La industria del moldeo por inyección muestra lo valiosos que pueden ser los motores de frecuencia variable para reducir los costos y cumplir con las normas ambientales.
En el actual panorama de la fabricación, las empresas y sus instalaciones se enfrentan a enormes presiones para aumentar la eficiencia operativa y reducir al mismo tiempo su huella de carbono. Sintiendo el calor tanto de las cada vez más estrictas regulaciones gubernamentales de energía como de los clientes que buscan menores gastos de operación, las instalaciones manufactureras de todas las industrias demandan soluciones de administración de energía cada vez más eficientes.
Las regulaciones han afectado a las instalaciones hasta el nivel del motor, y la tecnología de accionamiento de velocidad variable (VSD) se ha aplicado a lo largo de los años para ayudar a los sistemas de energía como las máquinas de moldeo por inyección a funcionar más eficientemente. La industria del moldeo por inyección ha servido como punto de partida para aplicar soluciones VSD en combinación con las bombas hidráulicas tradicionales de desplazamiento fijo y variable, que permiten a los clientes obtener un mayor control a lo largo del ciclo de trabajo .
Integración hidráulica y eléctrica
La tecnología de servoaccionamiento eléctrico ha estado haciendo incursiones durante algún tiempo, penetrando en la automatización de fábricas debido a la eficiencia energética percibida, la respuesta más rápida y la mejor precisión y repetibilidad. Sin embargo, los costos de las máquinas de moldeo por inyección eléctrica fueron sustancialmente más altos que los de las máquinas de moldeo por inyección hidráulica, comenzando con un 40% más para la compra inicial de una máquina eléctrica en comparación con las máquinas de moldeo por inyección hidráulica similares.
Al combinar la asequibilidad y la utilidad de las máquinas de moldeo por inyección hidráulica y el ahorro de energía de las máquinas eléctricas, la hidráulica puede añadir a la propuesta de valor de las tecnologías electrónicas. Añadir una VSD proporciona una mayor ventaja, en comparación con sólo aumentar la eficiencia del motor, y abre posibilidades en el lado del sistema hidráulico a través de bombas más baratas de velocidad fija que funcionan de manera más eficiente.
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Los VSD suavizan la energía eléctrica entrante para aumentar aún más la eficiencia del motor. Los sistemas de VSD regulan el flujo cambiando la velocidad del eje, por lo que no es necesario estrangular las válvulas en la mayoría de las aplicaciones. La reducción de la pérdida de aceleración es la principal razón de la mayor eficiencia de los sistemas de VSD. Una pequeña parte del ahorro de energía también proviene de la mejora de la eficiencia del motor eléctrico.
En general, se puede lograr un ahorro de energía de hasta el 70% (dependiendo del ciclo de trabajo) con las bombas VSD en comparación con las bombas convencionales. Las bombas VSD también proporcionan una reducción significativa del sonido, ya que el motor y las velocidades de la bomba cambian a lo largo del ciclo de trabajo en lugar de mantener una velocidad constante.
Con una VSD, una bomba de paletas de desplazamiento fijo probada se hace significativamente más eficiente, permitiendo a los fabricantes comprar una bomba menos costosa para lograr los mismos resultados.
La tecnología VSD en algunas aplicaciones utiliza motores eléctricos de servo rendimiento para controlar la velocidad del flujo hidráulico instantáneo a través de las velocidades del eje de la motobomba. El resultado es una unidad de bomba de potencia bajo demanda que está libre de las pérdidas de aceleración que típicamente explican la pérdida significativa de potencia. La dinámica de los servomotores también permite el control del movimiento hidráulico en bucle cerrado, simplificando así el diseño de la arquitectura del sistema .
Impulsando la eficiencia de la fabricación
La manufactura está enfrentando cambios, y las compañías necesitan adaptarse a las nuevas regulaciones gubernamentales. Con las nuevas normas energéticas iniciadas en Europa e implementadas en todo el mundo en los últimos años, no sólo es más rentable aumentar la eficiencia de los motores, sino que también es frecuentemente requerido por la ley. Los reglamentos gubernamentales están exigiendo una mayor eficiencia a nivel de los motores eléctricos, y a veces un motor eléctrico más eficiente no es suficiente. Un nuevo motor debe ser un 2% más eficiente que los modelos anteriores. Aunque eso suena pequeño, considere esto: Si cada motor eléctrico puede ser un 2% más eficiente, esto puede eliminar la necesidad a largo plazo de crear más instalaciones de producción de energía.
