Traduzido para Português – Artigo original por Renishaw – Publicado em 07/03/2024
Reduzindo o uso de purga de ar com os encoders lineares FORTiS™, alcançando uma economia de energia de até 91%.
Usar uma purga de ar em encoders lineares (réguas lineares) oferece vários benefícios em termos de confiabilidade, mas gerar o fluxo necessário de ar comprimido seco e limpo consome uma quantidade considerável de energia ao longo da vida útil de uma máquina. Isso afeta o custo total de propriedade e a pegada de CO2 ao longo da vida dos encoders.
1. Por que usar uma purga de ar em um encoder linear (régua linear)?
A aplicação de uma purga de ar ajuda a melhorar a vedação de um encoder linear. Se a contaminação começar a penetrar através dos lábio de vedação, a pressão positiva no invólucro do encoder ajuda a empurrar essa contaminação para fora. A purga de ar é eficaz contra contaminantes líquidos e de partículas sólidas.
Além disso, ela impede a condensação e garante que o encoder não “inale” ar sujo quando o invólucro esfria ao desligar a máquina. Isso é benéfico ao longo da vida útil da máquina, especialmente se os lábios de vedação forem danificados acidentalmente por desgaste, cortes ou endurecimento por produtos químicos agressivos do líquido refrigerante.
Se contaminantes entrarem no invólucro do encoder, uma purga de ar pode ajudar a bombear a contaminação de volta para fora. Na figura 1, uma purga de ar a 1 bar (0,1 MPa) está conectada a uma régua linear FORTiS que foi deliberadamente inundada com óleo.
A purga de ar está então bombeando o óleo para fora do encoder, até que o nível de sinal adequado seja recuperado e o codificador volte a funcionar corretamente.
Fornecer uma purga de ar seco a um codificador que foi inundado com contaminação à base de água também tem um efeito semelhante. Esses benefícios da purga de ar ajudam a garantir a confiabilidade a longo prazo das máquinas, mesmo nas condições mais adversas.
2. Quais são as opções para uma purga de ar?
Em vez de ver as opções de purga de ar como uma opção simples de “ligar” ou “desligar”, uma abordagem otimizada é adequar os requisitos de purga de ar aos eixos específicos de uma máquina.
Os encoders FORTiS usam um material de vedação exclusivo chamado DuraSeal™. Isso veda mais firmemente ao redor da lâmina do cabeçote de leitura, reduzindo a taxa de fluxo da purga de ar em comparação com produtos concorrentes. Isso permite alcançar uma vedação eficaz com uma pressão de purga de ar mais baixa.
Para eixos fortemente expostos à contaminação, especialmente em máquinas que cortam materiais particularmente agressivos, recomenda-se o uso da pressão total da purga de ar de 1 bar (0,1 MPa).
No entanto, em muitas máquinas, os codificadores estão localizados em posições elevadas ou são relativamente remotos da câmara da máquina. Nessas circunstâncias, o codificador estará exposto a uma quantidade significativamente menor de contaminação durante sua vida útil.
Isso possibilita adotar uma filosofia de purga de ar de baixo fluxo e economizar no uso de purga de ar. Aplicar uma purga de ar de baixo fluxo é um processo simples. Primeiro, identifique os encoders que são bons candidatos para trabalhar com pressões mais baixas. Em seguida, simplesmente reduza a pressão no regulador do filtro de ar e verifique a pressão nas réguas lineares.
3. Que economias podem ser feitas?
A vedação mais eficaz dos encoders lineares FORTiS reduz a taxa de fluxo da purga de ar de 7-10 litros por minuto para 2 litros por minuto. Portanto, economias de energia (e CO2) de 70-79% podem ser alcançadas apenas trocando de um encoder concorrente para um encoder FORTiS.
No entanto, ao adotar a abordagem de purga de ar de “baixo fluxo”, economias adicionais podem ser alcançadas. Com uma pressão de purga de ar de 0,5 bar (0,05 MPa), as economias aumentam para 84-89%. Quando a pressão da purga de ar é reduzida para 0,25 bar (0,025 MPa), as economias podem chegar a 91-94%.
