Potentes e sensíveis — Revista M&T
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M&T nº 183Setembro 2014 Matéria 15 de 21
Sumário
  1. Editorial25 anos de atividade ininterrupta
  2. Especial 25 AnosA revista do setor
  3. Especial 25 AnosRecorte Histórico
  4. Especial 25 AnosA visão de leitores e anunciantes
  5. MineraçãoSetor atualiza tecnologias
  6. MineraçãoOferta crescente para as minas
  7. PeneirasCombinações de vida longa
  8. Meio AmbienteTecnologia de preservação
  9. Comércio ExteriorEsforço que compensa
  10. EmpresaEntrada em grande estilo
  11. PerfuratrizesAvanço no subsolo
  12. PlataformasUm setor em amplo desenvolvimento
  13. ElevadoresAtualização nos canteiros
  14. InstitucionalPasso à frente
  15. Motores HíbridosPotentes e sensíveis
  16. Momento M&T ExpoUm marco do setor
  17. A Era Das MáquinasO desafio dos guindastes sem motor
  18. ManutençãoO pulmão da oficina
  19. Entrevista"Sucesso é transformar dificuldades em oportunidades"
  20. Compactos & FerramentasFerramentas básicas e essenciais
  21. Coluna YoshioA visão sistêmica nas organizações
  22. Painel15 notas e colunas
Motores Híbridos

Potentes e sensíveis

Tradicionais em caminhões off-road rígidos de grande capacidade, motores diesel-elétricos proporcionam redução de custo e maior produtividade, mas também demandam cuidados especiais, principalmente com a geração de calor

Exclusivo M&T 7 de setembro de 2014 · Edição 183

Desde os anos 1970, os caminhões fora de estrada com motorização híbrida (diesel-elétrica) são utilizados na mineração brasileira. Geralmente, sua aplicação resulta em redução de custos com combustível, além de maior produtividade e outras vantagens operacionais e de manutenção. E é justamente mirando este nicho que fabricantes desenvolvem tecnologias específicas para o mercado nacional.

No caso da Liebherr, todos os caminhões com mais de 150 toneladas de capacidade de carga utilizam esse tipo de motorização. Segundo a comparação de Jair Machado, gerente de vendas de equipamentos de mineração da empresa no Brasil, o dispositivo funciona “como uma locomotiva, na qual o motor diesel dispara o alternador que, por sua vez, gera energia elétrica para os motores elétricos, movimentando o caminhão para frente ou para trás”.

Sintética, a analogia do especialista embute uma série de vantagens. Para Gustavo Avelar Rodrigues, diretor comercial de mineração da Caterpillar para o Brasil e Paraguai, quando se compara o sistema híbrido com o puramente a diesel os benefícios operacionais incluem, por exemplo, uma menor utilização de componentes de desgaste, como rolamentos e engrenagens. “Além disso, há um maior intervalo de reparo nos componentes, capacidade de retardo dinâmico contínuo e velocidade constante, mesmo em operações sobre rampas inclinadas”, diz ele.

PRINCÍPIO

Detalhando tecnicamente o assunto, Rodrigues explica que o motor a diesel fornece potência para girar o alternador de tração principal do equipamento, enquanto o alternador fornece energia para as rodas motorizadas elétricas. “O princípio operacional é fornecer uma fonte regulada de tensão e corrente para as rodas motorizadas, que convertem essa energia em energia mecânica por meio de um motor de tração autocontido e de um sistema de acionamento por engrenagem planetária, montado diretamente nos conjuntos traseiros de pneus duplos”, descreve o especialista. Em um conjunto diesel-elétrico, um alternador, diretamente acoplado ao motor diesel, fornece a energia elétrica básica, enquanto um sistema de controle de estado sólido regula a saída de potência com base em vários fatores operacionais. Um desses fatores é a velocidade do veículo, assim como a rotação do motor é outro requisito que indica a demanda de potência do motor.

Em condições normais, nos caminhões da Caterpillar a velocidade do caminhão em declives e a redução para a parada definitiva são controladas por um sistema de retardo dinâmico elétrico. Quando esse sistema é ativado, as rodas motorizadas funcionam como geradores e, segundo Rodrigues, convertem a energia cinética (força que mantém o caminhão em movimento) em energia elétrica. “Essa energia é então dissipada como calor por uma série de resistores resfriados a ar”, explica.

ARREFECIMENTO

Machado, da Liebherr, lembra que o principal ponto de atenção com os conjuntos híbridos de caminhões fora de estrada é justamente esse calor gerado pelos motores elétricos. Desse modo, o gerente destaca que o cuidado com o sistema de arrefecimento é primordial para a qualidade e segurança operacional do conjunto. “Nos equipamentos da Liebherr, o sistema é constituído por um motor elétrico adicional, que força o ar através do alternador e dos motores elétricos, deixando-os dentro da temperatura ideal de operação”, diz ele. “Novamente, a temperatura é um ponto essencial, pois a geração de calor é resultado da potência necessária para a operação da máquina e, quanto mais severa a operação, maior será essa geração.”

