Mayor rendimiento y vida útil, principales características de los nuevos motores eléctricos

Como bien se conoce, el motor eléctrico es quizás la máquina más importante y numerosa en cualquier proceso industrial. La utilización del convertidor de frecuencia a mediados de los 80 supuso un hito tecnológico enorme, adaptando el uso del motor de inducción estándar en aplicaciones donde la adaptación de la velocidad conlleva mejoras en la adaptación al proceso y ahorros energéticos muy relevantes. Pero estamos ya en otra revolución: la de aquellos nuevos motores que mejoran enormemente el rendimiento, la vida útil y la relación entre el tamaño, el peso, la potencia y el par. Hablamos de todo ello con algunos de los principales agentes del sector.

¿Sigue siendo el motor de inducción la mejor opción en todo tipo de aplicaciones industriales o existen otras variantes con mejores características? Ésta es la primera pregunta que nos hacemos y desde Oriental Motor tienen la respuesta clara: “La utilización de motores de inducción sigue siendo muy válida para aquellas aplicaciones que no requieran control en posición y tampoco un control en velocidad preciso. Esta tecnología sigue también evolucionando con motores cada vez más eficientes. Oriental Motor es un fabricante global de referencia en motores de inducción desde hace más de medio siglo, innovando también con nuevas gamas de motores de inducción, más eficientes, silenciosos y con baja generación de calor, con eficiencias IE3 e IE4”. No obstante, existe otra tecnología muy conveniente “que también llevamos desarrollando desde hace décadas, se trata de los motores ‘Brushless’ o de CC sin escobillas”. Son motores con un circuito de control con sensores de efecto Hall que permiten el control en lazo cerrado de velocidad. Requieren, por lo tanto, de un ‘driver’ o controlador de velocidad que gestiona estas señales controlando la corriente y la velocidad de giro del motor. “Éste hace la función de un variador de frecuencia en motores de inducción, pero con las ventajas de un control en lazo cerrado más eficiente”, consideran.

Respecto a las ventajas que ofrecen estos nuevos motores eléctricos, en Oriental Motor explican que se trata de equipos que permiten un gran control en velocidad con prestaciones parecidas a los servomotores a un menor coste. Con rangos de velocidad entre las 80 y 4000rpm y un control en lazo cerrado con precisión en velocidad de hasta +-0,2%. Este amplio rango de control de velocidad estable (50:1), incluso con fluctución de carga, puede ser de gran utilidad en muchas aplicaciones, permitiendo, por ejemplo, trabajar con diferentes cargas y cadencias de producción sin tener que cambiar el equipo o manteniendo una única referencia de motorreductor para diferentes variantes en el caso, por ejemplo, de un transportador. Otras aplicaciones de interés pueden ser los mezcladores, donde se trabaja con productos con diferentes viscosidades incluso a diferentes velocidades; o en bombas de dosificación. Permiten también en muchos casos el control de límite de par, útil para una mayor seguridad de la máquina o en operaciónes de atornillado,enroscado, etc. “Además, se trata de motores todavía más compactos que los motores de inducción, con una mayor eficiencia y con diseño muy higiénico, con grados de protección hasta IP66 e IP67 y eje inoxidable en caso de las series BMU y BLE2. Según la gama, los controladores pueden alimentarse en CC o en CA”. Este grado de control de velocidad que alcanza Oriental Motor ha hecho que sea uno de los mayores proveedores elegidos para la construcción de AGV’s/AMR’s, “donde además disponemos de gamas con encoder como la serie BLV R-Type, con un rango de control todavía mayor (de 1 a 4000rpm) y fluctuación de velocidad de +-0,01%. Con mini-controladores que permiten una reducción del espacio y la alimentación con baterías, muy útil en el campo de la automatización modular, en línea con otras de nuestras gamas de productos como la serie AZ”, concluyen desde la compañía.

WEG

“Los motores de inducción han sido, y por un tiempo serán, los más convenientes para multitud de aplicaciones, ya que son robustos y fáciles de adaptar a las especificaciones del fabricante de máquinas o de equipos rotativos (compresores, bombas, ventiladores, etc.)”, explica, por su parte, Javier de la Morena Cancela, responsable de grandes cuentas en WEG Iberia Industrial. Y añade: “Se pueden construir para zona segura, o para aquella que requiera los más elevados estándares de seguridad ATEX-API. Estos motores tienen un elevado par, y bien diseñados, pueden trabajar perfectamente con variadores de velocidad (con arrancadores electrónicos por descontado).