Notas:
Este cenário mostra o consumo de energia anual. Representa um encoder linear em uma máquina que é usada por 2 turnos por dia, 8 horas por turno, 350 dias por ano. O ar é ligado 24 horas por dia, 365 dias por ano.
A potência do encoder é baseada na especificação da ficha técnica do fabricante para alimentação a 5V, multiplicada pelo uso anual conforme descrito nas notas 1 e 2.
A taxa de fluxo da purga de ar de 7-10 litros por minuto é baseada na especificação da ficha técnica do fabricante para o uso da purga de ar.
A potência da purga de ar é baseada na energia necessária para fornecer o uso anual de ar. Isso é baseado na taxa de fluxo de ar especificada na ficha técnica do fabricante. Isso é a uma pressão de 1 bar (0,1 MPa), quando o ar é ligado 24 horas por dia, 365 dias por ano.
Para os encoders FORTiS, o uso anual de ar a uma taxa de fluxo de 2 litros por minuto é de 0,002 m³/min x 60 x 24 x 365 = 1051 m³/ano. Para a Marca A, a taxa de fluxo de purga de ar é especificada na ficha técnica do fabricante em 10 litros por minuto. Portanto, o uso anual de ar é de 0,01 m³/min x 60 x 24 x 365 = 5256 m³/ano. Para a Marca B, a taxa de fluxo de purga de ar é especificada na ficha técnica do fabricante em 7 litros por minuto. Portanto, o uso anual de ar é de 0,007 m³/min x 60 x 24 x 365 = 3679 m³/ano.
Para calcular a potência necessária para fornecer esse uso anual de ar, foi usado um valor representativo de 0,085 kWh/Nm³. Este é um valor típico necessário para um compressor de ar fornecer 1 metro cúbico normal de ar comprimido a 1,0 bar de pressão (0,1 MPa) e 15 °C de acordo com a ISO2533.
4. Quando uma purga de ar de “baixo fluxo” pode ser usada?
Cada máquina deve ser avaliada com base no nível de risco de contaminação ao qual as réguas lineares estão sujeitas. Os fatores que devem ser considerados incluem:
A posição dos codificadores na máquina.
A quantidade de proteção/vedação entre a câmara da máquina e a localização do encoder linear.
O tipo de material sendo usinado na máquina.
A quantidade de líquido refrigerante que um processo específico requer.
A posição do encoder terá uma influência significativa na quantidade de contaminação que o codificador experimentará. Em geral, máquinas maiores expõem os encoders a menos contaminação, pois estes estão localizados mais longe da zona de usinagem.
A abordagem detalhada para otimizar a purga de ar varia de acordo com o tipo específico de máquina, conforme descrito nas seções seguintes.
Centros de Usinagem Vertical
No caso de um centro de usinagem vertical (VMC) compacto clássico, os encoders são posicionados atrás de uma proteção telescópica de aço inoxidável, muito próximo à zona de usinagem. A proteção faz um bom trabalho em impedir respingos diretos de líquido refrigerante ou de cavacos de atingirem o codificador. No entanto, ao longo do tempo, a contaminação encontrará seu caminho além da proteção telescópica, especialmente a contaminação de partículas.
Em aplicações como esta, não é viável manter a contaminação de partículas longe do encoder linear, então ele deve ser capaz de funcionar nessas condições. Nesses casos, seria apropriado aplicar uma pressão de purga de ar de 0,5 a 1 bar (0,05 a 0,1 MPa), com a pressão total de 1 bar sendo aplicada em casos de usinagem de materiais agressivamente abrasivos. Isso inclui ferro fundido, cerâmica, vidro ou compósitos.
Em centros de usinagem vertical maiores, os eixos X e Y muitas vezes estão localizados mais alto na máquina, mais longe da zona de usinagem. Nesses casos, seria apropriado aplicar uma pressão de purga de ar de 0,25 a 0,5 bar (0,025 a 0,05 MPa) às réguas lineares.
