INYECTORAS 100% ELÉCTRICAS: A MENUDO NO ES LA OPCIÓN MÁS EFICIENTE
Las máquinas de moldeo por inyección están disponibles con diferentes conceptos de accionamiento. Algunas series económicas todavía están equipadas con control electrohidráulico de presión y flujo. Sin embargo, los accionamientos de bombas servohidráulicas, las máquinas totalmente eléctricas o una combinación de ambos, las llamadas máquinas híbridas, son mucho más eficientes.
A menudo se supone que las máquinas totalmente eléctricas son las más eficientes de las mencionadas. Sin embargo, Dr.BOY no puede confirmarlo en términos generales, porque los accionamientos de bombas servohidráulicas ofrecen ventajas significativas frente a las máquinas totalmente eléctricas, también en términos de energía, especialmente en el rango de fuerza de cierre más bajo. Con este artículo queremos centrarnos en las diferencias energéticas entre los conceptos de accionamiento servohidráulico y electromecánico para crear una conciencia diferenciada de las respectivas ventajas.
La producción energéticamente eficiente desempeña desde hace mucho tiempo un papel importante en Dr.BOY. En BOY se introdujeron accionamientos de bombas servohidráulicas para todas las máquinas de la serie E en 2008, seguido de otras opciones de ahorro de energía como EconPlast® y EconFluid.
Además, todas las máquinas de la serie E están equipadas con un monitor de energía que, junto con la herramienta de análisis energético (Figura 1), ayuda al usuario a configurar su máquina de la mejor manera posible en términos de eficiencia energética. Sin saber cuál es el consumo actual en todo el proceso y qué pasos de este tienen la mayor influencia, es difícil optimizar el proceso en consecuencia.
Sin embargo, antes de ver un ejemplo de aplicación específico, primero es necesario observar cómo se compensa el consumo total de energía de una máquina de moldeo por inyección tanto para una máquina servohidráulica como para una totalmente eléctrica (Tabla 1).
Figura 1: Herramienta de análisis energético en todas las máquinas BOY de la serie E.
Tabla 1: Variables que influyen en el tiempo y en el proceso
Variables que influyen en función del tiempo:
En cuanto a las variables que influyen en función del tiempo, en una aplicación de un componente se puede suponer en ambos casos (servohidráulico o totalmente eléctrico) que ambos tipos de máquina funcionarán con un solo control. Las primeras diferencias se hacen evidentes en la cantidad de convertidores necesarios, porque cada servoaccionamiento requiere el suyo propio (ver Figura 2).
Por lo tanto, en una máquina servohidráulica normalmente con un solo accionamiento, sólo se necesita un convertidor, ya que todos los movimientos de desplazamiento (movimiento axial del husillo, movimiento giratorio del husillo, movimiento de la unidad de inyección, movimiento de la unidad de cierre, carrera del expulsor y, en caso necesario, extracción de núcleos) se ejecutan con esto.
Las mediciones han demostrado que un convertidor de este tipo tiene una carga base de aproximadamente 100/150W. En las máquinas totalmente eléctricas, cada eje de movimiento necesita su propio accionamiento y, por tanto, su propio convertidor. Esto significa que para una máquina estándar (sin opciones como extracción de núcleos) se requieren cinco convertidores para las funciones básicas mencionadas anteriormente, que están asociadas con una carga base de 500/750W en total. Si la máquina también está equipada con extractores de los núcleos, será necesario agregar convertidores adicionales.
Figura 2: Número mínimo requerido de convertidores para máquinas de moldeo por inyección servohidráulicas (1ª imagen) o totalmente eléctricas (2ª imagen).
Variables que influyen en función del proceso:
Hay que tener en cuenta que los factores que influyen en función del proceso también influyen significativamente en el consumo total. En ambos casos, la energía se transfiere al plástico mediante elementos calefactores (bandas calefactoras) y fricción. Esto es básicamente independiente del concepto de accionamiento, pero al utilizar EconPlast®, BOY ofrece la posibilidad de reducir al mínimo el consumo de energía en comparación con los barriles convencionales. En ambos casos se necesita energía para desarrollar la fuerza de sujeción. Si se compara el sistema de palanca articulada de una máquina de moldeo por inyección totalmente eléctrica con el sistema de sujeción de BOY, no hay una diferencia significativa en términos de energía a la hora de mantener la fuerza de sujeción, ya que ambos sistemas mantienen la fuerza de sujeción sin suministro activo de energía y por lo tanto son pasivos.
