Máquinas verdes

"Hacia lo eléctrico" parece ser el último paso en la evolución del equipo de fabricación. Desde punzones de torreta hasta prensas estampadoras, todos parecen seguir una progresión natural de energía accionada de manera mecánica a hidráulica, y finalmente a eléctrica. Si la electricidad puede accionar un motor para proveer suficiente fuerza, la máquina puede ser tan precisa, o más precisa que sus predecesores hidráulicos y mecánicos. Sin ningún fluido hidráulico ni embragues mecánicos, la máquina requiere menos energía para funcionar, y produce menos desperdicio. En otras palabras,funciona de manera verde.

Y con sistemas híbridos hidráulicos-eléctricos y completamente eléctricos en el mercado, las prensas de cortina están siguiendo la misma ruta de evolución.

Prensas Eléctricas

Los primeros sistemas eléctricos entraron al mercado a principios de los años 1990s. Con el tiempo, dos diseños básicos han dominado el mercado: uno con una cortina accionada por tornillo de bola, y otro accionado por un sistema de poleas.

En el diseño accionado por tornillo de bola, un motor de CA genera la energía. Una banda temporizadora Kevlar® va alrededor del engrane de piñón del motor, y otro engrane de diámetro mayor colocado en el centro del punto muerto sobre el tornillo. Dependiendo del tamaño de la máquina, el tornillo gira dentro de una tuerca estacionaria fija a la cortina, o la tuerca puede girar alrededor del tornillo estacionario. El resultado es que la cortina se mueve hacia arriba y hacia abajo con rotación del tornillo de bola en sentido de las manecillas del reloj y en sentido contrario (vea la Figura 1).

Máquinas de tornillo de bola más grandes aumentan el par disponible mediante reducciones de engrane. Si un engrane impulsor se conecta a otro engrane tres veces menor, la cantidad de par que puede dar el engrane menor es tres veces mayor. Esto transfiere más tonelaje del tornillo a la cortina, y, finalmente, a la pieza de trabajo, sin energía adicional del

Otro tipo de sistema totalmente eléctrico tiene un servomotor de CA conectado a una serie de poleas que actúan como multiplicadores de trabajo (vea la Figura 2). Si el servomotor produce 100 unidades de fuerza, un sistema de ocho poleas puede producir 800 unidades.

La cortina accionada por motor hace tracción contra resortes grandes, escondidos bajo las cubiertas de hoja metálica en los lados izquierdo y derecho de la máquina, conforme desciende hacia el centro del punto muerto inferior. Cuando la cortina llega a la posición objetivo, el motor deja de girar, y los resortes toman el control y suben la cortina de regreso a su posición original.

Los sistemas eléctricos tienen tres ventajas principales: eficiencia, precisión y facilidad de mantenimiento. Tienen una precisión de 0.0004 pulgadas hasta 1 micrón (0.00004 pulgadas) para algunos modelos accionados por tornillo de bola (vea la Figura 3). Además, como algunos sistemas hidráulicos más sofisticados, algunos sistemas eléctricos tienen detección de espesor de material sobre la marcha (on-the-fly). En los sistemas eléctricos, la detección del espesor ocurre midiendo la retroalimentación del par en el tornillo de bola y motor.

La energía que entra a los sistemas eléctricos es casi igual a la que éstos sacan. Además, los sistemas eléctricos se parecen a las prensas hidráulicas en que está disponible todo el tonelaje en todo el ciclo. Una prensa eléctrica de 36 toneladas produce, para todos los propósitos prácticos, 36 toneladas en toda la carrera.

Los sistemas hidráulicos deben manejar fluido hidráulico ya sea que la cortina se esté moviendo o no, y esto consume energía. Los sistemas eléctricos no consumen ninguna cantidad significativa de energía cuando la cortina no se está moviendo (y en un taller artesano, la cortina no se mueve durante una parte significativa del día). Mientras no trabajan, de hecho, algunos sistemas eléctricos consumen sólo alrededor de 1 ampere, principalmente para la pantalla LCD del control.

Los tornillos de bola, son en sí, depen­diendo del modelo de prensa, de alrededor de 4 pulgadas de diámetro con un paso de rosca de alrededor de 0.393 pulgadas y cojinetes de bola de 0.393 pulgadas de diámetro. Los tornillos de bola deben lubricarse alrededor de una vez al año con grasa de uso pesado. Pero fuera de eso, hay poco mantenimiento.La desventaja de la tecnología de tornillo de bola es el tonelaje. La mayoría de las prensas eléctricas son para aplicaciones de bajo tonelaje, aunque es posible un tonelaje mayor. Aunque las máquinas accionadas por tornillo de bola hasta de 300 toneladas están en el tablero, por razones económicas el sistema de tornillo de bola más grande que está siendo usado en el campo tiene alrededor de 88 toneladas. Para tonelajes más altos, muchos han elegido un camino diferente: la prensa híbrida hidráulica-eléctrica.

