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HERRAMIENTAS
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Foto: www.wikihow.com
Desbaste industrial de alta frecuencia
Metal Actual
Robustez
extrema,
potencia,
eficiencia y
productividad.
Por su construcción y
tecnología, las pulidoras
de alta frecuencia son
especialmente aptas para
el desbaste y mecanizado
de superficies metálicas
de gran tamaño. En
la práctica: a mayor
potencia nominal, la
velocidad de giro del
disco abrasivo es mayor
y se mantiene constante
durante toda la
ejecución del proceso.
Generalmente el desbaste abrasivo de metal se realiza
con pulidoras eléctricas de frecuencia normal (50/60Hz),
las cuáles son ideales para pequeños y medianos talleres con una producción moderada. Estas herramientas
no están construidas para suplir los requerimientos del
desbaste industrial en aquellas empresas que necesitan
remover gran cantidad de material durante largas jornadas de trabajo, como los fabricantes de estructuras de
acero de gran tamaño, las fundiciones, las calderías y los
astilleros.
Para el desbaste de materiales difíciles y para suplir producciones elevadas es preferible emplear pulidoras robustas de alta frecuencia (300/400 Hz), tal como se realiza, desde hace décadas, en los países desarrollados con
tradición metalmecánica, como Alemania, Rusia, Corea
del Sur, China y Estados Unidos.
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Por la relación costo/beneficio, el
sistema de alta frecuencia es una de
las alternativas más rentables para
los procesos de desbaste y de corte
metálico más exigentes.
Aquí no se trata de eliminar suavemente una pequeña parte de metal
con cada pasada del disco. En este
caso, las pulidoras deben realizar un
desbaste profundo, agresivo y continuo; además, tienen que soportar
duras jornadas sin descanso, con un
mantenimiento mínimo. En resumen, deben estar hechas para durar.
Aquellos que utilizan alta
frecuencia buscan velocidades
elevadas, optimización de la vida
útil de las herramientas de corte
y productividad, además de un
acabado superficial de alta calidad y
un control fácil de la pulidora.
En Colombia, salvo algunas fábricas
que tienen necesidades de alto desbaste, son pocas las empresas que
han implementado el sistema de
alta frecuencia y por ello aún esta
tecnología no es muy popular entre
la mayoría de los profesionales que
trabajan metal en el país.
Comparación de la frecuencia normal y la alta frecuencia
Frecuencia normal: 230 voltios / 50 o 60 Hz.
Alta frecuencia 200/230 voltios / 300 Hz
En materia de electricidad la frecuencia es el número de ciclos completos que realiza la onda eléctrica
en un segundo y su unidad de medida es el Hertz (Hz), es decir: 1Hz es igual a un ciclo por un segundo.
La electricidad de la corriente alterna, empleada para alimentar las herramientas de corte en la industria,
se representa con una onda senoidal. El punto más alto del senoide es el punto positivo, después desciende a cero y llega a un máximo negativo y, finalmente, regresa a cero, allí termina un ciclo. La electricidad
convencional tiene una frecuencia de 50 o 60Hz, mientras que la alta frecuencia es superior de 60Hz
Mayor frecuencia (Hz) = mayor velocidad (rpm) = mayor potencia (kW)
El siguiente artículo busca mostrar
los fundamentos básicos del funcionamiento de las herramientas de
alta frecuencia, especialmente de
las pulidoras, describir las ventajas
y limitantes de estas herramientas,
las diferencias con los equipos convencionales y los principios que se
deben tener en cuenta a la hora de
considerar adoptar este sistema y
utilizarlo.
¿Qué es alta frecuencia?
Alta frecuencia es un término usado
para describir un tipo de corriente
eléctrica; es decir, una corriente (amperios) con una mayor frecuencia
que la estándar de 50Hz, la cual se
emplea en el suministro de corriente
monofásica y trifásica tradicional. En
este caso, es una corriente eléctrica
con una frecuencia, generalmente,
de 300Hz que se usa para girar el
motor de las pulidoras a velocidades
(rpm) mayores que las normales.
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La razón por la cual se usa una frecuencia mayor a los 50 Hz, es porque
se requiere que los motores de las
pulidoras de alta frecuencia giren
más rápido y con mayor fuerza que
los motores de las herramientas estándar, con lo cual se obtienen mejores niveles de remoción de material y productividad.
El sistema de alta frecuencia es muy usado en Europa
Oriental, Rusia, Core del Sur, China, Estados Unidos, México y,
especialmente, en Alemania, donde empresas como Libherr,
Mannesmann, BMW, Daimler, Meyer-Werft, Otis, Deutsche, Bahn y
Thyssen Group han incorporado con éxito la tecnología.
