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Los acoplamientos de imanes permanentes y la tecnología de discos de velocidad ajustables reducen su costo total de propiedad

Acoplamientos magnéticos

Los acoplamientos de motor se utilizan en todas las industrias de procesos que utilizan equipos rotativos. Mientras que la función más básica de estos acoplamientos es transferir el par entre el motor y la carga impulsada; los fabricantes de acoplamientos han ampliado el alcance de sus productos para abordar los problemas comunes de desalineación, vibración y pulsaciones de par. Si bien las tecnologías de acoplamiento disponibles han sido bastante exitosas para abordar estos problemas, este amplio alcance de operación, en muchos casos, ha aumentado el mantenimiento y los costos operativos de los sistemas en los que se utilizan. La introducción de los acoplamientos de imán permanente (PMC) que transmiten el par a través de un espacio de aire ha cambiado el paradigma del acoplamiento. La "Conexión Desconectada" ofrecida por PMC's separa físicamente el motor de la carga, lo que resulta en reducciones significativas en la vibración. Esta reducción en la vibración ha generado grandes ahorros en costos de mantenimiento y operación que no son posibles con otras tecnologías.

Los acoplamientos de ejes giratorios vienen en muchas configuraciones diferentes. Cada tipo ofrece diferentes construcciones que están diseñadas para cumplir con demandas de procesos variables. La elección del tipo de acoplamiento que se utilizará tendrá un impacto significativo en el rendimiento de los procesos y en el costo de mantenimiento y funcionamiento del equipo del proceso. Los estudios de campo han demostrado que hasta un 70% de todas las fallas en los rodamientos y un 80% de todas las fallas en las juntas son causadas por una vibración excesiva. La vibración excesiva generalmente es el resultado de la desalineación entre el motor y su carga accionada.

Con demasiada frecuencia, cuando un acoplamiento falla en la operación, se reemplaza inmediatamente por otro acoplamiento del mismo diseño y configuración. Desafortunadamente, este enfoque ignora el hecho de que el acoplamiento anterior puede haber fallado porque no era adecuado para la aplicación.

Cuando se considera el Costo total de propiedad (TCO) a largo plazo para todo el sistema en el que se utiliza el acoplamiento, a menudo resulta obvio que el reemplazo en especie no es el enfoque correcto. Elegir el acoplamiento adecuado para la aplicación no solo alargará la vida útil del acoplamiento, sino que también aumentará la vida útil de los rodamientos, sellos, ejes y otros componentes rotativos del equipo.

Al realizar una compra de acoplamiento, es importante observar el TCO asociado con cada una de las opciones disponibles. El análisis de TCO debe incluir todos los costos que acompañan a cada opción. El precio de compra inicial normalmente solo alcanza el 10% de TCO. Controle la eficiencia energética del sistema, los costos de operación del sistema no energético (como los requisitos de mantenimiento a largo plazo), la vida útil del sistema de accionamiento y el costo del tiempo de inactividad del proceso, todos deben participar en la decisión de compra. Algunos de estos, como el precio inicial, son fáciles de manejar. Sin embargo, los costos de mantenimiento y reparación del acoplamiento a largo plazo tienden a ser un poco más difíciles de cuantificar cuando se comparan las opciones disponibles.

Acoplamientos de imanes permanentes.

La introducción de los acoplamientos de imán permanente (PMC) por MagnaDrive Corporation, distribuidos en el Reino Unido e Irlanda por Drive & Couplings Solutions Ltd, le ha dado a la industria de procesos otra opción a tener en cuenta al revisar las tecnologías disponibles para transferir el torque entre un conductor y una carga.

Figura 1 - Acoplamiento de imán permanente

Los PMC consisten en dos componentes primarios. El primer componente, un conjunto de placas conductoras de cobre está conectado al eje del motor; El segundo componente de la unidad de imán permanente es un conjunto rígido de imanes permanentes de tierras raras, que están conectados a la carga. Durante la operación, el movimiento relativo entre estas partes crea un campo de corriente de Foucault entrelazado que transmite el par a través del espacio de aire entre el imán y los rotores del conductor. Durante la operación no existe conexión física entre el motor y la carga. Esta "conexión desconectada", exclusiva de PMC, ha demostrado reducciones de vibración de hasta 85% en comparación con otras tecnologías de transferencia de par.


Figura 2 - Sección transversal de acoplamiento de imán permanente

Los PMC se pueden utilizar en la mayoría de las aplicaciones de equipos rotativos con la tecnología actual capaz de manejar hasta cargas de megawatt 4. Las corrientes de Foucault que se producen en un PMC se crean mediante un movimiento relativo, llamado "deslizamiento", entre los rotores del conductor y los rotores del imán. En una PMC típica, este deslizamiento produce una pérdida de velocidad aproximada de 1% - 2%.

Debido a que los PMC funcionan sin ninguna conexión física entre el conductor y su carga, estos acoplamientos pueden tolerar la desalineación angular de los grados 2 con diseños estándar y hasta los grados de 4 que utilizan modificaciones de acoplamiento estándar, se permite la desalineación paralela de 6.35 mm y el movimiento del eje axial 3.175 mm es bien tolerado, sin pérdida de eficiencia.

