Los fabricantes de máquinas de moldeo por inyección integran servomotores síncronos para sistemas hidráulicos de alta eficiencia energética.

TL;DR:Los fabricantes de máquinas de moldeo por inyección están reemplazando los motores de inducción tradicionales con Servomotores síncronos En sistemas hidráulicos, se logra un ahorro energético del 30 al 55 por ciento por tonelada de fuerza de sujeción. Este artículo presenta datos energéticos de referencia, técnicas de control de la ondulación del par para el moldeo de paredes delgadas a bajas velocidades de inyección, ahorros acumulados a 12 meses de tres plantas europeas, recuperación de energía mediante frenado regenerativo en modernizaciones hidráulicas y requisitos de cumplimiento de la Directiva EMC para maquinaria de moldeo por inyección servoaccionada.

1. Comparativa de consumo energético: Servomotor síncrono frente a motor de inducción por tonelada de fuerza de sujeción.

La forma más directa de evaluar la ventaja energética de los servomotores síncronos en el moldeo por inyección es normalizar el consumo de energía en función de la fuerza de cierre de la máquina. Una máquina de 300 toneladas Máquina de moldeo por inyección hidráulica Un motor de inducción convencional de velocidad fija con bomba de paletas consume normalmente entre 18 y 22 kW durante el ciclo de moldeo. Sustituir el motor principal por un servomotor síncrono reduce este consumo a entre 8 y 12 kW para el mismo tonelaje de cierre, lo que supone una reducción del 45 al 55 por ciento, dependiendo del perfil del ciclo de moldeo.

Nosotros en Equipos inteligentes Vicks Servo (Ningbo) Hemos probado este parámetro de referencia en más de 40 configuraciones de máquinas de moldeo por inyección en nuestras instalaciones de Fenghua, Ningbo. Nuestro protocolo de prueba mide el consumo de energía durante un ciclo completo de moldeo (cierre de la abrazadera, inyección, mantenimiento de la presión, enfriamiento y apertura de la abrazadera) utilizando un registrador de potencia trifásico Fluke 1738 con intervalos de muestreo de 0,1 segundos. Los resultados son consistentes en máquinas de entre 50 y 1000 toneladas.

Para una máquina de 150 toneladas que realiza un ciclo de 15 segundos con polipropileno, el motor de inducción consumió 9,8 kWh por cada 100 ciclos. El motor síncrono Servomotor-nuestroservomotor síncronoEl modelo SSM-22kW conectado a una bomba de engranajes de desplazamiento fijo consumió 5,3 kWh por cada 100 ciclos en condiciones idénticas. Eso representa un 46 por ciento menos de energía. El ahorro aumentó al 53 por ciento en la misma máquina ejecutando un ciclo ABS de 30 segundos con un tiempo de enfriamiento más prolongado, debido a que Servomotor Se detiene por completo durante la fase de enfriamiento, mientras que el motor de inducción continúa haciendo funcionar la bomba en vacío contra una válvula de alivio sin carga.

La razón por la que los motores de inducción tienen un rendimiento inferior en esta aplicación es sencilla: funcionan a una velocidad fija cercana a las 1450 RPM (4 polos a 50 Hz) independientemente de la carga instantánea. Durante las fases de mantenimiento y enfriamiento, cuando el sistema hidráulico requiere solo entre el 10 y el 20 por ciento del caudal máximo, el motor de inducción sigue girando a máxima velocidad y el exceso de caudal se disipa por la válvula de alivio de presión en forma de calor. Un motor síncrono Servomotor Adapta su velocidad de rotación a la demanda de flujo precisa en cada fase, consumiendo energía solo en proporción al par requerido.

Nuestro blog principal Incluye una tabla comparativa detallada de seis tamaños de máquina con registros de análisis de potencia para su verificación. Los datos de seguimiento muestran claramente el consumo continuo de energía del motor de inducción durante la fase de enfriamiento, en comparación con el consumo casi nulo del servomotor; esta es la observación más relevante para cualquier ingeniero de planta que elabore un estudio de viabilidad para la reducción del consumo energético.

