{"id":2846,"date":"2022-06-02T08:56:53","date_gmt":"2022-06-02T11:56:53","guid":{"rendered":"https:\/\/sinicesp.org.br\/?p=2846"},"modified":"2022-06-08T07:50:17","modified_gmt":"2022-06-08T10:50:17","slug":"desafios-para-as-maquinas-hibridas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/sinicesp.org.br\/index.php\/2022\/06\/02\/desafios-para-as-maquinas-hibridas\/","title":{"rendered":"Desafios para as m\u00e1quinas h\u00edbridas"},"content":{"rendered":"\n
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Boletim T\u00e9cnico n\u00ba 02\/2022 – 02\/06\/2022 <\/strong><\/h3>
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Desafios para as m\u00e1quinas h\u00edbridas<\/strong><\/h2>\n\n\n\n
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Embora sejam a tend\u00eancia mais promissora na ind\u00fastria, ainda existem obst\u00e1culos t\u00e9cnicos para uma maior dissemina\u00e7\u00e3o das m\u00e1quinas h\u00edbridas de constru\u00e7\u00e3o (HCM)<\/strong><\/strong><\/p>\n\n\n\n

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Notoriamente, as tecnologias el\u00e9tricas e h\u00edbridas s\u00e3o eficazes para conserva\u00e7\u00e3o de energia e redu\u00e7\u00e3o de emiss\u00f5es. Devido \u00e0 intensidade das cargas, baixa velocidade e opera\u00e7\u00e3o intermitente, torna-se dif\u00edcil aplicar a tecnologia el\u00e9trica pura. E, embora as m\u00e1quinas h\u00edbridas de constru\u00e7\u00e3o (HCM) sejam a tend\u00eancia mais promissora, ainda existem muitos obst\u00e1culos que precisam ser contornados para sua dissemina\u00e7\u00e3o.

Os conjuntos h\u00edbridos de trem de for\u00e7a para carregadeiras e escavadeiras tiveram progressos significativos desde o lan\u00e7amento da primeira p\u00e1 carregadeira, pela Hitachi em 2003, e da primeira escavadeira, pela Komatsu em 2008.

Comparadas com as m\u00e1quinas tradicionais, as HCMs necessitam de dispositivos de armazenagem de energia e precisam alterar as configura\u00e7\u00f5es de seu trem de for\u00e7a, elevando seu custo inicial. Atualmente, o pre\u00e7o de uma escavadeira h\u00edbrida \u00e9 de 20% a 50% mais alto que uma m\u00e1quina convencional. <\/p>\n\n\n\n

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Fonte: A comprehensive overview of hybrid construction machinery, 2016<\/em>
Conjuntos h\u00edbridos de trem de for\u00e7a tiveram progressos significativos nas \u00faltimas d\u00e9cadas<\/em><\/p>\n\n\n\n

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ARMAZENAGEM<\/strong>

No que tange \u00e0 armazenagem de energia, as baterias s\u00e3o o dispositivo mais estudado. Basicamente, tr\u00eas tipos t\u00eam atra\u00eddo as pesquisas: \u00edons de l\u00edtio, hidretos met\u00e1licos e chumbo \u00e1cido.

At\u00e9 o momento, a tecnologia das baterias de \u00edons de l\u00edtio \u00e9 considerada a de maior potencial para aplica\u00e7\u00f5es em ve\u00edculos. Em m\u00e1quinas, contudo, o alto tempo de recarga faz com que a efici\u00eancia em aplica\u00e7\u00f5es r\u00e1pidas, como a descida da lan\u00e7a (de 2 a 3 seg), seja baixa. Tamb\u00e9m pesam contra a vida \u00fatil curta e o custo mais alto em rela\u00e7\u00e3o a outros dispositivos, embora venha caindo (14% ao ano entre 2007 e 2014).

