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En un tanque de mezcla de alimentos, las dos magnitudes que determinan la potencia del motor son la consistencia (viscosidad) del producto y la velocidad del eje del agitador; un motor elegido sin valorar ambas a la vez o sufre cuando aumenta la consistencia o queda innecesariamente grande. Para un jarabe acuoso basta una pequeña hélice que gira rápido, mientras que un agitador de ancla grande que gira despacio en nata, caramelo o relleno de fruta exige un par mucho mayor. En este artículo explicamos cómo la consistencia y la velocidad se reflejan en la elección del motor y del reductor.
Tipo de agitador y rango de velocidad
Los agitadores de tanque se construyen con geometrías distintas según la fluidez del producto que procesan, y cada uno trabaja en un rango de velocidad de eje diferente:
- Hélice y turbina de palas inclinadas: se usan en productos que fluyen como el agua (jarabe, salmuera, zumo, leche). Giran a velocidad relativamente alta y crean un flujo axial en el tanque. En algunos tanques pequeños el motor se une directamente, sin reductor.
- Turbina de disco y cabezal de dispersión: se usan en trabajos que requieren cizallamiento, como disolver polvos o preparar emulsiones; pueden trabajar a alta velocidad durante periodos cortos.
- Agitador de ancla y rascador: gira raspando la pared del tanque en productos espesos como nata, pudin, mermelada, caramelo o relleno de chocolate. La velocidad del eje es baja y la necesidad de par, alta.
- Agitador de cinta helicoidal (ribbon): mueve el producto arriba y abajo en productos muy espesos, de consistencia de masa o pasta; es el grupo que trabaja a menor velocidad y con mayor par.
El tipo importa porque la velocidad del agitador determina la calidad de procesado del producto. En un producto espeso, aumentar la velocidad no mejora la homogeneidad; puede dañar la estructura del producto, incorporar aire y aumentar rápidamente la carga del motor.
¿Cómo cambian la potencia y el par al aumentar la consistencia?
La potencia del agitador aumenta aproximadamente con el cubo de la velocidad del eje y aproximadamente con la quinta potencia del diámetro de las palas; la densidad y la consistencia del producto actúan como multiplicadores de esta relación. En flujo turbulento de baja viscosidad, la potencia depende en gran medida de la densidad. Al aumentar la viscosidad, el flujo se ralentiza, el producto opone resistencia delante de la pala y la potencia necesaria a la misma velocidad sube de forma notable.
La consecuencia práctica son dos reglas:
- Un producto espeso pide baja velocidad y alto par. Para entregar la misma potencia a menor velocidad de eje, la relación del reductor crece y aumenta el par de salida del reductor. Aunque la potencia del motor no cambie, la capacidad de par del reductor pasa a ser determinante.
- La consistencia cambia durante el proceso. En procesos como la cocción de mermelada, la concentración de caramelo o la gelificación del almidón, el producto es fluido al principio y espeso al final. El motor se elige para el momento más espeso del proceso; la baja corriente del inicio es engañosa.
La temperatura del producto también cambia la consistencia: la nata, el chocolate o el jarabe de azúcar que se enfrían se espesan. Volver a arrancar por la mañana con el producto enfriado durante la noche en el tanque puede ser el momento más pesado del día para el motor y el reductor.
Ajuste entre el reductor y la velocidad del motor
La velocidad del eje del agitador suele obtenerse a la salida del reductor. Como la relación del reductor es fija, cuando cambia la velocidad del motor la del agitador cambia en la misma proporción. Por eso es imprescindible mantener el número de polos al sustituir el motor de un tanque existente: si se monta un motor de clase 1000 rpm en lugar de uno de clase 1500 rpm, el agitador se ralentiza aproximadamente un tercio; en el caso contrario, se aplica un cizallamiento excesivo al producto.
En un proyecto de tanque nuevo, la elección se hace al revés: primero se fijan la velocidad y el par del agitador requeridos y después se eligen la relación del reductor y el número de polos del motor. La misma velocidad de salida del reductor puede lograrse con un motor de 4 polos y un reductor de mayor relación, o con un motor de 6 polos y un reductor de menor relación. A igual potencia, el motor de 6 polos da un par nominal mayor; por ejemplo, a 5,5 kW el par nominal del modelo de 4 polos 132S-4 es de 36 Nm, mientras que el del modelo de 6 polos 132M2-6 es de 54,3 Nm.
La brida de entrada IEC y el ajuste del eje entre reductor y motor se comprueban aparte. La información general sobre aplicaciones con reductor está en la página motores eléctricos para reductores. Puede consultar los modelos adecuados de HEM Motor y los precios actuales en la página comprar motores eléctricos.
Variador de frecuencia para consistencia variable
En productos cuya consistencia cambia durante el proceso, es habitual ajustar la velocidad del agitador con un variador: alta velocidad al principio para mezclar rápido y baja velocidad a medida que el producto espesa. Aquí se aplica la declaración general de nuestro sitio: nuestras series trifásicas son aptas para el control de velocidad con variador de frecuencia; para un funcionamiento prolongado a baja velocidad con par pleno puede ser necesaria una ventilación forzada, 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.
Mezclar un producto espeso a baja velocidad es exactamente el caso de «par pleno a baja velocidad». Como el ventilador propio del motor gira con la velocidad del eje, la refrigeración disminuye; si el proceso es largo, se valora una ventilación forzada. Si se va a usar un variador, debe indicarse sin falta en el pedido. Los detalles se resumen en la pregunta sobre el uso con variador de frecuencia.