Estos datos de referencia se han reproducido de forma consistente en diversas marcas de máquinas. Un fabricante de máquinas de moldeo por inyección en Taiwán validó de forma independiente nuestra cifra de ahorro del 46 % en una máquina de 180 toneladas con un ciclo de PP de 20 segundos, confirmando que la reducción de energía es independiente del fabricante original de la máquina y depende principalmente del perfil del ciclo de moldeo y de la fracción del tiempo de enfriamiento.

2. Control de la ondulación del par a bajas velocidades de inyección para el moldeo de paredes delgadas.

El moldeo de paredes delgadas (piezas con un espesor inferior a 1,0 mm) requiere velocidades de inyección de entre 150 y 400 mm/s con una transmisión de par excepcionalmente suave para evitar marcas de flujo, inyecciones incompletas y deformaciones. A estas velocidades, el servomotor funciona a un régimen cercano al 10-25 % de sus RPM nominales, precisamente la región donde la ondulación de par derivada del diseño magnético del motor se vuelve más problemática.

Nuestros ingenieros midieron la ondulación del par en 12 diseños diferentes de servomotores síncronos utilizando un transductor de par HBM T12 con una frecuencia de muestreo de 10 kHz. Las pruebas revelaron que la geometría de los polos del rotor y el número de ranuras del estator son los principales determinantes de la suavidad del par a baja velocidad. Un motor con 8 polos y 48 ranuras en el estator (común en servomotores de uso general) presenta una ondulación del par del 3,8 % al 4,5 % a 200 RPM y al 30 % del par nominal. Nuestra configuración optimizada de 10 polos y 60 ranuras, desarrollada específicamente para aplicaciones de moldeo por inyección, reduce esta ondulación al 1,2 %-1,8 % en condiciones idénticas.

La mejora se debe a dos características de diseño. En primer lugar, el mayor número de polos distribuye el flujo magnético de forma más uniforme, reduciendo el par de retención causado por la atracción entre los imanes permanentes del rotor y los dientes del estator. En segundo lugar, la disposición del bobinado de ranura fraccionaria (10 polos combinados con 60 ranuras, lo que produce una relación de 6 ranuras por par de polos) elimina los componentes armónicos de bajo orden que generan la ondulación de velocidad más visible en el tornillo de inyección.

Validamos el efecto práctico en una máquina de moldeo por inyección de 280 toneladas que produce carcasas de lentes de policarbonato con un espesor de pared de 0,8 mm. Con un servomotor estándar de 8 polos, la máquina produjo una variación de peso del 2,1 por ciento en un molde de 48 cavidades debido a inconsistencias en el llenado. Después de reemplazar el motor con nuestro servomotor síncrono (10 polos, 60 ranuras), la variación de peso se redujo al 0,6 por ciento y la tasa de desperdicio disminuyó del 4,8 por ciento al 0,9 por ciento durante un ciclo de producción de 10.000 ciclos.

Para los fabricantes de máquinas de moldeo por inyección que evalúan servomotores, recomendamos solicitar el valor del par de retención del motor (Nm pico a pico) y el porcentaje de ondulación del par en el punto específico de velocidad-par donde operará la aplicación de pared delgada. Un par de retención inferior al 0,5 % del par nominal es el umbral que utilizamos para un rendimiento aceptable en aplicaciones de pared delgada.

3. Ahorro energético acumulado: datos de 12 meses de tres plantas europeas de moldeo por inyección.

Entre enero y diciembre de 2025, analizamos el rendimiento energético de tres plantas europeas de moldeo por inyección que transformaron sus sistemas hidráulicos, pasando de accionamientos mediante motores de inducción a servomotores síncronos. Estas plantas, ubicadas en Alemania, Italia y Polonia, representan distintos perfiles de moldeo: componentes para la industria automotriz (Alemania), carcasas para electrónica de consumo (Italia) y herrajes para muebles (Polonia). Cada planta utilizaba una combinación de máquinas y un ritmo de producción diferentes, lo que nos proporcionó un conjunto de datos completo para evaluar el rendimiento energético de los servomotores en diversas condiciones operativas.

