Los accionamientos de bomba de velocidad variable ahorran energía, reducen el ruido y el calor

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El uso de accionamientos eléctricos de velocidad variable para accionar bombas hidráulicas continúa creciendo con el desarrollo de controles de alta velocidad, motores de respuesta rápida y software mejorado que acciona y responde a estas combinaciones de motor y bomba para que coincidan con las impulsadas por electrohidráulicos. válvulas o sistemas de control sistema controlado. Bomba de caudal variable, al mismo tiempo que reduce el consumo de energía.

Tradicionalmente, los motores de inducción de CA de velocidad constante se han utilizado para accionar bombas en sistemas hidráulicos estacionarios, donde la potencia hidráulica se controla mediante válvulas reguladoras de flujo y presión o bombas de desplazamiento variable. Sin embargo, los motores en funcionamiento continuo pueden consumir hasta el 50 % de la corriente a plena carga incluso cuando el sistema no está bajo carga. Además, las bombas y los motores de las unidades de energía hidráulica (HPU) convencionales suelen estar sobredimensionados para cumplir con los requisitos máximos del ciclo de trabajo. Por el contrario, los variadores de frecuencia o servoaccionamientos pueden administrar de manera más eficiente el par operativo y la velocidad de un motor eléctrico. En lugar de funcionar continuamente a toda velocidad, el motor solo gira lo suficientemente rápido para satisfacer las demandas del sistema en un momento dado.

Los sistemas hidráulicos con variadores de velocidad combinan las ventajas potentes y densas de potencia de los sistemas hidráulicos con la inteligencia y la facilidad de integración en los sistemas automatizados que ofrecen los variadores eléctricos. La eficiencia energética mejora porque la velocidad de la bomba se ajusta fácilmente a la demanda de flujo y el motor no funciona continuamente a alta velocidad independientemente de la carga. También se reduce el ruido, especialmente durante el funcionamiento cuando la demanda de caudal de la bomba está por debajo del máximo. Cambiar la velocidad de la bomba cambia el índice de flujo, haciendo coincidir así la potencia hidráulica suministrada con la cantidad exacta requerida en cualquier punto del ciclo de trabajo de la máquina, ya sea durante el funcionamiento, en espera o mientras mantiene la presión. Además, debido a que estos sistemas generalmente requieren menos aceite, requieren un tanque más pequeño, lo que reduce el espacio ocupado por la máquina.

Si bien los accionamientos de velocidad variable a menudo se combinan con bombas de desplazamiento fijo, la combinación de un accionamiento de velocidad variable con una bomba de desplazamiento variable puede proporcionar beneficios adicionales en muchas aplicaciones.»Al combinar una transmisión eléctrica de velocidad variable con una transmisión hidrostática de desplazamiento variable, podemos reducir significativamente el tamaño del motor, lo que a su vez reduce los costos de instalación y las pérdidas eléctricas parásitas», dijo Rashid Aidun, ingeniero de aplicaciones del equipo de VAS en Parker Hannifin.

Paul Stavrou, gerente de aplicaciones de sistemas de Bosch Rexroth, agregó: «La combinación de una bomba de desplazamiento variable de alta respuesta con un motor de inducción controlado por VFD permite una mayor eficiencia y una mayor respuesta del sistema que con un dispositivo de velocidad variable solo».“El uso de una bomba de pistón de desplazamiento variable permite ajustar la presión, el desplazamiento de la bomba y la velocidad del motor (par y velocidad) al punto óptimo de operación, minimizando las pérdidas eléctricas, hidráulicas y mecánicas”.

En muchos casos, los impulsores de bomba de velocidad variable se utilizan para accionar motores hidráulicos en aplicaciones como equipos móviles o de manejo de materiales. Sin embargo, ofrecen los mismos beneficios cuando se utilizan para accionar actuadores. Los actuadores electrohidráulicos (EHA) combinan lo mejor de las tecnologías electromecánicas y electrohidráulicas para convertir la energía eléctrica en hidráulica y mecánica. Los EHA son atractivos en aplicaciones como las máquinas herramienta porque los actuadores consumen energía solo cuando el sistema la necesita. También eliminan la necesidad de gestión térmica y cambios de aceite y filtro.

