UMAmotorem termos físicos simples é qualquer coisa que converta energia em mover as peças de algum tipo de máquina, seja um automóvel, uma impressora ou um rifle. Os motores são necessários para mover as coisas em tantas situações cotidianas que o mundo imediatamente moeria a uma paralisação irreconhecível e um tanto cômica se todos os motores em operação silenciassem ao mesmo Tempo.
Como os motores são onipresentes na sociedade humana moderna, os engenheiros da Terra, ao longo dos séculos, produziram vários tipos diferentes de acordo com os padrões tecnológicos da época. Por exemplo, antes que as pessoas pudessem controlar e usar eletricidade em escala global a partir do início do século 20, as grandes locomotivas dos trens eram movidas a vapor da combustão de carvão.
- Os motores são um subconjunto de motores, mas nem todos os motores são motores.
Muitos motores sãoatuadores, o que significa que induzem movimento por meio da aplicação de torque. Por muito tempo, a potência dos atuadores hidráulicos movidos a líquido era o padrão da época. Mas com os avanços no século 21 em atuadores elétricos, combinados com a eletricidade sendo abundante e fácil de controlar, os motores elétricos desse tipo estão ganhando espaço. Um é claramente superior ao outro e isso depende da situação?
Visão geral dos sistemas hidráulicos
Se você já usou um macaco de chão ou dirigiu um veículo com freios ou direção hidráulica, pode ter se maravilhado com a facilidade com que você pode mover as quantidades de massa envolvidas nessas transações físicas com aparentemente pouco esforço. (Por outro lado, você pode estar muito ocupado com a tarefa de trocar um pneu na beira da estrada para se preocupar com essas ideias em tempo real.)
Essas tarefas e muitas outras comuns são possibilitadas pelo uso desistemas hidráulicos. Hidráulicaé o ramo da física preocupado com propriedades mecânicas e usos práticos de fluidos dinâmicos (fluidos em movimento). Os sistemas hidráulicos não "criam" energia, mas, em vez disso, convertem-na em uma forma desejada de uma fonte externa, chamada demotor primário.
O estudo da hidráulica consiste em duas áreas principais.Hidrodinâmicaé o uso de líquidos emfluxo intenso(dinâmico significa "movimento")e baixa pressãoPara fazer o trabalho. Os moinhos da "velha escola" aproveitam a energia da corrente de água para moer os grãos dessa maneira.Hidrostática, em contraste, é o uso de líquidos emalta pressão e baixo fluxo(estático significa "em pé") para realizar o trabalho. Qual é a base para esse trade-off na linguagem da física?
Força, Trabalho e Área
A física subjacente ao uso estratégico de motores hidráulicos reside no conceito de multiplicação de força. O trabalho em rede realizado em um sistema é o produto da rede de força aplicada e a distância que o objeto da força se move:
W_ {net} = F_ {net} d
Isso significa que para uma determinada quantidade de trabalho alocado a uma tarefa física, a força necessária para fazê-lo pode ser reduzido aumentando a distância envolvida na aplicação da força, como pode ser feito usando as voltas de um parafuso.
Este princípio se estende de situações lineares a bidimensionais, e do relacionamento
P = \ frac {F} {A}
onde P = pressão em N / m2, F = força em newtons e A = área em m2. Em um sistema hidráulico em que a pressão P é mantida constante que tem dois cilindros de pistão com áreas de seção transversal A1 e A2, isso leva ao relacionamento
\ frac {F_1} {A_1} = \ frac {F_2} {A_2} \ text {ou} F_1 = \ frac {A_1} {A_2} F_2
Isso significa que quando o pistão de saída A2 for maior do que o pistão de entrada A1, a força de entrada será proporcionalmente menor que a força de saída. Embora isso não seja exatamente o mesmo que conseguir algo por nada, é uma vantagem evidente em muitos conjuntos de motores contemporâneos.
