acoplamento hidráulico magnetico e inversor de frequencia

Acoplamento hidráulico, acoplamento magnético ou inversor de frequência: qual a melhor opção para sua indústria?

Para atender à diversidade de demandas de transmissão mecânica nos diversos segmentos industriais, há no mercado uma variedade de modelos de acoplamentos, cada um adequado a uma determinada aplicação. Há, no entanto, aplicações que permitem a utilização de mais de um tipo de equipamento. É o que acontece, por exemplo, com os acoplamentos magnético e hidráulico e o inversor de frequência.

Alguns dos aspectos que determinam qual equipamento é o mais indicado para o trabalhos são:

  • Nível de desalinhamento dos eixos
  • Quantidade de torque a ser transmitida
  • Presença de intempéries na instalação
  • Temperatura de operação
  • Existência e quantidade de vibração
  • Existência de sobrecargas

Dimensionar o maquinário ideal para uma aplicação aumenta seu índice de disponibilidade, de eficiência e prolonga o tempo de vida útil de todo o sistema, mas não é uma tarefa fácil.

Diferentes modelos para as mesmas aplicações

Como citamos, há situações em que mais de um modelo de instrumento se mostra adequado para uma aplicação, e condições mais específicas devem ser criteriosamente avaliadas.

Em determinadas aplicações, como em uma esteira transportadora, por exemplo, o inversor de frequência compete com os acoplamentos magnético e hidráulico pela aplicação na operação.

Essa disputa, obviamente, só é possível porque a operação desses equipamentos se assemelham em diversos aspectos.

Primeiro vamos entender o funcionamento de cada um deles:

Acoplamento Magnético

O modo de operação do acoplamento magnético é baseada em um princípio de operação diferente quando comparado com os outros modelos. 

Nesse modelo, a transmissão de torque acontece através de ímãs permanentes, cuja unidade externa transmite, por indução, o torque gerado pelo motor para a unidade interna, a qual por sua vez, transfere a força para o impulsor.

acoplamento magnetico

A variação do torque e da velocidade do eixo de trabalho acontece por meio da variação da folga de ar entre o condutor de cobre e o rotor magnético permanente.

A transmissão de torque acontece seguindo a Lei de Lenz, que afirma que o sentido da corrente gerada por indução é oposto à variação do fluxo magnético que lhe deu origem. 

Assim, com a diminuição do fluxo magnético, a corrente gera um campo magnético de mesmo sentido do fluxo da fonte. Com o aumento do fluxo, a corrente criada gera um campo oposto ao sentido do fluxo magnético da fonte.

Lei de Lenz

As principais vantagens do acoplamento magnético são:

  • ausência de contato entre as peças
  • operação em níveis de desalinhamento crítico
  • aumento da vida útil de motor e periféricos
  • operação segura em ambientes agressivos

Acoplamento Hidráulico

O acoplamento hidráulico opera semelhante a um sistema de bomba-turbina. Um lado do motor bombeia fluidos hidráulicos (água ou óleo) contra o lado da turbina, o que gera um movimento de impulsão.

Este movimento faz com que a turbina entre em operação, fornecendo energia mecânica para que a máquina acionada comece a operar.

Esse modo de transmissão hidrodinâmica é baseado no Princípio de Föttinger, que permite a transmissão do torque de forma eficaz e quase sem desgaste com auxílio do fluxo de fluidos.

principio de Fottinger - acoplamento hidraulico

As principais vantagens do acoplamento hidráulico:

  • partida do motor sem carga
  • menor consumo de energia pelo motor
  • segurança a partir da sua limitação de torque máximo
  • aceleração do lado acionado feita de forma suave

Inversor de frequência

inversor de frequência - acoplamento hidráulico magnético e inversor de frequência

O inversor de frequência é um dispositivo eletrônico que tem como principal função variar a velocidade de rotação de um motor trifásico por meio da mudança da frequência. A variação da velocidade é realizada através da variação da tensão e da frequência fornecidas ao motor.