La planta alemana logró el mayor ahorro absoluto (810 MWh anuales), equivalente a aproximadamente 113.000 € a las tarifas eléctricas industriales alemanas de 0,14 €/kWh. La modernización consistió en sustituir 12 motores de inducción de velocidad fija por motores Vicks Servo. servomotores síncronos y la modernización de las bombas hidráulicas, pasando de bombas de pistón de desplazamiento variable a bombas de engranajes de desplazamiento fijo, una combinación que maximiza las ventajas del control de velocidad servoaccionado.

En promedio, el período de recuperación de la inversión en las tres plantas fue de 14 meses, registrándose el más corto (11 meses) en la planta polaca debido a un mayor número promedio de ciclos por máquina. El período de recuperación de la planta alemana se extendió a 18 meses principalmente porque tres máquinas grandes (de 650 toneladas) requirieron modificaciones personalizadas en el panel de control, lo que incrementó el costo de la modernización en un 35 %.

Además del ahorro energético directo, las plantas reportaron beneficios adicionales: la temperatura del aceite hidráulico disminuyó entre 8 y 12 °C en promedio, ya que el servomotor genera menos calor residual durante las fases de mantenimiento y enfriamiento, lo que extendió los intervalos de servicio del aceite de 4000 a 7000 horas de funcionamiento. El consumo de agua de refrigeración para la unidad de potencia hidráulica se redujo entre un 35 % y un 50 % en las tres instalaciones.

4. Recuperación de energía de frenado regenerativo en la modernización de sistemas hidráulicos

Cuando se abre la abrazadera de una máquina de moldeo por inyección o se retrae el husillo de inyección, el sistema hidráulico libera la energía almacenada que el motor de inducción convierte en calor a través de la válvula de alivio. Un servomotor síncrono con accionamiento regenerativo puede recuperar esta energía y reintroducirla en el bus de CC de la planta para que la utilicen otros equipos. En la práctica, esto convierte el calor residual en energía eléctrica útil.

El potencial de recuperación de energía depende del perfil del ciclo de moldeo. En un ciclo típico de una pieza automotriz —cierre de la abrazadera (2 s), inyección (1,5 s), mantenimiento de la presión (6 s), enfriamiento (8 s), apertura de la abrazadera (1 s), extracción de la pieza (3 s)— los eventos regenerativos ocurren durante la retracción del husillo de inyección (0,5 s) y la desaceleración de la apertura del molde (0,3 s). En una máquina de 300 toneladas que instrumentamos en la planta alemana, el frenado regenerativo recuperó 0,18 kWh por ciclo, o aproximadamente el 15 por ciento del consumo total de energía del ciclo.

La implementación de la recuperación de energía regenerativa requiere una arquitectura de bus de CC compartida entre varias máquinas o una unidad de accionamiento regenerativo conectada a la red. Para la configuración de ocho máquinas de la planta italiana, instalamos un bus de CC común con una unidad de frenado regenerativo de 32 kW con una capacidad nominal de 200 % de potencia máxima durante 10 segundos. Durante el período de monitoreo de 12 meses, el sistema recuperó 83,6 MWh, energía que anteriormente se disipaba en forma de calor del aceite hidráulico, lo que requería refrigeración activa.

Dos consideraciones de ingeniería son cruciales para una implementación exitosa. Primero, el banco de resistencias de frenado regenerativo debe dimensionarse para el peor escenario posible de retracciones simultáneas. El análisis de la planta italiana mostró un escenario crítico de tres retracciones de tornillo superpuestas en un lapso de 5 segundos, lo que requiere una capacidad de disipación máxima de 96 kW. Segundo, la regulación de voltaje del bus de CC del servomotor debe evitar disparos por sobretensión; establecimos el umbral de activación regenerativa en 720 V CC en un bus de 560 V CC nominal, lo que proporciona un margen del 28 % antes del límite de protección del variador de 800 V.

Nuestro servomotor síncrono Los sistemas de accionamiento incluyen control de frenado regenerativo integrado con modos de recuperación seleccionables para aplicaciones de moldeo por inyección.

El sistema detecta automáticamente la dirección del flujo de energía y cambia entre los modos de motorización y regeneración en 5 ms, lo que garantiza una transición fluida durante la fase de retracción del tornillo de inyección sin intervención del operador.

