Máquinas de inyección eléctricas: Mucho terreno por conquistar

La tecnología de inyección eléctrica tiene ya una historia de cerca de 15 años y hace parte de la oferta de varios fabricantes de maquinaria de todo el mundo. Se estima que hasta la fecha se han vendido cerca de 15.000 unidades. En cambio, en Europa no hay instaladas más que unas 800 máquinas, es decir, ni siquiera la décima parte. Y es que en Europa y especialmente en Alemania las máquinas eléctricas están consideradas como un producto que encaja solo en un nicho del mercado. Es esa también la situación entre las empresas procesadoras de América Latina, donde la cantidad de máquinas eléctricas es muy reducida y donde esta tecnología no tiene aún muchos creyentes.

Pero esa situación podría cambiar muy pronto: En la K 2001, se presentaron innovaciones y equipos eléctricos perfeccionados que estimularon el interés de los procesadores sobre este tipo de maquinaria.

La casa Braun de Kronberg (Alemania), uno de los primeros fabricantes internacionales de pequeños aparatos eléctricos, ha apostado por las máquinas de inyección eléctricas. En su fábrica de Marktheidenfeld, que es el mayor centro de producción de esta empresa multinacional, con 1.600 trabajadores, se utilizan actualmente más de 30 unidades eléctricas de la marca Ferromatik Milacron, empresa de Malterdingen (Alemania), pionera en el diseño y la construcción de máquinas de inyección eléctricas. Entre las ventajas de esos equipos, la casa Braun destaca la alta precisión, los bajos costos de mantenimiento y reparaciones en comparación con modelos hidráulicos, y el considerable ahorro de energía. Y, además (elogia Manfred Drach, director de fabricación de Braun, las máquinas de la versión eléctrica tipo "Elektra" son extremadamente silenciosas. Lo que no tiene nada de extraño, dado que se ha suprimido el ruido que producen las máquinas de inyección convencionales con sus cilindros y circuitos hidráulicos. Así resulta un nivel sonoro de 70 dB(A) aproximadamente, unos 20 decibeles menos que con máquinas hidráulicas.

Las "eléctricas" tienen que demostrar su valor
Claro que la fábrica de Marktheidenfeld de la casa Braun es la excepción de la regla, al menos en Alemania, pues es muy probable que no exista en esa región ninguna otra planta que utilice tal cantidad de máquinas de inyección eléctricas. Continúa en pie lo que afirmó Alfred Schiffer, director técnico de la empresa Dr. Boy GmbH, fabricante de máquinas de inyección pertenecientes a la gama de fuerzas de cierre bajas, en un artículo publicado en el periódico K de la editorial Giesel de Isernhagen con ocasión de la feria Fakuma 2000: "Para la inmensa mayoría de las piezas moldeadas por inyección que se fabrican en la actualidad, las máquinas hidráulicas son la mejor solución". Y Hans Wobbe, entonces gerente de la división de Máquinas de Inyección de la empresa Krauss-Maffei de Munich, reafirmó lo anterior diciendo: "La repetitividad a largo plazo, típica de las máquinas hidráulicas, es de sobra conocida; mientras que los accionamientos eléctricos todavía tienen que demostrarla."

Un estudio de Delphi en torno a las Tecnologías Futuras de la Industria del Plástico, elaborado a mediados de la década de los noventa, pronosticó que en el año 2000 llegarían a 28 por ciento las versiones eléctricas entre las máquinas de inyección. En el comentario final redactado por la Asociación de Fabricantes de Maquinaria de Caucho y Plástico de la asociación alemana VDMA, refiriéndose a dicho estudio se indicaba que los 72 por ciento restante se desglosaría en 34 por ciento de máquinas hidráulicas y 38 por ciento híbridas. El acierto de ese pronóstico y de tal cuantificación (al menos en la región europea) no se vislumbra por el momento. Al cabo de más de un decenio desde la presentación de las primeras unidades de inyección eléctricas, su proporción a escala mundial se estima que como mucho rondará la marca del 5 por ciento.

El mayor obstáculo que impide que tales equipos tengan amplia aceptación en el mercado europeo es su costo (opina Johannes Wortberg, catedrático de Diseño Industrial y Maquinaria de Plástico de la Universidad de Duisburgo). El precio de una máquina de inyección eléctrica, comparado con el de otra hidráulica, es entre 30 y 40 por ciento más alto. No obstante, existen algunos argumentos importantes a favor de las máquinas eléctricas. El ingeniero Wortberg cita puntos como son el ahorro de energía, la mejor repetitividad, menos influenciada por las condiciones ambientales, y aspectos ecológicos, como la escasa emisión de ruido y la supresión del aceite hidráulico.

