Desde motores eléctricos y actuadores lineales hasta robots y cajas de cambios, la gama de equipos y maquinaria que se utilizan para crear automatización en aplicaciones industriales es diversa. Cada uno tiene su propio conjunto de requisitos de sellado y comprender estos componentes críticos requiere muchos años de experiencia. En este artículo, David Kaley, gerente de segmento global de automatización industrial de ACG Motors, comparte sus conocimientos sobre las necesidades de sellado de los motores eléctricos. Se analizan los sellos de eje radiales estándar basados en elastómero, así como los sellos de alto rendimiento basados en PTFE.

¿Qué es un motor eléctrico y cuáles son los diferentes tipos?

Un motor eléctrico es un dispositivo que convierte energía eléctrica en energía mecánica. La mayoría funciona mediante la interacción del campo magnético del motor y la corriente eléctrica en un cable enrollado para producir una fuerza aplicada mediante par en el eje del motor.

Existen muchos tipos diferentes de motores eléctricos. Sin embargo, en su forma más simple, un motor eléctrico puede funcionar con fuentes de alimentación de corriente continua (CC), como en rectificadores o baterías, o con fuentes de alimentación de corriente alterna (CA), como en redes eléctricas, generadores eléctricos o inversores. Los motores eléctricos se clasifican por su tipo de fuente de alimentación, uso de la aplicación, construcción y tipo de salida de movimiento.

Los motores estandarizados ofrecen la energía mecánica adecuada para uso industrial. Las aplicaciones incluyen sopladores y bombas, ventiladores industriales, cintas transportadoras, máquinas herramienta, herramientas eléctricas, equipos de procesamiento, máquinas de embalaje, vehículos y más. Si se mueve, probablemente tenga un motor conectado.

¿Puedes explicar las diferencias entre motores de CA y CC?

Motor de corriente alterna (motores de CA): Consisten en un estator con una bobina a la que se le suministra corriente alterna para convertir la corriente eléctrica en potencia mecánica. El estator es la parte estacionaria del motor, mientras que el rotor es la parte giratoria. Los motores de CA son una fuente de energía para una amplia variedad de aplicaciones debido a su flexibilidad, eficiencia y funcionamiento silencioso.

Motor de corriente continua (motores de CC): Transforman la energía eléctrica en energía mecánica creando un campo magnético en su estator alimentado por corriente continua. El campo atrae y repele los imanes del rotor, haciéndolo girar.

Una de las principales diferencias entre los motores de CA y CC es el control de velocidad. Un motor de CA funciona a la frecuencia de la fuente de alimentación de CA y resiste los cambios de velocidad incluso cuando cambia la carga. Para cambiar la velocidad del motor, se utiliza un variador de frecuencia (VFD) para convertir la fuente de alimentación de CA en CC y viceversa a una frecuencia diferente. Esto significa que los motores de CA son ideales para situaciones en las que la velocidad del motor es de lenta a media y permanece constante mientras varía la carga del motor. Por eso, los motores de CA se utilizan en aplicaciones industriales de alta resistencia y velocidad continua.

Los motores de corriente continua se pueden controlar fácilmente en cuanto a velocidad modificando la tensión de alimentación. Proporcionan una cantidad constante de par en todo su rango de velocidad, pero son sensibles a los cambios en la carga. Esto los hace ideales para situaciones en las que es necesario un control preciso de la velocidad y la carga no varía significativamente, como en electrodomésticos o robótica. Los motores de corriente continua suelen costar mucho más que los motores de corriente alterna debido a los mayores costes de fabricación. Además, como los motores de corriente alterna tienen un uso tan extendido, las economías de escala contribuyen a su precio relativamente más bajo.

¿Cuáles son algunas de las consideraciones clave cuando se trata de motores eléctricos?

Todos los tipos de motores eléctricos comparten prioridades operativas en algún nivel. Las principales preocupaciones de los fabricantes de equipos originales de motores eléctricos son las siguientes:

