Macrotendências que influenciam o futuro da energia fluida

"Os tempos estão mudando", como Bob Dylan cantou pela primeira vez em 1964. Era verdade naquela época e certamente é verdade agora, à medida que a tecnologia, em suas diversas formas, produz grandes mudanças em praticamente todos os aspectos da indústria. A força motriz não é exceção, pois se distancia cada vez mais dos sistemas e tecnologias que foram utilizados ao longo de grande parte de sua história.

Embora frequentemente ignorado nas discussões sobre as principais tendências do setor, o que está acontecendo na energia fluida móvel tem amplas implicações sobre o futuro da energia motriz. Foi isso que levou a Power Progress a buscar a colaboração dos seguintes especialistas do setor:

• Daniel Winter, presidente da Danfoss Power Solutions
• Corey Quinnell, vice-presidente de Engenharia da Husco
• Russ Schneidewind, diretor de Desenvolvimento de Negócios, HydraForce

Na primeira parte desta série de duas partes, analisamos as tendências que esses especialistas estão observando nos mercados em que atuam, o que está por trás delas e o impacto que essas tendências estão tendo no setor de energia fluida móvel e em seus clientes. Na segunda parte, examinaremos mais detalhadamente os obstáculos que o setor enfrenta e como esses e outros fornecedores estão evoluindo para lidar com esses desafios agora e no futuro próximo.

Produtividade e Confiabilidade

O setor de energia fluida móvel acompanha de perto o que a indústria OEM móvel está demandando, observou Schneidewind.

Os sistemas hidráulicos das escavadeiras desperdiçam cerca de 70% da energia útil. A otimização do sistema hidráulico melhora o tempo de operação da máquina, reduzindo a necessidade e os custos das baterias, o que pode acelerar a eletrificação. (Foto: Danfoss Power Solutions)

“Se você observar os equipamentos móveis fora de estrada, eles estão tentando oferecer equipamentos mais robustos, com maior tempo de atividade e disponibilidade, para que você tenha máquinas prontamente disponíveis para diversas aplicações”, explicou. “Eles também buscam aumentos de produtividade. Eles querem ser capazes de operar mais rápido e com mais precisão, especialmente em, digamos, movimentos repetitivos.”

“Isso está gerando muitos requisitos diferentes na indústria de energia fluida móvel, e isso inclui um maior grau de integração com a eletrônica e a própria hidráulica.”

Essa demanda por produtividade e confiabilidade desempenha um papel independentemente do tamanho da máquina.

“À medida que os equipamentos se tornam menores, mais potentes e mais eficientes, os componentes hidráulicos precisam fornecer maior densidade de potência, minimizando as perdas de energia”, disse Quinnell. “Isso levou a inovações em circuitos hidráulicos, bombas e soluções eletro-hidráulicas integradas – por exemplo, usando sensores para eliminar/reduzir a complexidade do número de peças mecânicas – para maximizar a eficiência do sistema.

“Muitos OEMs estão procurando usar bombas de maior deslocamento com menor rotação do motor para operar em uma região mais econômica de combustível do motor a diesel, mantendo a mesma produtividade”, acrescentou.

Eletrônicos e Software

Historicamente, a entrega dessa produtividade em campo está nas mãos do operador do equipamento. Mas uma macrotendência que afeta o projeto de máquinas móveis e, por sua vez, os subsistemas dessas máquinas, disse Winter, é a escassez de mão de obra qualificada.

A plataforma MX da Husco foi desenvolvida para integração eletro-hidráulica flexível e robusta. (Foto: Becky Schultz)

“Antigamente, o operador era basicamente o 'cérebro' e o sistema hidráulico, o 'músculo'. Nos últimos, digamos, três a cinco anos, cada vez mais... o operador, a eletrônica, o cérebro e o sistema hidráulico, o músculo”, comentou Schneidewind. “Portanto, em uma mudança para abordar o aspecto de tempo de atividade e disponibilidade, nos quais os OEMs estão interessados, o que estamos vendo é essa necessidade de sistemas mais flexíveis.”

“A eletrônica ajuda nisso porque você pode ter uma arquitetura hidráulica semelhante e ajustar a maneira como a máquina opera ou se comporta de acordo com o operador ou a aplicação, ajustando a eletrônica ou o software da aplicação na máquina”, disse ele. “Isso permite que a máquina esteja mais disponível em mais aplicações, além de aumentar o tempo de atividade em muitos casos.”

Eletrônica e software são essenciais para viabilizar os sistemas de controle modernos de hoje, concordou Winter. "Estamos vendo mais sistemas hidráulicos com controles eletrônicos sofisticados", afirmou. "Na verdade, hoje em dia é raro ver novos produtos projetados com interfaces mecânicas. Quase todos os nossos novos desenvolvimentos de produtos na Danfoss são projetados exclusivamente para controle digital."

