As máquinas de corte por jato de água abrasivas são consideradas como apresentando a tecnologia de corte mais inovadora, capaz de cortar quase todos os materiais. Água sob pressão de 3.000 a 4.000 bar é usada para dispersar os grãos de areia abrasivos. O processo de corte é classificado como corte por jato abrasivo. Dois tipos de bombas são usados para obter essa alta pressão de água. As bombas mais populares são aquelas com intensificador de pressão hidráulica; Outras construções são bombas de virabrequim que usam soluções semelhantes aos compressores de pistão.
Os fabricantes de máquinas de corte por jato de água estão tentando provar que sua solução é a melhor do ponto de vista do usuário. Os benefícios potenciais são afetados por muitos fatores, muitas vezes causando uma compreensão insuficiente dos parâmetros e das possibilidades e limitações das soluções individuais. Neste documento, uma comparação substancial será feita entre intensificador de pressão e bombas de virabrequim e o impacto de seu projeto na qualidade de corte e nos custos operacionais será apresentado. Para efeito de comparação, foram utilizados os dados disponíveis nos sites oficiais de fabricantes selecionados de ambos os tipos de bombas.
Capacidade e poder
Ao comparar os parâmetros das bombas, você deve prestar atenção às condições de corte sob as quais os parâmetros de capacidade e pressão são dados. Acontece que alguns fabricantes fornecem a capacidade da bomba em relação ao abastecimento de água em baixa pressão, enquanto outros fornecem a saída da bomba na pressão máxima. Devido à compressibilidade da água (que passa a ter grande importância com essa pressão elevada), essas diferenças podem chegar a 20%. Por exemplo, uma bomba de virabrequim popular com uma potência de 22 kW tem uma capacidade de 3,8 l / min na alimentação, mas na saída a capacidade é de no máximo 3,2 l / min. Também deve ser observado que os poderes de tipos individuais de bombas podem variar consideravelmente. Mas não podemos considerar o custo de operação apenas com base na energia consumida pela rede elétrica. A velocidade de corte em uma máquina de corte por jato de água é altamente dependente da quantidade de energia fornecida ao cabeçote, que está diretamente relacionada à pressão e capacidade da bomba. O aumento da pressão resulta no aumento da velocidade de corte, o que faz com que os custos de energia mais altos sejam compensados por uma duração mais curta do corte de um detalhe particular, dando um custo comparável de eletricidade para bombas com potências diferentes com base no corte de um detalhe particular. No entanto, o corte com uma pressão mais alta fornece algumas economias específicas em relação ao consumo de abrasivo ou granada. Só o consumo de areia gera os maiores custos e muitas vezes responde por mais da metade de todos os custos de mão de obra das máquinas de corte por jato de água, por isso é importante minimizar seu consumo em função de um detalhe. Também é muito importante o fato de que economizamos tempo com velocidades de corte mais altas.
A capacidade de saída de uma bomba de amostragem com uma potência de 37kW (50HP) e com um intensificador a uma pressão máxima de 4.150 bar é de 4,16l / min, o que fornece uma potência de aproximadamente 29kW para o bico injetor (pressão * capacidade / constante 600 ), então a eficiência é de 78%. Enquanto a capacidade de uma bomba de amostra de 22kW (30HP) de manivela a uma pressão máxima de 3.450 bar é de 3,2l / min, o que dá uma potência de aproximadamente 18kW ao bico injetor, então a eficiência é de 82%. Porém, neste caso, deve-se considerar as perdas adicionais no inversor que aciona o motor da bomba do virabrequim a um nível de 5%, o que proporciona eficiência de 77%. Quando o motor da bomba é alimentado pelo conversor de frequência (inversor), surge o problema do alto nível de harmônicas de corrente que decorre do funcionamento impulsivo do retificador no inversor, o que pode levar a perdas excessivas nos cabos e interferências aos outros dispositivos conectados à mesma rede elétrica.
Desgaste de juntas e vedações
O desgaste da gaxeta e do selo de vedação é um fator bastante importante na geração de custos a pressões de mil bares. Cada curso do pistão causa desgaste nos materiais de vedação que devem ser substituídos periodicamente. Devido ao acionamento direto de um motor elétrico, a frequência de golpes nas bombas do virabrequim é dezenas de vezes por segundo, estabelecendo altos padrões de vedação e qualidade da água. É necessária a utilização do sistema de tratamento de água, o que permite atingir um tempo aceitável entre a substituição das juntas e vedações. Em bombas com intensificadores de pressão, o ciclo de trabalho é de aproximadamente dois segundos, o que aumenta consideravelmente a vida útil das vedações e vedações e, na maioria dos casos, elimina os sistemas de tratamento de água cuja manutenção é cara.
Resfriamento
Devido ao processo operacional e às altas potências utilizadas nas bombas das máquinas de corte por jato de água, é necessário utilizar um sistema de refrigeração. Um exemplo de bomba de virabrequim é resfriada no sistema aberto, o que significa que, além da água consumida para o corte, uma quantidade significativamente maior de água é consumida para o resfriamento e então despejada no esgoto. As bombas com intensificador geralmente possuem um circuito de resfriamento fechado no qual o óleo é resfriado por um trocador de calor com ventilador. Neste caso, nenhum meio de resfriamento é consumido. Além disso, a utilização do trocador de calor no inverno permite o aproveitamento de energia para aquecimento das instalações.
