Eficiencia energética según la clase IE5+: Motor síncrono de imán permanente compacto amplía el rango de control y reduce el costo total de propiedad

LEWA ecodos LED3 con PMSM (Fuente: LEWA GmbH) / LEWA ecodos LED3 con PMSM (Fuente: LEWA GmbH)

Los PMSM recién incorporados al portafolio se caracterizan, entre otras cosas, por un rango de regulación de 1:200, lo que permite cubrir un espectro de aplicaciones más amplio con el mismo accionamiento o bomba. (Fuente: LEWA GmbH)

El PMSM también tiene un par constante, es decir, todo el par puede ser solicitado a 0 rpm. Esto garantiza un arranque del sistema especialmente suave y delicado, ya que cada proceso puede iniciarse con una tasa de transporte del 1 por ciento en lugar del habitual 10 por ciento. (Ejemplo: dosificación de ácidos grasos omega 3 en la fabricación de comida para bebés) (Fuente: Adobe Stock)

El momento constante del PMSM permite, a diferencia del ASM presentado, un funcionamiento continuo a bajas revoluciones. Una sobredimensionamiento para el par de arranque necesario de la bomba se ha vuelto innecesario debido a la alta capacidad de sobrecarga del PSMS. (Fuente: LEWA GmbH)

A diferencia de las máquinas de estado finito (ASMs) mostradas, el par constante del PMSM permite una operación continua a bajas velocidades. Sobredimensionar para el par de arranque de la bomba requerido ya no es necesario debido a la alta capacidad de sobrecarga del PMSM. (Fuente: LEWA GmbH)

Al igual que el motor asíncrono, el PMSM puede ser controlado mediante un convertidor de frecuencia estándar (NORD, Danfoss, etc.) con una parametrización especial, de modo que los usuarios puedan utilizar piezas comunes. (Fuente: Getriebebau NORD GmbH & Co. KG)

Estas soluciones descentralizadas, en las que el convertidor de frecuencia está instalado directamente en el PMSM, ya son posibles con los PMSM seleccionados por LEWA. (Fuente: Getriebebau NORD GmbH & Co. KG)

También estas soluciones descentralizadas, en las que el convertidor de frecuencia está instalado directamente en el PMSM, ya son posibles con los PMSM seleccionados por LEWA. (Fuente: Getriebebau NORD GmbH & Co. KG)

Ya en 2020, LEWA realizó las primeras pruebas funcionales con el prototipo PMSM de NORD y una bomba ecodos en la bancada de pruebas de bombas. Sobre todo en el rango de bajas revoluciones, el PMSM pudo demostrar con éxito las ventajas del par constante: la bomba de prueba ecodos pudo ser operada en un rango de 1:480 hasta 5 bar. (Fuente: LEWA GmbH)

En muchas aplicaciones, por ejemplo en la dosificación de ingredientes en la industria farmacéutica o alimentaria, se requieren bombas que no solo puedan controlarse con precisión en cuanto a cantidad y período de bombeo, sino que también transporten los ingredientes de manera especialmente suave. Para que los confiables conjuntos de bombas de la serie ecodos de LEWA GmbH puedan cumplir esta tarea exigente de manera aún más flexible y eficiente en energía en el futuro, el fabricante amplía su cartera con una nueva forma de regulación de velocidad de rango amplio (WBR). Además de los motores asincrónicos y los servomotores, ahora también se utilizan motores síncronos de imán permanente, en breve PMSM. Se caracterizan por su alta eficiencia energética y un rango de regulación mayor a 1:200. Esto amplía significativamente el espectro de aplicaciones. Se puede prescindir del uso de varias bombas para diferentes caudales o de una sobredimensionamiento de motores asincrónicos a bajas revoluciones. Como el PMSM puede diseñarse sin ventilador, permanece compacto y fácil de limpiar. Esto último lo hace ideal para aplicaciones higiénicas. La alta eficiencia en todo el rango de regulación, según la clase de eficiencia energética IE5+, también reduce los costos de energía y, por lo tanto, disminuye el costo total de propiedad (TCO).