“É claro que ainda oferecemos controles mecânicos, mas a vantagem do digital exclusivo é que você elimina dispositivos mecânicos que aumentam os custos. Também estamos começando a ver mais arquiteturas distribuídas com controles em nível de componente, em vez de controle centralizado.”

Migrar para mais automação

Os OEMs estão sendo encarregados de fornecer soluções que se ajustem à dinâmica de uma força de trabalho em constante mudança, o que significa que um nível cada vez maior de automação é necessário.

A funcionalidade autônoma e semiautônoma pode ajudar os proprietários de equipamentos a lidar com a escassez de mão de obra e qualificação, melhorando a produtividade e a precisão dos operadores. (Foto: Danfoss Power Solutions)

“Antigamente, tínhamos um operador altamente eficiente, profissional para esse tipo de equipamento. Agora, encontramos cada vez menos operadores qualificados e mais generalistas que podem ter que operar vários tipos de máquinas”, destacou Schneidewind. “Ter essa automação para auxiliar é o que os OEMs realmente desejam para o aumento da produtividade. A indústria de energia fluida precisa ser capaz de responder a isso.”

“Há uma demanda crescente por máquinas autônomas e semiautônomas na agricultura, construção e movimentação de materiais”, disse Quinnell. “A agricultura e a movimentação de materiais estão mais à frente neste segmento devido a uma operação mais definida do que os diversos ambientes e tarefas que os equipamentos de construção enfrentam.”

Até agora, em equipamentos de construção, os avanços consistiram principalmente no que Schneidewind descreveu como assistência de automação para funções repetitivas, como retorno à escavação ou retorno à altura para carregadeiras de rodas usadas em aplicações de carregamento de caminhões.

“Isso pode ser feito de forma mais rápida e precisa por meio de uma função automatizada, na qual você apenas clica em um botão depois de definir o limite, e então a caçamba desce rapidamente para a posição necessária enquanto o operador dirige em direção à pilha”, explicou ele.

Possibilitar esse tipo de operação semiautônoma e até mesmo totalmente autônoma em uma máquina requer “eletrônica de alta potência, software avançado e o conhecimento para juntar tudo isso”, afirmou Winter.

"Não basta mais ser um fornecedor de componentes", disse ele. "É preciso entender profundamente as aplicações e ter experiência em sistemas e software."

Foco na Sustentabilidade

Uma segunda macrotendência que afeta a energia fluida móvel, disse Winter, é a sustentabilidade. "A gestão ambiental e o aumento dos custos dos combustíveis estão impulsionando a demanda por sistemas hidráulicos mais eficientes", observou ele, "e acelerando o ritmo da eletrificação".

Os OEMs estão sob pressão para reduzir o consumo de combustível e as emissões, disse Quinnell, o que exige que os sistemas hidráulicos se tornem mais eficientes e integrados com fontes de energia alternativas.

Nova série EDG-OBE de Válvulas Direcionais Compactas Piloto da Bosch Rexroth com eletrônica integrada. (Foto: Bosch Rexroth/Hydraforce)

“O desafio reside no fato de que cada fabricante de equipamentos originais (OEM) – e até mesmo diferentes classes de máquinas dentro do mesmo fabricante – adota uma estratégia única para melhorar a eficiência das máquinas e selecionar fontes de energia alternativas”, continuou. “Para se manter competitiva e atender a essas necessidades diversas, a Husco desenvolveu plataformas de válvulas flexíveis e modulares que podem ser adaptadas para se adequar à estratégia específica de cada fabricante de equipamentos originais (OEM).”

Especificamente em relação à eletrificação, Quinnell citou o crescimento na adoção de sistemas eletro-hidráulicos e totalmente elétricos. "Os fabricantes de equipamentos originais (OEMs) estão integrando controles hidráulicos inteligentes, atuadores eletrificados (em máquinas pequenas e micro) e conjuntos de propulsão a bateria ou híbridos para aumentar a eficiência de combustível e reduzir o impacto ambiental."

Mas mesmo com essa mudança, ele acredita que a hidráulica terá seu lugar. "Embora atuadores totalmente elétricos estejam ganhando força em certas aplicações (principalmente em máquinas pequenas/micro) ou funções específicas em máquinas maiores, a hidráulica continua essencial onde alta densidade de potência e saída de força são necessárias", disse Quinnell.

