Máquinas de inyección hidráulicas vs. eléctricas

Tres conceptos de accionamiento, una decisión

Toda máquina de moldeo por inyección debe cerrar el molde y aplicar la fuerza de cierre, inyectar y compactar el material fundido, hacer girar el husillo para plastificar y expulsar la pieza. El concepto de accionamiento que impulsa esos movimientos determina el consumo de energía, la precisión, la velocidad, el mantenimiento y la inversión durante toda la vida de la máquina.

Hoy los compradores eligen entre tres opciones principales: máquinas hidráulicas convencionales con bombas de caudal fijo o variable, máquinas servohidráulicas en las que un servomotor acciona la bomba, y máquinas totalmente eléctricas en las que cada eje tiene su propio servomotor y transmisión mecánica. No hay un ganador universal. La elección correcta depende del tipo de pieza, el tonelaje, el tiempo de ciclo y el peso que tengan la energía y el mantenimiento en los costos de su planta.

Las secciones siguientes explican cómo funciona cada accionamiento, los comparan lado a lado, ponen en contexto las cifras típicas de energía y relacionan las aplicaciones comunes con el concepto de accionamiento más adecuado.

Cómo funcionan las máquinas hidráulicas

Una máquina hidráulica usa un motor eléctrico para accionar una bomba que suministra aceite a presión a los cilindros de cierre, inyección y expulsión, y a un motor hidráulico para la rotación del husillo. Las válvulas controlan el caudal y la presión de cada movimiento.

En los diseños antiguos de bomba fija, el motor gira a velocidad constante durante todo el ciclo, incluso en el enfriamiento, cuando se necesita poco o nada de aceite. El caudal sobrante se estrangula o regresa al tanque en forma de calor, lo que aumenta el consumo de energía y la demanda de agua de refrigeración. Sin embargo, la hidráulica es muy robusta, entrega alta fuerza con facilidad y escala bien a grandes fuerzas de cierre.

Cómo funcionan las máquinas totalmente eléctricas

Las máquinas totalmente eléctricas sustituyen los cilindros hidráulicos por servomotores conectados a husillos de bolas, bandas dentadas y mecanismos de rodillera. Cada eje se controla directamente con su propio servo, de modo que el movimiento es preciso y solo se consume energía cuando un eje se mueve.

Las ventajas son una excelente repetibilidad, bajo consumo de energía, operación silenciosa y ausencia de aceite hidráulico en el cierre y la inyección, lo que conviene al trabajo en sala limpia. Las contrapartidas son una inversión mayor, husillos de bolas y rodamientos que son piezas de desgaste costosas, y límites prácticos con fuerzas de cierre altas y fases largas de presión de sostenimiento, en las que los servomotores deben mantener el par.

Servohidráulica: la opción intermedia

Las máquinas servohidráulicas conservan los actuadores hidráulicos probados, pero accionan la bomba con un servomotor. La velocidad de la bomba sigue la demanda de cada fase del ciclo y cae casi a cero durante el enfriamiento. Esto reduce el consumo de energía, el calentamiento del aceite y el ruido, y mantiene la densidad de fuerza y la robustez de la hidráulica.

En las comparaciones habituales de la industria, las máquinas servohidráulicas consumen aproximadamente entre un 30 y un 60 por ciento menos energía que las hidráulicas de bomba fija, según el perfil del ciclo, y las totalmente eléctricas consumen todavía menos. El control de presión y velocidad también es más repetible que en las máquinas de bomba fija, porque el lazo servo se cierra sobre la presión y el caudal. Para la mayoría del moldeo de uso general, la servohidráulica ofrece el mejor equilibrio entre inversión, energía y versatilidad.

Tabla comparativa

Las cifras de energía son rangos típicos de la industria. Los resultados reales dependen del perfil del ciclo, el diseño de la pieza y los ajustes del proceso.

Qué significan en la práctica las cifras de energía

La energía suele expresarse en kWh por kilogramo de material procesado. Los valores típicos de la industria son de alrededor de 0.8 a 1.2 kWh/kg en máquinas hidráulicas antiguas de bomba fija, 0.4 a 0.7 kWh/kg en servohidráulicas y 0.3 a 0.5 kWh/kg en totalmente eléctricas, en trabajos comparables. Estas cifras incluyen los accionamientos, pero a menudo excluyen la calefacción del cilindro, los chillers y los auxiliares.

Los mayores ahorros aparecen en ciclos con fases largas de enfriamiento o sostenimiento, en las que una bomba fija desperdicia energía y una servobomba queda en reposo. En ciclos muy rápidos con movimiento continuo, la diferencia se reduce. Al comparar cotizaciones, pida datos de energía en un ciclo parecido al de su propia producción.

Precisión, velocidad y acumuladores

La repetibilidad suele evaluarse por la variación del peso de inyección a lo largo de muchos ciclos. Las máquinas totalmente eléctricas suelen alcanzar una variación del peso de inyección muy por debajo del 0.5 por ciento gracias al control directo de posición del husillo. Las máquinas servohidráulicas modernas con control de presión y velocidad en lazo cerrado se acercan a ese nivel en la mayoría de las piezas, mientras que las antiguas de bomba fija muestran más deriva a medida que cambia la temperatura del aceite durante el turno.

