Atuadores elétricos vs. sistemas hidráulicos tradicionais nas máquinas de construção

A tecnologia por trás das máquinas de construção está a sofrer uma transformação significativa, graças ao avanço da eletrificação. No entanto, não nos referimos especificamente à eletrificação dos motores - um tema em destaque no setor industrial off-highway nos últimos anos -, mas sim da eletrificação e da substituição dos tradicionais "bars" por "kWh" nos componentes responsáveis pelo controlo dos equipamentos de trabalho. Desde os primórdios da mecânica de construção que os atuadores hidráulicos têm sido a base dos equipamentos de construção, graças à sua capacidade de fornecer o binário e o controlo necessários para executar diferentes funções da máquina. No entanto, os atuadores elétricos estão a surgir como uma alternativa sólida, oferecendo vantagens em termos de eficiência, precisão e sustentabilidade ambiental. A questão fundamental é saber se as vantagens dos atuadores elétricos nas máquinas de construção podem ser aplicadas a todos os tipos de atividades e escalas de operação, ou se ainda existem limitações — e quais são, afinal, as perspetivas futuras para esta tecnologia.

Os atuadores elétricos desempenham um papel essencial nas máquinas de construção modernas ao converter a energia elétrica em movimento mecânico. Desempenham funções essenciais, como o controlo de braços hidráulicos, o posicionamento de baldes e o ajuste de lâminas, ajudando a melhorar a precisão e a eficiência operacional. Um atuador elétrico é composto por vários componentes essenciais. O elemento central do sistema, o motor elétrico, pode ser alimentado por corrente contínua (CC) ou corrente alternada (CA), consoante a aplicação específica. Os motores do tipo brushless (sem escovas) são muitas vezes preferidos devido à sua maior durabilidade e menor necessidade de manutenção. A caixa de engrenagens tem como função reduzir a velocidade do motor e aumentar o binário de saída, podendo utilizar engrenagens planetárias, de sem-fim ou convencionais, conforme os requisitos operacionais. O movimento rotativo do motor é convertido em movimento linear através de um sistema de transmissão, que geralmente recorre a fusos de esferas ou sistemas de cremalheira e pinhão - especialmente quando se exige elevada precisão e baixas perdas de energia. Para garantir um controlo preciso, os atuadores elétricos estão equipados com sensores de posição, como codificadores (encoders) ou potenciómetros, que fornecem feedback contínuo ao sistema de controlo. Todo o sistema é gerido por um controlador eletrónico, responsável pela regulação da potência e dos sinais de comando, muitas vezes integrado com protocolos de comunicação como o CAN-Bus, amplamente utilizado na maquinaria de construção. Para resistirem às condições adversas dos estaleiros de obras, os atuadores são construídos com carcaças seladas que os protegem do pó, detritos e agentes atmosféricos. O funcionamento ocorre de forma sequencial: o sistema central da máquina envia um sinal de controlo, que pode ser enviado por um joystick, um computador de bordo ou um sistema remoto. Esse sinal ativa o motor elétrico que, através da caixa de engrenagens e do sistema de transmissão, gera o movimento necessário, seja ele linear ou rotativo. Os sensores integrados monitorizam o movimento em tempo real, assegurando um posicionamento preciso e permitindo que o sistema efetue correções sempre que necessário, mesmo sob cargas variáveis. Alguns modelos incorporam ainda mecanismos de segurança avançados, como travões eletromagnéticos, que imobilizam o atuador em caso de avaria.