Configuração de pressão
Nesta bomba de manivela em particular, o fabricante declara a faixa de ajuste de capacidade de 1,5 a 3,2 litros por minuto, que fornece a capacidade de ajustar a pressão para um orifício típico na faixa de 1.600 a 3.450 bar. Essa configuração é possível com um conversor de frequência embutido. Observe que a eficiência energética dessa potência diminui com a diminuição da velocidade do motor devido ao fenômeno de escorregamento que ocorre nos motores de indução. O ajuste da pressão é essencial, especialmente ao cortar ou furar materiais frágeis, como vidro ou pedra. Esses materiais geralmente requerem uma redução de pressão para 500 bar no furo, o que é impossível no caso de bombas de manivela. Uma solução é usar um cabeçote especial que usa apenas parte da energia fornecida pela bomba. Nas soluções com intensificador, o ajuste da pressão é feito através da bomba de óleo com pressão controlada e capacidade variável. As mais modernas bombas com intensificador permitem ajustar a pressão na faixa de 500 bar. O motor gira a uma velocidade constante e o controle é obtido ajustando o deslocamento do anel da bomba de óleo alterando a carga no eixo do motor. Com esta solução, o motor ainda pode operar na faixa ótima de suas características e a faixa de ajuste pode ser muito ampla.
Velocidade de reação
As máquinas de corte por jato de água, devido às suas características operacionais, requerem frequentes ligamentos e desligamentos do jato para passar para a próxima peça. Ambos os sistemas realizam essa tarefa de maneira semelhante. Usando ar comprimido, a válvula na cabeça de corte abre e fecha. No entanto, as bombas se comportam de maneira diferente agora. Uma bomba com intensificador, graças às baixas velocidades de movimento, tem a capacidade de parar imediatamente e passar para o modo inativo, no qual a bomba de óleo, por falta de movimento, reduz a carga do motor para o modo inativo. Devido à alta inércia da velocidade dos elementos rotativos, as bombas do virabrequim não podem ser paradas imediatamente. O problema foi resolvido com o uso de uma válvula limitadora de pressão que não permite a quebra do sistema após o fechamento do cabeçote e aumento repentino da pressão. Essa solução não fornece um desempenho ideal porque a bomba não pode parar de absorver energia imediatamente durante os movimentos entre os elementos que estão sendo cortados.
Outros custos
Uma das diferenças mais importantes entre as bombas de virabrequim e as bombas com intensificador de pressão é a frequência dos golpes do pistão em cilindros de alta pressão. Nas bombas com intensificador, essa frequência é de aproximadamente 0,5 Hz, ou seja, 1 ciclo a cada 2 segundos, enquanto nas bombas de virabrequim acionadas diretamente do motor a frequência é várias vezes maior. Cada golpe gera um desgaste unitário das juntas e vedações, portanto, quanto maior a frequência dos golpes, mais rápido eles se desgastam. A qualidade da água também tem um grande impacto no desgaste. No caso das bombas de virabrequim, isso leva à necessidade de equipamentos adicionais de tratamento de água, gerando custos mais elevados. As bombas intensificadoras não são tão sensíveis à qualidade da água e a aplicação de tratamento é desnecessária na maioria dos casos.
Resumo
Hoje, essas bombas intensificadoras de pressão são a indústria dominante entre os fabricantes de máquinas de corte CNC por jato de água. Isso porque consideraram que as oportunidades para o desenvolvimento de bombas com acionamento por manivela terminaram com pressões de 3.800 bar e potências de 30 kW. As bombas intensificadoras são constantemente modificadas e desenvolvidas, sendo o melhor exemplo a introdução gradual do padrão de 6.000 bar nas máquinas de corte por jato de água. Os intensificadores de bomba são produzidos com potências de 18 a 200kW. A vantagem mais importante das bombas de virabrequim são os custos de produção substancialmente menores, o que permite seu uso em máquinas destinadas a empresas semiprofissionais, onde serão utilizadas pontualmente e onde os custos de mão de obra e operação não são significativos. Se uma empresa requer a habilidade de competir no mercado em nível global ou se o processo de corte por jato de água será usado continuamente, ela definitivamente deve investir em uma máquina de corte por jato de água dedicada com uma bomba intensificadora de pressão.
Bombas de virabrequim:
Vantagens:
– Trabalhe mais calmamente
– Tamanhos menores
– Use menos óleo
– É mais barato de fabricar
Desvantagens
– Altos custos operacionais
– Menores pressões e menos capacidade
– Sistema de refrigeração aberto
– Possibilidade limitada de ajustar a pressão
– Perdas de energia no inversor
– Necessidade de tratamento de água
Bombas intensificadoras de pressão:
Vantagens:
– Custos operacionais mais baixos
– Maior vida útil de juntas e vedações
– Possibilidade de ajustar a pressão em uma ampla faixa