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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.

Motores y accionamientos unidos para lograr eficiencia de movimiento, rendimiento y confiabilidad
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 est√° impulsando a√ļn m√°s a trav√©s de la optimizaci√≥n completa del sistema, pero tambi√©n aumentan los requisitos para mejorar la higiene, la seguridad, la conectividad, la disponibilidad de datos ... todo lo que evitar√° que esos motores y variadores, y todo el equipo de producci√≥n 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 adopci√≥n de motores y variadores de alta eficiencia en la industria y la infraestructura, ABB Motion enfatiza el punto de que, a pesar de los r√°pidos avances en eficiencia en la √ļltima d√©cada, un n√ļmero significativo de sistemas de automatizaci√≥n en funcionamiento hoy en d√≠a consumen mucha m√°s energ√≠a que la requerida. El ahorro de energ√≠a va directo al resultado final.

Existe un l√≠mite en la eficiencia de un motor de inducci√≥n est√°ndar, por lo que SEW-Eurodrive y otros se han trasladado a la tecnolog√≠a de imanes permanentes. Los motores de imanes permanente son un 25-30% m√°s eficientes que los motores de inducci√≥n est√°ndar, seg√ļn Chris Wood, gerente de cuentas de la industria de alimentos y bebidas de SEW-Eurodrive. ‚ÄúNo solo son m√°s eficientes, sino que tambi√©n tienen torques de arranque m√°s altos y rangos de velocidad m√°s amplios‚ÄĚ, agrega.

En los √ļltimos a√Īos, se ha hecho hincapi√© en mejorar la eficiencia energ√©tica de los motores a trav√©s de pruebas y est√°ndares de clasificaci√≥n, pero en estos d√≠as se est√° poniendo m√°s importancia en comprender c√≥mo todo el sistema de propulsi√≥n el√©ctrica 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 energ√≠a, Coca-Cola HBC Austria actualiz√≥ una de sus l√≠neas de transporte de botellas (de empacadora retr√°ctil a paletizadora) con un sistema Movigear, ahorrando en √ļltima instancia el 75% de la energ√≠a consumida con respecto a su tecnolog√≠a anterior de control y accionamiento.

Motores y accionamientos unidos para lograr eficiencia de movimiento, rendimiento y confiabilidadCoca-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 higi√©nicas se est√°n convirtiendo cada vez m√°s en requisitos en la industria de alimentos y bebidas, dice James Chandler, gerente de mercados clave de Nord Drivesystems. Los nuevos motores s√≠ncronos IE5 + de Nord combinan los tres, proporcionando un motor compacto y energ√©ticamente eficiente con un dise√Īo higi√©nico.

Para las √°reas 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 m√°s higi√©nicos. Los fabricantes est√°n reconociendo que los motores est√°ndar a menudo no funcionan en entornos de procesamiento de alimentos. Estos motores no pueden resistir los m√©todos de limpieza de alta temperatura y alta presi√≥n que prevalecen en esos entornos, ni los productos qu√≠micos c√°usticos que se utilizan con frecuencia. Los dise√Īos est√°ndar de motores y transmisiones tambi√©n brindan muchos puntos de recolecci√≥n de alimentos, que albergan bacterias y otros contaminantes. Y los ventiladores que se utilizan en los motores t√≠picos pueden esparcir esos contaminantes a√ļn m√°s lejos.

Motores y accionamientos unidos para lograr eficiencia de movimiento, rendimiento y confiabilidadLos pies soldados de forma independiente permiten que los motores aptos para alimentos de ABB se limpien de forma m√°s eficaz y eficiente, lo que ayuda a eliminar los puntos de acumulaci√≥n de alimentos.Foto: ABBUn cambio que ABB hizo en sus motores NEMA hace unos a√Īos fue soldar de forma independiente las patas en la parte inferior de los motores, lo que les permiti√≥ limpiarlos de manera m√°s eficaz y eficiente. ‚ÄúAyud√≥ a eliminar los puntos de recolecci√≥n de alimentos‚ÄĚ, dice Matt Rodebush, gerente del segmento global de alimentos y bebidas de la divisi√≥n 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 recolecci√≥n de alimentos que son comunes a las cajas de conductos de la competencia.

