Motores y accionamientos unidos para lograr eficiencia de movimiento, rendimiento y confiabilidad

Más allá de los avances realizados tanto en motores como en accionamientos en términos de eficiencia energética, seguridad, facilidad de limpieza y más, los proveedores enfatizan la importancia de cómo trabajan juntos en un sistema de movimiento completo.

Los gemelos digitales se pueden utilizar para ayudar a optimizar las líneas de producción, incluidas las configuraciones de motor y accionamiento.
Los gemelos digitales se pueden utilizar para ayudar a optimizar las líneas de producción, incluidas las configuraciones de motor y accionamiento.
Fuente: Siemens

Más allá de los avances realizados tanto en motores como en accionamientos en términos de eficiencia energética, seguridad, facilidad de limpieza y más, los proveedores enfatizan la importancia de cómo trabajan juntos en un sistema de movimiento completo.

Para elegir el motor adecuado para su aplicación, debe considerar más que solo caballos de fuerza, velocidad y torque, por supuesto. Dado que los sistemas de motores eléctricos representan aproximadamente el 70% de la demanda de electricidad en la industria, la eficiencia energética ha sido durante mucho tiempo un requisito previo que, sin embargo, parecía estar llegando a sus límites.

La eficiencia se está impulsando aún más a través de la optimización completa del sistema, pero también aumentan los requisitos para mejorar la higiene, la seguridad, la conectividad, la disponibilidad de datos ... todo lo que evitará que esos motores y variadores, y todo el equipo de producción que mantienen en movimiento, se apaguen inesperadamente.

Los proveedores de motores y accionamientos están creando productos para una industria de alimentos y bebidas que está en movimiento. "Es una industria que creo que está más rezagada en términos de automatización y tecnología", dice John Parrott, vicepresidente del mercado de alimentos y bebidas de Siemens Industry en Estados Unidos. "Ahora estamos viendo un aumento significativo en robótica, proyectos de digitalización y cómo administrar el negocio de forma remota".

Encontrar nuevas eficiencias energéticas

En un reciente impulso internacional que insta a una mayor adopción de motores y variadores de alta eficiencia en la industria y la infraestructura, ABB Motion enfatiza el punto de que, a pesar de los rápidos avances en eficiencia en la última década, un número significativo de sistemas de automatización en funcionamiento hoy en día consumen mucha más energía que la requerida. El ahorro de energía va directo al resultado final.

Existe un límite en la eficiencia de un motor de inducción estándar, por lo que SEW-Eurodrive y otros se han trasladado a la tecnología de imanes permanentes. Los motores de imanes permanente son un 25-30% más eficientes que los motores de inducción estándar, según Chris Wood, gerente de cuentas de la industria de alimentos y bebidas de SEW-Eurodrive. “No solo son más eficientes, sino que también tienen torques de arranque más altos y rangos de velocidad más amplios”, agrega.

En los últimos años, se ha hecho hincapié en mejorar la eficiencia energética de los motores a través de pruebas y estándares de clasificación, pero en estos días se está poniendo más importancia en comprender cómo todo el sistema de propulsión eléctrica puede funcionar en conjunto para mejorar la eficiencia.

El sistema de accionamiento mecatrónico Movigear de SEW comprende un motor síncrono de campo permanente, un reductor y una electrónica de accionamiento integrada. El sistema mejora la eficiencia no solo a través de la eficiencia del motor en sí, sino a través de la optimización energética del sistema en general, con un ahorro energético esperado de hasta el 50%.

Enfocada en reducir las emisiones de CO2 y los costos de energía, Coca-Cola HBC Austria actualizó una de sus líneas de transporte de botellas (de empacadora retráctil a paletizadora) con un sistema Movigear, ahorrando en última instancia el 75% de la energía consumida con respecto a su tecnología anterior de control y accionamiento.

Coca-Cola HBC Austria ahorró el 75% de la energía consumida con su tecnología anterior de accionamiento y control al instalar el sistema de accionamiento mecatrónico Movigear de SEW-Eurodrive.Coca-Cola HBC Austria ahorró el 75% de la energía consumida con su tecnología anterior de accionamiento y control al instalar el sistema de accionamiento mecatrónico Movigear de SEW-Eurodrive.SEW-EurodriveLimpiando cosas

Las soluciones de alta eficiencia, compactas e higiénicas se están convirtiendo cada vez más en requisitos en la industria de alimentos y bebidas, dice James Chandler, gerente de mercados clave de Nord Drivesystems. Los nuevos motores síncronos IE5 + de Nord combinan los tres, proporcionando un motor compacto y energéticamente eficiente con un diseño higiénico.