Por sua vez, os supercapacitores foram considerados um elemento adequado de armazenagem em aplica\u00e7\u00f5es ligadas ao trem de for\u00e7a, buscando preencher o espa\u00e7o entre as baterias e os capacitores em termos de velocidade de carga. Possuem as vantagens de carga e descarga r\u00e1pida, o que permite armazenar energia em situa\u00e7\u00f5es como a frenagem. Al\u00e9m disso, t\u00eam a vantagem de alta vida \u00fatil, contrabalanceada pela baixa capacidade de armazenagem, o que dificulta sua utiliza\u00e7\u00e3o em HCMs.

Os acumuladores hidr\u00e1ulicos possuem duas fun\u00e7\u00f5es b\u00e1sicas nos circuitos hidr\u00e1ulicos: reduzir as flutua\u00e7\u00f5es de press\u00e3o causadas por varia\u00e7\u00f5es de fluxo e armazenar energia para aumentar a efici\u00eancia do sistema ou incrementar transi\u00e7\u00f5es de pot\u00eancia. Conceitualmente, s\u00e3o dispositivos assistidos nos quais a energia \u00e9 convertida para hidr\u00e1ulica, armazenada em um acumulador e devolvida ao sistema atrav\u00e9s de componentes secund\u00e1rios ou cilindros auxiliares.

Em rela\u00e7\u00e3o aos sistemas h\u00edbridos com bateria ou supercapacitor, os acumuladores hidr\u00e1ulicos apresentam as vantagens de melhor desempenho em casos de partida e parada frequente e efici\u00eancia superior \u00e0 dos motores el\u00e9tricos em baixa rota\u00e7\u00e3o, mas tamb\u00e9m trazem desvantagens como, por exemplo, alta rela\u00e7\u00e3o entre peso\/volume e capacidade de armazenagem e necessidade de componentes adicionais, como bombas ou motores hidr\u00e1ulicos para liberar a energia armazenada.<\/p>\n\n\n\n

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Sistemas h\u00edbridos utilizam diferentes dispositivos de armazenagem de energia, <\/em><\/em><\/em>
incluindo bateria, supercapacitor e acumuladores hidr\u00e1ulicos<\/em><\/em><\/em><\/p>\n\n\n\n

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Al\u00e9m disso, os volantes v\u00eam se tornando uma solu\u00e7\u00e3o comum para armazenagem de energia, mas necessitam de um motor ou gerador que os acione para girar e armazenar energia cin\u00e9tica. Na descarga, o volante faz o gerador girar, convertendo essa energia cin\u00e9tica em el\u00e9trica.

O funcionamento independe da temperatura e da intensidade da descarga, requer pouca manuten\u00e7\u00e3o e \u00e9 mais barato que os demais, al\u00e9m de causar menos danos ao ambiente. Nesse caso, apresenta a desvantagem da baixa dura\u00e7\u00e3o da armazenagem da carga.

CARREGADEIRAS<\/strong>

A opera\u00e7\u00e3o de p\u00e1s carregadeiras \u00e9 caracterizada por uma s\u00e9rie de altera\u00e7\u00f5es peri\u00f3dicas, com frequentes partidas e paradas, o que gera uma quantidade significativa de energia de frenagem, que normalmente \u00e9 descartada pelo sistema de freio na forma de calor.

Para utilizar essa energia na opera\u00e7\u00e3o, diferentes fabricantes estudaram solu\u00e7\u00f5es com m\u00e1quinas h\u00edbridas, chegando a tr\u00eas conceitos de projetos de trem de for\u00e7a: em s\u00e9rie, em paralelo e em s\u00e9rie\/paralelo.

No sistema em s\u00e9rie, o motor aciona o gerador el\u00e9trico que, por sua vez, aciona os motores el\u00e9tricos das rodas. Essa solu\u00e7\u00e3o vem sendo utilizada principalmente em carregadeiras h\u00edbridas de grande porte.

Os sistemas em paralelo, por sua vez, possuem fontes separadas de acionamento. Na maioria das configura\u00e7\u00f5es, o motor pode fornecer torque diretamente para as rodas, o que limita a economia de combust\u00edvel. Pode-se ainda utilizar um supercapacitor ou um acumulador para armazenagem de energia.

