Doblado de barra colectora hidráulico o servo

Pregunte a un proveedor de máquinas si debería comprar hidráulica o servo y le devolverán una descripción de la que ellos fabrican. Eso no le sirve a nadie.

Nosotros fabricamos las dos. La EMAC-BB-H12 es un cabezal hidráulico híbrido y la EMAC-BB-S12 es uno de servo puro. Están declaradas igual: 400 kN, ±0.1° de precisión de doblado, capacidad de 200 × 16 mm, compensación electrónica de la recuperación elástica, 6.25 kW instalados. La misma envolvente, la misma ficha de especificaciones, distinta cadena cinemática. Así que la elección entre ambas es una elección sobre cómo lleva usted su taller y no sobre qué máquina es mejor, y no tenemos ningún motivo comercial para fingir lo contrario.

Tres arquitecturas, no dos

La comparación se plantea normalmente como dos opciones. Son tres, y en la del medio vive buena parte de la confusión actual.

En un cabezal hidráulico convencional, una bomba de desplazamiento fijo sobre un motor de inducción gira de forma continua a plena velocidad. El caudal que la máquina no necesita pasa por una válvula limitadora y se convierte en calor en el aceite. El movimiento del carro lo controlan válvulas direccionales y proporcionales, y el grupo lleva un acumulador, un depósito de tamaño apreciable y normalmente un refrigerador.

En un cabezal híbrido, o de bomba servo, un servomotor acciona la bomba y la velocidad de la bomba se ordena para ajustarse a la demanda. La posición del carro se controla girando la bomba en lugar de estrangulando caudal a través de una válvula, así que la vía de descarga deja de ser el elemento de control principal. Como las pérdidas son mucho menores, el depósito encoge y el refrigerador a menudo desaparece. Hidráulicamente sigue siendo una máquina hidráulica: cilindro, aceite, juntas, filtro.

En un cabezal de servo puro, un servomotor acciona un husillo a bolas, un husillo de rodillos o una cremallera, y no hay ningún fluido de trabajo. El único aceite de la máquina es el lubricante del reductor y de las guías.

Cuando la gente dice «máquina de doblado servo» a veces se refiere a la segunda y a veces a la tercera, y las dos se comportan de forma muy distinta en fuerza y en mantenimiento. Pregunte cuál de ellas describe una oferta.

Fuerza en toda la carrera

Esta es la ventaja estructural de la hidráulica y no se discute lo suficiente.

Un cilindro hidráulico produce una fuerza igual a la presión por el área del pistón, y esa relación no depende de dónde esté el carro. La fuerza nominal completa está disponible al principio de la carrera, al final y en cualquier punto intermedio. Está disponible además de forma estática: se puede mantener presión indefinidamente sin penalización térmica en el accionamiento.

Un eje servo con husillo produce fuerza a partir del par del motor a través del paso del husillo y, aunque eso también es nominalmente constante con la posición, los límites prácticos son distintos. Mantener fuerza alta a velocidad cero mete corriente en los devanados del motor sin rotación que ayude a refrigerarlos, así que la fuerza en servicio continuo es menor que la fuerza de pico. La vida del husillo y la tuerca la gobierna una integral de carga por distancia, de modo que trabajar de forma continua cerca de la fuerza máxima consume la cadena cinemática más deprisa que trabajar a media fuerza. Y toda la cadena —husillo, tuerca, rodamientos y bastidor— tiene que dimensionarse para el pico, y por eso una máquina servo de una fuerza nominal dada es en general la más cara de fabricar de las dos.

Para doblado de plano y fino de 5 a 10 mm esto rara vez limita. Para trabajo grueso de canto en lo alto de la capacidad de una máquina, donde la barra está a sección completa y el utillaje trabaja a plena carga durante una permanencia larga, un cilindro hidráulico está haciendo aquello para lo que fue diseñado y un husillo está trabajando duro.

Energía: la diferencia vive en el vacío

Bajo carga, las dos arquitecturas no son muy distintas. Un sistema hidráulico pierde algo en el rendimiento de bomba y válvulas y en el rozamiento del fluido, un husillo servo pierde algo en el rendimiento del motor y en el rozamiento del husillo, y ninguna de las dos pérdidas domina el cuadro.

Es en el vacío donde divergen, y el doblado de barra es un proceso con mucho tiempo en vacío. El operario recoloca la barra entre dobleces, comprueba una cota, camina hasta la estantería a por la siguiente longitud. En una máquina hidráulica convencional la bomba gira a plena velocidad durante todo eso, descargando caudal por la válvula limitadora y calentando el aceite. En una bomba servo el motor baja de vueltas o se para. En un eje de servo puro el motor solo consume corriente de mantenimiento.

