El concepto hidromecánico, ¿mejora al eléctrico?
(Dpto. Técnico)01/08/2003
¿Inyectoras eléctricas o hidráulicas?
El uso de unidades de accionamiento eléctrico ha aumentado considerablemente en estos últimos años, desafiando el predominio de las unidades de accionamiento hidráulico. La pregunta que se plantea es la siguiente: ¿dónde están las ventajas reales?
Un análisis meticuloso revela que las unidades de accionamiento eléctrico son aproximadamente un 10% más eficientes que las unidades de accionamiento hidráulico modernas, que utilizan motores y bombas de desplazamiento variable de funcionamiento continuo.
Las unidades de accionamiento eléctrico ofrecen la ventaja de no gastar energía cuando no hay una demanda. No obstante, el uso de motores refrigerados por agua más eficientes o unidades de accionamiento de velocidad variable para aplicaciones de ciclo más largo, hace que los sistemas hidráulicos reduzcan considerablemente el consumo de energía.
Por otro lado, una máquina eléctrica deberá utilizar un motor separado para cada eje. Los sistemas hidráulicos, sin embargo, permiten compartir la potencia producida por una combinación de motor-bomba individual. Sin embargo, con un sistema de accionamiento eléctrico, la Hylectric utiliza un sistema hidráulico más pequeño ya que no necesita entregar potencia para la fase de plastificado.
También hay que tener en cuenta que las máquinas eléctricas utilizan dispositivos mecánicos como correas de distribución, cadenas de transmisión o husillos de bolas para convertir el movimiento rotatorio de un sistema eléctrico en un movimiento lineal. Para aplicaciones lineales de carga y velocidad elevadas, el tamaño y el coste de dichos mecanismos se vuelven realmente prohibitivos, mientras que un cilindro hidráulico sencillo de bajo coste puede cumplir sobradamente con estas mismas exigencias y además requerirá un mantenimiento mínimo, un coste más bajo y una velocidad más elevada.
Finalmente, como el almacenamiento de energía eléctrica no es un proyecto económicamente factible, una unidad de accionamiento eléctrico deberá ser lo suficientemente potente como para cumplir con las demandas de valores de cresta para cada función. Frente a esto, el tamaño de un motor bomba hidráulico podrá ser considerablemente reducido gracias al uso de acumuladores.
¿Se ahorra energía?
Como las compañías de servicio público suelen cobrar tarifas más elevadas para consumos de intensidad máxima de energía, las crecientes exigencias de valores de cresta de potencia de los motores eléctricos en aplicaciones de carga elevada, como por ejemplo en los procesos de inyección, pueden representar costes adicionales de energía.
Con la Hylectric, la pequeña diferencia de eficacia energética, comparada con una máquina eléctrica es mayor que la reducción aportada por una productividad aumentada y un menor mantenimiento del molde.
Al detalle
La fase de inyección consiste en un movimiento lineal de carga y velocidad elevadas. Las máquinas eléctricas convierten la rotación del motor en un movimiento lineal mediante diferentes elementos de transmisión. Estos elementos se vuelven muy voluminosos y muy costosos, debido al aumento de las exigencias de potencia. Por esta razón, las unidades eléctricas son más adecuadas para las aplicaciones más pequeñas.
Actualmente, el uso de unidades de accionamiento eléctrico para los procesos de inyección resulta más práctico para tamaños de husillos inferiores a 60 mm con valores de kW moderados (véase el gráfico 1).
Las máquinas eléctricas con tamaños de husillos superiores a 60 mm requieren unidades de accionamiento más costosas (y a menudo del tipo dual).
No obstante, para aplicaciones que requieren una velocidad (>400 mm/s) y una potencia (>75 kW) elevadas, las unidades de accionamiento hidráulico asistidas por acumulador aumentan el rendimiento y la eficacia, al tiempo que reducen la demanda de valores cresta de potencia (Figura 2).
Aproximadamente el cincuenta por ciento del consumo de energía de la máquina es utilizado en el proceso de plastificación de la resina. Se trata de un movimiento rotatorio que requiere un cambio de par poco significativo excepto en lo referente a un pequeño valor de cresta en el momento de la puesta en marcha. Una unidad de accionamiento eléctrico puede realizar esta función de forma económica para diámetros de husillo que no excedan los 135 mm (150 kW aproximadamente). Por encima de este tamaño, sin embargo las unidades de accionamiento eléctrico se vuelven demasiado voluminosas y son menos eficaces a nivel de coste que las unidades de accionamiento hidráulico.
Al utilizar una unidad de accionamiento eléctrico para la plastificación, la máquina Hylectric justifica la mitad del rendimiento energético potencial exigido por las máquinas de funcionamiento totalmente eléctrico.
Todas las máquinas eléctricas utilizan una unidad de cierre de rodillera que requiere que la unidad de accionamiento proporcione un movimiento lineal rápido y una fuerza elevada para el cierre del sistema. No obstante las unidades de cierre de rodillera tienen las siguientes limitaciones:
• Sensibilidad limitada para la protección del molde debido a la aplicación de cierre para tonelaje total en el momento del contacto del molde.
• Se requiere un ajuste de cierre de altura mecánico para los cambios de molde.
• La distribución desigual de la carga debido a la situación de las rodillas provoca una deflexión del plato, y por lo tanto, se deberá aumentar el tonelaje a fin de ejercer una compensación.
• El paralelismo de los platos se ve afectado por la tolerancia establecida en la rodilla y en el ajuste de la columna y por el soporte inadecuado del plato móvil que conduce a una oscilación del plato.
• La carrera máxima está limitada por el tamaño del plato.
En una máquina hidro-mecánica, el cierre de la unidad se realiza mediante un cilindro de carrera corta (1,5 mm) que utiliza poco aceite, y por lo tanto, poca energía.
La carrera separada del cilindro sólo deberá ser lo suficientemente grande como para poder acelerar el plato móvil y superar la fricción. En la máquina Hylectric, la utilización de rodamientos lineales reducirá drásticamente esta fricción así como la necesidad de lubricación. De aquí que haya poca diferencia de consumo de energía entre una carrera realizada por una unidad de accionamiento eléctrico o hidráulico.
Expulsión de la pieza
El movimiento lineal necesario para la expulsión de la pieza suele requerir una fuerza mayor en la etapa inicial. Además, el choque mecánico que suele producirse al final de la carrera puede ser perjudicial para las unidades de accionamiento eléctrico. Por este motivo, ésta es la aplicación típica en la que un cilindro hidráulico constituye la solución más simple y eficaz a nivel económico.
Función de noyos
Al igual que en la fase de expulsión de la pieza, la función de noyos se beneficia de la potencia compartida de una unidad de accionamiento hidráulico. Cuando un molde existente con funciones hidráulicas de noyos es utilizado en una máquina eléctrica, se deberá utilizar una unidad de potencia hidráulica externa o bien los motores deberán ser convertidos en costosos noyos eléctricos.