Centro de Usinagem Horizontal
Em centros de usinagem horizontal, o nível apropriado de pressão de purga de ar é determinado pela configuração da máquina. Em particular, o codificador linear do eixo Z pode estar localizado sob a mesa, onde é difícil de substituir e está exposto a maiores quantidades de contaminação. Ele também pode estar mais alto dentro da máquina, onde a substituição é mais fácil e a exposição à contaminação é consideravelmente reduzida.
Os eixos X e Y geralmente são bem protegidos contra contaminação, mas em alguns casos, o codificador linear do eixo X pode estar localizado sob a mesa.
Quando o codificador linear do eixo Z ou X está sob a mesa, uma purga de ar de 0,5 a 1 bar (0,05 a 0,1 MPa) é apropriada. Quando o codificador linear do eixo Z ou X está localizado mais alto na máquina, a pressão de purga de ar pode ser reduzida para 0,25 a 0,5 bar (0,025 a 0,05 MPa).
Retíficas CNC
Em aplicações em retíficas CNC, o layout da máquina é amplamente semelhante ao de um VMC compacto. Tais aplicações usam grandes quantidades de líquido refrigerante e o processo de retificação gera contaminação de partículas muito duras e abrasivas. Na maioria dos casos, é recomendável usar a pressão total de purga de ar de 1 bar (0,1 MPa).
Tornos e Retificadoras Cilíndricas
Para aplicações de torneamento e retificação cilíndrica, os encoders lineares geralmente estão localizados próximos à zona de usinagem. Para a maioria das aplicações, uma pressão de purga de ar de 0,5 a 1 bar (0,05 a 0,1 MPa) é apropriada. A facilidade de acesso ao encoder, a quantidade de líquido refrigerante usado e a abrasividade do material a ser usinado devem ser considerados ao selecionar a pressão de purga de ar adequada.
Máquinas Ferramenta Grandes
Em máquinas maiores, incluindo máquinas tipo pórtico e tornos verticais (VTL), o nível de contaminação experimentado pela régua linear é tipicamente menor porque os encoders são montados mais longe da zona de usinagem. Em tais aplicações, uma pressão de purga de ar de 0,25 a 0,5 bar (0,025 a 0,05 MPa) pode ser usada.
Outras oportunidades de economia de energia
Muitas máquinas não são usadas 24 horas por dia, 7 dias por semana. Quando não estão em uso, a purga de ar geralmente é mantida ligada para manter uma pressão positiva dentro do invólucro do codificador. Isso evita o acúmulo de condensação e interrompe o efeito de “inalação” que ocorre quando uma máquina quente esfria.
Máquinas equipadas com encoders FORTiS podem superar ambos esses efeitos com a purga de ar reduzida para uma pressão de 0,25 bar (0,025 MPa) durante a noite, nos fins de semana ou durante os fechamentos da fábrica.
Para algumas máquinas, a maioria dos eixos do encoder linear está bem protegida contra contaminação. No entanto, pode haver um eixo do encoder linear que está em maior risco. Em uma situação como essa, pode ser instalado um regulador adicional no conjunto do filtro de ar. Isso permitirá que o ar seja alimentado no encoder de maior risco a 1 bar (0,1 MPa), enquanto os codificadores de menor risco podem ser alimentados com uma purga de ar a pressões mais baixas.
Resumo
O desempenho de vedação superior do encoder linear fechado FORTiS permite uma abordagem otimizada para fornecer purga de ar aos encoders em uma máquina.
Essa abordagem de “baixo fluxo” pode proporcionar benefícios significativos de redução do consumo de ar comprimido, resultando em custos de energia mais baixos. Isso também mantém os benefícios de confiabilidade a longo prazo do uso de sistemas de purga de ar.
Os encoders lineares são instalados em uma ampla variedade de máquinas CNC, e existem muitas variações de cada tipo de máquina.
Fonte: Site Renishaw