Es cierto que no son perfectos, y para muchas aplicaciones, teniendo en cuenta los lógicos protocolos actuales de diseño buscando la mayor eficiencia, hay alternativas que nos permiten conseguir unos rendimientos energéticos mayores, y reducir tamaño de equipo, entre otras ventajas”. Respecto a nuevas variantes, de la Morena considera que existen actualmente varias tecnologías que permiten mejorar rendimientos y funcionalidad. “Es cierto que tienen una importante barrera de entrada, o más bien dos _añade_. La primera es el desconocimiento del cliente/usuario de las ventajas que aportan y, en segundo lugar, su precio, el cual, al comparar peras con manzanas, parece más alto, sin tener en cuenta las ventajas que conlleva. Hablamos de reluctancia magnética, imanes permanentes, motores con tecnología ‘hairpin o, incluso, los muy nuevos de flujo transversal y axial, de los que WEG ya dispone de equipos”.

Hablamos ahora de las ventajas que ofrecen estos nuevos motores eléctricos: “Por ejemplo, los de imanes, a igualdad de potencia, el tamaño de carcasa puede bajar en dos niveles, el peso en la misma proporción, con par constante en casi todo el rango de velocidades, controlando el cos fi”. ¿Qué más se puede pedir?, se preguntan desde WEG para apuntar que, en otras ocasiones, “como el flujo axial, la diferencia es tan descomunal, que comparado con el de inducción, parece el acoplamiento normal de este. En general, la tendencia es a aumentar la potencia, reduciendo tamaño y mejorando la eficiencia. Obviamente, si disponemos de mejores motores, no podemos esperar que su precio sea menor, error muy generalizado en el sector, eso sí, tendremos un retorno de inversión muy corto, lo cual significa que hacen ahorrar a las empresas una cantidad de energía (y dinero) muy importante”.

Una cuestión más: ¿Para qué tipo de aplicaciones son especialmente adecuados? Según, el responsable de grandes cuentas de WEG, es difícil decir o definir unas aplicaciones más adecuadas que otras, “pero por marcar algunas líneas generales, podríamos decir”:

1.- Los motores de inducción son válidos para cualquier aplicación industrial, si sólo se busca una solución válida desde el punto de vista técnico-económico.

2.- La normativa 1781/2019 consigue que los motores de inducción (y variadores) que se instalen en Europa cumplan con unos estándares de eficiencia muy altos, con lo que, con seguir o cumplir la reglamentación, el cliente podrá tener muy buenos equipos, con una eficiencia (rendimiento) alta.

3.- Cuando hablamos de aplicaciones de alta productividad, y gran número de horas de trabajo al día/año, es lógico instalar los motores más eficientes, para aumentar la productividad de la industria.

4.- Estos motores pueden ser los de imanes permanentes, los cuales, llegan con facilidad a eficiencias IE5 o superior.

5.- Hay aplicaciones no tan industriales, como las de ejes de tracción en vehículos o camiones, donde los motores de flujo axial tienen una aplicación directa (al igual que en otros tipos de accionamiento industrial).

Finalmente, de la Morena se centra en el uso de variador de velocidad sobre estos nuevos motores, indicando que el variador es un elemento fundamental en el ahorro económico de un sistema de accionamiento. “Ya sabemos que no son perfectos, pero los puntos positivos suelen ser mayores que los negativos. En lo referente a los nuevos motores con nuevas tecnologías, prácticamente en todos los casos, no es que su uso sea optativo, es necesario y requerido para el correcto funcionamiento del motor. Como vemos, el uso del variador no dejará de crecer, y ser utilizado para funciones más allá de la simple variación de velocidad. Hablamos de Sof-PLC, sincronismo de motor, control de par/intensidad en el arranque, etc”.

Bonfiglioli

En el caso de Carles Higueruelo, Sales and Marketing Director de Tecnotrans Bonfiglioli, nos comenta que los motores de inducción se diseñan pensando en la flexibilidad para poder adaptarse a la mayoría de las aplicaciones y, aunque efectivamente existen otras opciones, hoy que se adaptan mucho mejor a aplicaciones concretas, “sigue siendo para mí uno de los más extendidos y utilizados en la industria. Asimismo, si bien es fácil adaptarlos y controlarlos para la mayoría de las aplicaciones, este tipo de motores son los que más consumo tienen respecto a otro tipo de motores. La eficiencia es la encargada de medir la relación entre la potencia mecánica de salida y la potencia eléctrica de entrada de los motores y va desde el nivel más bajo IE1 al más alto IE5. Para hacer frente al enorme reto que tenemos en cuanto a sostenibilidad, en la mayoría de los países se fijan una serie de normas y directivas que establecen cuáles deben ser los niveles mínimos de eficiencia en los motores en función de su potencia y otras características, obligando a los fabricantes a tener este tipo de motores en continua evolución para mejorar su eficiencia”.