Cuantificarlo es más difícil de lo que sugiere el marketing. Los proveedores de accionamientos de bomba de velocidad variable declaran habitualmente reducciones de energía del 30 al 60 % frente a unidades de velocidad fija, y algunos declaran hasta un 80 %, siempre con la salvedad de «según el ciclo de trabajo» haciendo un gran trabajo. Son cifras de fabricante y aquí no están verificadas de forma independiente.

Lo más parecido a datos medidos de forma independiente viene de una clase de máquina adyacente. Un programa de una compañía eléctrica estadounidense monitorizó una máquina de moldeo por inyección hidráulica y otra totalmente eléctrica en paralelo durante una semana con piezas comparables, y reportó 0.278 kWh por libra de plástico en la hidráulica frente a 0.073 kWh por libra en la totalmente eléctrica. Es un proceso distinto con un ciclo de trabajo distinto y no debería trasladarse al doblado de barra como cifra. Está aquí solo porque la dirección y el orden de magnitud aguantan una medición y no solo un folleto.

Para su propio caso, haga la aritmética en lugar de fiarse de un porcentaje. La potencia instalada de motor en ambos cabezales es de 6.25 kW. Tome la duración de su turno, reste el tiempo que el carro se mueve realmente bajo carga y ponga precio al resto con su tarifa industrial. En un taller de un turno con utilización modesta, la diferencia anual suele ser lo bastante pequeña como para no decidir la compra. En una planta de canalización a tres turnos es lo bastante grande como para aparecer en un cálculo de amortización, y viene con un segundo ahorro que la gente olvida: la energía que no va al aceite es energía que después no paga por retirar con un refrigerador, y calor que no añade al taller en verano.

Precisión y repetibilidad

Ambos cabezales están especificados en ±0.1° con compensación electrónica de la recuperación elástica, y no es una coincidencia de marketing: en una máquina moderna, la precisión de posición la fijan el sistema de medida y el lazo de control, no lo que empuja al carro.

Donde las arquitecturas difieren es en contra qué tiene que luchar el lazo.

Un husillo servo tiene una relación rígida y casi lineal entre la posición del motor y la del carro, con el juego y la torsión elástica del husillo como errores principales, ambos estables y compensables. Un carro hidráulico tiene una columna de aceite entre la bomba y la carga, y el aceite es compresible. Su rigidez cambia con la presión, con la temperatura y con el aire ocluido. Un lazo cerrado sobre la posición del carro maneja esto perfectamente bien, pero el lazo trabaja más y la respuesta dinámica es más blanda.

La diferencia práctica se manifiesta en movimientos cortos y rápidos, no en la precisión final. Un eje servo se estabiliza antes tras un pequeño incremento ordenado, lo que importa cuando un programa hace muchas correcciones angulares pequeñas. En un único doblez de 90° contra un tope, usted no será capaz de distinguirlos con un goniómetro.

La compensación de la recuperación elástica es una función de control y vive en el CNC en ambos casos. Funciona a partir de una corrección guardada por combinación de material, temple y herramienta, lo que es un problema de materiales y no de actuador, y se trata aparte en compensación de la recuperación elástica en el doblado de barra colectora.

Ruido

Un grupo hidráulico convencional es el objeto más ruidoso de la mayoría de los talleres de barra. El ruido lo domina la bomba y es continuo, lo que fatiga más que un ruido intermitente al mismo nivel.

Tanto la hidráulica de velocidad variable como el servo puro reducen esto de forma sustancial, y por la misma razón: la bomba o baja de vueltas o no existe. Una máquina de servo puro en vacío es prácticamente silenciosa, y su ruido bajo carga es mecánico, del utillaje al tocar la barra, que es el mismo en cualquier máquina.

No vamos a dar una cifra en decibelios, porque el número depende de la envolvente, del montaje, del depósito, de la sala y de dónde se ponga usted, y cualquier cifra única sería vacía. Si el ruido es una restricción para usted, pida una medición a una distancia declarada y con un ciclo de trabajo declarado, a cualquier proveedor, y tome una negativa como respuesta.

El aceite y lo que cuesta de verdad

La hidráulica trae una corriente de mantenimiento que no tiene nada que ver con doblar. Filtros según calendario. Análisis de aceite o, como mínimo, cambios de aceite según calendario. Sustitución de latiguillos y juntas, que no es programada y por tanto siempre resulta inoportuna. Un depósito que hay que rellenar, mantener limpio y finalmente gestionar como residuo controlado.

Hay además una cuestión de orden y limpieza específica de este sector. La barra colectora acaba aislada, recubierta, pintada en polvo o encapsulada, y la niebla de aceite hidráulico sobre una superficie de cobre es un problema de adherencia del recubrimiento. Los talleres que tienen doblado hidráulico junto a una línea de recubrimiento ya lo saben y tienen un paso de desengrase. Los que suponen que no pasará nada lo descubren con el primer lote de barras con ampollas.

