Hidráulica: Servobombas aproximam sistemas hidráulicos do desempenho dos elétricos

Plástico Moderno, Série SmartPower tem sistema hidráulico avançado
Série SmartPower tem sistema hidráulico avançado

No final da década de 90, muitos especialistas tiveram a impressão de que as injetoras elétricas ganhariam espaço considerável em relação às hidráulicas em médio prazo. A substituição alcançaria, de forma especial, o nicho de fabricantes de peças mais complexas, ávidos por máquinas cujo desempenho responda por suas necessidades. Em uma primeira etapa, ocorreria nos países avançados e depois chegaria ao mercado nacional.

Essa impressão não se dava por acaso. Os modelos elétricos têm movimentos extremamente precisos, permitem elevada produtividade, maior qualidade nas peças obtidas e consomem menos energia. Como não utilizam circuitos hidráulicos, não precisam ser abastecidos com óleo para gerar os principais movimentos do ciclo de injeção. Em outras palavras, são mais limpas. O grande empecilho para sua adoção, o preço “salgado”, na época era relativizado. A sensação era de que o problema seria suavizado com o aumento da procura e a consequente maior escala de produção.

Com o passar dos anos, os modelos elétricos ganharam espaço, mas não na proporção esperada. Ainda com preços bem atraentes, as máquinas hidráulicas continuam sendo bastante procuradas, mesmo na Europa e nos Estados Unidos e no segmento de peças técnicas. O fenômeno se deve à grande evolução da tecnologia embarcada nos circuitos hidráulicos. Os modelos mais sofisticados não atingem a mesma precisão das elétricas, é verdade, mas a distância entre o desempenho das duas tecnologias diminuiu de forma considerável. E o investimento necessário para se adquirir uma máquina hidráulica é menor, seu preço continua muito competitivo.

Os transformadores contam hoje com várias opções de compra de injetoras hidráulicas na hora de equipar suas fábricas. Podem selecionar os modelos mais adequados às suas realidades, os que proporcionem melhor relação custo/benefício. Existem no mercado máquinas nacionais ou importadas para todas as necessidades, equipadas com circuitos hidráulicos bastante simples até os dotados com sofisticados servossistemas. A escolha tem por base alguns parâmetros. Os principais são as características das peças a serem fabricadas e a capacidade de produção estimada. Sem falar, é lógico, no fôlego financeiro necessário na hora de se fazer o investimento.

Plástico Moderno, Cardenal: circuito fechado permite melhorar a qualidade
Cardenal: circuito fechado permite melhorar a qualidade

Circuitos abertos – Cada operação de compra de injetora hidráulica deve ser feita a partir de um estudo apurado para se identificar o modelo mais adequado. “Cada caso é um caso”, resume Marcos Cardenal, engenheiro de vendas da Wittmann/Battenfeld, marca das mais conhecidas em todo o mundo no setor. Para o técnico, por exemplo, no caso do transformador fabricar brinquedos cujas peças não exigem muita precisão, é preferível investir em modelos mais simples. Caso queira produzir peças técnicas, os sofisticados proporcionam muitas vantagens.

Na hora da seleção, conhecer um pouco da história da evolução da tecnologia dos sistemas hidráulicos é fundamental. Antes, um lembrete: o circuito hidráulico é formado por um tanque de armazenamento de óleo, usado como fluido para gerar movimentos, e um conjunto de componentes. Entre eles, uma bomba acionada por um motor cuja função é converter energia mecânica na movimentação do fluido. Também são utilizados dutos e válvulas capazes de orientar a direção e a intensidade de movimentação do líquido durante o funcionamento.

No caso particular das injetoras, o circuito hidráulico tem como função primordial controlar os movimentos necessários para a operação de injeção. Ele é o responsável pelo movimento da rosca durante a entrada da matéria-prima nos moldes e pela manutenção da pressão exercida pela rosca depois do preenchimento do molde, até o resfriamento da peça. Também aciona o sistema de fechamento do molde em muitos modelos.

A técnica mais comum existente nos modelos antigos, predominante até meados da década de 70, era chamada de circuito aberto (open loop, em inglês). As bombas geravam uma vazão fixa a partir de um motor convencional e a intensidade de movimentação do fluido nos dutos era controlada por meio da abertura manual das válvulas, em sistema um tanto similar ao do controle da vazão da água permitida pelas torneiras.

“Avanço importante se deu com o surgimento das válvulas proporcionais”, conta Cardenal. Com as válvulas proporcionais, o controle da vazão deixou de ser feito de forma manual, elas passaram a ser reguladas por sinais elétricos. Dessa forma, o operador passou a controlar o fluxo do óleo por uma unidade de comando. Esse detalhe tornou a operação de regulagem da injetora mais rápida e eficiente. “Esse tipo de circuito é utilizado até hoje em várias máquinas comercializadas no Brasil. Está presente, por exemplo, em muitos modelos chineses”.

Para Cardenal, os circuitos abertos, tanto os com válvulas reguladas de forma manual, quanto os com proporcionais, não trabalham em regime muito preciso. “A grande questão é que o controle da vazão do óleo não garante a manutenção da velocidade de movimentos e da pressão mais adequada nas operações de injeção e fechamento”, ressalta. O problema se dá pelas diferentes condições de funcionamento das máquinas nas fábricas.