Uma das vantagens mais significativas dos atuadores elétricos é a sua eficiência energética. Os sistemas hidráulicos podem sofrer perdas consideráveis de energia devido à resistência do fluido e a fugas no circuito. Vários estudos demonstram que os atuadores elétricos podem praticamente duplicar a eficiência dos equipamentos de construção quando comparados com os sistemas hidráulicos tradicionais. Esta vantagem traduz-se numa gestão energética mais eficaz, numa redução do consumo e numa maior autonomia das baterias nas máquinas elétricas. Outra vantagem importante é a redução do impacto ambiental. Como os atuadores elétricos eliminam a necessidade de fluido hidráulico, também eliminam o risco de fugas e derrames que podem causar danos mecânicos e contaminação ambiental. Esta característica torna as máquinas mais fiáveis e ecológicas, reduzindo os resíduos perigosos e diminuindo as emissões de carbono. Paralelamente, a inexistência de circuitos hidráulicos reduz substancialmente as necessidades de manutenção e os custos operacionais associados à gestão e substituição desses fluidos. A redução do ruído é outra vantagem significativa. Os estaleiros de construção são notoriamente ruidosos e os sistemas hidráulicos contribuem significativamente para a poluição sonora. Ao eliminarem a necessidade de bombas hidráulicas e dos componentes associados, os atuadores elétricos contribuem para um funcionamento mais silencioso das máquinas. Esta redução dos níveis de ruído proporciona melhores condições de trabalho para os operadores e ajuda a minimizar as perturbações nos projetos de construção urbanos.

Os atuadores elétricos estão a revolucionar a indústria da construção, sendo cada vez mais comuns em máquinas como escavadoras, mini-pás carregadoras e pás carregadores frontais. Eis algumas aplicações surpreendentes que, até há pouco tempo, pareciam inalcançáveis, mas que agora estão a melhorar significativamente as capacidades operacionais e o controlo das máquinas de construção. Vamos descobri-las juntos!

Os atuadores elétricos para as válvulas do acelerador otimizam a velocidade do motor, reduzindo o ruído, as emissões e o consumo de combustível. Proporcionam vantagens económicas, uma vez que apresentam custos mais baixos de conceção, instalação e operação, graças a designs flexíveis e componentes robustos. Contribuem também para uma maior segurança e conforto do operador, ao integrarem-se com sistemas de bloqueio do assento e minimizarem a fadiga durante a operação. Além disso, aumentam a produtividade ao ajustarem automaticamente a velocidade e otimizarem o consumo de combustível.

São seguros e práticos para o motor. Oferecem custos reduzidos de conceção, instalação e funcionamento, graças à sua menor complexidade em comparação com os sistemas hidráulicos. Construídos para resistir a choques e a temperaturas extremas, evitam o acionamento acidental e reduzem os riscos para o operador. Também melhoram a produtividade, ao permitirem que o capot seja facilmente aberto, mesmo quando a bateria está fraca.

Em vez de uma transição imediata para máquinas totalmente elétricas, é provável que a indústria opte por uma abordagem híbrida, na qual os atuadores elétricos complementam os sistemas hidráulicos tradicionais.Esta abordagem híbrida permite aos fabricantes combinar as vantagens dos atuadores elétricos com a elevada capacidade de força dos sistemas hidráulicos, essencial para tarefas específicas e exigentes. O crescente interesse nos atuadores elétricos tem levado muitos fornecedores de componentes a desenvolver soluções especificamente adaptadas às exigências das máquinas de construção. A investigação contínua deverá resultar em atuadores com designs ainda mais compactos, potentes e económicos. As vantagens dos atuadores elétricos vão além do setor da construção, estendendo-se a outros como o da maquinaria agrícola e o do manuseamento de materiais, incluindo operações portuárias, para citar apenas alguns. A adoção desta tecnologia em diferentes setores impulsionará ainda mais a inovação e a padronização, tornando os atuadores elétricos mais práticos e acessíveis para uma utilização generalizada. Em suma, os atuadores elétricos estão a revolucionar a indústria da construção, oferecendo vantagens em termos de eficiência, precisão e sustentabilidade. Embora ainda existam desafios pela frente, o potencial desta tecnologia é inquestionável a longo prazo. Para não perder nenhuma das inovações e tendências mais recentes neste campo apaixonante, continue a acompanhar o nosso blog!