En todo el proceso de fabricación, se desperdicia energía debido a la ineficiencia de los equipos y a las limitaciones mecánicas y térmicas. La optimización de la eficiencia de estos sistemas puede dar lugar a importantes ahorros de energía y de costes.
Abrazando la presión del mercado
Los fabricantes están tratando de adaptar las máquinas existentes para mejorar la eficiencia, tanto para cumplir con las regulaciones como para reducir los costos, dejando a los propietarios y operadores de las fábricas dos opciones:
La combinación de estos dos añadiendo un VSD a un motor eléctrico mejorado ofrece una mayor ventaja y abre realmente las posibilidades del sistema hidráulico Ahora es posible hacer cosas que nunca antes se habían podido hacer con una bomba de velocidad fija.
Los VSD combinados con bombas hidráulicas presentan una solución de control que aprovecha lo mejor de la tecnología de control eléctrico e hidráulico. Las soluciones de las bombas VSD proporcionan una potencia a demanda que produce un ahorro de energía sustancial, a la vez que proporcionan la capacidad necesaria para los procesos más exigentes. Las mejoras de las VSD han hecho que las bombas hidráulicas menos costosas sean más atractivas para la industria del moldeo por inyección. La hidráulica ha proporcionado durante mucho tiempo una velocidad superior, pero ahora también puede proporcionar un ahorro de energía sustancial.
Los VSD permiten que los sistemas de bombeo funcionen más rápido que las típicas 1.500 rpm (rotaciones por minuto) o 1.800 rpm. El resultado es un servicio más eficiente, un desplazamiento de la bomba potencialmente reducido y una reducción de la huella del sistema en general. El aumento de la eficiencia es especialmente importante dada la normativa europea sobre eficiencia de los motores que entrará en vigor en 2015.
Según el Reglamento Nº 640/2009 de la Comisión Europea por el que se aplica la Directiva 2005/32/CE, en lo que respecta a los requisitos de diseño ecológico de los motores eléctricos, todos los motores con una potencia de 0,75 a 375 kW deben cumplir los niveles internacionales de eficiencia tres (IE3), o al menos cumplir los niveles de eficiencia IE2 cuando estén equipados con un VSD. De hecho, para quienes necesiten un motor de velocidad constante, la VSD con un motor EC2 (eficiencia IE2) puede resultar una excelente alternativa a un motor EC3 (eficiencia IE3) de mayor eficiencia pero más caro.
Aplicando el éxito
El equipo de moldeo por inyección ha tenido éxito con el modelo VSD, pero otros procesos de fabricación que experimentan el tiempo de permanencia durante la fabricación también podrían beneficiarse. Las máquinas herramientas, el equipo de prensado y la fundición a presión son sólo algunos ejemplos. Este modelo de VFD puede sumar un mercado de mil millones de dólares para las máquinas que podrían utilizar esta tecnología.
Hoy en día se buscan sinergias entre la hidráulica y la electricidad en toda una gama de industrias, y se adoptan las tecnologías cambiantes que aportan eficiencia. Mirar el diseño completo de la máquina, en lugar de los componentes individuales, permite que la maquinaria de toda la industria manufacturera se beneficie de las nuevas soluciones. Los fabricantes buscan con frecuencia soluciones de adaptación para ayudar a que los equipos más antiguos funcionen de forma más eficiente, y un variador de velocidad es una forma de mejorarlo.
Lyle Meyer es el gerente de productos de la unidad de negocios de Eaton Industrial Drives.
En resumen:
PALABRAS CLAVE:
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10 beneficios de usar los variadores de velocidad
Los variadores de velocidad se pueden utilizar en la mayoría de las aplicaciones en las que los motores accionan equipos mecánicos. Los accionamientos proporcionan un control eléctrico preciso del motor, permitiendo que las velocidades del motor suban y bajen o se mantengan a la velocidad requerida. La ventaja obvia es que el motor y el variador utilizan sólo la cantidad de energía necesaria, en lugar de que el motor funcione a una velocidad fija.
Tendencias y soluciones de VFD para sistemas de accionamiento
El aumento de las instalaciones de unidades de frecuencia variable (VFD) en todo el mundo ha hecho que las unidades se apliquen en entornos de sistemas más desafiantes. No sólo el entorno es desafiante, sino que las unidades también tienen algunos problemas heredados que pueden limitar el rendimiento general del sistema.
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