O sistema s\u00e9rie\/paralelo tem o conjunto de transmiss\u00e3o acionado em paralelo e o sistema hidr\u00e1ulico acionado em s\u00e9rie. A vantagem disso \u00e9 que o sistema hidr\u00e1ulico funciona independentemente do motor. Essa configura\u00e7\u00e3o, contudo, ainda est\u00e1 em fase de pesquisa e desenvolvimento.
Em geral, os sistemas em s\u00e9rie apresentam facilidade de opera\u00e7\u00e3o, baixo custo adicional e alta efici\u00eancia. Contudo, s\u00e3o considerados pouco confi\u00e1veis. J\u00e1 os modelos em paralelo t\u00eam alta efici\u00eancia e confiabilidade, mas s\u00e3o mais limitados em termos de aproveitamento. Os sistemas em s\u00e9rie\/paralelo s\u00e3o complexos, mas altamente eficientes.

Com efeito, os estudos referentes ao trem de for\u00e7a das p\u00e1s carregadeiras el\u00e9tricas para solu\u00e7\u00f5es do tipo em s\u00e9rie\/paralelo e configura\u00e7\u00f5es h\u00edbridas desse conjunto ainda n\u00e3o s\u00e3o aprofundados. Al\u00e9m disso, \u00e9 prov\u00e1vel que a solu\u00e7\u00e3o com motores el\u00e9tricos nas rodas seja o pr\u00f3ximo passo do desenvolvimento das carregadeiras.<\/p>\n\n\n\n

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  Diagrama ilustra os conceitos de trem de for\u00e7a h\u00edbrido para carregadeiras: em s\u00e9rie, em paralelo e em s\u00e9rie\/paralelo<\/em><\/em><\/p>\n\n\n\n

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ESCAVADEIRAS<\/strong>

Como se sabe, as escavadeiras t\u00eam um consumo muito mais alto de energia do que as carregadeiras. Por essa raz\u00e3o, os estudos destinados a promover a efici\u00eancia energ\u00e9tica e a reduzir as emiss\u00f5es t\u00eam grande import\u00e2ncia nesse segmento.

Uma escavadeira h\u00edbrida t\u00edpica \u00e9 capaz de reciclar dois tipos de energia: a energia cin\u00e9tica do giro e a energia potencial gravitacional da lan\u00e7a. Como as carregadeiras, as configura\u00e7\u00f5es podem ser em s\u00e9rie, em paralelo e em s\u00e9rie\/paralelo. No Quadro abaixo est\u00e3o listados os principais fabricantes, com as solu\u00e7\u00f5es adotadas por cada um.

No caso da configura\u00e7\u00e3o em s\u00e9rie, o motor a explos\u00e3o aciona um gerador, que alimenta diversas bombas hidr\u00e1ulicas e o motor do giro. Todavia, as mudan\u00e7as da configura\u00e7\u00e3o inicial e o decorrente aumento dos custos inviabilizaram a comercializa\u00e7\u00e3o massiva dessa solu\u00e7\u00e3o.

Note-se que o aumento dos custos de produ\u00e7\u00e3o da configura\u00e7\u00e3o em paralelo \u00e9 o mais baixo dos tr\u00eas, mas o consumo de combust\u00edvel \u00e9 o mais alto e o retorno do investimento \u00e9 demorado. Nesse caso, o motor aciona em paralelo o gerador e as bombas hidr\u00e1ulicas. O gerador alimenta o giro e as bombas movimentam os diversos componentes hidr\u00e1ulicos.