Las bombas dosificadoras de membrana de la serie LEWA ecodos son especialmente adecuadas para aplicaciones en la industria alimentaria o farmacéutica. Todos los materiales que entran en contacto con el fluido en los conjuntos de bombas cumplen con los requisitos de la FDA, USP Clase VI y las directrices de la UE para la industria alimentaria. Por ejemplo, la cabeza de la bomba en la variante higiénica está fabricada en PP o acero inoxidable pulido electroquímicamente con una rugosidad superficial < 0,5 µm. Esto facilita la limpieza de las superficies en contacto con el producto.

En las tecnologías de motor utilizadas hasta ahora, hay que aceptar ciertas limitaciones: "En los motores asincrónicos clásicos, cuyo rotor consiste en un jaula de cortocircuito, el rango de regulación se limita a 1:10 (1:50 en casos particulares). Con una retroalimentación del codificador, es posible una ampliación significativa", explica Maurice Wirkner, Gerente de Aplicaciones en LEWA. "Además, el accionamiento fuera de la velocidad nominal —especialmente a bajas revoluciones— es relativamente ineficiente. Esto requiere sobredimensionar el accionamiento y aumenta los costos operativos". Los servomotores están optimizados para requisitos altamente dinámicos y también cubren todo el rango de regulación (1-210 golpes de bomba). Sin embargo, son más caros de adquirir y también necesitan un variador servo para su control.

La regulación WBR con motor síncrono de imán permanente amplía el rango de aplicaciones

LEWA ha ampliado su cartera con una tecnología de accionamiento que no presenta estas debilidades. "A diferencia del motor asincrónico, el rotor de este accionamiento está compuesto por imanes permanentes y gira de forma síncrona, es decir, sin deslizamiento dependiente de la carga", explica Wirkner. "Se destaca, entre otras cosas, por su rango de regulación extremadamente amplio, lo que a menudo hace innecesario el uso de varias bombas para diferentes caudales". En particular, en sistemas con múltiples bombas, se puede prescindir de una regulación adicional manual (HHV) o eléctrica (EHV), y el volumen necesario se realiza únicamente mediante el control de velocidad. Además, el PMSM ofrece un par constante. Todo el par puede ser utilizado desde 0 rpm (detenido) hasta la velocidad nominal del motor. Esto garantiza un arranque del sistema especialmente suave y respetuoso con el producto, ya que cada proceso puede comenzar con una capacidad de bombeo del 1 por ciento en lugar del habitual 10 por ciento.

También ofrece una alta capacidad de sobrecarga a corto plazo, lo que permite un diseño del accionamiento sin sobredimensionamiento para el momento de arranque. Así, se pueden realizar tamaños de construcción más pequeños y rentables en comparación con los accionamientos clásicos. "Al igual que el motor asincrónico, el PMSM puede controlarse mediante un variador de frecuencia estándar, lo que permite al usuario utilizar componentes iguales", explica Wirkner. "En cambio, con un servomotor, sería necesario adquirir variadores de servo costosos". Además, el accionamiento compacto, sin ventilador, es fácil de limpiar y cuenta con una alta protección IP. Si es necesario, también puede someterse a un tratamiento superficial con nsd tupH. Este proceso hace que la superficie sea extremadamente resistente y aún más fácil de limpiar. Por lo tanto, es ideal para aplicaciones con altos requisitos higiénicos, como la aromatización en la industria alimentaria o la adición de aditivos en el sector farmacéutico.

El PMSM IE5+ permite reducir costos y soluciones descentralizadas

La única limitación actual del PMSM utilizado es su uso en áreas no explosivas. "Gracias a la regulación WBR con el PMSM IE5+, podemos cumplir con las crecientes demandas de los clientes en cuanto a un rango de regulación adicional y menores costos de energía y de inversión total", resume Wirkner. "El tema de la eficiencia energética es cada vez más importante para nuestros clientes. También se puede implementar una solución descentralizada, en la que el variador de frecuencia esté instalado directamente en el PMSM, en colaboración con la empresa Gearbox NORD GmbH & Co. KG, nuestro socio en motores para PMSM".