Escolher o motor certo para a sua solução de bomba OEM

por Brad Blum e John Batts

A Masterflex, uma parte da Avantor, é bem conhecida pelas suas tecnologias de bombas de alta qualidade Masterflex^® e Ismatec^® . Muitas OEM viram-se para a equipa Masterflex OEM, quando precisam de uma bomba personalizada integrada no equipamento que estão a desenvolver. Quando está a escolher uma solução de bomba não deve ter apenas em conta o estilo da bomba, mas também o tipo de motor. Quando optar por um motor para uma soluções de bomba OEM, tenha isto em consideração.

Tipos de motores

De entre os muitos diferentes tipos de motores utilizados hoje em dia, existem quatro tecnologias de motor que cobrem a maior parte das aplicações, cada uma com vantagens e limitações, que devem ser todas consideradas.

Motores de corrente contínua de íman permanente (PMDC) / motores CC com escovas

Os motores CC com escovas e PMDC tendem a ser a escolha privilegiada para aplicações económicas, por muitas razões. O custo inicial de propriedade é geralmente baixo. O grande conjunto de funções é útil para muitas aplicações diferentes. Estes motores incorporam escovas internas que transmitem corrente elétrica ao movimento do motor. Muitas tecnologias de motor requerem o uso de um controlador para controlar a operação do motor. Os motores CC com escovas não precisam necessariamente de um—sobretudo se a aplicação apenas precisar que o motor opere a uma velocidade fixa. Para aplicações que requerem um controlador para um controlo mais avançado, o controlador para um motor com escovas CC tende a ser menos dispendioso do que controladores similares utilizados com outras tecnologias de motor.

O desgaste das escovas internas é inerente à criação de um motor com escovas CC e ocorre devido a dois fatores primários—velocidade do motor e carga colocada no motor. Dois resultados possíveis dependem do tipo de motor com escovas CC utilizado:

• Em motores com escovas não substituíveis, a durabilidade do escovilhão pode variar entre 500 e 4.000 horas com a vida útil atual determinada por numerosos fatores, após os quais tem de eliminar e substituir o motor.
• Em motores com escovas substituíveis, a durabilidade tende a ser maior. As escovas nestes motores podem ser substituídas, baixando os custos de manutenção iniciais. Por causa do desgaste nas barras comutadoras (as escovas friccionam dentro do para transmitir potência elétrica ao motor), existe um limite sobre a quantidade de vezes que pode substituir as escovas antes de ter de substituir todo o conjunto do motor.

Para além do desgaste das escovas, um motor com escovas CC também requer a utilização de um codificador se precisar de uma regulação rigorosa da velocidade do motor, aumentando o custo inicial e compensando um dos fatores primários deste tecnologia de motor.

Independentemente do tipo de motor com escovas CC selecionado, a manutenção acrescida a estes motores aumenta o custo geral de propriedade. Por isso, as vantagens dos motores CC com escovas são mais visíveis quando estão incorporadas em aplicações que envolvem o uso esporádico, tal como a dispensação.

Motores CC sem escovas/BLDC

Os motores CC sem escovas são diferentes dos motores CC com escovas, pois não há escovas internas usadas para transportar a corrente que energiza estes dispositivos. Os motores CC com escovas sofrem muito pouco desgaste e requerem quase nenhuma manutenção durante a sua vida útil, o que é de longe a maior vantagem em trabalhar com este tipo de motor. Outra vantagem, pelo facto de não haver escovas envolvidas neste motor, é a formação muito reduzida de partículas em suspensão durante a operação. Isso torna os motores CC sem escovas uma opção viável pra dispositivos médicos e outras aplicações similares sensíveis a partículas e detritos.

A falha mais habitual ocorre na caixa de engrenagem anexada à frente do motor. A caixa de engrenagem reduz a velocidade do motor e aumenta o binário fornecido à bomba. As engrenagens podem ficar gastas ao longo do tempo.

Sem escovas ou barras comutadoras na unidade, os motores CC sem escovas precisam de uma placa de controlador para fornecer a necessária comutação eletrónica para operar devidamente. Lamentavelmente, as placas de controlador do motor CC sem escovas tendem a ser mais caras do que os quadros do controlador usados com motores CC com escovas. Isto é acrescentado ao custo inicial quando se trabalha com estes motores. Adicionalmente, para um controlo rigoroso da velocidade, tem de ser usado um codificador, aumentando assim o custo inicial.