Higueruelo añade, respeto a nuevas variantes, que hoy en día, “la sostenibilidad debe ser una prioridad, y los motores eléctricos siguen y seguirán evolucionando hacia diseños más eficientes intentando satisfacer otras necesidades y requisitos de las nuevas aplicaciones para hacer más rentables y eficientes las actuales”. Aun así, en su opinión, frente a un mercado cada vez más competitivo y un usuario final más exigente, se requieren otras variantes de motores con tecnología más avanzada para hacer frente a aplicaciones concretas donde se puede necesitar una alta velocidad, mayor precisión, alto par a bajas vueltas, hacer frente a ciclos discontinuos o incluso reducir los consumos energéticos relacionados con servo ventilaciones o ventilaciones forzadas, entre otras. “Algunas de las principales variantes que podemos destacar serían los motores de continua, de escobillas o motores de colector. Debido a la necesidad de su mantenimiento continuo y la complejidad en el control del par o posicionamiento dinámico, lo hacen ser una opción descartable para aplicaciones industriales y han sido sustituidos paulatinamente por motores asíncronos o de Jaula de ardilla. En el caso de altas dinámicas por los motores síncronos o servomotores (PM), donde la eficiencia se encuentra en su máximo IE4 incluso IE5. Estos están muy enfocados a aplicaciones cuya dinámica, velocidades, control de par o posicionamientos son estrictamente necesarios. Pero tienen una dependencia directa en el coste de las tierras raras, en estos tiempos es importante mencionarlo”.

En definitiva, para Bonfiglioli la innovación es clave y para la gama de motores de la que dispone se basa en mejorar su rendimiento, eficiencia energética, su conectividad y coste. Es por esto por lo que apuesta por la tecnología de reluctancia como una de las más importantes novedades de las que dispone hoy en su portafolio.

Y hablando de ventajas, Carles Higueruelo señala: “Una de nuestras principales novedades en esta familia son los BSR Serie - Motor síncrono de reluctancia. El motor síncrono de reluctancia (BSR) es una solución innovadora de motor eléctrico que combina el estator convencional de un motor de inducción trifásico con un rotor mejorado. El objetivo es controlar el Flujo Magnético (ΔΦ) para conseguir llegar a niveles altamente eficientes y ambientalmente sostenibles. Nuestros BSR tienen las ventajas de los motores de inducción a nivel de carcasa: simplicidad, robustez y fiabilidad, junto con las características de alta eficiencia y dinámica de los motores de imanes permanentes. Los BSR funcionan por el principio de variación de reluctancia del circuito magnético para la conversión electromecánica de la energía, y aunque esta tecnología proviene del 1920, no ha sido hasta la innovación tecnológica actual que ha permitido aplicarse a los motores. Los BSR al no usar imanes permanentes reducen enormemente sus costes - situándose cerca de los motores de inducción, así como otros problemas derivados de la desimantación. Aparte, al no tener pérdidas de corriente en el rotor ya que no hay inducción, le permiten tener una mayor reducción de los costes del ciclo de vida y niveles extremadamente altos de eficiencia energética y densidad de potencia. Se ha llegado a medir, con nuestros BSR en planta, una reducción en el consumo de un 60% respecto los motores convencionales de inducción, y una mejora de la productividad de hasta un 25%”.

Finalmente, hablamos de la posibilidad de usar el variador de velocidad sobre estos motores de última generación. Su respuesta, como la de sus anteriores colegas, es también afirmativa: “Sí, efectivamente es posible, pero no todos los fabricantes pueden obtener la máxima eficiencia de estos motores. Los motores BSR requieren de algoritmos específicos para su control optimizado, ya que la señal que inyectamos sobre el estator no es una señal senoidal y ésta es mucho más compleja. Los motores BSR están optimizados para trabajar con nuestros equipos Active Cube 410 (ACU410) si queremos sacarle su máximo rendimiento. Gracias a la integración dentro de nuestro Firmware de las tablas de datos de control motor, podemos realizar de forma sencilla, rápida y optimizada la puesta en marcha de estos equipos, brindando al cliente las máximas prestaciones. El resultado final, en términos de eficiencia queda clasificado como IES2, es decir, el Variador Bonfiglioli Serie ACU 410 + Motor de reluctancia nos brinda la máxima clasificación de eficiencia”.

Este artículo aparece publicado en el nº 544 de Automática e Instrumentación págs. 40 a 43.