Las ventajas de los impulsores de bomba de velocidad variable se ven recompensados ​​en aplicaciones que incluyen equipos de mecanizado y conformado de metales, maquinaria de plástico y caucho, máquinas de fundición a presión, maquinaria de pulpa y papel, bancos de pruebas hidráulicas, equipos de manejo de materiales y muchas otras aplicaciones industriales.

A continuación se muestra un resumen de los principales sistemas y variadores de velocidad disponibles actualmente:

El sistema de accionamiento Sytronix FcP de Bosch Rexroth consta de un motor de inducción, una bomba hidráulica y un variador electrónico de frecuencia como componentes.

bosch-rexroth , Charlotte, Carolina del Norte, los funcionarios dicen que Impulsor de bomba de velocidad variable Sytronix Ayuda a reducir el consumo de energía y el ruido de funcionamiento. Combinan dos de las tecnologías comprobadas de la compañía para brindar la confiabilidad de un poderoso sistema hidráulico con la eficiencia energética y la potencia de una tecnología de transmisión eléctrica compacta. La inteligencia de control hidráulico está integrada directamente en el accionamiento eléctrico para adaptar el par motor a los requisitos de presión y caudal de la máquina. Si el sistema no requiere toda la potencia, el sistema de control reduce automáticamente el par motor de la bomba, lo que reduce el consumo de energía y los niveles de ruido. Las aplicaciones prácticas han demostrado ahorros de energía de hasta un 80 % con los sistemas Sytronix.

El sistema de accionamiento Sytronix FcP de Bosch Rexroth es la primera opción para centrales eléctricas de voltaje constante en el rango de baja potencia. Incluyen un motor de inducción, una bomba hidráulica y un variador de frecuencia electrónico EFC como componentes. El FcP opera en el rango de potencia más bajo consistente con la bomba de engranajes internos PGF. En los rangos de presión y potencia más altos, el FcP puede utilizar la gama de bombas de engranajes internos PGH de la empresa o sus bombas de pistones axiales A10 o A4. El uso de bombas de desplazamiento variable reduce el par y la carga del motor eléctrico, especialmente en el rango de alta potencia, por lo que se pueden usar tamaños de accionamiento más pequeños.

El sistema de accionamiento Sytronix DRn de la compañía es adecuado para aplicaciones de centrales eléctricas de voltaje constante en el rango de potencia media a alta. El sistema DRn consta de un módulo de bomba de accionamiento con un motor asíncrono y un convertidor de frecuencia como unidad de control. El sistema de control de presión DRn está programado para monitorear la demanda de carga y ajustar automáticamente la velocidad a presión constante.

El sistema llave en mano de Green Hydraulic Power cuenta con una servobomba Siemens Sinamics basada en un variador de velocidad que alimenta un motor eléctrico acoplado a una bomba de engranajes interna.

Ingeniería MJC , Huntington Beach, CA, ha creado una solución llave en mano que incluye integración de sistemas, ingeniería, tecnología de software y programación bajo la etiqueta Green Hydraulic Power (GHP). El sistema utiliza Siemens Sinamics El variador de velocidad acciona la bomba hidráulica de engranajes internos. MJC reclama un 70 % menos de energía y 20 dB menos de ruido que los sistemas hidráulicos tradicionalesUna, menos generación de calor, menores requisitos de refrigeración, menos volumen de aceite y una huella más pequeña.

MJC es un fabricante de máquinas herramienta personalizadas que siempre busca formas de mejorar la eficiencia energética de sus máquinas herramienta. La empresa recurrió a su antiguo proveedor de automatización, Siemens, para que le ayudara a diseñar una nueva unidad de energía hidráulica.»Estamos viendo servobombas que pueden controlar la presión y el flujo y convertir con precisión la energía eléctrica en energía hidráulica», dijo Carl Lorentzen, presidente de MJC.“En algunos casos, se elimina total o parcialmente el uso de válvulas de control”. Lorentzen luego estableció Green Hydraulic Power, Inc. como un negocio independiente y ahora ofrece la unidad para la integración OEM con otros fabricantes de máquinas. La serie GHP está disponible en dos versiones: una con motor asíncrono VFD y bomba de engranajes internos, y la otra con servoconvertidor, servomotor síncrono y bomba de engranajes internos.

Las bombas controladas por accionamiento (DCP) de Parker y los motores síncronos de la serie GVM se utilizan junto con los accionamientos de velocidad variable AC30 para proporcionar un nivel excepcional de control, desde simples bombas y ventiladores de circuito abierto hasta aplicaciones de línea de proceso de circuito cerrado.

