Auditoría de bombas en VW: las bombas de velocidad variable ahorran energía

Aumento de la pureza de la taladrina y reducción del consumo energético del sistemaFOTOGRAFÍA: Nils-Stefan Bang, responsable de planificación de la producción de motores de la fábrica de Volkswagen en Salzgitter, explica cómo funciona la interfaz de comunicación CIU en combinación con las bombas de velocidad variable.
Optimización de un sistema de rectificado

Volkswagen necesitaba conseguir taladrinas de mayor pureza en su fábrica de motores de Salzgitter (Alemania). Al modernizar la tecnología de filtración de taladrina de un sistema de rectificado, la compañía también renovó las bombas de suministro de taladrina e instaló bombas de velocidad variable NK de Grundfos. El resultado: una mejora de la calidad de la taladrina y una reducción del consumo energético.

Bombas de suministro de la gama NK de Grundfos

Las cifras siguientes bastan para impresionar a cualquiera: en su fábrica de Salzgitter, Volkswagen produce hasta 7.000 motores al día en unas instalaciones con una superficie de 320.000 m2 (80 acres). En esa fábrica, la compañía produce más de 370 tipos de motores diésel y de gasolina, además de motores industriales, navales y para plantas de cogeneración. La producción incluye motores de tres a 16 cilindros, con una potencia que varía entre 55 y 736 kW.

FOTOGRAFÍA: Estas bombas de suministro de la gama NK de Grundfos alimentan el sistema de rectificado con un caudal de 1.000 litros de taladrina por minuto.

Para poder producir una variedad tan amplia de motores, la fábrica de Salzgitter dispone de cerca de 6.200 máquinas herramienta listas para fresar, perforar, tornear y rectificar los lingotes y piezas de fundición que recibe para transformarlos en bloques motores, culatas, árboles de levas y cigüeñales. La fábrica también produce diversos componentes de motores, como colectores de admisión, cárteres, volantes de inercia y bombas de aceite y agua. Los componentes pasan por doce cadenas de montaje hasta obtener cada motor terminado.

Taladrina: un fluido esencial para el rectificado
Nils-Stefan Bang lleva los últimos once años desempeñando el puesto de responsable de planificación de la producción de motores en la fábrica de Salzgitter. Junto con sus compañeros, es el responsable de garantizar que las máquinas de procesamiento dispongan de un suministro constante de diversos medios, como agua de refrigeración, agua fría, aire comprimido y taladrinas, así como de asegurar que las emulsiones y el aceite cargados de virutas metálicas se gestionen adecuadamente.


Como técnicos de suministro, consideramos el sistema de rectificado como una “caja negra”: debe disponer de la taladrina necesaria con las especificaciones requeridas y consumir la mínima cantidad de energía posible.

Nils-Stefan Bang, de la fábrica de Volkswagen en Salzgitter

TAB_1_VW_Honanlage_DB2011AU00008_medium_Bild 1
FOTOGRAFÍA: Volkswagen fabrica hasta 7.000 motores al día en su fábrica alemana de Salzgitter (imagen cortesía de Volkswagen AG).

En la fábrica de Salzgitter existen más de 120 sistemas que hacen circular constantemente unos 6.000 m3 de taladrinas por el proceso de mecanizado. Además, cada día deben recuperarse cerca de 100 toneladas de virutas metálicas.

Nils-Stefan Bang es el responsable de planificar muchas más cosas que los sistemas de taladrinas. Su labor cotidiana se centra más bien en la adaptación de los sistemas existentes a los nuevos reglamentos y diseños de motores, así como en la renovación de tecnologías obsoletas.

El sistema de rectificado utilizado para mecanizar los bloques motores de cuatro cilindros se renovó recientemente. El bloque motor es el principal componente del motor, en el que actúan los cilindros y el cigüeñal tras el montaje (y requiere un acabado superficial especialmente exigente). Tal como señala Nils-Stefan Bang, el uso del rectificado como método de pulido de acabado reduce las pérdidas por fricción en el motor; la obtención de una estructura con microsurcos transversales garantiza una mejor adherencia del aceite del motor durante su funcionamiento, así como la conservación de una película de aceite continua.