En tanto no se reduzca mucho la discrepancia entre los costos de adquisición de ambos tipos de máquinas, no variará sensiblemente (estima Wortberg) la cuota de mercado de las máquinas eléctricas en Europa. En cambio, la situación es completamente distinta en Asia, donde la proporción de máquinas eléctricas ya es bastante más alta. Asimismo en Norteamérica se registra la tendencia a emplear máquinas eléctricas. Los motivos se derivan de unas circunstancias muy distintas. Por ejemplo, en Japón la carga fiscal es progresiva en función de la cantidad de aceite y en Estados Unidos la inclinación a aplicar tecnologías nuevas y, por lo tanto, todavía no acreditadas suele ser mayor que en las empresas transformadoras europeas.

Eso se refleja asimismo en las estadísticas de producción de los proveedores especializados. Sumitomo con su capacidad de producción de 3.000 máquinas de inyección al año es uno de los principales fabricantes japoneses. Pero aún más interesante es el hecho de que alrededor de 65 por ciento de dicha cifra de producción, o sea, poco menos de 2.000 unidades, corresponda a máquinas eléctricas. De modo que Sumitomo debe de ser, probablemente, el mayor constructor mundial de máquinas de inyección eléctricas. Esa empresa cubre la gama de presiones de cierre de 180 a 3.500 kN, lo que a la vez está considerado actualmente como el límite del segmento alto. Modelos más potentes no serían rentables, según la experiencia de los japoneses, debido a la complejidad técnica y a la relación precio-rendimiento. Pero, como de costumbre, hay excepciones que confirman la regla: La mayor máquina suministrada hasta ahora por Ferromatik Milacron North America desarrolla una potencia de cierre de 8.700 kN. Y el fabricante también estadounidense UBE Machinery ofrece máquinas de inyección eléctricas incluso de más de 10.000 kN.

Las máquinas hidráulicas corrigen sus puntos débiles
Otra causa de índole muy distinta por la que las máquinas eléctricas tienen tan poca aceptación entre las empresas transformadoras europeas, según opina Dieter Klug, gerente de Netstal Maschinen AG, podría ser la supremacía técnica de sus adversarias hidráulicas. Y eso no es ninguna casualidad, ya que en vista de las ventajas que se atribuyen a las máquinas eléctricas desde que aparecieron, los fabricantes de máquinas hidráulicas se vieron obligados a reaccionar, habiendo desarrollado rápidamente y perfeccionado sus productos precisamente en aquellos aspectos en que sobresalían las máquinas eléctricas. Sin ese estímulo, la situación habría perdurado muchísimo más tiempo.

Lo mismo opina el ingeniero Wortberg, quien aparte de ejercer de catedrático es director del Instituto de Tecnología y Maquinaria de Plástico (IK2) de Essen. En un artículo publicado en la revista alemana Kunststoffe cita, a título de ejemplo, que actualmente en las máquinas hidráulicas, además de bombas de caudal constante, se emplean otras bombas regulables con regulación de presión o con un sistema especial de regulación de presión y caudal, habiéndose logrado mejorar así considerablemente el rendimiento y, por lo tanto, el consumo de energía. Otro adelanto más lo ha reportado el empleo de servoválvulas, con las que la respuesta es más rápida. Eso significa concretamente que mejora la calidad de la regulación y, por consiguiente, la exactitud en el posicionamiento de los ejes hidráulicos.

Simbiosis entre los sistemas hidráulico y eléctrico
Desde luego, una máquina que no sea "totalmente hidráulica" tampoco ha de ser necesariamente "totalmente eléctrica". Las llamadas máquinas híbridas son medio hidráulicas y medio eléctricas. En esos equipos de inyección mixtos, la operación que más energía requiere, la plastificación, la realizan accionamientos electromecánicos. El diseño basado en esa solución es lógico, pues el tornillo sin fin implica un movimiento rotatorio que puede ser transmitido con relativa facilidad por un motor eléctrico. Mientras que el cierre, la retención y los demás movimientos secundarios, como la expulsión de la pieza moldeada y el accionamiento del núcleo, siguen siendo operaciones hidráulicas.