En cuanto a los movimientos de marcha de la máquina (lineal y giratorio), existen diferencias energéticas entre ambos conceptos de accionamiento. La figura 3 muestra el flujo de energía desde la energía eléctrica hasta los movimientos giratorios o lineales para conceptos de accionamiento totalmente eléctricos y servohidráulicos. Debido a las mayores pérdidas de conversión en las máquinas servohidráulicas, un accionamiento electromecánico tiene aquí la ventaja.
Figura 3: Comparación del flujo de energía y la eficiencia (η) de máquinas servohidráulicas y totalmente eléctricas.
Conclusión preliminar:
Las máquinas servohidráulicas provocan una carga base menor en comparación con las máquinas totalmente eléctricas. Las máquinas totalmente eléctricas, por otro lado, tienen una mejor eficiencia (η) al convertir energía eléctrica en cinética. Cuál de estas dos influencias predomina depende en gran medida del proceso o del artículo a fabricar.
Ejemplo de aplicación:
Para trasladar esto a un ejemplo concreto se puede utilizar la herramienta de análisis energético (Figura 1) mencionada al principio. Con la herramienta de análisis energético se desglosan las necesidades energéticas del servoaccionamiento relacionadas con el proceso en los distintos pasos del proceso de un ciclo. La herramienta ofrece la posibilidad de determinar una referencia en un proceso constante durante diez ciclos para optimizar el proceso en base a ella. Por ejemplo, la figura 1 muestra que en este ejemplo de aplicación (peso de la inyección 12,5 g) hay un requerimiento total de energía de 1,91 Wh/ciclo. Este consta de 0,71Wh (dosificación) y 1,2Wh (suma de movimientos lineales).
Potencial de ahorro gracias a una mayor eficiencia:
Dosificación
Movimientos liniales
Según las eficiencias de la Figura 3, sería posible un ahorro potencial de 0,45 Wh por ciclo (23,6%) si se cambiara a una máquina totalmente eléctrica. Con un consumo de energía (Figura 1) de 0,45 kW, esto corresponde a un posible ahorro de energía de 0,106 kW. Si ahora se compara el consumo total de energía de los dos tipos de máquinas, la siguiente tabla muestra los resultados:
Para rendimientos de material bajos a medios, las máquinas de moldeo por inyección servo-hidráulicas son más eficientes:
Numerosas mediciones han demostrado que en los tipos de máquinas BOY 25 E/BOY 35 E no es raro un consumo total de energía de 1000/1200 W. Por lo tanto, las suposiciones formuladas pueden considerarse realistas. En procesos con un rendimiento de material bajo a medio, en máquinas totalmente eléctricas predomina la carga base independiente del proceso. En cuanto al equilibrio general, las máquinas servohidráulicas tienen una clara ventaja. Esto se puede mejorar aún más utilizando aceite hidráulico EconFluid y cilindros plastificantes EconPlast®.
Ventajas de los motores de plastificación eléctricos para un alto rendimiento de material:
Sin embargo, si se consideran procesos con un rendimiento de material muy alto, la influencia de la carga base se vuelve cada vez menos importante y, en particular, la energía utilizada para el proceso de plastificación aumenta progresivamente. Debido a su mayor eficiencia, los motores eléctricos de plastificación tienen una ventaja para este paso del proceso. Para solucionar este problema, BOY también ofrece motores de plastificación eléctricos, de modo que las ventajas de ambos conceptos de accionamiento se pueden combinar en las llamadas máquinas híbridas. Esto es especialmente útil si el proceso de plastificación determina el tiempo del ciclo, ya que éste puede realizarse en paralelo a todos los demás movimientos de desplazamiento.
Conclusión:
Que la elección de un concepto u otro tenga más sentido desde el punto de vista energético siempre dependerá del proceso. Se puede refutar claramente la afirmación generalizada de que uno de los dos conceptos de propulsión es fundamentalmente mejor. Por lo tanto, las máquinas servohidráulicas ofrecen ventajas energéticas muy claras sobre las máquinas totalmente eléctricas para rendimientos de material bajos a medios. Este suele ser el caso, especialmente en el rango de fuerzas de sujeción de hasta 1250 kN. Sin embargo, para altos rendimientos de material, el uso de máquinas híbridas (máquina básica servohidráulica en combinación con un motor de plastificación eléctrico) es una configuración de máquina extremadamente económica y energéticamente eficiente.
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