Para las áreas donde es probable que los motores y las transmisiones entren en contacto con productos alimenticios, la industria ha visto un impulso hacia el uso de dispositivos más higiénicos. Los fabricantes están reconociendo que los motores estándar a menudo no funcionan en entornos de procesamiento de alimentos. Estos motores no pueden resistir los métodos de limpieza de alta temperatura y alta presión que prevalecen en esos entornos, ni los productos químicos cáusticos que se utilizan con frecuencia. Los diseños estándar de motores y transmisiones también brindan muchos puntos de recolección de alimentos, que albergan bacterias y otros contaminantes. Y los ventiladores que se utilizan en los motores típicos pueden esparcir esos contaminantes aún más lejos.

Los pies soldados de forma independiente permiten que los motores aptos para alimentos de ABB se limpien de forma más eficaz y eficiente, lo que ayuda a eliminar los puntos de acumulación de alimentos.Los pies soldados de forma independiente permiten que los motores aptos para alimentos de ABB se limpien de forma más eficaz y eficiente, lo que ayuda a eliminar los puntos de acumulación de alimentos.Foto: ABBUn cambio que ABB hizo en sus motores NEMA hace unos años fue soldar de forma independiente las patas en la parte inferior de los motores, lo que les permitió limpiarlos de manera más eficaz y eficiente. “Ayudó a eliminar los puntos de recolección de alimentos”, dice Matt Rodebush, gerente del segmento global de alimentos y bebidas de la división de motores NEMA de ABB Motion. Agrega que los contornos suaves del motor, junto con una caja de conductos redonda y giratoria, eliminan los puntos de recolección de alimentos que son comunes a las cajas de conductos de la competencia.

Los devanados incorporados son otra característica. “Una de las mayores fallas de los motores de grado alimenticio es cuando entra agua o condensación”, dice Rodebush. “Incorporamos completamente nuestros devanados. Los devanados se sumergen en una solución que sella el devanado de agua o contaminantes".

Neugart está viendo una tendencia hacia cajas de cambios más higiénicas. “Desde nuestra perspectiva, la seguridad alimentaria y el material no corrosivo es el requisito más importante que enfrentamos cuando recibimos solicitudes de clientes o socios en la industria”, dice Daniel Weis, gerente de ventas de área de Neugart. “El desafío que tienen nuestros clientes es encontrar componentes higiénicos que lo sean verdaderamente. Hay muchos productos de acero inoxidable, pero no son realmente grado alimenticio".

Fabricada con acero inoxidable apto para uso alimentario, la caja de cambios HLAE de Neugart fue diseñada para uso higiénico en las industrias alimentaria, farmacéutica y cosmética, señala Weis. Tiene clasificación IP69K, lo que la hace adecuado para lavado a presión con vapor y limpiadores químicos industriales. “No hay esquinas ni espacio plano donde los escombros puedan asentarse y morar”, dice. “Y la carcasa está electropulida, lo que la convierte en una superficie antiadherente. El agua siempre saldrá como una perla y ninguna bacteria puede adherirse a ella. No hay hendiduras ni ranuras de fabricación que los microorganismos puedan atrapar".

Van der Graaf (VDG), que ha estado fabricando mototambores durante más de 35 años, ha experimentado un mayor impulso por el saneamiento en los últimos cinco años, según Alex Kanaris, presidente y director ejecutivo de VDG. Un diseño típico tiene un eje cuadrado donde se montan las ruedas dentadas y luego la correa del motor pasa por encima de aquellas. "El problema que vimos es que si tiene un producto como restos de proteínas cayendo entre las ruedas dentadas, es casi imposible desinfectarlo por completo", explica.

VDG ha diseñado un mototambor de perfil continuo, sin necesidad de piñones. “El beneficio es que se puede limpiar mucho más fácilmente y la suciedad no se queda en el motor tanto como en el eje cuadrado”, dice Kanaris. "Se tarda un tercio del tiempo en lavarlo como los motores convencionales".