Los devanados incorporados son otra caracter√≠stica. ‚ÄúUna de las mayores fallas de los motores de grado alimenticio es cuando entra agua o condensaci√≥n‚ÄĚ, dice Rodebush. ‚ÄúIncorporamos completamente nuestros devanados. Los devanados se sumergen en una soluci√≥n que sella el devanado de agua o contaminantes".

Neugart est√° viendo una tendencia hacia cajas de cambios m√°s higi√©nicas. ‚ÄúDesde nuestra perspectiva, la seguridad alimentaria y el material no corrosivo es el requisito m√°s importante que enfrentamos cuando recibimos solicitudes de clientes o socios en la industria‚ÄĚ, dice Daniel Weis, gerente de ventas de √°rea de Neugart. ‚ÄúEl desaf√≠o que tienen nuestros clientes es encontrar componentes higi√©nicos 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 dise√Īada para uso higi√©nico en las industrias alimentaria, farmac√©utica y cosm√©tica, se√Īala Weis. Tiene clasificaci√≥n IP69K, lo que la hace adecuado para lavado a presi√≥n con vapor y limpiadores qu√≠micos industriales. ‚ÄúNo hay esquinas ni espacio plano donde los escombros puedan asentarse y morar‚ÄĚ, dice. ‚ÄúY la carcasa est√° electropulida, lo que la convierte en una superficie antiadherente. El agua siempre saldr√° como una perla y ninguna bacteria puede adherirse a ella. No hay hendiduras ni ranuras de fabricaci√≥n que los microorganismos puedan atrapar".

Van der Graaf (VDG), que ha estado fabricando mototambores durante m√°s de 35 a√Īos, ha experimentado un mayor impulso por el saneamiento en los √ļltimos cinco a√Īos, seg√ļn Alex Kanaris, presidente y director ejecutivo de VDG. Un dise√Īo t√≠pico 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 prote√≠nas cayendo entre las ruedas dentadas, es casi imposible desinfectarlo por completo", explica.

VDG ha dise√Īado un mototambor de perfil continuo, sin necesidad de pi√Īones. ‚ÄúEl beneficio es que se puede limpiar mucho m√°s f√°cilmente y la suciedad no se queda en el motor tanto como en el eje cuadrado‚ÄĚ, dice Kanaris. "Se tarda un tercio del tiempo en lavarlo como los motores convencionales".

Adem√°s, no usan un ventilador para enfriar el motor como lo hacen los motores el√©ctricos convencionales, un punto importante en el saneamiento, particularmente considerando las preocupaciones del COVID-19 sobre la propagaci√≥n de g√©rmenes. ‚ÄúComo broma, tom√© una foto enmascarando un motor el√©ctrico para evitar que el flujo de aire forzado llevara microbios para procesar los alimentos‚ÄĚ, dice Kanaris. ‚ÄúAhora estamos llevando a cabo un estudio para descubrir qu√© tan grave es ese problema, despu√©s del COVID. Es seroso. Ese problema no existe con el uso del mototambor ".

Motores y accionamientos unidos para lograr eficiencia de movimiento, rendimiento y confiabilidadAunque 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 producci√≥n de acero inoxidable de sus plantas en Toronto y Michigan, se√Īala Kanaris. "Tendremos una producci√≥n de impulsi√≥n totalmente sanitaria para alimentos, en alg√ļn lugar de Florida", dice. ‚ÄúTodos nuestros productos sanitarios se fabricar√°n en un solo lugar‚ÄĚ.

Manténgalo seguro

Aunque algunos podr√≠an argumentar que la seguridad siempre ha sido la prioridad n√ļmero uno, el impulso contin√ļa mejorando la seguridad en las operaciones de alimentos y bebidas. "Cuando nos fijamos en los alimentos, uno de los temas m√°s importantes ser√≠a 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. ‚ÄúPueden ver los par√°metros en su tel√©fono o computadora port√°til‚ÄĚ, se√Īala Jim Neawedde, gerente del segmento de alimentos y bebidas de Estados Unidos. Para la divisi√≥n de variadores de frecuencia de ABB Motion. "Pueden mantenerse fuera del √°rea del arco el√©ctrico".

