Elección del motor adecuado para su solución de bombeo OEM
por Brad Blum y John Batts
Masterflex, que forma parte de Avantor, es bien conocido por sus tecnologías de bombeo de alta calidad Masterflex® e Ismatec® . Muchos OEM acuden al equipo OEM de Masterflex cuando necesitan una bomba personalizada integrada en el equipo que están desarrollando. En el momento de elegir una solución de bombeo, no solo tiene que considerarse el estilo de la bomba, sino también el tipo de motor. Cuando deba decidirse por un motor para su solución de bombeo OEM, tenga en cuenta estas numerosas consideraciones.
Tipos de motor
De los muchos tipos de motor diferentes que se utilizan actualmente, hay cuatro tecnologías de motor que dan cobertura a la mayoría de las aplicaciones, cada una de ellas con sus ventajas e inconvenientes, que deberían tenerse en cuenta todas.
Motores de CC con escobillas / de corriente continua de imán permanente (PMDC)
Los motores de CC con escobillas y PMDC suelen ser la elección preferida para aplicaciones que exigen costes reducidos por muchos motivos. Por lo general, el coste inicial de propiedad es bajo. Una serie de características clave es práctica en muchas aplicaciones diferentes. Estos motores incorporan escobillas internas que traducen la corriente eléctrica en movimiento del motor. Muchas tecnologías de motores requieren el uso de un controlador para controlar el funcionamiento del motor. Los motores de CC con escobillas no necesariamente necesitan uno —especialmente si la aplicación solo requiere que el motor funcione a una velocidad fija. Para las aplicaciones que requieren un controlador para un control más avanzado, el controlador para un motor de CC con escobillas suele ser menos caro que los controladores similares utilizados en otras tecnologías de motor.
Algo inherente en el diseño del motor de CC con escobillas es el desgaste de las escobillas internos que se produce debido a dos factores principales: la velocidad del motor y la carga a la que se somete el motor. Son posibles dos resultados en función del tipo de motor de CC con escobillas que se utilice:
- En los motores con escobillas no sustituibles, la vida útil de las escobillas puede variar de entre 500 y 4.000 horas. La vida útil real estará determinada por varios factores, tras la cual deberá desechar o sustituir el motor.
- En los motores con escobillas sustituibles, la vida útil suele ser mayor. Las escobillas de estos motores pueden sustituirse, disminuyendo así los costes de mantenimiento iniciales. Debido al desgaste de las barras del conmutador (contra las cuales frotan las escobillas dentro del motor para traducir la corriente eléctrica al motor), existe un límite en el número de veces que puede sustituir las escobillas antes de que deba sustituirse todo el conjunto del motor.
Además del desgaste de las escobillas, un motor de CC con escobillas también requiere el uso de un codificador si se debe regular estrictamente la velocidad del motor, incrementando el coste inicial y compensando uno de los factores principales de esta tecnología de motor.
Independientemente del tipo de motor de CC con escobillas que elija, el mantenimiento adicional que requieren estos motores incrementa el coste total de propiedad. Por lo tanto, las ventajas de los motores de CC con escobillas se pueden aprovechar mejor cuando se incorporan en aplicaciones de uso esporádico, como la dispensación.
Motores de CC sin escobillas / BLDC
Los motores de CC sin escobillas son diferentes de los motores de CC con escobillas, dado que los primeros no tienen escobillas internas que lleven la corriente eléctrica que alimenta a estos equipos. Los motores de CC sin escobillas tienen muy poco desgaste y prácticamente no necesitan mantenimiento durante toda su vida útil, la mayor ventaja con diferencia de utilizar este tipo de motor. Otra ventaja adicional, dado que su diseño no cuenta con escobillas, es que se generan muy pocas partículas durante el funcionamiento. Esto convierte a los motores de CC sin escobillas en una opción viable para equipos médicos y demás aplicaciones similares sensibles a las partículas y residuos.
El fallo más común se produce en la caja de cambios ubicada en la parte frontal del motor. La caja de cambios reduce la velocidad del motor e incrementa el par que se suministra a la bomba. Los cambios pueden desgastarse con el tiempo.
Sin escobillas ni barras de conmutador en el conjunto, los motores de CC sin escobillas requieren una tarjeta de controlador para ofrecer la conmutación electrónica necesaria para funcionar adecuadamente. Lamentablemente, las tarjetas de controlador para los motores de CC sin escobillas suelen ser más caras que las utilizadas para los motores de CC con escobillas. Esto se suma al coste inicial si se utilizan estos motores. Además, para un control estricto de la velocidad debe utilizarse un codificador, incrementando a más a más el coste inicial.
