Bombas eléctricas de circulación de pintura: por qué los motores de CC sin escobillas son mejores que los motores de CA

Las bombas eléctricas requieren el uso de algún tipo de motor eléctrico para convertir la energía eléctrica en la potencia mecánica capaz de accionar el motor de la bomba de circulación. Los más comunes son los motores de inducción de CA y los motores de CC sin escobillas (BLDC). Descubra por qué los motores BLDC son mejores que los motores de CA.

Durante muchos años, las bombas neumáticas han sido el pilar principal del universo de la circulación de pintura. Y con razón. Son sencillas, fiables e inherentemente seguras en las peligrosas salas de mezcla de pintura base disolvente. 

Sin embargo, tienen una importante desventaja: su alto consumo de energía. Funcionando con una eficiencia de tan solo un 10 % durante 24 horas los 7 días de la semana, el uso de motores neumáticos puede aumentar considerablemente los gastos de energía. La ineficiencia de las bombas neumáticas ha obligado al mercado a apostar por otras soluciones diferentes como, por ejemplo, las bombas eléctricas de movimiento alternativo.

Tipos de motores eléctricos

Las bombas eléctricas de pintura requieren el uso de algún tipo de motor eléctrico para convertir la energía eléctrica en la potencia mecánica capaz de accionar la bomba. Hay diferentes tipos de motores eléctricos en la industria; sin embargo, los motores de inducción de CA y los motores de CC sin escobillas (BLDC) son los más habituales.

Los motores de inducción de CA son la opción elegida por la mayoría de las aplicaciones industriales generales. Son sencillos, rentables y, siempre que no se precise un control de la velocidad, no requieren ningún tipo de control. Los motores BLDC sí necesitan un controlador y su uso se generalizó tras el surgimiento, hacia finales de los años setenta, de una electrónica de potencia de bajo coste.
 

Diferencias entre los motores de bombas de circulación CA y BLDC

Los motores de inducción de CA y los motores BLDC son muy similares; la principal diferencia estriba en la estructura del rotor. Un motor de inducción de CA no tiene ningún imán en el rotor, sino una serie de láminas y bobinados. Al conectar la alimentación trifásica del estator del motor, se genera un campo magnético rotativo que produce un flujo de corriente en el rotor mediante inducción. Esta corriente del rotor crea su propio imán que interactúa con el campo del estator y genera el par motor.
 

Motor de CA con variador de frecuencia (VFD)

La mayoría de los motores de inducción de CA pueden funcionar directamente con potencia de corriente alterna y sin controlador. Si se requiere velocidad variable, como en muchas aplicaciones de bombas, esta ventaja desaparece. En ese caso, hace falta un variador de frecuencia (VFD).

Este VFD modifica la velocidad del motor alterando la frecuencia de la potencia enviada al motor. Por ejemplo, un motor con capacidad nominal de 1800 rpm y 60 Hz puede ralentizarse a 900 rpm si se hace funcionar a 30 Hz. Incluso con un VFD, los motores de inducción de CA industriales disponen de un rango de velocidad limitado comprendido entre el 30 y el 130 % de la velocidad nominal. Por ello, no resultan una solución adecuada para alcanzar el par motor nominal a velocidades muy bajas o cuando se calan.

Ventajas de un motor de CC sin escobillas (BLDC)

Si los motores de inducción de CA son más comunes que los motores BLDC, ¿por qué iban a elegir los operadores un motor BLDC en aplicaciones de bombeo? En este sentido, son múltiples las ventajas y características que solo un motor BLDC puede ofrecer, entre ellas:

• Mayor eficiencia: los motores BLDC reducen el consumo de energía y la generación de calor.
• Control preciso del par y de la velocidad: la bomba es capaz de responder con rapidez a los posibles cambios en la demanda del sistema. La bomba también tiene la posibilidad de funcionar “sin flujo”, lo que le permite al motor generar un par máximo a velocidad cero. Por otro lado, el motor puede generar un par constante, Esto permite controlar el motor para crear una presión constante que reacciona frente a los cambios en un sistema de circulación de manera muy similar a una bomba neumática. 
• Menor inercia del rotor: esto da lugar a una respuesta de bombeo considerablemente más rápida ante cambios en la presión del sistema que con un motor de inducción de CA con una potencia similar.
• Menor tamaño: sea cual sea su potencia disponible, los motores BLDC son normalmente más compactos que los motores de CA, lo que permite que las dimensiones de la bomba también sean más reducidas.

En los gráficos siguientes se muestra la mayor eficiencia que permiten alcanzar los motores BLDC. Así, mientras que el gráfico 1 realiza la comparativa entre los motores de inducción de CA y los motores BLDC, el gráfico 2 muestra la eficiencia mecánica y eléctrica total de los distintos tipos de bombas de circulación.

^{Gráfico 1: Eficiencia energética 
Potencia
(verde) Motor BLDC     (azul) Motor de CA trifásico     (amarillo) Motor de CA monofásico}
 

^{Gráfico 2: Eficiencia de caudal 
Caudal del fluido (gpm)
(azul) Bomba de circulación eléctrica con motor BLDC     (amarillo) Bomba de circulación eléctrica con motor de CA}

Los motores de CA requieren una configuración complicada

Los motores de CA y BLDC necesitan un sistema para convertir el movimiento rotativo del motor en un movimiento alternativo lineal de la bomba de pistón de desplazamiento positivo. Sin embargo, el funcionamiento a una velocidad relativamente constante de los motores de inducción de CA, así como su baja respuesta dinámica, hacen que, para lograrlo, haya que instalar un complicado mecanismo mecánico. Por ejemplo, se puede usar una disposición con levas u horquillas. 

A continuación, se muestra un ejemplo de una bomba accionada por un motor de inducción de CA. Observe que el motor de CA, la caja de engranajes y el sistema de accionamiento por leva están separados y son necesarios para convertir el movimiento rotativo en movimiento lineal. El sistema de accionamiento por leva consta de varias piezas y es dos o tres veces mayor que el motor real. Además, también tienen puntos de desgaste y cojinetes que pueden romperse o deteriorarse fácilmente, por lo que requieren costosos mantenimientos o sustituciones.

En la sencillez está la clave

Además de la menor inercia y mejor control del par, la respuesta intrínsecamente rápida de un motor BLDC permite que la conexión mecánica se simplifique bastante. 

En comparación con cualquier configuración de gran tamaño de una bomba que funcione un motor de inducción de CA, un sistema de bomba de circulación de pintura puede utilizar un motor BLDC compacto, un engranaje de reducción en dos etapas y un sencillo sistema de piñón y cremallera para convertir el movimiento rotativo en movimiento lineal. 

Para crear la acción alternativa, basta con invertir el sentido de giro del motor BLDC. Con una menor inercia y un control del par preciso, el motor BLDC hace que esto resulte fácil y eficiente.