Com sua atuação, a corrente elétrica alternada fixa (corrente e tensão) é transformada em corrente elétrica CA variável e a velocidade do motor pode ser elevada ou diminuída, de acordo com a necessidade da aplicação.

As principais vantagens do inversor de frequência:

  • possibilidade de explorar o funcionamento do motor em condições não descritas nas características construtivas
  • substituição aos variadores mecânicos e eletromagnéticos
  • diminuição de choques mecânicos na partida do motor
  • automatização, segurança e flexibilidade em processos industriais

Por realizar a variação de velocidade sem a necessidade de utilizar meios mecânicos, o inversor de frequência pode ser utilizado em substituição aos acoplamentos magnéticos e hidráulicos.

E então? Qual equipamento escolher?

Vários aspectos devem ser considerados antes da opção por cada um dos equipamentos apresentados acima.

Tempo de vida útil, economia de energia e proteção em casos de sobrecarga são um dos itens que devem ser considerados.

Esses itens devem ser considerados sempre que em uma operação, for possível a utilização do acoplamento hidráulico, acoplamento magnético e do inversor de frequência.

Em exemplo de aplicação que permite essa opção, é a operação de uma correia transportadora, como citado anteriormente.

acoplamento hidráulico magnetico e inversor de frequencia

Preparamos uma lista com 14 requisitos que devem ser avaliados, continue a leitura para conferir.

Comparação entre os equipamentos

1. Redução da vibração

A utilização de um acoplamento magnético permite a redução de vibração do sistema de 5 a 8,5%. Essa performance é alcançada devido a ausência de contato físico com motor e máquina acionada.

O acoplamento hidráulico e o inversor de frequência não se mostram muito efetivos nesse quesito.

2. Proteção à sobrecarga

Devido sua partida suave, o acoplamento magnético se sobressai em relação aos concorrentes em relação à proteção do motor contra sobrecarga.

O variador de frequência, que não possui proteção física contra sobrecarga e o acoplamento hidráulico requerem um longo período de recuperação após uma parada anormal ou choque.

A parada do acoplamento hidrodinâmico depois de exposição à sobrecarga se dá pela necessidade da substituição do bujão fusível.

3. Impacto aos equipamentos do sistema

O acoplamento magnético prolonga a vida útil do motor e dos periféricos, principalmente pelo fato de eliminar completamente a sobrecarga na direção axial.

O inversor e o acoplamento hidrodinâmico podem causar a redução da vida útil de selos mecânicos, rolamentos e outros componentes devido a existência de vibração e severos desalinhamentos.

4. Vida útil do equipamento

Em relação à vida útil, os equipamentos apresentam dados bem diferentes.

Respeitando as orientações de instalação, manutenção e alinhamento, quando necessários, o variador de frequência tem vida de operação estimada de 5 a 10 anos, o acoplamento hidráulico de 10 anos e o magnético supera os demais, com incríveis 30 anos de uso.

Essa diferença no período de vida útil impacta na avaliação do investimento na aquisição de cada um desses equipamentos, como veremos mais pra frente.

5. Impacto na flutuação de tensão no motor

O acoplamento magnético exerce mínima influência na tensão do motor, o hidrodinâmico pouca influência e o inversor de frequência, por sua vez, tem grande impacto na tensão do motor.

Essa interferência pode resultar em trabalho anormal ou até a parada do equipamento em questão.

 6. Economia de energia elétrica

No quesito economia de energia, o acoplamento magnético e o variador de frequência tem comportamento parecido, mas o acoplamento ainda se sobressai com economia de energia de 70%.

Durante a operação do acoplamento hidráulico, acontece perdas por atrito entre o rotor e o impulsor, e entre o óleo e as paredes do invólucro, por este motivo ele não tem uma boa pontuação nesse aspecto.

 7. Partida suave

A partida suave é uma das grandes vantagens do acoplamento magnético e sua atuação é excelente nesse momento da operação.