Otra posibilidad de modificación del accionamiento hidráulico tradicional consiste en descentralizar el sistema hidráulico. Al respecto, un ejemplo interesante de ese diseño es el modelo "Elexis-E", un equipo híbrido de Demag Ergotech GmbH de Schwaig (Alemania). Un único servomotor produce en esos modelos tanto el movimiento de inyección como el giro del tornillo sin fin. Un acumulador central de energía constituye la base del proceso de inyección servorregulado y muy dinámico y de los movimientos secundarios independientes, como por ejemplo la activación de los machos del núcleo. En máquinas eléctricas, eso es posible únicamente dotándolas de una unidad hidráulica suplementaria.

Un ejemplo de que también se ofrecen accionamientos servoeléctricos para acoplarlos posteriormente a tornillos sin fin son las máquinas de inyección de tipo hidráulico modular de la serie "HM" de Battenfeld GmbH de Meinerzhagen (Alemania). Como alternativa del modelo hidráulico normal, este fabricante ofrece en la especificación de la máquina un accionamiento servoeléctrico del movimiento de plastificación. Los modelos de la serie "HM" llevan una conexión idéntica para motor hidráulico y servomotor. Así, es posible cambiar posteriormente el accionamiento de las máquinas, agregando un servomotor trifásico, para convertir la versión estándar en otra híbrida y viceversa.

¿Están a punto de aterrizar las máquinas eléctricas?
Sigue en el aire la cuestión referente a cuándo iniciarán el aterrizaje en en territorio europero las máquinas de inyección eléctricas. El panorama no es nada y se advierte una creciente actividad en ese sentido entre los fabricantes europeos.

Así, por ejemplo, la empresa austriaca Engel de Schwertberg mostró una nueva serie de máquinas de inyección eléctricas bajo el título de "e-motion". Y ya está ofreciendo maquinas con accionamiento electromecánico y de 55, 100 y 150 kN de potencia de cierre. Este modelo de Engel con unidad de cierre sin guías lleva una potente palanca acodada central que es la que abre y cierra el molde con precisión. Impulsado directamente por un servomotor con cigüeñal, este procedimiento permite realizar movimientos muy rápidos, abreviando así las fases improductivas. El tiempo de secado no requiere más que 1,5 segundos.

La empresa Netstal Maschinen AG de Näfels (Suiza) se limitó a presentar en la K 2001 el estudio de una máquina de inyección eléctrica de 1200 kN de fuerza de cierre. Ahora bien, tales máquinas no empezarán a fabricarse en serie hasta el año 2003. Pero, como compensación, esa empresa suiza exhibe el sistema de inyección eléctrico "e-jet", destinado a la fabricación de soportes de datos visuales. Esa innovación de diseño muy futurista será ofrecida paralelamente a la línea de producción hidráulica "Discjet". Es una solución a la medida para fabricar todos los formatos actuales y futuros de soportes de datos. El nuevo modelo de máquina es indicado para trabajar con moldes de una sola cavidad y de cavidades gemelas. Según indica Netstal, se distingue entre otras cosas por su alta velocidad de los movimientos, buena repetitividad y bajo nivel de ruido.

Por primera vez, la empresa Krauss-Maffei Kunststofftechnik GmbH de Munich (Alemania) llegó a la K 2001 con toda una serie de máquinas de inyección eléctricas. Esas máquinas introducidas en el mercado bajo la marca "Eltec" desarrollan 500, 800, 1100 y 1200 kN de fuerza de cierre, respectivamente, y se ofrecen con el acreditado sistema de cierre de dos platos. Pero "Eltec" es sencillamente una versión "semieléctrica", ya que hacen falta unos dos litros de aceite (o de otro fluido) para desarrollar la fuerza de cierre. Según informa el fabricante, el sistema de impulsión blindado hace que la máquina sea apta para aplicaciones en locales higienizados.

En Düsseldorf se exhibieron una gran cantidad de productos relacionados con equipos de inyección eléctricos. Tanto los fabricantes estadounidenses como los italianos y sobre todo los japoneses presentaron en la K 2001 nuevos modelos y diseños perfeccionados. Y si las máquinas eléctricas no logran aterrizar inmediatamente en el Viejo Mundo, se espera una evolución de esta situación en los próximos años.