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El motor eléctrico asincrónico trifásico de una pulidora puede producir
una mayor potencia de salida si su
velocidad de rotación se aumenta.
Para conseguir que el motor gire
más rápido, el campo magnético
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debe también girar más rápidamente y esto se consigue incrementando
la frecuencia de la corriente.
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La potencia de un motor es proporcionalmente directa al incremento
de la frecuencia. Al multiplicar la
frecuencia por seis, la velocidad del
motor es aumentada seis veces, lo
que también aumenta la fuerza de
torque del motor y hace que se mantenga constante.
Tanto para trabajos de desbaste
agresivo como en el corte de
metales, las pulidoras de alta
frecuencia tienen una vida útil
de diez años.
Ventajas de la alta frecuencia, frente a la frecuencia normal
Mayor fuerza y constancia de la velocidad permite 50% menos de desgaste del disco abrasivo
El aumento de la productividad reduce 33% el costo salarial para un proceso de trabajo definido
(más desbaste del material = mayor productividad)
Gracias a la robustez y resistencia de las pulidoras de alta frecuencia los costos de mantenimiento
se reducen 75%
En general se obtiene 32% menos de costos globales
La base para la comparación son las siguientes condiciones marco:
• Un lugar de trabajo de desbaste
• 250 días laborales / año; servicio de dos turnos, duración del turno 8 h
• Duración de aplicación de herramienta 50%, es decir, 8 h/día y/o 2000 h/ año
• Tres amoladoras angulares de frecuencia normal (WSG 25-180) al año
• Una amoladora angular de alta frecuencia (MSfo 869-1d) para 2 años + 1 convertidor (HFS 27-300)
para > 5 años
Este aumento en la potencia de la
pulidora le permite a las empresas
metalmecánicas desbastar materiales difíciles como aceros endurecidos,
hardox, inox, ferroaleaciones con
tratamientos térmicos y fundiciones.
Una potencia eléctrica constante,
seis veces mayor que la convencional, permite alcanzar altas velocidades de giro en toda el área del disco de corte, para lograr un trabajo
eficiente, con alto rendimiento de
desbaste y poco desgaste de la herramienta y la máquina.
A diferencia de la frecuencia normal,
el uso de alta frecuencia en las herramientas de corte evita que las revoluciones por minuto disminuyan y
que, tanto la velocidad de giro como
la fuerza de la máquina, permanezcan iguales durante todo el proceso.
El giro inconstante y la perdida de
fuerza de corte, por efectos de la fricción del disco de pulido con el metal,
ocasiona que los abrasivos se desgasten de forma discontinua y prematuramente, además causa exceso de
vibraciones, lo que afecta los componentes internos de la pulidora.
Por su parte, la constancia del giro
promueve desbastes parejos, eficientes y con acabados de alta calidad, además disminuye la afectación
de la herramienta.
Sin importar si se trabaja con
frecuencia normal o alta, el desbaste
industrial debería realizarse con
pulidoras protegidas con chip,
las cuales entregan mayores
prestaciones y una mejor relación
costo/beneficio.
Fuente: Fein
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El sistema y los equipos
Para instalar un sistema de desbaste industrial de alta
frecuencia en un taller metalmecánico es necesario adquirir por lo menos un convertidor de corriente alterna
y las pulidoras adecuadas, que soporten el aumento de
la potencia, además de los componentes eléctricos y el
cableado necesarios.
El sistema requiere energía eléctrica normal trifásica de
200/230 voltios. Lo que hace el convertidor es rectificar la
corriente trifásica y luego construir una onda sinusoidal
con una frecuencia mayor, posteriormente indicar esta
frecuencia y el voltaje requerido a un modulo de potencia, del cual se conectan las pulidoras, según la disposición
de los puestos de trabajo y la producción de la planta. En
otras palabras, el convertidor transforma la energía estándar de 50 Hz a 300 Hz, para generar una elevada velocidad de giro en el motor trifásico de las herramientas.
Los convertidores tienen conexión para cuatro, ocho
o doce pulidoras portátiles que funcionan simultaneamente en igual número de puestos de trabajo.
Además de regular la frecuencia y la tensión de la salida
para controlar la velocidad o el par del motor de la pulidora, hay convertidores de frecuencia que supervisan
el estado del motor y del sistema, emiten advertencias
o alarmas por fallos, arrancan y detienen el motor, optimizan la eficiencia energética y ofrecen muchas más
funciones de control, monitorización y eficacia.
El control del proceso, a través de las funciones de seguridad del convertidor, proteje los equipos y minimiza los
riesgos laborales en el taller.
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Para la implementación de un sistema de desbaste industrial de alta frecuencia es indispensable adquirir pulidoras capaces de soportar el incremento de la carga
Convertidores de alta frecuencia
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Características internas de una pulidora de alta frecuencia
• Motor encapsulado con refrigeración exterior.