5. Cumplimiento de la Directiva EMC para maquinaria de moldeo por inyección con servoaccionamiento

Los fabricantes europeos de máquinas de moldeo por inyección que integren servomotores síncronos deben cumplir con la normativa Directiva EMC 2014/30/UE, específicamente los límites de emisión en EN 55011 para entornos industriales (Grupo 1, Clase A) y los requisitos de inmunidad de EN 61000-6-2Los servomotores generan interferencias electromagnéticas conducidas y radiadas a la frecuencia de conmutación del IGBT (normalmente de 4 a 16 kHz), que pueden acoplarse a sistemas de control adyacentes, cables de sensores y redes de bus de campo. Sin un filtrado adecuado, el ruido de conmutación puede provocar errores en la retroalimentación del codificador, fallos en la comunicación del PLC y activaciones falsas de los relés de seguridad, lo que resulta en paradas de producción que anulan el ahorro energético que se pretendía lograr con el servomotor.

En nuestro laboratorio de pre-cumplimiento EMC en Fenghua, realizamos mediciones de escaneo de campo cercano en una combinación de servomotor y variador de 22 kW. La conmutación del IGBT a 8 kHz produjo emisiones conducidas en los terminales de entrada del variador de 82 dBµV a 150 kHz, superando el límite de 79 dBµV de la clase A de la norma EN 55011. La adición de un filtro de línea trifásico (con una capacidad nominal de 40 A y una inductancia de modo común de 2,2 mH) en la entrada del variador redujo las emisiones conducidas a 64 dBµV a 150 kHz, lo que proporciona un margen de 15 dB por debajo del límite.

En cuanto a las emisiones radiadas, el cable de alimentación del motor actúa como la antena dominante. Los cables de alimentación sin blindaje de 3 metros entre el variador y nuestro servomotor de 22 kW generaron intensidades de campo radiado de 48 dBµV/m a 30 MHz a una distancia de 10 metros, superando nuevamente el límite de 40 dBµV/m de la Clase A. Al reemplazar el cable por un cable blindado con terminación adecuada (cobertura de trenzado mínima del 85 %) se redujo el campo radiado a 36 dBµV/m, cumpliendo con creces los requisitos.

Prácticas clave de cumplimiento de compatibilidad electromagnética que recomendamos para los fabricantes de máquinas de moldeo por inyección:

• Instale un filtro de línea EMC dedicado en cada entrada del servomotor, con una capacidad nominal de al menos 1,5 veces la corriente continua nominal del variador. La inductancia del inductor de modo común debe ser de 1 a 3 mH por fase.
• Utilice cables de alimentación de motor apantallados con conexión a tierra de 360 ​​grados tanto en el extremo del variador como en el del motor. Evite las conexiones a tierra tipo pigtail en cualquiera de los extremos, ya que aumentan la impedancia de modo común entre 10 y 20 veces en comparación con una abrazadera de apantallamiento de conector circular.
• Coloque los cables de alimentación del motor a una distancia mínima de 200 mm de los cables de control, los cables del codificador y los cables del bus de campo. Los tramos paralelos con una distancia inferior a 100 mm aumentan significativamente el acoplamiento inductivo, lo que reduce la precisión de la retroalimentación del codificador.
• Instale núcleos de ferrita en los cables del codificador y de retroalimentación a menos de 100 mm del conector del servomotor. Seleccione un material de ferrita con una impedancia superior a 200 Ω a la frecuencia de conmutación (normalmente de 8 a 16 kHz para la ruta de modo común, pero las frecuencias de emisión relevantes se encuentran en el rango conducido de 150 kHz a 30 MHz).
• Verifique que el sistema de conexión a tierra de la máquina proporcione un plano de referencia de baja impedancia. Medimos una impedancia de tierra inferior a 0,1 Ω a 10 MHz entre todos los paneles conectados.

Para los fabricantes de equipos originales (OEM) que exportan al mercado europeo, recomendamos realizar pruebas completas de compatibilidad electromagnética (CEM) con un organismo notificado antes de la producción en serie. El coste de instalar filtros CEM tras un fallo de conformidad suele ser entre 3 y 5 veces superior al de diseñarlos desde el principio, según la experiencia de dos fabricantes de máquinas de moldeo por inyección a los que asesoramos durante su proceso de certificación CE.

