¿Qué accionamientos de moldeo ofrecen la mayor flexibilidad y eficiencia energética?

8 de febrero de 2023

10:10

Sabiendo que los movimientos altamente dinámicos pueden ayudar a acortar el tiempo del ciclo y aumentar la calidad de los componentes, Nigel Flowers, director general de Sumitomo (SHI) Demag UK, examina las opciones de accionamiento y su respectivo rendimiento, flexibilidad operativa, credenciales medioambientales y longevidad de la maquinaria.

Impulsando el proceso de moldeo, cada año la brecha entre las máquinas accionadas hidráulicamente y las totalmente eléctricas se cierra un poco más. Tradicionalmente, la mayoría de las máquinas en las plantas de producción eran puramente hidráulicas. Aunque siguen siendo algo común en los talleres de moldes del Reino Unido, en las últimas dos décadas se ha producido un cambio. Esto realmente ha aumentado en los últimos cinco años, y eIMM ahora representa casi el 30% de todas las máquinas nuevas instaladas en el Reino Unido e Irlanda en 2021.

Dicho esto, sigue habiendo un volumen prolífico de máquinas hidráulicas instaladas en el Reino Unido e Irlanda: de las 12.000 máquinas importadas en los últimos 20 años, sólo 2.000 eran totalmente eléctricas. Sin embargo, durante este período ha habido mejoras incrementales, con nuevas tecnologías de propulsión y variantes de estas surgiendo todo el tiempo. Incluyendo transmisiones híbridas, frecuencia variable, servos eléctricos, transmisiones por correa eléctricas, transmisiones directas y más. Algunos tienen inherentemente más hambre de energía que otros.

Impulsando el progreso: nuevas tecnologías de propulsión

El accionamiento de una máquina funciona de forma muy parecida a cualquier caja de cambios, ya que proporciona la transmisión de fuerza. Aunque la ciencia detrás de esta transmisión es siempre la misma (transforma la velocidad de rotación en movimiento lineal), no todas las transmisiones son iguales. Como ilustra la infografía de al lado, su relativa eficiencia ahora significa que los motores totalmente eléctricos tienden a tener la ventaja en el procesamiento.

Hasta hace poco, se consideraba inconcebible igualar la fuerza de movimiento del sistema hidráulico en máquinas de mayor tonelaje. Sin embargo, como muestra de la innovación en la tecnología de accionamiento, las variantes 'servo' que fusionan accionamientos directos totalmente eléctricos con servobombas de alta velocidad ahora se adaptan al rango de fuerza de sujeción media y alta y mejoran aún más la eficiencia energética. Según Sumitomo (SHI) Demag, el lanzamiento de la máquina envasadora PAC-E en K 2022 es un testimonio. Otros campos de aplicaciones incluyen paquetes de fuerza de sujeción media para moldeo de múltiples componentes, LSR y MuCell de espuma física.

Una de las ventajas de procesamiento de los accionamientos eléctricos es la capacidad de controlar el eje lineal con velocidades superiores a 500 mm/s. Por lo general, están controlados por un sistema de control de circuito cerrado ubicado en el controlador de la máquina (software) o en el servoaccionamiento (hardware). La solución de hardware ofrece una ventaja de rendimiento clave, ya que los cálculos de control de posición se realizan en tiempo real en el hardware del servoaccionamiento. Dando como resultado el máximo rendimiento.

La sinergia en el diseño de la unidad es otra diferencia fundamental. Los requisitos para las aplicaciones sectoriales y de procesamiento deben tener en cuenta muchos aspectos diferentes, incluidos los patrones de retención, los cambios rápidos en la aceleración y desaceleración, los tiempos de enfriamiento y la eliminación de componentes. La única constante en el moldeo por inyección es la alta velocidad con aceleración y frenado muy rápidos.