A fim de controlar o calor gerado durante a operação, existe uma série de componentes que são instalados no sistema de arrefecimento do conjunto motor diesel e radiador, como detalha Rodrigues, da Caterpillar. A lista começa pelo motor, no qual a bomba de líquido de arrefecimento se sobressai. “Esse componente fornece vazão positiva de líquido de arrefecimento proveniente da parte inferior do radiador para o motor, fazendo-o circular através das linhas internas”, explica.

O termostato é outro componente instalado para regular a vazão de líquido de arrefecimento através do motor e manter as temperaturas operacionais dentro dos limites adequados. “Já os resfriadores de óleo removem o calor do óleo do motor e o transferem para o líquido de arrefecimento, enquanto o ventilador do radiador fornece um fluxo de ar para auxiliar o termostato no resfriamento em condições de ambiente quente ou submetido a cargas elevadas”, completa Rodrigues, salientando ainda o sistema operacional de pressurização do radiador, no qual – para manter a pressão de resfriamento – um regulador de pressão ajustado a 10 psi fornece ar a partir de um sistema separado.

Já o radiador em si tem a função tradicional de transferir o calor do líquido de arrefecimento do motor para o ar adjacente, o que é feito por meio de uma série de aletas. No caso dos caminhões fora de estrada com motor diesel-elétrico, esse componente recebe como incremento um conjunto de proteção do ventilador, que melhora a eficiência do movimento do ar de resfriamento por meio do núcleo do radiador, aumentando a eficiência geral do conjunto.

CUIDADOS

>O especialista da Caterpillar ressalta que os cuidados referentes à geração de calor dos motores diesel-elétricos se estendem às rodas motorizadas, ao alternador e aos sistemas de controle. No caso dos equipamentos da marca, o resfriamento do alternador e das rodas motorizadas conta com fluxo constante de ar, emitido por um soprador montado na traseira do alternador de tração e acoplado diretamente no eixo do caminhão. “O ar é sugado para admissão do soprador por meio de uma grande abertura no conjunto da caixa de controle dos componentes elétricos”, descreve. “Já o retificador e os excitadores estáticos do sistema de propulsão elétrica são montados de modo que as aletas de seu trocador de calor se estendam para o caminho do ar, a fim de auxiliar no resfriamento.”

Conforme gira, como explica Rodrigues, o impulsor pressuriza o ar a uma pressão relativamente baixa e o transfere para os dutos de resfriamento. O ar de saída proveniente do soprador ainda é direcionado, via dutos externos, até a caixa de eixos traseira. Nesse ponto, passa a ser transferido pelas rodas motorizadas elétricas e finalmente sai pelas aberturas existentes nos conjuntos externos de tampas dos cubos.

Pelos cálculos de Machado, da Liebherr, a motorização híbrida de um caminhão fora de estrada tem vida útil média de dez anos. Nesse período, é preciso trocar o sistema de acionamento elétrico duas vezes e o alternador, uma vez. “E esses são os maiores custos de manutenção envolvidos”, afirma.

Para prolongar a necessidade desses e de outros eventuais investimentos há algumas recomendações importantes, começando pelos operadores. Segundo Rodrigues, eles devem ser instruídos principalmente sobre a utilização correta do sistema de retardamento dinâmico nos caminhões. “A quantidade de esforço disponível no retardo está diretamente relacionada à velocidade do caminhão”, pontua.

O especialista detalha que essa quantidade permanece em nível máximo ou constante em velocidades de 2 a 24 quilômetros por hora. “Acima disso, ela se reduz à medida que a velocidade aumenta”. Em contraponto, a quantidade de retardo dinâmico – necessário para controlar o caminhão – continua aumentando em todo o intervalo operacional. “Isso cria limites dentro dos quais o caminhão deve ser operado, que variam de acordo com a carga, a velocidade, o sistema de produção elétrica e a inclinação da rampa sobre a qual o caminhão fora de estrada está trabalhando”, diz ele.

Por fim, o especialista explica que, em velocidades mais altas, pode não haver esforço de retardo suficiente para controlar o caminhão, tornando necessária a assistência dos freios e da fricção.

Como funcionam os motores diesel-elétricos da Liebherr

A translação para frente ou em ré é feita pelo motor a diesel, que movimenta o alternador. O alternador produz energia elétrica, que é levada através da cabine de controle que, por sua vez, ajusta a potência com base na demanda da operação. A energia é então enviada para os motores elétricos, localizados na parte traseira do caminhão.

Durante a frenagem, os motores elétricos se tornam geradores. Mas, para que ocorra a frenagem do caminhão, a energia gerada por esses geradores é dissipada na forma de calor e através de um banco de resistência, chamado Grid Box, no caso dos equipamentos da Liebherr. A troca de calor entre o Grid Box e o ambiente é feita pela ventilação, executada por um ventilador acoplado ao motor elétrico.

Esquema dos motores híbridos da Caterpillar

 

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