Ofrecemos un servicio gratuito de análisis previo de compatibilidad electromagnética (CEM) para clientes OEM que nos proporcionen el plano de la distribución de su armario de unidades, lo que ayuda a identificar posibles problemas de cumplimiento antes de la fase de pruebas formales.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es el período de recuperación de la inversión típico para la conversión de una máquina de moldeo por inyección de motor de inducción a servomotor síncrono?

Según nuestros datos de 12 meses en tres plantas europeas, el período de recuperación de la inversión oscila entre 11 y 18 meses, con un promedio ponderado de 14 meses. El período de recuperación depende del número de ciclos (un mayor número de ciclos al año reduce el tiempo de recuperación), las tarifas eléctricas locales y la proporción del tiempo de enfriamiento en el ciclo del molde en la que la función de parada automática del servomotor genera los mayores ahorros.

¿Es posible adaptar las máquinas de moldeo por inyección existentes con servomotores síncronos, o solo se pueden instalar en máquinas nuevas?

La modernización de máquinas existentes es una práctica habitual. La conversión requiere sustituir el motor de inducción por un servomotor síncrono de tamaño equivalente, añadir un servoaccionamiento e instalar una bomba de desplazamiento fijo en lugar de la bomba de pistón de desplazamiento variable. El PLC de la máquina también debe configurarse para proporcionar una señal de referencia de velocidad de 0 a 10 V o mediante bus de campo al servoaccionamiento. Hemos realizado modernizaciones en máquinas de Engel, KraussMaffei y Haitian.

¿Los servomotores síncronos requieren un mantenimiento diferente al de los motores de inducción?

No se observan diferencias significativas en el mantenimiento rutinario. Los servomotores síncronos cuentan con rodamientos sellados que ofrecen la misma vida útil L10 que los rodamientos de los motores de inducción (normalmente entre 20 000 y 40 000 horas, según la velocidad y la carga). El motor no requiere mantenimiento de escobillas, ya que los motores síncronos de imanes permanentes no las utilizan. Los condensadores del bus de CC del servocontrolador tienen una vida útil limitada (normalmente entre 50 000 y 80 000 horas a 40 °C de temperatura ambiente) y deben sustituirse de forma preventiva según el intervalo recomendado por el fabricante.

¿Qué ocurre con el ahorro energético si el ciclo de moldeo tiene muy poco tiempo de enfriamiento?

Incluso en ciclos rápidos con refrigeración mínima, el servomotor síncrono ofrece un ahorro energético del 30 al 40 % en comparación con los motores de inducción, ya que elimina el consumo de energía en vacío durante la fase de mantenimiento. En un ciclo de empaquetado de pared delgada de 5 segundos, el servomotor reduce el consumo de energía durante la fase de mantenimiento de 2 segundos del 90 % del pico a aproximadamente el 15 %, mientras que el motor de inducción continúa haciendo funcionar la bomba a caudal máximo contra la válvula de alivio.

¿Existen aplicaciones de moldeo por inyección en las que no se recomienden los servomotores síncronos?

No se recomienda el uso de servomotores síncronos en máquinas que operen a temperaturas ambiente extremas superiores a 55 °C, a menos que el motor esté equipado con imanes de alta temperatura (samario-cobalto en lugar de neodimio). Los imanes de neodimio utilizados en los servomotores estándar comienzan a perder flujo magnético por encima de los 80 °C de temperatura del imán, lo que corresponde a una temperatura ambiente de aproximadamente 55-60 °C a plena carga. Para entornos de alta temperatura, ofrecemos motores de la serie SSM-HT con imanes de samario-cobalto, diseñados para un funcionamiento continuo a 120 °C de temperatura del imán.

En Vicks Servo Intelligent Equipment (Ningbo) Co., Ltd. nos especializamos en el diseño y la fabricación de servomotores síncronos para moldeo por inyección, prensas hidráulicas y aplicaciones de automatización industrial en general. Nuestra fábrica en Fenghua, Ningbo, cuenta con líneas de producción certificadas según la norma ISO 9001:2015, donde realizamos equilibrado dinámico interno, pruebas de compatibilidad electromagnética (CEM) y ensayos de rendimiento a plena carga en cada motor que enviamos. Contacta con nuestro equipo de ingeniería. para dimensionamiento específico de la aplicación y soporte de integración.