Elección del motor eléctrico para la central hidráulica de una prensa empacadora

Las prensas empacadoras compactan cartón, papel, film plástico, botellas de PET y chatarra metálica en balas transportables. La pieza que produce la fuerza de la prensa es el cilindro hidráulico; lo que alimenta al cilindro es una central hidráulica: depósito de aceite, bomba, bloque de válvulas y el motor eléctrico que hace girar la bomba. Al sustituir el motor o instalar una central nueva, a menudo solo se pregunta por la potencia. Sin embargo, en una central hidráulica lo que determina el motor es la presión y el caudal de la bomba, la estructura del ciclo de la prensa, cómo se une el motor a la bomba y el sentido de giro. En este artículo tratamos estos temas a partir de los modelos de fundición de 4 polos que HEM Motor tiene a la venta.

¿De dónde sale la potencia del motor en una central hidráulica?

La potencia que la bomba pide en el eje depende del producto de la presión y el caudal que entrega. La expresión aproximada que se usa en la práctica es: potencia hidráulica (kW) ≈ presión (bar) × caudal (l/min) / 600. Este valor es la potencia hidráulica a la salida de la bomba; al añadir las pérdidas de la bomba y del circuito, la potencia exigida al motor es superior. La magnitud de las pérdidas depende del tipo de bomba y del diseño del circuito; por eso el cálculo debe completarse con los valores que facilita el fabricante de la bomba.

En las prensas empacadoras el ciclo no consta de un único punto fijo. El cilindro avanza primero rápido y en vacío (caudal alto, presión baja), se ralentiza y compacta al encontrar el material (caudal bajo, presión alta) y luego retrocede. Lo que exige al motor es el mayor producto presión × caudal de estas fases; multiplicar la presión más alta por el caudal más alto a la vez puede llevar a un motor innecesariamente grande.

Circuitos de doble bomba y de detección de carga

• Doble bomba (alta-baja): En el avance rápido impulsan las dos bombas juntas; cuando sube la presión, la bomba grande se descarga y la pequeña realiza la compactación. Así el motor se mantiene en una franja de potencia similar en ambas fases.
• Bomba de caudal variable: Al aumentar la presión, la bomba reduce el caudal por sí sola. La potencia del motor se determina según el límite de potencia ajustado en la bomba.
• Bomba única de caudal fijo: Es el circuito más sencillo; el motor debe tener potencia suficiente para dar el caudal completo a la presión más alta.

Determinar la potencia mirando solo el tonelaje de la prensa, sin saber qué circuito tiene, no es correcto. En una central existente, la información más fiable es la placa del motor antiguo y la placa de tipo de la bomba.

¿Por qué casi siempre 1500 rpm?

La mayoría de las bombas de engranajes y de paletas se diseñan para un rango de velocidad en el que pueden funcionar sin cavitación en el lado de aspiración; por eso son habituales en las centrales hidráulicas los motores de 4 polos, es decir, de 1500 rpm de velocidad síncrona. Aunque un motor de 3000 rpm parezca sacar el doble de caudal de la misma bomba, puede superar la velocidad que admite la bomba y generar ruido y desgaste en la aspiración. Antes de cambiar el número de polos del motor de una central existente, compruebe el límite de velocidad del fabricante de la bomba.

La velocidad nominal de la placa es algo inferior a la síncrona. Por ejemplo, la velocidad nominal del modelo 132M-4 es de 1460 rpm; este valor es el que se usa al calcular el caudal de la bomba.

Unión con la bomba y forma de montaje

En las centrales hidráulicas, el motor suele unirse a la bomba mediante una linterna (campana) y un acoplamiento elástico. La linterna asienta por un lado en la brida del motor y por el otro en la brida de la bomba; el acoplamiento une los dos ejes. En esta disposición importan tres coincidencias:

• Brida del motor y linterna: Se utiliza un motor con brida (B5) o con patas y brida (B35). Las formas de montaje se ofrecen según la carcasa y el tamaño de la brida se confirma en el pedido; el nombre «B5» por sí solo no demuestra que la linterna vaya a encajar.
• Eje y cubo del acoplamiento: El diámetro del eje y el chavetero cambian junto con el tamaño de carcasa del motor. Si el cubo del acoplamiento existente no encaja en el eje nuevo, hace falta un cubo nuevo.
• Montaje vertical: En algunas centrales el motor está en vertical (V1) sobre el depósito y la bomba cuelga dentro de él. Las opciones de montaje vertical también se ofrecen según la carcasa; indique la posición del motor en el pedido.

Encontrará las medidas de eje, brida y patas en el catálogo técnico y de producto y en los planos técnicos 2D; qué formas de montaje están disponibles se resume en la pregunta sobre formas de montaje.

