El uso de energías renovables ha aumentado rápidamente en las últimas dos décadas, con la energía eólica, solar, geotérmica y otras fuentes de energía a la vanguardia de las soluciones energéticas sostenibles actuales. Como cualquier otro sector industrial, la industria de las energías renovables depende en gran medida de motores eléctricos para alimentar equipos como bombas y sistemas de ventilación. Estos equipos, utilizados en el transporte y procesamiento de materiales y en el funcionamiento de las instalaciones de generación de energía para la industria de las energías renovables, dependen en parte del rendimiento de los motores eléctricos para generar electricidad limpia y sostenible.
Como cualquier máquina industrial, los motores se ensamblan a partir de componentes. Cuando alguno de estos componentes falla, el rendimiento del motor puede verse afectado, lo que a menudo resulta en averías y paradas imprevistas. Esto no solo es costoso, sino que también interrumpe la generación de energía, lo que resulta aún más costoso. Los rodamientos del motor son particularmente vulnerables, por lo que muchas centrales eléctricas tradicionales y las utilizadas en la industria de las energías renovables utilizan protección para los rodamientos. Una forma de optimizar el rendimiento del motor y proteger los rodamientos es utilizar anillos de puesta a tierra del eje para protegerlos de daños eléctricos.
Por qué el rendimiento del motor es importante para la industria de las energías renovables
Una parte importante de la energía utilizada por muchas industrias a nivel mundial se destina al funcionamiento de motores eléctricos, por lo que el rendimiento y la eficiencia de los motores son de suma importancia, incluso en el sector de las energías renovables. Muchas estrategias de ahorro energético implican el uso de variadores de frecuencia (VFD) y motores de alta eficiencia para mejorar la eficiencia y el rendimiento de los motores y reducir el desperdicio de energía. Numerosas regulaciones e incentivos han fomentado una mayor eficiencia energética en muchas industrias. Estos han sido el resultado de exhaustivas investigaciones y pruebas para promover estrategias de ahorro energético rentables. El sector de las energías renovables no es la excepción, con instalaciones de generación de biomasa, geotermia y otras renovables que emplean VFD para mejorar el rendimiento de los motores y optimizar la generación de energía.
Variadores de Frecuencia
En un capítulo sobre motores de inducción publicado por IntechOpen en 2023, el autor menciona varios estudios que buscan reducir los costos operativos de la industria mediante el uso de motores más eficientes. Esto incluye un estudio del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) que concluyó que reemplazar los motores estándar por motores de alta eficiencia puede reducir el consumo de energía hasta en un 40 %. Los variadores de frecuencia (VFD) pueden limitar la velocidad del motor para que no supere las demandas de la aplicación, ahorrando así energía. El autor también citó un informe del Departamento de Energía (DOE) que indica que se podrían lograr ahorros de hasta el 50 % utilizando variadores de frecuencia (VFD) para aumentar el rendimiento de los motores de alta eficiencia.
Los VFD son descendientes de los variadores de velocidad (VSD) de la década de 1980, basados en el centenario motor de inducción de CA trifásico. El motor de inducción era más eficiente que los modelos de CC, pero controlar la velocidad del motor de CA no fue posible hasta la invención de los VSD. Más compactos que sus predecesores, los VSD, la tecnología actual de los VFD ha permitido una precisión considerable al variar la velocidad de los motores de CA, a la vez que permite el control del motor en ambos sentidos. Si bien los VFD ofrecen pocas ventajas para aplicaciones que no dependen del control de la velocidad del motor, han revolucionado el rendimiento de los motores y reducido significativamente su consumo energético.
VFD y rodamientos
A pesar de lo revolucionarios que son los variadores de frecuencia (VFD), los motores eléctricos que los impulsan sufren más daños en los rodamientos. Esto se debe a una acumulación de voltaje, causada por el control del VFD, que se descarga a través de los rodamientos. Esto daña las superficies de los rodamientos y degrada los lubricantes. A medida que avanza, este daño causa vibraciones que eventualmente provocan fallas en los rodamientos. Esto no solo afecta el rendimiento del motor, sino que una falla prematura de los rodamientos limita la productividad y aumenta el tiempo de inactividad.
Casos prácticos: Anillos de puesta a tierra de ejes AEGIS®️ para la industria de las energías renovables
A medida que las centrales eléctricas convencionales, como las de carbón, gas natural y nucleares, buscan ser más eficientes, también lo hace la industria de las energías renovables. Expertos en generación de energía han desarrollado dos métodos complementarios para prevenir los daños eléctricos en los rodamientos causados por el uso de variadores de frecuencia (VFD).
El primer método garantiza que la corriente del eje llegue a tierra sin atravesar los rodamientos, lo que se puede lograr con un dispositivo de puesta a tierra del eje como el anillo de puesta a tierra del eje AEGIS®️. El segundo método consiste en instalar rodamientos aislados para evitar que la tensión se descargue a través de ellos. Estos métodos logran el mismo objetivo, ya que los rodamientos aislados pueden combinarse con un anillo de puesta a tierra para una mayor protección.
Energía geotérmica
Con mayor frecuencia, la energía generada mediante paneles solares o turbinas eólicas es el primer tipo de generación de energía que se considera renovable. La industria energética utiliza ambas fuentes para producir electricidad sostenible, aunque no producen energía cuando no hay sol ni viento. La industria de las energías renovables también incluye plantas geotérmicas, que generan electricidad aprovechando los “puntos calientes” de la corteza terrestre que pueden producir vapor a partir de las aguas subterráneas.
Si bien la energía geotérmica es una fuente de energía muy limpia, existen pocos lugares donde se pueda obtener de forma rentable. A diferencia de la solar o la eólica, la energía geotérmica proporciona energía de base, lo que significa que una planta geotérmica puede suministrar electricidad de forma continua. Las plantas geotérmicas necesitan regular la energía generada, lo que se realiza en parte mediante bombas accionadas por VFD que circulan agua caliente y fría. Sin protección para los rodamientos, los rodamientos de los motores de las bombas tendrían que reemplazarse con frecuencia debido a daños eléctricos o fallos totales.
Los anillos de puesta a tierra de ejes AEGIS® protegen los rodamientos en diversas situaciones:
- Bombas auxiliares, como bombas de proceso, bombas monoetapa con división axial y bombas de sección de anillo segmentado.
- Bombas de circulación de agua, incluyendo bombas verticales de pozo húmedo y bombas monoetapa horizontales.
- Bombas de extracción de condensado, incluyendo bombas verticales multietapa encapsuladas y bombas verticales con turbina encapsulada.
- Bombas de fluidos caloportadores, como bombas verticales multietapa, bombas de proceso en voladizo y bombas utilizadas para recirculación secundaria.
- Bombas para pozos de producción, como bombas verticales de eje de línea para pozos profundos.
- Bombas para pozos de reinyección, como bombas monoetapa con división axial, bombas de refuerzo de proceso y bombas de reinyección de barril multietapa, que funcionan en entornos de alta presión.
Se han instalado millones de anillos AEGIS® en todo el mundo para mejorar el rendimiento del motor y aumentar la vida útil de los cojinetes, incluso para sistemas de bombeo impulsados por VFD que proporcionan energía geotérmica para la industria de las energías renovables.