Estas no son unidades disponibles en el mercado. Diseñado por nuestra empresa matriz japonesa y construido exclusivamente para el proceso de moldeo por inyección por expertos verdaderamente dedicados al control de movimiento, nuestro accionamiento de alto par es más reactivo y reduce el riesgo de inercia. En determinadas condiciones, los moldeadores pueden lograr ahorros de energía superiores al 70 % y tiempos de ciclo incluso más rápidos en comparación con el moldeo convencional.

Optimización de todas las condiciones de producción.

En comparación con las máquinas hidráulicas, los accionamientos directos eléctricos sólo consumen electricidad cuando están en funcionamiento. Además, la energía cinética de frenado se puede recuperar mediante tecnología de recuperación.

Esta mayor eficiencia obtenida con los accionamientos directos significa que utilizan considerablemente menos energía que las máquinas hidráulicas: en el caso de IntElect, entre un 40% y un 85% menos que las soluciones convencionales.

La transferencia de calor es otra consideración. Una parte de esta energía eléctrica se utiliza para calentar directamente el barril y derretir la resina. Otro para hacer funcionar el accionamiento de la máquina, los inversores y los motores, que a su vez también genera calor. Todo el calor generado debe dispersarse mediante convección térmica o, en la mayoría de los casos, mediante un sistema de refrigeración activo.

La imagen térmica del accionamiento directo proporciona un buen indicador de cualquier ineficiencia y emisión de calor. En las máquinas IntElect, la refrigeración por aire activa (ventilador) no se activa hasta que el motor alcanza los 55°C. Si no se emite calor en el accionamiento, no se consume energía adicional. Como ilustra este gráfico, la unidad directa IntElect no muestra puntos de acceso.

Además, los sistemas de refrigeración activos ofrecen otra ventaja. Una consideración a la hora de seleccionar el tamaño de la unidad es el ciclo de trabajo, es decir, cuánto funciona el motor en comparación con la recuperación. El enfriamiento activo permite reducir el período de recuperación, lo que a menudo permite seleccionar un motor más pequeño.

Los accionamientos eléctricos también reducen los costes de mantenimiento y las averías. Como resultado de menos componentes mecánicos y menos pasos de proceso, el desgaste es significativamente menor. Como no es necesario cambiar las mangueras hidráulicas ni de aceite, los costes de mantenimiento pueden ser hasta un 50 % más bajos.

El tiempo medio entre fallas (MTBF) es otra métrica KPI valiosa. Además de proporcionar un punto de referencia preciso sobre la disponibilidad de la máquina, estos datos pueden resaltar cuándo las máquinas no están funcionando a la velocidad o calidad del ciclo óptima.

Con menos piezas móviles, el lapso de tiempo entre un fallo y el siguiente es significativamente menor en las máquinas con accionamiento eléctrico. Un estudio reciente sobre máquinas en garantía reveló que la IntElect2 tenía un MTBF promedio de 4,2 años, el doble que una máquina hidráulica equivalente. También se ha demostrado que las llamadas de emergencia y el tiempo dedicado al mantenimiento son menores. Un estudio interno independiente sobre una máquina hidráulica de 130 toneladas necesitó 30 horas de trabajo de servicio, en comparación con sólo seis horas para un modelo totalmente eléctrico de tamaño equivalente.

Finalmente, reemplazar un sistema de transmisión puede resultar costoso. Muchos proveedores de máquinas de moldeo obtienen sus accionamientos totalmente eléctricos de fabricantes de equipos originales (OEM) externos. Esto puede hacer que sea mucho más difícil intercambiar u obtener componentes de reemplazo o acceder al servicio de soporte. Este es otro beneficio de tener nuestro propio centro de I+D dedicado a impulsar el desarrollo exclusivamente para el moldeo por inyección. Tener un diseño de unidad modular significa que los usuarios pueden reemplazar un módulo de alimentación en lugar de gastar miles de dólares en un reemplazo completo de la unidad.

8 de febrero de 2023

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