Na configura\u00e7\u00e3o em s\u00e9rie\/paralelo, o motor aciona diretamente o gerador. Nesse caso, as bombas hidr\u00e1ulicas s\u00e3o montadas em s\u00e9rie com o gerador, enquanto o motor el\u00e9trico do giro \u00e9 acionado por uma bateria ou supercapacitor em paralelo. Embora seja uma solu\u00e7\u00e3o mais cara, o retorno do investimento \u00e9 o mais curto e, por essa raz\u00e3o, \u00e9 considerada a tecnologia mais vi\u00e1vel.<\/p>\n\n\n\n

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Em escavadeiras, a tend\u00eancia \u00e9 de predom\u00ednio do conceito em s\u00e9rie\/paralelo, <\/em>
com sistemas integrados para armazenagem de energia<\/em><\/p>\n\n\n\n

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O Quadro abaixo indica os principais fabricantes que adotaram cada solu\u00e7\u00e3o, com os respectivos dispositivos de configura\u00e7\u00e3o e economia de energia obtida.<\/p>\n\n\n\n

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LIMITA\u00c7\u00d5ES<\/strong>

Como conclus\u00e3o, a experi\u00eancia demonstra que a introdu\u00e7\u00e3o de sistemas h\u00edbridos eleva o pre\u00e7o inicial das m\u00e1quinas. Em escavadeiras, essa eleva\u00e7\u00e3o na tabela gira entre 20% e 50%, o que torna dif\u00edcil uma aceita\u00e7\u00e3o mais ampla pelo p\u00fablico, para quem os bens de capital representam investimento antes de tudo.

Todavia, essas m\u00e1quinas ainda est\u00e3o na fase de prot\u00f3tipos. Embora quase todas possam recuperar a energia de frenagem, j\u00e1 se sabe que s\u00e3o poucas as que conseguem produzir energia pelo implemento hidr\u00e1ulico. Como baterias e supercapacitores t\u00eam suas limita\u00e7\u00f5es, tamb\u00e9m ser\u00e1 preciso continuar a utilizar um motor de combust\u00e3o interna como fonte principal de energia em todas as m\u00e1quinas, ao menos por um tempo.

O uso de dois ou mais dispositivos (um conjunto de baterias ou dois ou mais conjuntos em s\u00e9rie ou paralelo, uma combina\u00e7\u00e3o de baterias e supercapacitores ou mesmo conjuntos acumulador-bateria ou acumulador-volante) pode compensar as defici\u00eancias de cada sistema.

A tend\u00eancia, portanto, \u00e9 de uso das tr\u00eas configura\u00e7\u00f5es em p\u00e1s carregadeiras, em s\u00e9rie para m\u00e1quinas maiores e em s\u00e9rie\/paralelo em escavadeiras, todas com sistemas integrados de armazenagem de energia. O tempo dir\u00e1. <\/p>\n\n\n\n

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Fonte:<\/strong> Revista M&T – Edi\u00e7\u00e3o 261 – FEV\/MAR – 2022<\/p>\n\n\n\n

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A utiliza\u00e7\u00e3o de m\u00e1quinas h\u00edbridas de constru\u00e7\u00e3o e a compara\u00e7\u00e3o de seus usos em rela\u00e7\u00e3o \u00e0s m\u00e1quinas convencionais \u00e9 o tema de reportagem publicada na edi\u00e7\u00e3o 261 da Revista M&T.<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":2847,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"om_disable_all_campaigns":false,"_uag_custom_page_level_css":"","_monsterinsights_skip_tracking":false,"_monsterinsights_sitenote_active":false,"_monsterinsights_sitenote_note":"","_monsterinsights_sitenote_category":0,"site-sidebar-layout":"default","site-content-layout":"default","ast-site-content-layout":"default","site-content-style":"default","site-sidebar-style":"default","ast-global-header-display":"","ast-banner-title-visibility":"","ast-main-header-display":"","ast-hfb-above-header-display":"","ast-hfb-below-header-display":"","ast-hfb-mobile-header-display":"","site-post-title":"disabled","ast-breadcrumbs-content":"disabled","ast-featured-img":"","footer-sml-layout":"","ast-disable-related-posts":"","theme-transparent-header-meta":"default","adv-header-id-meta":"","stick-header-meta":"","header-above-stick-meta":"","header-main-stick-meta":"","header-below-stick-meta":"","astra-migrate-meta-layouts":"default","ast-page-background-enabled":"default","ast-page-background-meta":{"desktop":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center 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