Equipamentos hidráulicos perdem as válvulas e ganham em economia

Equipe da Dra. Monika Ivantysynova, que aparece ao centro, trabalhando no protótipo do equipamento hidráulico sem válvulas.

Pesquisadores da Universidade Purdue, nos Estados Unidos, descobriram como reduzir o consumo de combustível e melhorar dramaticamente a eficiência de bombas hidráulicas e motores dos equipamentos pesados de escavação utilizados em grandes obras civis e na indústria de mineração.

Os ganhos foram obtidos com a alteração do design desses equipamentos. O novo design incorpora duas inovações: ele elimina as válvulas que hoje são utilizadas para dirigir o fluxo do fluido hidráulico e utiliza superfícies microestruturadas no interior das bombas para melhorar seu desempenho.
Eficiência dos sistemas hidráulicos

Apenas a utilização do projeto de bomba hidráulica sem válvulas resultou em uma economia de combustível de 40%. Já as superfícies microestruturadas reduzem a perda de potência devido ao atrito do fluido hidráulico com as paredes dos equipamentos.

Os testes simulados mostraram que as superfícies microestruturadas reduziram as perdas por fricção em até 57% quando a bomba hidráulica está operando com baixa pressão, e cerca de 10% quando ela está operando a plena capacidade.

Equipamento hidráulico sem válvulas

Os sistemas hidráulicos atuais utilizam uma bomba de deslocamento variável que pressuriza o fluido hidráulico. As válvulas dirigem o fluxo de fluido para os atuadores, que movem as ferramentas, como uma pá carregadeira em equipamentos de escavação, por exemplo.

Já no projeto, desenvolvido pela equipe da Dra. Monika Ivantysynova, cada atuador tem sua própria bomba, eliminando a necessidade das válvulas.
Superfícies microestruturadas

O senso comum estabelece que as superfícies internas por onde passa o fluido hidráulico devem ser tão polidas quanto possível. Mas a Dra. Ivantysynova descobriu que uma superfície contendo ranhuras com dimensões de cerca de um micrômetro pode aumentar incrivelmente a eficiência do equipamento.

As ranhuras microestruturadas localizam-se entre o pistão da bomba e as paredes do cilindro e entre o bloco do cilindro e uma peça chamada disco de válvulas.
"Nós estamos trabalhando nesses locais utilizando simulações de computador para entender todos os efeitos físicos e para reduzir as perdas de eficiência devido ao atrito causado pela viscosidade do fluido hidráulico. Nós sabemos que nossas simulações estão muito próximas da física real, e atualmente estamos trabalhando na fabricação dessas superfícies para fazermos as medições reais," diz a pesquisadora.