  • F é a constante
  • 2 – para motores a prova de gotejamento
  • 3 – para motores de ventilação e refrigeração totalmente fechados

Por exemplo, alguns sistemas podem utilizar 6-GPM, bomba de engrenagem de 3450 rpm para alimentar um cilindro de ligação que funciona para um ciclo de 85 seg. O sistema requer 3000 psi durante os primeiros 10 segundos, 2.200 psi durante os próximos 30 seg, 1500 psi para os próximos 10 seg e 2.400 psi para os próximos 10 seg. A bomba então volta em 500 psi durante 20 segundos, seguido por 15 segundos com o motor desligado.

Para compreender o segmento de mais alta pressão do ciclo é necessário então calcular:

hp = (6 × 3000) ÷ (1714 × 0,9)

     = 11,7 cv por 10 s.

Em alguns casos, motores de 10 cv conseguiriam fornecer a energia necessária, porém, alguns designers mais conservadores escolheriam motores de 15 cv. Esses motores custam respectivamente US $ 570 mil e US $ 800 mil. Apenas o cálculo correto na hora de escolher o motor pode gerar uma economia de centenas de dólares.

Para determinar isto, em primeiro lugar deve-se calcular a potência para cada segmento de pressão do ciclo de:

1. hp1 = (6 × 2200) ÷ (1714 × 0,9)

       = 8,5 hp por 30 s.

2. hp2 = (6 × 1500) ÷ (1714 × 0,9)

       = 5,8 hp por 10 s.

3. HP3 = (6 × 500) ÷ (1714 × 0,9)

      = 1,9 hp por 30 s.

A potência RMS é calculado tomando a raiz quadrada da soma destas potências do quadrado, multiplicando pelo intervalo de tempo da potência e divididos pela soma dos tempos mais o termo (Toff ÷ F).

Substituindo os valores de exemplo na equação a solução revela que hprms = 7,2. Assim, um motor 7½-hp pode ser usado a partir do ponto de vista da menor potência. No entanto, o segundo item, torque máximo, ainda deve ser verificado antes de chegar a uma decisão final. O torque máximo necessário para conduzir esta bomba em particular será encontrado ao calcular a pressão mais elevada – porque o fluxo de saída da bomba de engrenagem é constante. Use esta equação:

  • T = DP ÷ (12) (6,28) EM, onde
  • T é o torque em ft-lb, e
  • D é o deslocamento em no. 3

Para este exemplo:

D = (6 × 231) ÷ (3450)

   = 0,402 no. 3

Então:

T = (0,402 x 3,000) ÷ (12 × 0,9 × 6,28)

   = 17,8 pés-lb.

Porque motores elétricos rodando a 3450 rpm geram 1,5 pés-lb / hp, a 17,8 pés-lb de torque requerem 11,9 hp (17,8 ÷ 1,5) a 3000 psi. Isto corresponde de perto o suficiente para a aplicação exemplo. (Em outras velocidades do motor padrão: 1.725 rpm gera três pés-lb per hp; 1150 rpm, 4,5 pés-lb per hp; 850 rpm, 6 pés-lb por cv.)

É importante que esses cálculos sejam feitos a partir de um estudo prévio sobre as necessidades de instalação, evitando que se use um motor abaixo da capacidade, sendo insuficiente, ou muito acima, gerando gastos desnecessários.

COMENTÁRIOS

  1. Jonas Gonçalves disse:

    E interessante gostei!

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