Además, no usan un ventilador para enfriar el motor como lo hacen los motores eléctricos convencionales, un punto importante en el saneamiento, particularmente considerando las preocupaciones del COVID-19 sobre la propagación de gérmenes. “Como broma, tomé una foto enmascarando un motor eléctrico para evitar que el flujo de aire forzado llevara microbios para procesar los alimentos”, dice Kanaris. “Ahora estamos llevando a cabo un estudio para descubrir qué tan grave es ese problema, después del COVID. Es seroso. Ese problema no existe con el uso del mototambor ".

Aunque esta foto se tomó inicialmente como una broma con los requisitos de mascarillas relacionadas con la pandemia, en realidad ilustra los problemas de higiene que pueden ocurrir con los ventiladores en los motores eléctricos que transportan microbios a las áreas de procesamiento de alimentos.Aunque esta foto se tomó inicialmente como una broma con los requisitos de mascarillas relacionadas con la pandemia, en realidad ilustra los problemas de higiene que pueden ocurrir con los ventiladores en los motores eléctricos que transportan microbios a las áreas de procesamiento de alimentos.Foto cortesía de Van der GraafVDG instaló un transportador para realizar un experimento simple, cubriendo un trozo de cartón con material pegajoso para ver cuánta canela esparciría el ventilador en la parte posterior del motor. "La canela se fue por todas partes", dice Kanaris. “Puede lavar el transportador todo lo que quiera. Todavía se puede succionar del motor y pasárselo a la comida ".

Existe tal impulso por los productos sanitarios que VDG planea separar completamente su producción de acero inoxidable de sus plantas en Toronto y Michigan, señala Kanaris. "Tendremos una producción de impulsión totalmente sanitaria para alimentos, en algún lugar de Florida", dice. “Todos nuestros productos sanitarios se fabricarán en un solo lugar”.

Manténgalo seguro

Aunque algunos podrían argumentar que la seguridad siempre ha sido la prioridad número uno, el impulso continúa mejorando la seguridad en las operaciones de alimentos y bebidas. "Cuando nos fijamos en los alimentos, uno de los temas más importantes sería la seguridad, no solo la alimentaria, sino la de las personas que entran en contacto con los motores y los accionamientos", dice Rodebush.

Se proporciona una medida de seguridad con los accionamientos habilitados para Bluetooth de ABB, lo que permite a los trabajadores de mantenimiento solucionar problemas de un sistema sin tener que abrir necesariamente los paneles. “Pueden ver los parámetros en su teléfono o computadora portátil”, señala Jim Neawedde, gerente del segmento de alimentos y bebidas de Estados Unidos. Para la división de variadores de frecuencia de ABB Motion. "Pueden mantenerse fuera del área del arco eléctrico".

Esto también tiene el potencial de mantener a los trabajadores fuera de otros tipos de áreas peligrosas, ya sea en lugares altos o simplemente de difícil acceso, agrega Rodebush. "Pueden mirar en la pantalla de su teléfono y ver el estado del equipo sin tener que salir y poner sus manos sobre el producto".

Siemens está viendo un uso mucho mayor de servomotores síncronos en la industria de alimentos y bebidas, dice Craig Nelson, gerente senior de productos para industrias digitales y control de movimiento, en gran parte debido a su funcionalidad integrada de seguridad más allá de la parada segura, incluida la velocidad limitada segura y el posicionamiento seguro.

Super servos

Los servos también son importantes desde el punto de vista del rendimiento, agrega Nelson. "Nueve de cada 10 veces, si está buscando una máquina de alto rendimiento, con una velocidad muy rápida", dice, "va a utilizar motores síncronos de imanes permanentes".

Randy Summervill, gerente de marketing de productos para motores de control de movimiento Simotics en Siemens Industry, señala la capacidad de los imanes permanentes para proporcionar movimientos muy dinámicos y precisos. Eso proporciona una garantía de seguridad, dice, pero también permite aplicaciones que exigen precisión, como poner un sello a prueba de manipulaciones en los contenedores.

“El servocontrol definitivamente continúa creciendo”, dice Paul Kling, gerente de segmento de mercado de empaque en Yaskawa America. Aunque el procesamiento de alimentos ha utilizado históricamente la tecnología de accionamiento de frecuencia variable (VFD), es muy común que se esté migrando al servocontrol, que es más preciso y tiene más datos. “Toda planta de fabricación quiere datos. Cuando se llega al servocontrol, se obtiene acceso a datos mucho mayores de los motores y accionamientos que los hacen atractivos".