El objetivo específico era aumentar la pureza de la taladrina que debe utilizarse para el rectificado. La pureza de la taladrina afecta indirectamente a la calidad (es decir, a las subsiguientes prestaciones y a la rentabilidad) de los motores. Cuanto mejor sea el pulido de acabado (es decir, cuanto menores sean las pérdidas por fricción), más estrechas serán las tolerancias que puedan conseguirse.

Bombas NK/NKG de Grundfos

Para mejorar la calidad de la taladrina, se instaló un “filtro de control” adicional (filtro de lavado a contracorriente automático). Además, se instaló una centrífuga de giro rápido en modo bypass para eliminar las partículas más finas.

Los cambios en el sistema de taladrina influyeron a la hora de decidir el tipo de bombas que debían instalarse. Por ejemplo, las partículas de fundición gris que se forman durante el mecanizado de los materiales son relativamente pesadas, se hunden con rapidez y pueden llegar a obstruir los conductos de refrigerante. Por este motivo, la refrigeración debe realizarse a alta presión y a alta velocidad.

FOTOGRAFÍA: Las bombas NK/NKG de Grundfos incorporan de serie una protección del acoplamiento de gran resistencia.

“Como técnicos de suministro, consideramos el sistema de rectificado como una ‘caja negra’: nos centramos en que disponga de la taladrina necesaria con las especificaciones requeridas y consuma la mínima cantidad de energía posible”, señala Bang. En este caso, las especificaciones requerían una presión de descarga de 3,5 bar y una capacidad de bombeo de 1.000 litros por minuto a una temperatura de 25 °C.


La experiencia ha demostrado que resulta ventajoso que un sistema de este tipo pueda “respirar”. Las bombas de velocidad variable son flexibles tanto en términos de caudal como de presión de descarga.

Nils-Stefan Bang, de la fábrica de Volkswagen en Salzgitter

El control de velocidad ofrece flexibilidad
En mayo de 2011, Volkswagen instaló dos bombas estándar de velocidad variable NK de Grundfos (consulte la pestaña “Equipos suministrados por Grundfos”, en la parte superior de este artículo) en esta fábrica. Estas bombas se utilizan de forma alterna. Además, la compañía también instaló un convertidor de frecuencia CUE de Grundfos (37 kW) y una interfaz de comunicación CIU 150 con conexión Profibus con el PLC de control.

¿Por qué se eligieron bombas con control de velocidad?

Fabricación mecánica en la planta de Volkswagen

“La experiencia ha demostrado que resulta ventajoso que un sistema de este tipo pueda ‘respirar’. Las bombas de velocidad variable son flexibles tanto en términos de caudal como de presión de descarga”, explica Bang. Una bomba de velocidad variable siempre bombea el caudal que requiere el proceso en cada momento. También puede adaptarse a diversas plantas, lo que hace que pueda reutilizarse. “El uso de una bomba controlada por un convertidor de frecuencia facilita mucho la ejecución o la simulación de diversos estados de funcionamiento”, añade. Esto permite ahorrar una gran cantidad de electricidad que de lo contrario se perdería, ya que se transmitiría en forma de calor a la taladrina.

FOTOGRAFÍA: Fabricación mecánica en la planta de Volkswagen en Salzgitter (imagen cortesía de Volkswagen AG).

En este caso, se consigue una limpieza adicional mediante módulos Knoth, en los que la pieza a mecanizar se sopla con aire o, utilizando un conducto, se limpia con grandes volúmenes de taladrina a alta presión. Se trata de un proceso temporizado que se realiza a intervalos de entre 10 y 15 minutos y al que la bomba de taladrina debe dar respuesta.

Otras ventajas
Una bomba de velocidad variable también aporta ventajas durante el fin de semana. Cuando la taladrina no se utiliza, no se debe dejar en reposo durante mucho tiempo ya que el estancamiento aumenta el riesgo de contaminación microbiana. La bomba de velocidad variable puede utilizarse para configurar el proceso de forma que el sistema no desperdicie grandes cantidades de energía ni pueda resultar contaminado.