Vale ressaltar que, no caso dos movimentos necessários para a operação de injeção, as linhas de produção estão sujeitas a uma série de intempéries. “Podem ocorrer fatos como mudanças de temperatura ambiente, maior ou menor umidade no armazenamento da matéria-prima ou lotes de resinas com pequenas variações em suas propriedades”. Para manter o funcionamento dentro dos parâmetros desejados, o operador precisa estar atento e contar com muita experiência para manter o ajuste adequado. No dia a dia, isso nem sempre é possível.

Circuitos fechados – Em meados dos anos 80, surgiu uma novidade importante. Começaram a surgir os circuitos hidráulicos fechados (close loop), criados com o aperfeiçoamento da servo-mecânica. Controlados com a ajuda da combinação de componentes mecânicos e eletrônicos, os servossistemas apresentam características para lá de vantajosas. “A vazão de óleo deixou de ser o parâmetro monitorado, os operadores passaram a controlar a velocidade dos movimentos e pressão dos componentes das máquinas”.

Com isso, a vazão de óleo necessária para manter movimentos e pressão dentro das condições ideais passou a ser monitorada e corrigida de forma constante. “As máquinas se tornaram autocorretivas. Caso os parâmetros sofram algum tipo de variação, o comando da injetora emite sinais para que as condições ideais de velocidade e pressão sejam restabelecidas”. Houve significativa diminuição da importância do feeling do operador. “A repetição de ciclos em condições ideais se tornou mais frequente, a qualidade das peças produzidas aumentou e houve redução de refugos”.

Logo que surgiu, a tecnologia close loop era para poucos. Os preços dos servossistemas eram bem elevados. Com o tempo, a escala de produção dos componentes cresceu e os preços ficaram mais acessíveis. No início, a tecnologia exigia cuidados difíceis de serem adotados. “O nível de filtragem do óleo utilizado no circuito era muito alto”. Com o passar dos anos, as condições de uso foram se simplificando. “Hoje, o óleo não precisa estar com grau de pureza tão rigoroso”. Sem falar na melhora do desempenho. “A correção dos parâmetros se tornou muito rápida, os dados monitorados se ajustam em frações de segundo”.

Configurações – Os circuitos hidráulicos fechados podem ser montados de diferentes formas. Cada fabricante de injetoras adota a tecnologia que considera ideal para competir no mercado. As “fórmulas” disponíveis foram se aperfeiçoando ao longo dos anos até chegar a modelos muito próximos da condição de funcionamento ideal, de acordo com os especialistas. A meta é atingir maior velocidade de resposta na correção da velocidade e das pressões previstas pelos ciclos com a maior economia de energia elétrica possível.

A definição da vazão ideal do óleo nos primeiros modelos close loop surgidos no mercado se dá a partir de um dispositivo interno presente na bomba, uma espécie de êmbolo que se movimenta acionado por um sinal emitido pelo controle da máquina. Este componente ficou conhecido no Brasil como bomba de vazão variável e é usado até hoje por vários fabricantes. O motor usado nesse tipo de circuito é o convencional, com velocidade constante. As válvulas são proporcionais, na maioria das vezes.

Uma segunda geração, também até hoje adotada por vários fabricantes, possui motor convencional e bomba de vazão fixa. Nesse caso, os sinais de correção da vazão do óleo são enviados do controle da máquina diretamente para a válvula. Esta, ao receber o comando, abre ou fecha de forma a controlar os parâmetros do ciclo de forma automática.

A opção mais recente, considerada por Cardenal como a mais avançada, conta com circuitos hidráulicos acionados por motores “inteligentes”. Nesse caso, o motor é que recebe o sinal do comando da máquina. Conforme a necessidade, ele aumenta ou diminui sua velocidade, adequando a velocidade da bomba responsável pela vazão do óleo. Alguns fabricantes chamam essa alternativa de circuitos controlados por servomotores ou servobombas.

Plástico Moderno, Bomba de vazão fixa, acionada por servomotor, foi superada...
Bomba de vazão fixa, acionada por servomotor, foi superada…

“Controlando no motor, o funcionamento se simplifica e alcança maior eficiência, com grande economia de energia elétrica, aspecto hoje para lá de importante”. Para Cardenal, as vantagens do controle se fixar no motor aparecem nas várias etapas do ciclo. Um dos aspectos positivos ocorre na hora do resfriamento da peça. Como a rosca não se movimenta, o motor pode trabalhar em velocidade muito baixa.

Plástico Moderno, ...pelos sistemas de vazão variável comandados eletronicamente
…pelos sistemas de vazão variável comandados eletronicamente

Outro aspecto positivo ocorre durante o desenrolar do ciclo. A quantidade de óleo disponibilizado durante a operação é menor. Explica-se: com os motores convencionais, sempre é necessário “bombear” uma quantidade de óleo maior do que a necessária, para que a correção dos parâmetros controlados seja rápida. “Geralmente se usa em torno de 40% a 50% a mais da quantidade de óleo necessária”. Com os servomotores, esse volume se reduz bastante. “Algo em torno de 3% a 5% de excesso é o suficiente”. Como o circuito trabalha em condições mais suaves, o desgaste é menor.

A partir dessas configurações, podem ser criados circuitos hidráulicos com características distintas, desenvolvidos a partir das características desejadas para as máquinas. A criatividade é o limite. No caso de peças fabricadas em ciclos muito rápidos, por exemplo, podem ser instaladas duas servobombas. “Nas injetoras convencionais, os circuitos hidráulicos em geral atuam nas operações de injeção e de fechamento em momentos distintos. Nas rápidas, as duas bombas permitem a simultaneidade de movimentos entre as operações de abertura e fechamento do molde e injeção”, explica.

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