Los diseños de servo de Yaskawa utilizan casi el doble de cobre en el devanado que la mayoría de sus competidores, señala Kling. “Eso significa más torque. En el mismo tamaño de paquete, tal vez haya un 20% más de torque ", explica. “Da como resultado un rendimiento más rápido, más piezas por minuto, más producto por hora; y muchas veces más precisión".

Un cliente que paletizaba empaques de lasaña congelada pudo beneficiarse. “Nuestra tecnología de motor les permitió utilizar el motor de menor tamaño para obtener el rendimiento que deseaban. Esto redujo toda la masa del pórtico para maximizar el rendimiento”, dice Kling. "Y maximizaron el rendimiento de la producción debido a la densidad de torque adicional de nuestros motores".

Los servos reemplazan la neumática

El avance de la tecnología está impulsando las aplicaciones neumáticas tradicionales hacia el control de movimiento servo, particularmente en el espacio de empaque, según Tim Sharkey, director de gestión del mercado de productos para la automatización eléctrica en Festo. “En el pasado, introducir un servo motor en la máquina agregaba mucha complejidad: un PLC de alto nivel, mucho cableado, programación, puesta en marcha, el costo era enorme. Para agregar seis ejes de servo, estabas hablando de $ 30.000 dólares”, dice. “Ahora presentamos productos que se encuentran en el rango de los cientos de dólares. Y son fáciles de integrar en la máquina, controlarla y obtener el efecto que se desea".

El cilindro eléctrico compacto EPCE, parte de la serie Simplified Motion de Festo, proporciona una solución eléctrica económica para el movimiento básico de extremo a extremo. En esta aplicación, dos varillas se extienden para adherir una cubierta a un paquete aplicando una acción de cepillado suave / uniforme.El cilindro eléctrico compacto EPCE, parte de la serie Simplified Motion de Festo, proporciona una solución eléctrica económica para el movimiento básico de extremo a extremo. En esta aplicación, dos varillas se extienden para adherir una cubierta a un paquete aplicando una acción de cepillado suave / uniforme.Fuente: FestoLa tecnología servo puede imitar las capacidades neumáticas al tiempo que proporciona un rendimiento mejorado, agrega. "Ahora podemos aplicar servomotores y control de movimiento y obtener una repetibilidad mucho mayor, un ruido mejorado y más flexibilidad".

La serie Simplified Motion de Festo son accionamientos integrados que proporcionan una alternativa eléctrica para tareas sencillas de movimiento y posicionamiento, llenando un vacío en el mercado creado por el alejamiento de la neumática, dice Sharkey.

Más inteligencia, más datos

Si los productores de alimentos y bebidas no estaban buscando información más inteligente de sus motores y sistemas de propulsión antes, la pandemia ciertamente ha provocado un incendio en muchos de ellos. “Uno de los impulsores de fabricación importantes que acentuó COVID es la importancia de un proceso de digitalización”, dice Parrott, señalando el deseo de notificaciones de mantenimiento avanzadas y capacidades predictivas. “Más importante aún, podemos digitalizar el proceso. Podemos ejecutar modelos de simulación fuera de línea ".

Parrott hace referencia a conceptos de gemelos digitales que podrían ayudar a evaluar el motor y el sistema de transmisión dentro de una máquina, ejecutando simulaciones para verificar el tamaño del motor, por ejemplo, o si el diseño de la máquina realmente necesita cambiarse eléctrica o mecánicamente.

En un ejemplo, cambiar la configuración del motor y del variador podría afectar en última instancia a la calidad de las patatas fritas que elabora un fabricante que utiliza gemelos digitales para evaluar las configuraciones de sus máquinas. “Están ejecutando simulaciones fuera de la producción para observar diferentes variantes del producto a medida que sale”, dice Parrott.

El gemelo digital también evalúa la mejor manera de aumentar la producción y el desempeño, entregando un estado óptimo para maximizar esos parámetros, agrega Parrott. Va más allá del tablero de instrumentos de efectividad general del equipo (OEE). “Recopilar datos básicos como vibración, temperatura, corriente y flujo es una cosa”, dice. "Pero cuando desea saber cuándo falla el motor o necesita hacer ajustes para la 'carrera de oro' ... Aquí es donde el aprendizaje automático será útil".

Los sensores inteligentes son fundamentales para proporcionar los datos necesarios para el mantenimiento predictivo. “Pueden detectar vibraciones y problemas mucho antes de que se conviertan en un problema real”, dice Neawedde. "Los fabricantes pueden alejarse de situaciones de emergencia y hacer paradas cuando quieran".