La arquitectura híbrida reduce esto sin eliminarlo. Menos calor en el aceite significa mayor vida del fluido y un depósito más pequeño que cambiar, pero las juntas, los latiguillos y el filtro siguen ahí.

Una máquina de servo puro cambia eso por otra lista, más corta: lubricación de husillo y guías, comprobación periódica del juego, y una cadena cinemática cuya reconstrucción eventual es un acontecimiento único mayor que cualquier servicio hidráulico, pero que ocurre mucho menos a menudo.

Arranque en frío

Una diferencia infravalorada en talleres sin calefacción.

La viscosidad del aceite hidráulico depende mucho de la temperatura. El aceite frío se mueve despacio, y una máquina arrancada a 5 °C una mañana de invierno se comporta de otra manera que la misma máquina a su temperatura de régimen: los tiempos de ciclo son más largos y, hasta que la columna de aceite y el bastidor alcanzan el equilibrio, las primeras piezas del turno pueden derivar en ángulo. La respuesta habitual es un ciclo de calentamiento, que cuesta tiempo de turno y energía, y es una de las razones por las que un taller hidráulico tiende a dejar las máquinas en marcha durante los descansos.

Un eje servo no tiene equivalente. La viscosidad de la grasa cambia ligeramente y el bastidor sigue moviéndose térmicamente como cualquier máquina herramienta, pero no hay un fluido de trabajo cuyo módulo de compresibilidad y cuya viscosidad estén dentro del lazo de control. La primera pieza sale más cerca de lo correcto.

El híbrido queda en medio y, en este punto, más cerca de la hidráulica convencional, porque sigue teniendo aceite, aunque en menor volumen y pasando menos vida caliente.

Coste

No vamos a publicar precios, y cualquier artículo que le dé una relación de precios está adivinando sobre su especificación, su país y su año. Lo que sí podemos darle es la forma del coste.

El precio de compra para una fuerza nominal dada suele ir servo puro por encima de híbrido hidráulico por encima de hidráulico convencional, porque una cadena de husillo dimensionada para la fuerza plena es metal caro.

El coste de energía va al revés y escala con la utilización y con su tarifa. Con utilización baja es ruido en la contabilidad; con utilización a tres turnos y precios eléctricos europeos o japoneses, no.

El coste de mantenimiento es una cantidad programada, pequeña y recurrente en hidráulica frente a una cantidad no programada, mayor y más rara en servo. Cuál de las dos prefiere usted es en parte una cuestión financiera y en parte una cuestión de si tiene o no departamento de mantenimiento.

El tiempo de parada es donde suele estar el dinero, y no favorece de forma consistente a ninguna de las dos arquitecturas. Una máquina hidráulica tiene más cosas que fallan de forma gradual y se pueden detectar. Una máquina servo tiene menos modos de fallo, pero un plazo de entrega de piezas más largo cuando falla un accionamiento o un husillo.

La regla de decisión

Compre el cabezal de servo puro si le describe alguna de estas: usted trabaja con alta utilización a dos o tres turnos; su mezcla de producto está dominada por dobleces pequeños y medianos repetitivos donde el tiempo de ciclo y el de asentamiento importan; está en un entorno limpio o contiguo a una línea de recubrimiento donde el aceite es un estorbo; el ruido es una restricción; o está en el extremo fino del rango de capacidad y nunca trabajará la máquina cerca de su límite de fuerza.

Compre el cabezal hidráulico híbrido si: trabaja con regularidad en lo alto de la capacidad, en particular dobleces gruesos de canto y permanencias largas; su ciclo de trabajo es a ráfagas, con periodos de trabajo pesado separados por tiempo en vacío, que es exactamente para lo que está diseñada la bomba servo; ya tiene un equipo de mantenimiento competente en hidráulica; o quiere el comportamiento en fuerza de la hidráulica sin la factura energética permanente de un grupo convencional.

Compre hidráulica convencional si la máquina se va a usar poco, el presupuesto de inversión es la restricción que manda y no se aplica nada de lo anterior.

El modo de fallo que más vemos no es elegir mal la arquitectura. Es elegir solo por fuerza nominal y descubrir que la horquilla de material era más ancha de lo esperado, de modo que la máquina que iba cómoda con cobre recocido está en su límite con temple duro. EN 13601 sitúa el cobre duro en 290 a 360 N/mm² de tracción frente a 220 a 260 del recocido blando, lo que es un cambio sustancial en la fuerza que exige un doblez. Averigüe qué exigirán el material más duro y la sección más gruesa que usted compra realmente antes de comparar cadenas cinemáticas, usando la calculadora de fuerza de doblado y su propia barra de peor caso en lugar de una nominal.