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, se√Īala la capacidad de los imanes permanentes para proporcionar movimientos muy din√°micos y precisos. Eso proporciona una garant√≠a de seguridad, dice, pero tambi√©n permite aplicaciones que exigen precisi√≥n, como poner un sello a prueba de manipulaciones en los contenedores.

‚ÄúEl servocontrol definitivamente contin√ļa creciendo‚ÄĚ, dice Paul Kling, gerente de segmento de mercado de empaque en Yaskawa America. Aunque el procesamiento de alimentos ha utilizado hist√≥ricamente la tecnolog√≠a de accionamiento de frecuencia variable (VFD), es muy com√ļn que se est√© migrando al servocontrol, que es m√°s preciso y tiene m√°s datos. ‚ÄúToda planta de fabricaci√≥n quiere datos. Cuando se llega al servocontrol, se obtiene acceso a datos mucho mayores de los motores y accionamientos que los hacen atractivos".

Los dise√Īos de servo de Yaskawa utilizan casi el doble de cobre en el devanado que la mayor√≠a de sus competidores, se√Īala Kling. ‚ÄúEso significa m√°s torque. En el mismo tama√Īo de paquete, tal vez haya un 20% m√°s de torque ", explica. ‚ÄúDa como resultado un rendimiento m√°s r√°pido, m√°s piezas por minuto, m√°s producto por hora; y muchas veces m√°s precisi√≥n".

Un cliente que paletizaba empaques de lasa√Īa congelada pudo beneficiarse. ‚ÄúNuestra tecnolog√≠a de motor les permiti√≥ utilizar el motor de menor tama√Īo para obtener el rendimiento que deseaban. Esto redujo toda la masa del p√≥rtico para maximizar el rendimiento‚ÄĚ, dice Kling. "Y maximizaron el rendimiento de la producci√≥n debido a la densidad de torque adicional de nuestros motores".

Los servos reemplazan la neum√°tica

El avance de la tecnolog√≠a est√° impulsando las aplicaciones neum√°ticas tradicionales hacia el control de movimiento servo, particularmente en el espacio de empaque, seg√ļn Tim Sharkey, director de gesti√≥n del mercado de productos para la automatizaci√≥n el√©ctrica en Festo. ‚ÄúEn el pasado, introducir un servo motor en la m√°quina agregaba mucha complejidad: un PLC de alto nivel, mucho cableado, programaci√≥n, puesta en marcha, el costo era enorme. Para agregar seis ejes de servo, estabas hablando de $ 30.000 d√≥lares‚ÄĚ, dice. ‚ÄúAhora presentamos productos que se encuentran en el rango de los cientos de d√≥lares. Y son f√°ciles de integrar en la m√°quina, controlarla y obtener el efecto que se desea".

Motores y accionamientos unidos para lograr eficiencia de movimiento, rendimiento y confiabilidadEl 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.

M√°s inteligencia, m√°s datos

Si los productores de alimentos y bebidas no estaban buscando informaci√≥n m√°s inteligente de sus motores y sistemas de propulsi√≥n antes, la pandemia ciertamente ha provocado un incendio en muchos de ellos. ‚ÄúUno de los impulsores de fabricaci√≥n importantes que acentu√≥ COVID es la importancia de un proceso de digitalizaci√≥n‚ÄĚ, dice Parrott, se√Īalando el deseo de notificaciones de mantenimiento avanzadas y capacidades predictivas. ‚ÄúM√°s importante a√ļn, podemos digitalizar el proceso. Podemos ejecutar modelos de simulaci√≥n fuera de l√≠nea ".

Parrott hace referencia a conceptos de gemelos digitales que podr√≠an ayudar a evaluar el motor y el sistema de transmisi√≥n dentro de una m√°quina, ejecutando simulaciones para verificar el tama√Īo del motor, por ejemplo, o si el dise√Īo de la m√°quina realmente necesita cambiarse el√©ctrica o mec√°nicamente.

En un ejemplo, cambiar la configuraci√≥n del motor y del variador podr√≠a afectar en √ļltima instancia a la calidad de las patatas fritas que elabora un fabricante que utiliza gemelos digitales para evaluar las configuraciones de sus m√°quinas. ‚ÄúEst√°n ejecutando simulaciones fuera de la producci√≥n para observar diferentes variantes del producto a medida que sale‚ÄĚ, dice Parrott.