El monitoreo de condición ha sido un desarrollo importante para los productos de control de Nord, dice Chandler, proporcionando información vital para el mantenimiento predictivo. “Antes, con el mantenimiento preventivo, los usuarios finales caminaban y verificaban el nivel de aceite de los reductores o verificaban el ruido de los cojinetes”, dice. "Este tipo de información todavía es necesaria, pero es más deseable automatizar la recuperación de información y proporcionar retroalimentación predictiva de forma electrónica". Los datos de la unidad y el estado se registran de forma periódica o continua para optimizar la seguridad operativa y la eficiencia de los equipos.

 Los fabricantes de alimentos y bebidas comprenden tan bien como cualquiera que el tiempo de actividad de la máquina es fundamental. “Una falla en cualquier componente de la máquina da como resultado un costoso tiempo de inactividad que puede costarle a la empresa miles de dólares la hora”, señala Edward Tom, gerente de producto de variadores de bajo voltaje para Yaskawa America. "No solo es importante tener una unidad que sea confiable, también es importante tener una unidad que pueda proporcionar datos que logren ayudar a tomar decisiones informadas".

Argumentos a favor de una sola fuente

Aunque es probable que cualquier operación de fabricación tenga componentes y sistemas de una amplia variedad de proveedores, varios proveedores argumentan que no es la mejor manera de crear un sistema de movimiento optimizado, y defienden la importancia de que los motores y las unidades trabajen juntos en un solo sistema.

Para sus líneas móviles de elaboración de cervezas artesanales, Wild Goose Canning quería una solución en la que el accionamiento de frecuencia variable se montara directamente en el motor.Para sus líneas móviles de elaboración de cervezas artesanales, Wild Goose Canning quería una solución en la que el accionamiento de frecuencia variable se montara directamente en el motor.Fuente: Nord Drivesystems“Nuestra solución de tren motriz combinada es la forma en que llegamos al mercado de alimentos y bebidas”, agrega Neawedde. "Ofrecemos una combinación de motor / accionamiento optimizada para las necesidades del cliente y para la aplicación en particular".

TruTech Specialty Motors personaliza los sistemas que combinan los motores con los accionamientos y controles de la máquina. En parte, esto significa sacar componentes del sistema de propulsión, como la caja de cambios, que TruTech considera un punto de falla. “Buscamos una unidad de mayor torque y menor velocidad que elimina la caja de cambios. Estamos eliminando partes del sistema para aumentar la confiabilidad general ”, dice Karl Meier, vicepresidente ejecutivo de TruTech.

Una unidad combinada de motor / caja tiene un sellado completo para la cubierta posterior y las entradas del cable y el sellado del eje para cumplir con el uso de bomba de agua IP69K.Una unidad combinada de motor / caja tiene un sellado completo para la cubierta posterior y las entradas del cable y el sellado del eje para cumplir con el uso de bomba de agua IP69K.TruTech Specialty Motors"El proceso de pensamiento estándar es: llamemos a los sospechosos habituales y descubramos cómo improvisar un sistema para que funcione", agrega Ted Paskvan, presidente de TruTech. “Buscamos cómo minimizar la cantidad de componentes. Lo tomamos de $ 5.000 a $ 2.000 y es más confiable, más robusto, de mayor duración y con menos partes móviles".

En una atmósfera en la que los fabricantes a menudo están juntando componentes, puede ser un desafío coordinar todo el sistema, señala Kling. Para ayudar, Yaskawa ha desarrollado Singular Control, que unifica el control de servos, VFD y mecanismos de robot.

Singular Control de Yaskawa impulsa a varios robots junto con docenas de ejes de movimiento automatizado con un solo controlador y un solo entorno de programación.Singular Control de Yaskawa impulsa a varios robots junto con docenas de ejes de movimiento automatizado con un solo controlador y un solo entorno de programación.Fuente: YaskawaEsto es importante ya que la industria de alimentos y bebidas instala más robótica. Singular Control alimenta a varios robots junto con docenas de ejes de movimiento automatizado con un solo controlador y un solo entorno de programación. La misma operación de paletizado de lasaña congelada mencionada anteriormente se benefició de Singular Control por sus múltiples ejes de movimiento en su aplicación de pórtico, dice Kling.

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