• Protección del estator: Fundamental para evitar daños en los devanados del estator, que son la parte más vulnerable del motor. La protección del estator ayuda a garantizar la longevidad y la fiabilidad de los motores eléctricos al evitar el sobrecalentamiento, la sobrecorriente y otras posibles averías.
• Lubricación del rotor: La lubricación del rotor implica principalmente la lubricación de los cojinetes que lo sostienen. Una lubricación adecuada es esencial para reducir la fricción, evitar el desgaste y garantizar un funcionamiento suave.
• Ingreso de partículas y líquidos: El ingreso de partículas y/o líquidos en motores eléctricos se refiere a la entrada de líquidos, polvo, suciedad y otras partículas sólidas en el motor. Esto puede afectar significativamente el rendimiento y la longevidad del motor.
• Vibración del eje: La vibración del eje en los motores eléctricos se refiere al movimiento oscilatorio del eje del motor, que puede provocar diversos problemas operativos si no se gestiona adecuadamente.
• Fricción/generación de calor: La fricción crea calor que puede generar problemas que afecten el rendimiento del motor y su longevidad.
• Precisión: La precisión en los motores eléctricos es crucial para aplicaciones que requieren alta exactitud, confiabilidad y eficiencia. Para lograrla es necesario contar con componentes de alta calidad, tolerancias estrictas, sistemas de control avanzados y mecanismos de retroalimentación como codificadores y resolvers.

¿Qué tipo de componentes de sellado críticos se necesitan para abordar estos desafíos en los motores eléctricos?

Como sistemas de funcionamiento en seco, los motores eléctricos funcionan con una lubricación reducida en comparación con sus homólogos de funcionamiento húmedo alimentados con gas, lo que requiere soluciones de sellado específicas para gestionar la fricción y la generación de calor. Los sistemas eléctricos tienen menos componentes de sellado, pero aún así requieren productos de sellado duraderos. Los sellos deben proteger el motor manteniendo el aceite y la grasa en el eje giratorio y evitando la entrada de polvo y suciedad. Los sellos estáticos, como juntas tóricas, empaquetaduras, sellos adheridos y piezas moldeadas, se utilizan como elementos de sellado para tapas, juntas de brida, roscas y cubiertas. El tipo de sello rotatorio utilizado para motores industriales de baja fricción y alta velocidad depende de la complejidad de la aplicación.

Reducir la pérdida de potencia en todo el sistema es otra función del sello, por lo que se requiere menos energía para alimentar el equipo o convertirla en rendimiento. La fricción de los cojinetes y la disposición del sello afectan la pérdida de potencia, por lo que equilibrar las capacidades de sellado con la necesidad de una fricción mínima es un desafío. Un sello de caucho de nitrilo butadieno (NBR) o fluoroelastómero (FKM) generalmente ofrece la mejor solución para reducir la fricción y la pérdida de potencia según la temperatura y la velocidad de rotación de la aplicación.

Los sellos de aceite radiales de elastómero son tradicionalmente un sello rotatorio primario en sistemas estándar lubricados en húmedo porque tienen un excelente rendimiento de sellado y una fácil instalación. Sin embargo, los sellos de aceite radiales de elastómero tienen dificultades para soportar las condiciones de los motores eléctricos, como mayores velocidades rotatorias, lubricación reducida o condiciones de funcionamiento en seco. Los sellos de elastómero también crean una mayor fricción, lo que resulta en una mayor pérdida de potencia.

Los sellos rotativos de politetrafluoroetileno (PTFE) son una excelente alternativa, con beneficios que se adaptan a las demandas de los motores eléctricos y los entornos críticos de alta velocidad, que incluyen:

• Capacidad de soportar altas velocidades de hasta 224 millas por hora.
• Rendimiento de fricción extremadamente baja.
• Amplio rango de temperatura de funcionamiento (-148 °F a +500 °F).
• Capacidad de funcionar en seco.
• Compatibilidad con la mayoría de lubricantes.
• Inercia a la mayoría de los productos químicos.
• Baja fuerza de arranque y sin efecto stick-slip.
• Alta resistencia al desgaste.

¿Qué soluciones de sellado únicas puede ofrecer ACG Motors para motores eléctricos?

El sello de aceite radial Varilip PDR de ACG Motors está diseñado específicamente para ofrecer un rendimiento superior para motores eléctricos que funcionan a velocidades más altas. Está construido a partir de uno o varios elementos de sellado basados en PTFE de Turcon que se retienen mecánicamente en un cuerpo de metal mecanizado con precisión.

El cuerpo metálico proporciona un sellado estático robusto contra la carcasa, lo que evita los cambios en la temperatura de funcionamiento causados ​​por la oscilación repetida. Mientras tanto, el elemento de sellado Turcon evita eficazmente las fugas y permite el movimiento entre las partes giratorias y estacionarias del motor, lo que genera un excelente rendimiento a altas velocidades. Caracterizado por una baja fricción y un funcionamiento sin tirones ni deslizamientos, el sello reduce la generación de temperatura, permite velocidades más altas en el borde exterior del rotor y reduce el consumo de energía. Esto da como resultado una larga vida útil, maximizando el tiempo entre mantenimientos y una mayor productividad.