Servomotores vs variadores de frecuencia

La ingeniería Itoplas ha diseñado unos kits servomotor para instalar en máquinas de inyección en uso y ahorrar hasta un 80% de energía. En este artículo se presenta una comparativa entre esos kits y los ya conocidos variadores de frecuencia, con el fin de demostrar la rentabilidad que los kits iSAVE pueden aportar al sector de la transformación de plástico para mejorar su competitividad con una inversión que se amortiza en un tiempo muy corto.

El variador se encarga de modificar la frecuencia sobre un motor estándar que no está preparado para ello. Estos motores tienen inercias y consumos muy elevados para hacer aceleraciones y desaceleraciones. El diseño de los motores estándar está hecho para que trabaje como volante de inercia. Es decir, cuesta acelerarlo y desacelerarlo para conseguir una velocidad estable cuando está en permanentes RPM que son las prestaciones para las que se diseñan. Al acelerar y desacelerar un motor estándar se produce deslizamiento. Esto significa que en aceleración necesita un aporte de energía mayor y en desaceleración necesita poder disipar más energía.

El rotor (al ser de láminas de hierro dulce) tiene que inducirse la magnetización y el entrehierro depende mucho del material del rotor. En cambio, los rotores de los servomotores son más largos y de un diámetro menor para evitar en lo máximo posible el efecto volante de inercia, y así poder acelerar y desacelerar rápidamente, también constan de la instalación de imanes permanentes de alta eficiencia. Al tener estas características el rotor, consigue los efectos de bajo deslizamiento y menos tiempo de aceleración y desaceleración, razones básicas para trabajar en anillo cerrado y satisfacer las respuestas a un ciclo de inyección eficaz.

Con un variador no se eliminan proporcionales y no trabajan en anillo cerrado. Los servomotores trabajan en PID (anillo cerrado) permitiendo anular las proporcionales y aumentando la precisión en los movimientos independientemente de las condiciones del aceite (viscosidad, temperatura…).

La eficacia del variador está en parar el motor con rampas muy lentas y tiempos largos. En máquinas de inyección de plástico no se pueden permitir tantos tiempos de aceleración y desaceleración en los movimientos, puesto que los cambios son muy rápidos y la inercia del motor estándar controlado por el variador, no sigue las aceleraciones y desaceleraciones lo suficientemente rápidas para responder a un ciclo normal de inyección. La utilización de los variadores únicamente tiene sentido si el tiempo de enfriamiento es lo suficientemente largo. El servomotor, en cambio, es eficaz en todos los movimientos de la máquina.

Un motor estándar controlado por variador bombea sobrante de aceite. Luego necesita un bloque de proporcionales para ajustarse a las demandas de la máquina con una respuesta eficiente. Por el contrario, en un servomotor, todo el aceite que se bombea, es para usarlo en el movimiento y como hemos comentado no requiere de ese bloque de proporcionales. Todo ello significa que no hay aceite en exceso que se deba desalojar a tanque. Este aceite está a alta presión y el hecho de evitar este desalojo provoca que no se caliente y se evite la laminación. Se reducen así significativamente los costes de mantenimiento tanto por deterioro de aceite como por mantenimiento de juntas, retenes y por los elementos del bloque de proporcionales. Elementos que normalmente tiene un coste de mantenimiento significativo.

Por otro lado, el servo tiene un control muy preciso sobre el ángulo de giro (se controlan las décimas de grado). Esto le permite tener un control exacto sobre la velocidad de giro.

También hay que tener en cuenta que los motores estándar necesitan unas RPM mínimas para mantener su torque. De hecho, cuando se bajan las RPM aumenta la pérdida de fuerza, aunque con los variadores de frecuencia vectoriales esto se puede compensar en cierto modo. En un servomotor, en cambio, los imanes permanentes en el rotor aseguran la eficacia de la potencia en todo momento y en todas las etapas de las RPM de cero a máximas.

Hace unos años los variadores eran una alternativa a tener en cuenta para el ahorro energético, pero con las prestaciones de los servomotores han quedado desfasados. Además, con el abaratamiento de los servomotores ya ni siquiera son una inversión económicamente atractiva.

Los motores estándares a los que se aplica un variador, consumen mucha energía en vacío (sin carga). El servomotor sólo consume por el aceite que bombea. Es decir, el servomotor podría estar manteniendo una muy alta presión con un consumo casi nulo (compensar las fugas del circuito hidráulico).

El ahorro en los servomotores se consigue por varias vías:

• No bombean aceite innecesario para los movimientos.

• No deterioran el aceite ni los elementos hidráulicos.

• No calientan el aceite, es decir, se logra un ahorro calorífico importante que también se debe tener muy presente.

• No hay mantenimiento del bloque de los proporcionales porque se anula (no hay proporcionales).

En el caso concreto de los servomotores Itoplas, destaca el hecho de que pueden trabajar en red. El sistema iSAVE aplica la tecnología de comunicación y control sin sistemas analógicos de mando y control, sólo mediante comunicación digital para ser mucho más eficiente. La ingeniería Itoplas, que desarrolla su propia tecnología, ofrece su propio control electrónico para instalar en máquinas de inyección de plástico. Los kits iSAVE incorporan una tarjeta electrónica con tecnología Itoplas para optimizar el trabajo de los servomotores en red, aprovechando la experiencia de los ingenieros de la empresa en la aplicación de la tecnología servomotor a las inyectoras.