Sentido de giro, arranque y ciclo

La mayoría de las bombas de engranajes son unidireccionales. Una bomba que gira al revés no impulsa aceite y puede dañarse en poco tiempo. En un motor trifásico, el sentido de giro se invierte intercambiando dos de las fases de alimentación. Por eso, antes de unir el motor nuevo a la bomba, debe comprobarse el sentido con una breve prueba y compararse con la flecha del cuerpo de la bomba.

Que la bomba esté descargada en el arranque alivia al motor. En muchas centrales, una válvula de descarga envía el caudal de la bomba al depósito hasta que el motor alcanza la velocidad de trabajo; en este caso el arranque estrella-triángulo funciona sin problemas. Los motores de 400/690 V se conectan en triángulo en una red de 400 V y, por tanto, son aptos para el arranque estrella-triángulo. Si la bomba debe arrancar bajo presión, indíquelo en el pedido.

Durante el ciclo, el motor suele girar de forma continua; mientras la prensa espera, la bomba se descarga. En algunas centrales, sin embargo, el motor se para y se vuelve a arrancar en cada bala. Si el número de arranques por hora es alto, el bobinado del motor se calienta; este dato es importante para una selección correcta. Si conviene dejar el motor en marcha o pararlo durante los intervalos largos en que la bomba está en vacío se valora en función del número de arranques.

Nuestras series trifásicas son aptas para el control de velocidad con variador de frecuencia; para funcionar durante mucho tiempo a baja velocidad con par completo puede ser necesario un ventilador externo, y si el cable entre variador y motor es largo, se valora un filtro dv/dt o senoidal; estas condiciones se indican en el pedido.

Modelos de ejemplo en centrales de prensas empacadoras

Los modelos de fundición siguientes son ejemplos del rango de potencia que se encuentra en las centrales hidráulicas de prensas empacadoras pequeñas y medianas. La necesidad de su prensa la determina el diseño de la bomba y del circuito; estas filas no deben leerse como una lista de recomendaciones.

Los motores de la lista tienen protección IP55 y aislamiento clase F; la alimentación está definida como 400/690 V (Δ/Y) a 50 Hz. 132S y 132M tienen la misma altura de eje, pero distinta longitud de carcasa; en centrales unidas por brida esta diferencia no suele ser un problema, mientras que en las que también se fijan por las patas se comprueba la distancia entre patas. El resto de información sobre aplicaciones hidráulicas está en la página de motores eléctricos para bombas hidráulicas.

Ejemplo hipotético: renovación del motor de una empacadora vertical

Este ejemplo se ha construido para mostrar el orden de las comprobaciones; no es una aplicación real. Supongamos que, en la central hidráulica de una empacadora vertical de cartón de un depósito de reciclaje, se ha quemado el bobinado de un motor cuya placa indica 7,5 kW y 1450 rpm. El motor está unido a una bomba de engranajes mediante linterna y acoplamiento.

• Potencia y velocidad: La placa indica un motor de 4 polos. La velocidad nominal del modelo 132M-4 de fundición es de 1460 rpm; el caudal de la bomba prácticamente no cambia.
• Unión: Se anotan el tipo de brida del motor antiguo y el tamaño de brida sobre el que asienta la linterna; este dato se facilita en el pedido para confirmar el encaje de la brida. Se comprueba con el catálogo si el cubo del acoplamiento encaja en el diámetro del eje.
• Causa de la avería: Se investiga el motivo del bobinado quemado: un filtro obstruido o una válvula limitadora desajustada pueden haber mantenido la bomba a alta presión de forma continua; el número de arranques por hora puede ser muy alto.
• Puesta en marcha: Antes de unir la bomba se comprueba el sentido de giro con una breve marcha. Después se mide la corriente durante la compactación; si se mantiene de forma continua por encima del valor nominal de 14,3 A, se revisan el ajuste de la válvula limitadora y el circuito.

Información necesaria para el pedido

• Una foto nítida de la placa del motor desmontado
• La placa de tipo de la bomba; si se conocen, la presión y el caudal de trabajo
• Tipo de unión: linterna y acoplamiento, forma de montaje (B5, B35, vertical V1) y tamaño de brida
• Método de arranque, tensión de red y número aproximado de arranques por hora
• El entorno donde está la central (polvo, exterior, temperatura)

Puede ver los motores que pueden adaptarse a su central hidráulica, junto con sus precios, en nuestra página de tienda. Si desea pedir un equivalente con la placa de su motor actual, envíe la foto a través de la página motor equivalente según la placa; para preguntas sobre la bomba y el circuito, escríbanos.