Se estima que, en la actualidad, alrededor de un 10 % de todos los sistemas de filtración de Volkswagen incorporan bombas de velocidad variable. Nils-Stefan Bang cree que, desde un punto de vista económico, tendría sentido renovar progresivamente los sistemas hasta alcanzar alrededor de un 30 % de sistemas con bombas de velocidad variable. Las bombas con control de frecuencia ofrecen diversas ventajas en comparación con las bombas de velocidad fija, aparte del ahorro de energía:

• El convertidor de frecuencia permite utilizar procedimientos de cableado sencillos (esto también resulta particularmente aplicable cuando se utilizan motores MGE de Grundfos de hasta 22 kW, que llevan integrado un convertidor de frecuencia).
• No existe la necesidad de disponer de puertos de transferencia, estrangulamientos de líneas y controles mediante válvulas (que consumen energía) para ajustar el punto de trabajo.
• No requieren laboriosos ajustes si se deben realizar cambios en la línea de producción.
• El dispositivo de ajuste de parámetros y control remoto por infrarrojos R100 de Grundfos puede utilizarse para monitorizar, modificar y guardar los estados de funcionamiento de cada una de las bombas.
• No producen picos de presión durante el calentamiento del sistema gracias a la tecnología de arranque suave, lo que prolonga la vida útil de las herramientas.
• Permiten ajustar fácilmente puntos de trabajo alternos y definidos.

El uso de una bomba controlada por un convertidor de frecuencia facilita mucho la ejecución o la simulación de diversos estados de funcionamiento.

Nils-Stefan Bang, de la fábrica de Volkswagen en Salzgitter

¿Bomba estándar o bomba de aspiración axial?
En este caso se eligió una bomba estándar. Las bombas estándar ofrecen ventajas al usuario en términos de servicio, repuestos y mantenimiento. El diseño del proceso permite desmontar de forma sencilla el acoplamiento, el soporte del cojinete y el impulsor, sin necesidad de desensamblar la carcasa de la bomba o las tuberías. Los sellos mecánicos del eje cumplen los requisitos de la norma EN 12756.

Grundfos ofrece bombas estándar NK y bombas de aspiración axial NB que cumplen los requisitos de la norma europea EN 733 para el bombeo de agua, así como bombas NKG y NBG que cumplen los requisitos de la norma europea EN 22858 para el bombeo de sustancias químicas, con carcasas fabricadas en distintos tipos de materiales (fundición gris, acero inoxidable o acero dúplex) y diversos tipos de juntas.

Las bombas NK y NKG estándar incorporan de serie un acoplamiento espaciador. La ventaja es que, si es necesario realizar operaciones de mantenimiento o reparaciones en la bomba o la junta, el motor puede permanecer montado en la placa de la base. El acoplamiento puede desmontarse sin necesidad de desensamblar el motor. Una vez hecho eso, quedará suficiente espacio para desmontar el conjunto del eje y el impulsor de la carcasa de la bomba (extracción trasera) y volverlo a montar tras realizar las operaciones de mantenimiento. Estos trabajos puede realizarlos una única persona con el apoyo de una grúa. No es necesario realinear el eje de la bomba y la unidad de accionamiento utilizando acoplamientos espaciadores, lo que reduce los costes asociados a las paradas por avería.

Escrito por Heinz Maier, director de grandes cuentas del sector de la automoción (división de industria) de Grundfos GmbH (Alemania)

Equipos Grundfos
TAB_2_VW_Honanlage_NB_NK_Ausbaukupplung_Bild 5
FOTOGRAFÍA: Las bombas NK/NKG de Grundfos incluyen de serie un acoplamiento espaciador (extracción trasera). Esto simplifica los trabajos de mantenimiento y reparación.

Grundfos suministró a la fábrica de motores de Volkswagen en Salzgitter los siguientes equipos:
Bombas NK 80-400
Convertidor de frecuencia CUE (37 kW)
Regulador CIU 150
Conexión Profibus





    Facebook Twitter LinkedIn Technorati