Corporación Parker Hannifin , Cleveland ofrece su tecnología Drive Controlled Pump (DCP) a través de su división Hydraulic Pumps and Power Systems con sede en Columbus, Ohio. DCP proporciona un enfoque sinérgico para integrar unidades de energía hidráulica, accionamientos electrónicos, motores eléctricos y bombas hidráulicas para cumplir con todos los requisitos de carga local dentro del sistema hidráulico. La línea de productos integra una unidad de accionamiento de CA que incluye variadores de frecuencia y electrónica, así como motores de inducción o servo, combinados con bombas de paletas o de pistones axiales o una combinación de las dos tecnologías.

Parker también ofrece soluciones DCP totalmente personalizadas que pueden incorporar una variedad de tecnologías de motor, desde motores de inducción hasta servomotores, y funcionan con las numerosas tecnologías de bombas hidráulicas de la empresa, incluidas bombas de paletas, helicoidales y de pistones axiales. Los algoritmos de control personalizados y probados en campo de Parker administran el par operativo y la velocidad del motor eléctrico para producir la presión y el flujo precisos y variables requeridos en cualquier punto dado de la máquina o del ciclo de trabajo.

Para proporcionar los beneficios combinados de la velocidad variable y el desplazamiento variable en un paquete más simple, Parker ofrece una versión de su bomba de pistón axial PVplus, una bomba de desplazamiento doble que se puede operar entre dos configuraciones continuamente ajustables. Cuando se combina con variadores de velocidad, sus ventajas incluyen costos reducidos de adquisición de motores y convertidores de frecuencia, altas presiones de operación, alta productividad y alta eficiencia energética.

Kyntronics ha desarrollado este actuador electrohidráulico, un componente modular autónomo que contiene un sistema hidráulico completo. La potencia se transmite mediante un motor de velocidad variable y controles que impulsan la bomba hidráulica de engranajes, mientras que los sensores integrados proporcionan control de posición y fuerza de circuito cerrado.

jingchuang , Eastlake, Ohio, desarrolló un actuador modular autónomo que no solo impulsa una bomba hidráulica con un motor de velocidad variable, sino que también incorpora compensación de volumen para calcular el volumen del vástago del pistón. Al emplear una tecnología llamada actuación electrohidráulica (EHA), combina la mayoría de las ventajas de los accionamientos hidráulicos y electromecánicos sin muchas de las desventajas.

EHA normalmente integra cilindros hidráulicos con controladores, motores, bombas, tanques y colectores de control en una única solución. Las soluciones de Kyntronics combinan accionamientos, servomotores, colectores y cilindros en un solo paquete. Un elemento clave del EHA de Kyntronics es el mecanismo de compensación del volumen del vástago, que compensa la diferencia de volumen entre el vástago del cilindro y los volúmenes de la tapa del extremo a medida que el vástago se extiende y se retrae.

El sistema modular comienza con un servomotor bidireccional de CA o CC que acciona la bomba de engranajes. Esto elimina la necesidad de una válvula direccional proporcional, ya que el motor controla el flujo y la dirección. Una característica beneficiosa es la forma en que el sistema tiene en cuenta la diferencia de volumen entre la culata y el extremo del vástago. Para compensar esta diferencia, el cilindro hidráulico incluye un cilindro externo de baja presión que forma una cámara entre los dos cilindros. Esta cámara contiene espuma comprimible que cumple el mismo propósito que un acumulador en los sistemas convencionales, pero la espuma no requiere imprimación inicial ni mantenimiento.

La bomba de pistón de desplazamiento variable PVM de Eaton (izquierda) y los variadores de frecuencia de la serie PowerXL DG1 crean un sistema que puede cumplir con los requisitos de carga precisos en cualquier punto del ciclo de trabajo.

Corporación Eaton , Eden Prairie, Minnesota, destaca el ahorro de energía de sus soluciones de bombas de accionamiento de velocidad variable para equipos en las industrias de construcción de maquinaria, fabricación, petróleo y gas y maquinaria. Una solución completa puede incluir una o más bombas de pistón de desplazamiento variable PVM o Hydrokraft de Eaton, o bombas de paletas de desplazamiento fijo VMQ. Cuando se combina con el control inteligente de los variadores universales PowerXL DG1 de velocidad variable de Eaton o los variadores de alto rendimiento SPX 9000, el sistema puede cumplir con los requisitos de carga precisos del ciclo de trabajo.