Los PMC también ofrecen la opción de caracterizar las curvas de par de arranque para satisfacer las necesidades individuales del proceso. El ajuste de campo de un PMC es preciso y repetible. La transferencia de par entre el rotor magnético y el rotor del conductor se basa en leyes físicas relacionadas con la fuerza de los imanes y la distancia entre los imanes y los conductores.

Los PMC ofrecen la opción de proporcionar protección contra el torque. Utilizando la propiedad física de que un conductor que se mueve rápidamente repelerá un imán estacionario, el rango incluye un acoplamiento de limitación de par que desacopla magnéticamente al conductor de la carga en un evento de sobre torque. No se hace daño al conductor, a la carga, ni al acoplamiento y al reinicio del acoplamiento, es tan simple como detener el motor, despejar la carga y luego reiniciar el sistema.

Debido al arranque acolchado desconectado, el motor no necesita superar la inercia de la carga, la Corriente de demanda máxima y la duración de la Inrush se reducen significativamente. Este inicio amortiguado da como resultado un ahorro de energía (consulte el gráfico a continuación) y un desgaste reducido del equipo. Para muchas aplicaciones, una corriente de menor demanda también puede contribuir a reducir las tasas de energía eléctrica. Además, el espacio de aire del Acoplamiento se puede ajustar durante la instalación para operar una bomba, ventilador o soplador a un flujo menor que el máximo, con un considerable ahorro de energía basado en las Leyes de Afinidad centrífugas.

Graph 1 - Comparación de acoplamiento de ahorro de energía

Los PMC no utilizan rodamientos ni sellos en su diseño y no tienen componentes de desgaste. Como resultado, no se requiere ningún tipo de lubricación. El único mantenimiento recomendado por el fabricante es una verificación periódica de los espacios de aire del acoplamiento para garantizar que se mantenga la separación adecuada. ¡Agregue a esto el hecho de que los imanes tienen una vida media de más de 2000 años y claramente el costo asociado con el mantenimiento de estos acoplamientos será muy bajo!

Imán permanente Impulsiones de velocidad ajustable.

Se presta mucha atención a la eficiencia energética de las tecnologías de Variable Speed ​​Drive (VSD). La eficiencia energética es solo la "punta del iceberg" cuando se considera el TCO de las alternativas de VSD. Los usuarios finales de VSD deben considerar los costos asociados con el mantenimiento, la reparación y el funcionamiento de la tecnología de control de velocidad variable que deciden utilizar en su planta. Las diferencias en los costos de reemplazo de piezas, reparación de vibraciones causadas por daños, corrección de desalineación y reemplazo de componentes VSD desgastados u obsoletos pueden ser considerablemente mayores que las diferencias de costos de energía entre las mismas tecnologías.

Las unidades de velocidad ajustable de imán permanente (PMASD) de MagnaDrive Corporation, distribuidas en el Reino Unido e Irlanda por Drive & Couplings Solutions Ltd, le han dado a la industria de procesos otra opción a considerar al revisar las aplicaciones de velocidad ajustable.

Los PMASD, al igual que los PMC, constan de dos componentes principales. Un conjunto de placas conductoras de cobre y un conjunto de imanes permanentes de tierras raras. Para ajustar la velocidad de la carga impulsada, la cantidad de torque transmitido desde el motor a su carga se controla cambiando la distancia entre las placas conductoras y el conjunto del imán. Durante la operación y en todo el rango de velocidad, no existe ninguna conexión física entre el motor y la carga. Esta "conexión desconectada" ha demostrado reducciones de vibración hasta 85%.



Figura 4 - Unidad de velocidad ajustable de imán permanente

Los PMASD se pueden usar en cualquier aplicación de carga centrífuga con la tecnología actual capaz de manejar hasta cargas de megawatt 3. Debido a que la velocidad de la carga se modifica al tiempo que permite que el motor funcione continuamente a su velocidad indicada en la placa de identificación, el calentamiento del motor y las ineficiencias resultantes no son un problema. Además, dado que las unidades de imán permanente son dispositivos mecánicos, no introducen armónicos en la red eléctrica del usuario. Filtros, transformadores y sistemas de aire acondicionado no son necesarios.

La ventaja de PMASD se encuentra en el hecho de que funcionan sin ninguna conexión física entre el controlador y la carga. Al aislar completamente estos componentes entre sí, los PMASD eliminan los problemas relacionados con la alineación que experimentan todas las tecnologías de VSD tradicionales. El resultado es una mayor vida útil de los sellos y rodamientos en todo el sistema y una reducción en el costo de operación y mantenimiento de ese sistema durante su vida útil.

En resumen.

El valor potencial de la tecnología de imán permanente es claro. El concepto de imán permanente para PMC y PMASD ha sido probado en todas las industrias. El uso de unidades de imán permanente puede generar ahorros de energía significativos y no energéticos, con costos operativos anuales no energéticos tan bajos como 3% de los costos iniciales de instalación.

Drive & Coupling Solutions Ltd
Windemere, Cumbria

Puede ser contactado en:

Tel: 01539 442252
E - mail: book.equilibrium@gmail.com
Web: www.driveandcouplingsolutions.co.uk

Informador de la industria de procesos

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