Por causa do design dos motores CC sem escovas, eles são perfeitos para aplicações que exigem uma grande durabilidade ou quando o motor está num local perigoso ou de difícil acesso. Nestas aplicações, enquanto o custo inicial de propriedade de uma opção de motor CC sem escovas é superior, o custo total ao longo da vida útil da propriedade do motor é o mais baixo, o que a torna uma opção sólida.

Motores de passo

Os motores de passo são um tipo de motor CC sem escovas, mas o movimento do motor é controlado de forma diferente. Um motor de passo funciona dividindo uma rotação total em número igual de passos. O motor pode deslocar-se para e parar num ponto específico na sua rotação através dos impulsos controlados para eletroímanes internos. Não é preciso um codificador ou mecanismo de feedback similar. Os motores de passo têm outras vantagens ainda, incluindo longa vida útil, manutenção e desgaste reduzido ou nenhum, binário de arranque alto e custo geral normalmente entre um motor CC com escova e sem escova.

No entanto, é necessário considerar algumas limitações quando se incorporam motores de passo numa aplicação. Uma limitação é a mudança de binário que pode ser fornecida pelo motor à medida que a velocidade muda. Enquanto o binário inicial é alto, o binário disponível a altas velocidades é consideravelmente inferior e pode levar a imprecisões rotacionais, incluindo estagnação.

Adicionalmente, alguns efeitos tangíveis importantes podem também limitar o uso de motores de passo, incluindo o ruído acústico (podem “zunir” quando o passo é alto), formação de calor por ineficiências gerais (que pode necessitar de ventilação ou outros métodos de refrigeração) e vibração mecânica.

Não sendo os motores de passo a escolha mais apreciada para aplicações de operação contínua, eles são uma excelente opção para aplicações de dispensação repetida e rápida. Podem resistir ao uso intenso sem precisarem de uma manutenção regular, e oferecem um controlo de velocidade e posicional inerente rigoroso.

Motores CA de polo sombreado

Os motores CA de polo sombreado são outra opção de motor popular para um subconjunto limitado de clientes e aplicações. Na indústria da comida e bebida, onde as bombas funcionam continuamente e tanto os custos iniciais como ao longo da vida são fatores, os motores CA de polo sombreado podem oferecer algumas vantagens significativas:

• Custo inicial baixo
• Custo baixo de propriedade graças a quase nenhuma manutenção
• A longa vida útil (normalmente apenas limitada pela vida da engrenagem, como os motores CC sem escovas)
• Opera com potência CA
• Funcionamento silencioso
• Sem interferência eletromagnética (EMI)

As limitações aos motores CA de polo sombreado também devem ser consideradas. A maior limitação é a operação de velocidade fixa destes motores. Os motores CA de polo sombreado são concebidos para operarem a uma única velocidade, determinada pelo rácio de engrenagem incorporado no seu design. Os codificadores e outros mecanismos de resposta não podem ser usados com estes motores para garantir uma velocidade de rotação apropriada, que pode levar a imprecisões do fluxo e variação durante o uso.

Adicionalmente, estes motores tendem a gerar um calor considerável, um efeito lateral apenas exacerbado pelo uso contínuo. Normalmente tem de ser incorporada uma ventoinha no design para fornecer um arrefecimento em tempo real da unidade do motor. Estes motores não são tão potentes como os outros tipos de motor.

Tendo em contas as vantagens e limitações para estes motores, a recomendação geral é considerar os motores CA de polo sombreado para aplicações de uso contínuo não tão sensíveis a ligeiras variações na taxa de fluxo. Para outras aplicações, sobretudo as que envolvem a dispensação, a melhor escolha será usar um dos outros tipos de motor.

Resumo

Para visualizar as vantagens e limitações de cada um destes tipos de motores, reveja o seguinte quadro:

Excelente -------------------------> Fraco

Cada uma das quatro opções de motor discutidas neste artigo tem vantagens e limitações, e deve considerar cada tipo de motor quando escolher o motor mais apropriado para a sua aplicação.