• Motor blindado protegido contra el polvo.
• Refrigeración externa entre motor y carcasa exterior.
• Particulas de polvo no entran al motor.
• El rotor no posee elementos de desgaste.
• No posee escobillas, no es bobinado sino que es de fundición.
eléctrica. Estas pulidoras son equipos concebidos para
altos desempeños y grandes cargas de trabajo.
Los convertidores no necesitan adecuaciones especiales
para su instalación, su mantenimiento es mínimo y están
protegidos contra los cortocircuitos y evitan las sobrecargas térmicas de las herramientas. La elección del convertidor depende del número de puestos de trabajo que se
quieran instalar.
Las pulidoras de alta frecuencia pesan tres kilogramos
aproximadamente, cuentan con un motor robusto y un
sistema de encapsulamiento con carcaza metálica, que
recoge el polvo y el material abrasivo, lo encapsula y lo
deshecha. De esta manera el polvo no entra a la cámara
del motor, ni en los rodamientos, por lo que el mantenimiento de la máquina es muy sencillo.
Al igual que los equipos de frecuencia normal, las pulidoras de alta frecuencia emplean discos de corte y desbaste convencionales, elaborados con granos abrasivos
de carburo de silicio o con mucha frecuencia de óxido de
aluminio (corindón), diamante y circonio.
Para garantizar el buen desempeño, en medio de las largas jornadas de trabajo y una vida útil de diez años, las
herramientas de alta frecuencia cuentan con un potente
sistema de ventilación que ayuda a refrigerar la máquina durante su funcionamiento.
Estas pulidoras también tienen un chip electrónico de
protección interno, el cual controla el apagado automático de la herramienta en el caso de una falla eléctrica, la
caída del equipo o los errores humanos, como la sobrecargar de trabajo. Así mismo, el sistema tiene un control de
La grafica muestra como desciende la potencia o RPM de cada uno de los sistemas versus el rendimiento en vatios. El sistema de alta frecuencia
prácticamente no tiene perdida de RPM bajo carga. El sistema de distribución de energía para las herramientas eléctricas de alta frecuencia no tiene
prácticamente ninguna pérdida de energía, mientras con el sistema neumático las pérdidas al comprimir son mucho mayores. Los demás sistemas de alto
pulimiento están sujetos al desgaste, alto mantenimiento y daños de sus componentes, factores importantes en los periodos improductivos de una fábrica,
además de aumento de los costos de servicio técnico.
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seguridad conectado al cableado que también protege la
herramienta y garantiza la seguridad de los operadores.
A pesar de que el motor de estas pulidoras trabaja seis
veces más rápido y tiene mayor fuerza de par, los discos
de corte y desbaste poseen una vida útil mayor que la
de los utilizados con pulidoras convencionales, pues el
desgaste es homogéneo.
En todo caso, es recomendable adquirir discos de empresas reconocidas que cuenten con respaldo y representación nacional. El mantenimiento es muy sencillo, básicamente el cambio de los rodamientos, y se deber realizar
cada tres o seis meses, según la intensidad del trabajo y
el nivel de la producción.
Alta frecuencia frente a otros sistemas
En comparación con los sistemas neumáticos, las pulidoras de alta frecuencia ofrecen una reducción del 90%
en costo de energía, 70% menos de costos de inversión,
75% menos costos de mantenimiento, 10% más remoción de material, lo que se traduce en mayor productividad laboral y 50% menos de desgaste en disco abrasivo.
Al subir la potencia los sistemas neumáticos presentan
un decrecimiento en la velocidad de giro, entre 12% y
18% antes de poder alcanzar la potencia máxima. En el
caso del sistema de alta frecuencia, este decrecimiento
oscila entre 3% y 5%.
Independiente del desgaste después de muchas horas de
trabajo, aproximadamente 2.400 horas al año, los sistemas de alta velocidad similares presentan desgaste de
sus componentes lo que se traduce en mayor consumo
paulatino de energía y mayor variabilidad de la velocidad de desbaste bajo carga.
Contrariamente de esto, el sistema de alta frecuencia
mantiene su máxima potencia después de muchas horas
de trabajo, la potencia de los robustos motores de inducción siempre es constante, independiente del desgaste.
Por estas razones, los costos de estos sistemas aumentan
entre 25% y 50% más, comparados por ejemplo con los
equipos neumáticos.
Fuentes
• Mario Roa. Gerente Comercial Colombia Tools S.A.S. [email protected]
• www.fein.es - www.alferdiamant.com - www.rim.com.mx - www.
industrieanzeiger.de - www.highfrequencygrinders.com
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