Noções básicas de motor elétrico
Um motor elétrico aproveita o fato de que um campo magnético exerce uma força sobre o movimento de cargas elétricas, ou correntes. Uma bobina rotativa de fio condutor é colocada entre os pólos de um eletroímã de tal forma que o campo magnético induz um torque que faz com que a bobina gire em torno de seu eixo. Este eixo rotativo pode ser usado para realizar trabalhos de vários tipos e, em geral, os motores elétricos convertem energia elétrica em energia mecânica.
Motores Hidráulicos: Tipos de Discussão
O motor principal de um motor hidráulico é uma bomba que empurra o líquido (geralmente óleo) nas tubulações do sistema. Esse líquido é incompressível e, por sua vez, empurra um pistão dentro de um cilindro que tem fluido hidráulico em ambos os lados.
O pistão se move e é convertido "a jusante" em movimento rotacional, enquanto o fluido no lado de saída do pistão é continuamente devolvido a um reservatório. A pressão é mantida constante no sistema (a menos que precise ser alterada para afetar as saídas do motor) pela distribuição estratégica e sincronização das válvulas.
Os tipos de motores hidráulicos implantados em diferentes situações incluem motores de engrenagens externas, motores de pistão axial e motores de pistão radial. Os motores hidráulicos também são usados em alguns tipos de circuitos elétricos, bem como em combinações de bomba-motor.
Hidráulico vs. Motor elétrico: prós e contras
Por que usar um motor hidráulico vs. um motor a gás ou um motor elétrico? As vantagens e desvantagens de cada tipo de motor são tão numerosas que cada variável em seu cenário exclusivo precisa ser considerada.
Vantagens dos motores hidráulicos:
A principal vantagem dos motores hidráulicos é que podem ser usados para gerar forças extremamente altas em relação às forças de entrada. Isso é análogo à situação na mecânica comum (não hidráulica), onde a geometria das alavancas e polias pode ser "trabalhada" para benefício semelhante.
Os motores hidráulicos funcionam com líquidos incompressíveis, o que permite um controle mais rígido do motor e, portanto, um maior grau de precisão no movimento. Eles são muito úteis para equipamentos móveis pesados (por exemplo, caminhões).
Desvantagens dos motores hidráulicos:
Os motores hidráulicos são geralmente a opção mais cara. Com todo o óleo normalmente em jogo, eles são complicados de operar, com seus vários filtros, bombas e óleo, todos exigindo verificações, trocas, limpeza e substituições. Vazamentos podem produzir riscos à segurança e ao meio ambiente.
Vantagens dos motores elétricos:
A maioria das configurações hidráulicas não é rápida. Os motores elétricos são muito mais rápidos (até 10 m / s). Eles têm velocidades programáveis e posições de parada, ao contrário do sistema hidráulico, e fornecem alta precisão de posicionamento quando necessário. Os sensores eletrônicos podem fornecer feedback preciso sobre o movimento e a força aplicada, permitindo um controle de movimento superior.
Desvantagens dos motores elétricos:
Esses motores são complicados de instalar e solucionar problemas em comparação com outros motores. Principalmente, sua desvantagem é que se você precisa de muito mais força, você precisa de um motor significativamente maior e mais pesado, ao contrário do caso dos motores hidráulicos.
Uma nota sobre ativadores pneumáticos
A questão do pneumático vs. atuadores elétricos ou atuadores hidráulicos também surgem em algumas situações. A diferença entre os atuadores pneumáticos e hidráulicos é que os motores hidráulicos empregam líquidos, enquanto os atuadores pneumáticos utilizam gases, normalmente o ar comum. (Tanto líquidos quanto gases, para referência, são classificados comofluidos.)
Os ativadores pneumáticos são vantajosos porque o ar está essencialmente em todos os lugares (ou pelo menos em todos os lugares onde os humanos estão trabalhando confortavelmente), então um compressor de ar é tudo o que é necessário para um motor principal. Por outro lado, esses motores são muito ineficientes por causa das perdas comparativamente grandes devido ao calor em comparação com outros tipos de motores.