O acoplamento hidráulico tem um desempenho bom na partida do motor, já o inversor de frequência tem um comportamento ruim na partida e uma quantidade grande de calor é gerada.

 8. Precisão

O nível de precisão operacional do dispositivo magnético é muito alto, seguido pelo inversor que é alto e o acoplamento hidrodinâmico, com precisão muito baixa.

 9. Peso e volume

O tamanho necessário para a instalação de um equipamento pode limitar bastante a sua aplicação.

O acoplamento magnético tem um volume considerado mínimo, o hidráulico é relativamente grande e o inversor de frequência por ser geralmente pesado e volumoso, requer um grande espaço para sua instalação.

 10. Infraestrutura e instalação

Por não ser muito volumoso, não exigir alinhamentos, pontos de lubrificação, e ter poucos componentes mecânicos,  o acoplamento magnético não requer mão de obra especializada para sua instalação.

Desse modo, um erro na centralização da sua instalação não influencia grandemente na eficiência do sistema.

O acoplamento hidráulico demanda uma infraestrutura básica devido à necessita de ajuste dos níveis de óleo.

Já o inversor de frequência merece uma atenção especial à infraestrutura para o seu correto funcionamento: o equipamento demanda uma sala especial e monitoramento rigoroso do início do funcionamento até sua completa adaptação.

11. Influência das intempéries

Um ambiente agressivo, com presença de substâncias corrosivas, umidade e poeira não interfere na operação do acoplamento magnético e hidráulico e inviabiliza totalmente o funcionamento do inversor de frequência devido a sua estrutura.

12. Manutenção diária

Quando a manutenção, serviço primordial do cotidiano industrial, é considerada os equipamentos comparados apresentam comportamentos diferentes.

O acoplamento magnético não exige grandes investimentos. Por não demandar mão de obra ou plataformas especializadas, a manutenção pode ser realizada de forma autônoma, isto é, pela própria equipe de trabalho.

O acoplamento hidráulico possui considerável índice de manutenção, causado principalmente pelo risco de vazamento de fluidos que podem causar contaminação ambiental e a necessidade de alinhamento à laser.

O inversor de frequência é o que possui maior índice da manutenção, demandando o trabalho de profissionais e ferramentas especializados. Esse inconveniente acontece porque o equipamento requer complexa infraestrutura para implantação e pode causar interferências harmônicas  e eletrônicas em todo o sistema.

13. Eficiência operacional

Quando se compara a eficiência operacional de cada um dos elementos em uma mesma aplicação, é possível verificar que há uma diferença considerável entre eles.

O acoplamento hidráulico: apresenta menor eficiência devido a desalinhamentos e perdas por atrito.

O inversor de frequência: apresenta média eficiência ocasionada por perdas significativas com desalinhamentos, filtros de linha e outros equipamentos necessários para seu funcionamento

 O acoplamento magnético: apresenta alta eficiência devido a inexistência de perda por atrito ou para sistemas auxiliares.

Vale destacar que a comparação feita vale para aplicações em que é possível a utilização de qualquer um dos equipamentos sem prejuízo para a operação do sistema.

14. Preço do equipamento

Deixamos por último a comparação entre os valores para aquisição de cada um dos equipamentos por este ser um requisito muito importante no momento da escolha.

Começando por ordem crescente de preço, temos o acoplamento hidráulico, o acoplamento magnético e o inversor de frequência, o equipamento mais dispendioso dentre os comparados.

Guia Completo do Comprador Técnico

Conclusão

Apresentamos nesse artigo requisitos importantes que devem ser considerados no momento de optar por um dos equipamentos citados.

No entanto, o peso que cada um dos 14 aspectos tem no momento da análise do projeto, vai variar de acordo com a indústria, aplicação e estratégia de produção.

Caso você ainda tenha ficado na dúvida sobre qual equipamento escolher, entre em contato com um de nossos consultores, estamos prontos para te auxiliar a alcançar os melhores resultados.

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