Una gran ventaja del sistema es el ahorro de energía de hasta un 70%. En lugar de funcionar a una velocidad constante, reducir la velocidad o detener la máquina cuando el ciclo de trabajo lo permita, la bomba de accionamiento de velocidad variable se puede controlar con precisión para que coincida con los requisitos de carga del ciclo de trabajo actual mediante un control inteligente. Una operación más silenciosa es otra ventaja, ya que reducir la velocidad o apagar la máquina cuando no se necesita puede reducir significativamente el ruido. Esto ayuda a proteger la audición del operador y cumplir con las normas de ruido más estrictas. Debido a que las máquinas más eficientes generan menos calor, los fabricantes pueden reducir el tamaño o eliminar los enfriadores de aceite alimentados por bombas de velocidad variable.

También reducen la cantidad de aceite hidráulico requerido, lo que permite el uso de depósitos más pequeños y ayuda a prolongar la vida útil del sello y del aceite. Las bombas también se pueden reducir para reducir costos. Debido a que el sistema puede operar a velocidades más altas, el desplazamiento de la bomba se puede reducir sin reducir el flujo. Todos estos beneficios ayudan a reducir el espacio total de la máquina y los costos.

Las unidades de energía hidráulica EcoRich de Daikin combinan un motor de CC sin escobillas IPM y un sistema de accionamiento inversor con una bomba tándem para controlar automáticamente la bomba en función de la presión de carga durante el funcionamiento, el modo de espera y el mantenimiento de la presión.

Suministro mundial de maquinaria , Roscoe, Illinois, miembro del Grupo Daikin, informa que la unidad de energía hidráulica híbrida de Daikin integra a la perfección el control de la presión del aceite y la tecnología del motor de frecuencia variable para reducir significativamente el consumo de energía. Su accionamiento inversor patentado se utiliza junto con el motor IPM de Daikin Industries, un motor de CC sin escobillas, que utiliza imanes permanentes de tierras raras ubicados en lo profundo del rotor para generar un par magnético y de reluctancia. Esta estructura electromagnética logra un alto torque y alta eficiencia con baja generación de calor. Las HPU de control híbrido energéticamente eficientes están diseñadas para aplicaciones industriales como corte de metal, conformado de metal, moldeo por inyección y muchos otros usos. El teclado permite al usuario ajustar manualmente la configuración de presión y flujo.

Las unidades de bomba hidrostática de Moog combinan los elementos de un paquete de energía hidráulica tradicional en un conjunto modular más liviano y compacto que se monta directamente en el cilindro a través de un colector. Su bomba accionada por servomotor también hace que la EPU sea más eficiente energéticamente que una HPU tradicional, especialmente durante la permanencia.

Moog . , East Aurora, NY tiene un sistema de bomba de velocidad controlada que permite a los fabricantes de máquinas reducir el consumo de energía en un 30 % o más en comparación con los métodos tradicionales. La unidad de bomba hidrostática (EPU) está diseñada para combinar las ventajas de los accionamientos hidráulicos y eléctricos. La EPU de Moog es el corazón del sistema de transmisión hidrostática, lo que permite un sistema de transmisión descentralizado. Al hacerlo, se elimina la necesidad de tuberías asociadas para reducir el espacio total de la máquina. El diseño compacto de la EPU permite a los usuarios montarla directamente en el cilindro, lo que reduce aún más los requisitos de espacio por eje de movimiento.

Debido a que tienen menos conexiones de fluidos, las unidades separadas reducen en gran medida la probabilidad de fugas. El diseño limpio y simple también mejora la confiabilidad, el mantenimiento y el costo total de propiedad en comparación con las unidades tradicionales. Las unidades de bomba hidrostática se pueden utilizar en una amplia gama de aplicaciones, como conformado de metales, moldeo por inyección, fundición a presión, turbinas de gas y vapor y control de paso de turbinas eólicas.

«Nuestra EPU es ideal para empresas que necesitan un producto estándar listo para usar que se pueda integrar fácilmente en su transmisión hidrostática o nuevos diseños de máquinas», dijo el Dr. Achim Helbig, gerente de innovación de Moog. Su patrón de montaje permite el montaje directo al cilindro a través del colector. Esto reduce el tiempo y el costo de la plomería, y el tiempo de instalación y el mantenimiento se pueden simplificar en gran medida. «

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