El gemelo digital tambi√©n eval√ļa la mejor manera de aumentar la producci√≥n y el desempe√Īo, entregando un estado √≥ptimo para maximizar esos par√°metros, agrega Parrott. Va m√°s all√° del tablero de instrumentos de efectividad general del equipo (OEE). ‚ÄúRecopilar datos b√°sicos como vibraci√≥n, temperatura, corriente y flujo es una cosa‚ÄĚ, dice. "Pero cuando desea saber cu√°ndo falla el motor o necesita hacer ajustes para la 'carrera de oro' ... Aqu√≠ es donde el aprendizaje autom√°tico ser√° √ļtil".

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

El monitoreo de condici√≥n ha sido un desarrollo importante para los productos de control de Nord, dice Chandler, proporcionando informaci√≥n vital para el mantenimiento predictivo. ‚ÄúAntes, con el mantenimiento preventivo, los usuarios finales caminaban y verificaban el nivel de aceite de los reductores o verificaban el ruido de los cojinetes‚ÄĚ, dice. "Este tipo de informaci√≥n todav√≠a es necesaria, pero es m√°s deseable automatizar la recuperaci√≥n de informaci√≥n y proporcionar retroalimentaci√≥n predictiva de forma electr√≥nica". Los datos de la unidad y el estado se registran de forma peri√≥dica 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 m√°quina es fundamental. ‚ÄúUna falla en cualquier componente de la m√°quina da como resultado un costoso tiempo de inactividad que puede costarle a la empresa miles de d√≥lares la hora‚ÄĚ, se√Īala Edward Tom, gerente de producto de variadores de bajo voltaje para Yaskawa America. "No solo es importante tener una unidad que sea confiable, tambi√©n 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.

Motores y accionamientos unidos para lograr eficiencia de movimiento, rendimiento y confiabilidadPara sus l√≠neas m√≥viles de elaboraci√≥n de cervezas artesanales, Wild Goose Canning quer√≠a una soluci√≥n en la que el accionamiento de frecuencia variable se montara directamente en el motor.Fuente: Nord Drivesystems‚ÄúNuestra soluci√≥n de tren motriz combinada es la forma en que llegamos al mercado de alimentos y bebidas‚ÄĚ, agrega Neawedde. "Ofrecemos una combinaci√≥n de motor / accionamiento optimizada para las necesidades del cliente y para la aplicaci√≥n en particular".

TruTech Specialty Motors personaliza los sistemas que combinan los motores con los accionamientos y controles de la m√°quina. En parte, esto significa sacar componentes del sistema de propulsi√≥n, como la caja de cambios, que TruTech considera un punto de falla. ‚ÄúBuscamos una unidad de mayor torque y menor velocidad que elimina la caja de cambios. Estamos eliminando partes del sistema para aumentar la confiabilidad general ‚ÄĚ, dice Karl Meier, vicepresidente ejecutivo de TruTech.

Motores y accionamientos unidos para lograr eficiencia de movimiento, rendimiento y confiabilidadUna 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 atm√≥sfera en la que los fabricantes a menudo est√°n juntando componentes, puede ser un desaf√≠o coordinar todo el sistema, se√Īala Kling. Para ayudar, Yaskawa ha desarrollado Singular Control, que unifica el control de servos, VFD y mecanismos de robot.

Motores y accionamientos unidos para lograr eficiencia de movimiento, rendimiento y confiabilidadSingular Control de Yaskawa impulsa a varios robots junto con docenas de ejes de movimiento automatizado con un solo controlador y un solo entorno de programaci√≥n.Fuente: YaskawaEsto es importante ya que la industria de alimentos y bebidas instala m√°s rob√≥tica. Singular Control alimenta a varios robots junto con docenas de ejes de movimiento automatizado con un solo controlador y un solo entorno de programaci√≥n. La misma operaci√≥n de paletizado de lasa√Īa congelada mencionada anteriormente se benefici√≥ de Singular Control por sus m√ļltiples ejes de movimiento en su aplicaci√≥n de p√≥rtico, dice Kling.