La velocidad tiene dos componentes: la velocidad de inyección y el ciclo en vacío. Los envases de pared delgada con paredes de 0.4 a 0.8 mm suelen requerir velocidades de inyección de varios cientos de mm/s, que las máquinas hidráulicas alcanzan con acumuladores que almacenan energía durante el ciclo y la liberan en la inyección. Las totalmente eléctricas pueden mover cierre, expulsor y husillo de forma simultánea, lo que acorta los ciclos en piezas pequeñas, mientras que las servohidráulicas con accionamientos separados o acumuladores también pueden superponer movimientos.

Mantenimiento y costo durante la vida útil

Las máquinas hidráulicas y servohidráulicas requieren cambios de aceite, reemplazo de filtros y mantenimiento de sellos, pero las piezas son estándar, fáciles de conseguir y conocidas por la mayoría de los equipos de mantenimiento. Un cierre hidráulico bien mantenido puede funcionar durante décadas. Las servohidráulicas añaden un servodrive y un servomotor, que trabajan más fríos y silenciosos que una bomba en funcionamiento continuo y normalmente prolongan la vida del aceite y de los sellos.

Las máquinas totalmente eléctricas evitan los cambios de aceite, pero dependen de husillos de bolas, guías lineales, rodamientos y bandas que requieren una lubricación precisa y son costosos de reemplazar cuando se desgastan. Su electrónica también necesita una alimentación limpia y estable y gabinetes bien refrigerados. Al comparar el costo durante la vida útil, incluya energía, agua de refrigeración, aceite, piezas de desgaste y las competencias que ya tiene su equipo de mantenimiento.

Preguntas que debe responder antes de elegir

¿Qué fuerza de cierre y qué tamaño de molde necesita?

Por encima de unos 5,000 kN, los diseños hidráulicos y de dos placas suelen ofrecer la mejor relación costo-beneficio.

¿Qué tan largas son sus fases de sostenimiento y enfriamiento?

Las fases largas favorecen las bombas con servoaccionamiento o los accionamientos totalmente eléctricos frente a las bombas fijas.

¿Qué espesor de pared y longitud de flujo tiene la pieza?

Las paredes delgadas requieren alta velocidad y presión de inyección, a menudo con apoyo de acumuladores.

¿Qué tan cara es la electricidad en su planta?

Las tarifas más altas acortan el periodo de recuperación de los accionamientos más eficientes.

¿Qué conoce su equipo de mantenimiento?

Elija una tecnología a la que su equipo pueda dar servicio con rapidez, con piezas disponibles localmente.

Guía de decisión por aplicación

Piezas técnicas generales y artículos para el hogar

La servohidráulica es la elección habitual: flexible, robusta y eficiente en energía en un amplio rango de tonelaje.

Vasos de pared delgada, envases de alimentos y envases IML

La alta velocidad de inyección y el movimiento rápido del cierre son críticos. Una máquina servohidráulica dedicada de alta velocidad con inyección por acumulador maneja bien las paredes delgadas y los moldes de muchas cavidades.

Preformas PET

Las fases largas de sostenimiento y los moldes de muchas cavidades se adaptan a máquinas servohidráulicas con husillo específico para PET.

Cubetas de pintura, cajas y piezas logísticas

Las grandes áreas proyectadas y los moldes pesados requieren alta fuerza de cierre y placas robustas, un punto fuerte de los diseños servohidráulicos y de dos placas.

Piezas automotrices e industriales grandes

Las máquinas hidráulicas de dos placas ofrecen gran espacio para el molde, carreras de apertura largas y un tamaño compacto en tonelajes altos.

Piezas pequeñas de precisión, médicas y electrónicas

A menudo se prefieren máquinas totalmente eléctricas por su repetibilidad y su operación sin aceite en tonelajes bajos.

Dónde encajan las máquinas HWAMDA

La serie servohidráulica M8SII de HWAMDA abarca 25 modelos de 900 a 33,000 kN con varias opciones de unidad de inyección por modelo, de modo que el cierre y la inyección pueden adecuarse con precisión a la pieza. También es la base de las máquinas HWAMDA para preformas PET, cubetas de pintura y cajas.

Para envases de pared delgada, la serie SP6 de alta velocidad (3,080 a 5,500 kN) está diseñada para vasos, envases de alimentos de pared delgada y envases IML, donde lo que más importa es la inyección rápida y los ciclos en vacío cortos. Para moldes grandes, la serie DU II de dos placas (6,500 a 24,000 kN, más la DU3300II) ofrece el espacio para el molde y la fuerza de cierre que requieren las piezas grandes.

La consultoría de configuración de HWAMDA revisa la pieza, el molde y los servicios antes de recomendar un modelo, y las pruebas en fábrica antes del envío confirman el desempeño frente a los requisitos de aceptación acordados.