Sistemas Hidráulico-Eléctricos

Los sistemas híbridos hidráulico-eléctricos se desarrollaron a finales de los años 1990s y empezaron a emerger en el mercado al principio de esta década. Aunque el término "hidráulico" está en su nombre, estas máquinas conservan poco parecido con las prensas completamente hidráulicas.

En los sistemas hidráulicos convencionales, el descenso de aproximación rápida de la cortina ocurre por caída libre; el peso de la cortina succiona el aceite hacia la parte superior de la cabeza del cilindro. Por lo que las velocidades de aproximación rápida en las máquinas hidráulicas son establecidas por el diámetro de la manguera que alimenta la entrada del sistema hidráulico. Varios trucos del sistema hidráulico—válvulas más grandes, mangueras más grandes, etc.- permiten a la cortina succionar más aceite mientras ésta cae, y, así, aumentar su velocidad de aproximación rápida. Para cambiar a velocidad de doblado, el aceite es desviado con una válvula de carrete que se cierra, permite que pase menos fluido desde la bomba, y desacelera la cortina. Cuando la válvula se cierra, la cortina se detiene. Qué tan preciso es un sistema hidráulico depende de qué tan rápida y precisamente puedan reaccionar estas válvulas cuando la cortina desciende.

Las máquinas híbridas hidráulico-eléctricas toman un enfoque fundamentalmente diferente. La carrera inicia y termina con la rotación del servomotor, y el fluido fluye sólo cuando el operador oprime el pedal.

He aquí como funciona. La flecha sellada del servomotor de CA sale al tanque hidráulico bajo el baño de aceite. Conectada a la flecha dentro del tanque de aceite está una bomba común de pistón de ángulo fijo, que se ve como una pistola Gatling (el cilindro gira y dispara aceite en lugar de balas). Esta presión hidráulica, a su vez, acciona la cortina de la prensa (vea la Figura 4).

La precisión de posicionamiento de la cortina llega hasta 5 micrones, gracias al control directo que tiene el servomotor sobre la bomba de pistón. El control es tan preciso, de hecho, que la industria ha llegado a llamarlas "servobombas". Todo cambio en la velocidad y dirección del servomotor es seguido inmediatamente por un cambio de velocidad o dirección en la servobomba.

Un operador presiona el pedal, el cual actúa los servomotores de CA que giran a una cierta velocidad, de acuerdo al programa en el controlador, el cual puede cambiar la velocidad de la cortina en cualquier punto en la carrera. La posición de la cortina es monitoreada por escalas lineales en los lados izquierdo y derecho de la máquina, por lo que el control siempre sabe exactamente dónde está la cortina.

Cuando el punzón de la cortina llega a la posición de la velocidad de doblado programada sobre la pieza de trabajo, las escalas lineales mandan una señal al control, el cual le dice al motor que cambie las RPMs e inicie el doblado. Conforme el metal es doblado al ángulo deseado, la rotación lenta del servomotor guía la cortina, en unos cuantos micrones, hacia el centro del punto muerto inferior. La presión hidráulica no aumenta hasta que la cortina encuentra resistencia al hacer contacto con el metal, y sólo en ese punto se drena más corriente hacia el servomotor.

Durante el doblez, los sistemas híbridos y totalmente eléctricos consumen la misma cantidad de energía que sus contrapartes totalmente hidráulicas. El metal consume la misma cantidad de fuerza para deformarse, sin importar que máquina haga la deformación. La diferencia es que los sistemas híbridos y totalmente eléctricos prácticamente no gastan energía cuando están sin operar. Además, como los sistemas eléctricos e hidráulicos, los sistemas híbridos ofrecen detección de espesores (usando sensores de presión en las líneas hidráulicas) así como compensación de coronación.

Y como los sistemas totalmente eléctricos, los híbridos no requieren mantenimiento frecuente. El fluido no se calienta, debido a que no hay bombas de engranajes que envíen fluido en movimiento constante.

Más aun, los sistemas híbridos tienen un número limitado de válvulas. Por ejemplo, cuando la cortina llega a la parte inferior de la carrera, hace el doblez, y llega a la posición objetivo, el motor deja de girar y una válvula direccional se abre para permitir que el aceite regrese al tanque hidráulico. Pero sigue siendo el servomotor, no las válvulas, el que determina en última instancia la posición de la cortina.

Cuestiones Ambientales

Una prensa totalmente eléctrica es, por supuesto, la más amigable con el ambiente, sin aceite hidráulico de que preocuparse y menos consumo global de energía. Las prensas híbridas consumen casi la misma cantidad de energía y usan más o menos entre una tercera parte y la mitad del aceite de las prensas hidráulicas convencionales. El aceite del sistema híbrido tiene que reemplazarse con menos frecuencia, y la eliminación del aceite no es tan fácil como solía serlo.

Es cierto que las prensas hidráulicas han hecho grandes progresos en precisión. Y con los años de servicio confiable detrás de ellas, probablemente seguirán siendo los caballitos de carga de la industria por años. Sin embargo, conforme las tecnologías verdes como los coches híbridos y las torres de viento han ascendido a la fama en años recientes, así lo han hecho los beneficios ambientales de las prensas eléctricas e híbridas.