Debido al diseño de los motores de CC sin escobillas, estos son perfectos para aplicaciones en los que se necesita una vida útil o donde el motor se encuentra en una ubicación peligrosa o difícil de acceder. En estas aplicaciones, aunque el coste inicial de propiedad de una opción de motor de CC sin escobillas es mayor, el coste total de propiedad con respecto a su vida útil es el menor de todos, convirtiéndola en una buena opción.
Motores paso a paso
Los motores paso a paso son un tipo de motor de CC sin escobillas, pero el movimiento del motor se controla de manera diferente. Un motor paso a paso funciona dividiendo la plena rotación en un número igual de pasos. El motor puede desplazarse y mantenerse en un punto específico de su rotación a través de los impulsos controlados a los electroimanes internos. No se requiere un codificador o mecanismo de retroalimentación similar. Los motores paso a paso también ofrecen otras ventajas, incluida una larga vida útil, desgaste y mantenimiento mínimos o cero, par de arranque elevado y coste total, que normalmente está entre el de un motor de CC con escobillas y un motor de CC sin escobillas.
No obstante, deben tenerse en cuenta algunas limitaciones importantes cuando se incorporan los motores paso a paso a una aplicación. Una limitación es el cambio de par que puede suministrar el motor a medida que cambia la velocidad. Aunque el par inicial es elevado, el par disponible a velocidades elevadas es considerablemente inferior y puede conducir a imprecisiones en la rotación, incluyendo la paralización.
Además, algunos efectos tangibles importantes también pueden limitar el uso de los motores paso a paso, incluido el ruido acústico (pueden «gemir» a un cabeceo elevado), generación de calor debido a ineficiencias globales (que puede hacer necesaria la ventilación u otros métodos de enfriamiento) y la vibración mecánica.
Aunque los motores paso a paso no son una opción idónea para aplicaciones de funcionamiento continuo, estos motores son una elección excelente para aplicaciones de dispensación repetidas y rápidas. Pueden resistir al uso intensivo sin necesidad de mantenimiento periódico, y ofrecen un control inherente estricto de posición y velocidad.
Motores de CA de polos sombreados
Los motores de CA de polos sombreados son otra opción de motor popular para un subconjunto limitado de clientes y aplicaciones. En las industrias de los alimentos y bebidas, en las que las bombas funcionan continuamente y en las que tanto los costes iniciales y de vida útil son factores importantes, los motores de CA de polos sombreados puede ofrecer algunas ventajas importantes:
- Bajo coste inicial
- Bajo coste de propiedad gracias a que prácticamente no requieren mantenimiento
- Larga vida útil (habitualmente solo limitada a la vida del engranaje, como los motores de CC sin escobillas)
- Funcionan con electricidad CA
- Funcionamiento silencioso
- Sin interferencia electromagnética (EMI)
También deben considerarse las limitaciones de los motores de CA de polos sombreados. La mayor limitación es el funcionamiento a velocidad fija de estos motores. Los motores de CA de polos sombreados están diseñados para funcionar a una única velocidad, determinada por la relación de transmisión incorporada en su diseño. Los codificadores y otros mecanismos de retroalimentación no pueden utilizarse con estos motores para garantizar la velocidad de rotación adecuada, que puede conllevar imprecisiones y variación del caudal durante el uso.
Además, estos motores suelen generar un calor considerable, un efecto secundario que solo empeora con el uso continuo. Normalmente, debe incorporarse un ventilador en el diseño para proporcionar un enfriamiento a tiempo real del montaje del motor. Estos motores no son tan potentes como los demás tipos de motores.
Dadas las ventajas y limitaciones de estos motores, la recomendación general es considerar los motores de corriente alterna de polos sombreados para aplicaciones de uso continuo no tan sensibles a las pequeñas variaciones de la tasa de flujo. Para otras aplicaciones, especialmente aquellas que implican la dispensación, la mejor elección sería utilizar uno de los otros tipos de motores.
Resumen
Para ver las ventajas y limitaciones de cada uno de estos tipos de motor, revise el siguiente gráfico:
Excelente -------------------------> Malo
Cada una de las cuatro opciones de motor tratadas en este artículo tiene ventajas y limitaciones, y debe prestarse atención a cada tipo de motor cuando elija el mejor motor para su aplicación.