“A otimização hidráulica é importante para máquinas convencionais, mas também – talvez ainda mais – para máquinas elétricas”, afirmou Winter. “Veja uma escavadeira, por exemplo. O sistema hidráulico desperdiça 70% da potência útil que recebe. Ao reduzir esse número, melhoramos o tempo de operação da máquina e, talvez, reduzamos as baterias necessárias, reduzindo assim o custo e acelerando a adoção de veículos elétricos.”

Na Danfoss, continuamos a desenvolver componentes hidráulicos mais eficientes e a otimizar os componentes existentes, mas hoje a maior alavanca de eficiência está no nível dos sistemas. Há mais variáveis em jogo, e podemos otimizar a operação das máquinas e, consequentemente, o consumo de energia, por meio de software.

Não mutuamente exclusivos

Winter prosseguiu afirmando: "Há um equívoco comum de que sistemas hidráulicos e elétricos são mutuamente exclusivos. Na verdade, eles se complementam em muitos casos.

Por exemplo, embora um sistema de propulsão elétrica possa substituir um sistema de propulsão hidrostática, máquinas fora de estrada de alta potência ainda dependem da hidráulica para sua conversão de potência robusta e eficiente. A eletricidade substituiu a hidráulica em algumas aplicações rotativas e de menor potência, mas é difícil substituir a energia hidráulica linear por soluções eletrificadas econômicas, robustas e compactas.

Eficiência de condução

Winter acredita que o maior impacto que a eletrificação está tendo é na necessidade de grandes melhorias na eficiência do sistema hidráulico.

“Nas máquinas elétricas de primeira geração, os fabricantes de equipamentos originais (OEMs) tendem a substituir o motor de combustão interna por um motor elétrico e baterias, deixando o sistema hidráulico praticamente inalterado. Em muitas aplicações, isso resulta em uma máquina com autonomia inadequada. Em outras palavras, ela não consegue executar um dia inteiro de trabalho com uma única carga”, destacou Winter.

O Controle Digital de Lança HydraForce EHBL com HF-Impulse 2.0 foi projetado para economizar energia e aumentar a precisão com válvulas EHBL, além de otimizar o desenvolvimento e a manutenção com o software de Configuração e Programação HF-Impulse 2.0. (Foto: HydraForce/Bosch Rexroth)

“Para suas máquinas de segunda geração, os OEMs estão se concentrando na otimização do sistema hidráulico, considerando arquiteturas e tecnologias alternativas, como rebaixamento por gravidade, medição independente, sistemas zonais e recuperação de energia”, continuou ele. “Na Danfoss, realizamos diversas conversões de máquinas próprias, incluindo uma carregadeira de rodas e uma retroescavadeira. Também estamos trabalhando em uma escavadeira. Isso nos muniu de experiência prática para orientar os OEMs em suas próprias jornadas, não apenas sobre como eletrificar, mas também como otimizar o sistema hidráulico.”

Portanto, embora Winter reconheça que a eletricidade tomará mais espaço do que a hidráulica a longo prazo, ele também acredita que a hidráulica, por sua vez, tomará espaço das soluções mecânicas em algumas aplicações. "A demanda por hidráulica não cairá a pique tão cedo", garantiu, "então, quem está no setor hoje não precisa se preocupar".

A eficiência também está no cerne do argumento de Schneidewind quando se trata de energia alternativa. "Independentemente de a eletrificação ser o sistema de energia, seja diesel, híbrido, hidrogênio ou outros – o metano, por exemplo, potencialmente nos mercados agrícolas –, tudo se resume à eficiência", afirmou. "A potência que um veículo pode ter é limitada, em termos de espaço para transportar essa energia. Portanto, o sistema hidráulico precisa se tornar mais eficiente na forma como utiliza a energia disponível naquela máquina."

Nova Arquitetura Necessária

Schneidewind prevê que esse aumento de eficiência será alcançado por meio de novas arquiteturas e sistemas hidráulicos. "Isso exigirá menor queda de pressão, técnicas de controle avançadas e a integração de mais componentes eletrônicos e sensores", previu. "Esse será o maior desafio, eu diria, para a indústria: como serão esses sistemas, como serão promovidos e como o cliente integrará esse novo tipo de arquitetura em suas máquinas?"

“Esses serão alguns dos maiores desafios, mas também representam uma oportunidade para as empresas que podem [fornecer] esse tipo de suporte a esses clientes, fazer essas mudanças e demonstrar ganhos de eficiência de 25%, 30%, 40%, 45%”, continuou Schneidewind. “Há muito espaço para que a energia hidráulica e a energia hidráulica móvel se tornem mais eficientes.”

Nota do editor: esta história foi publicada pela primeira vez na edição de abril de 2025 da Power Progress. Aguarde a Parte 2 desta série em uma futura edição da Power Progress.