El mes pasado, analizamos el Volumen 3 del informe MSMA 2021 sobre el potencial de ahorro mediante la mejora de la eficiencia. Profundicemos en cómo aplicar las conclusiones de dicho informe. ¿Sabía que el coste de la electricidad representa el 90 % del coste total de tener un motor eléctrico durante 20 años? El 10 % restante corresponde al coste del propio motor (1 %), el tiempo de inactividad (5 %) y los costes de reconstrucción (4 %), según estimaciones del Departamento de Energía de EE. UU.
Aquí es donde entran en juego los variadores de frecuencia (VFD): Usar un VFD para accionar un motor eléctrico puede ahorrar energía, normalmente entre un 30 % y un 50 % o más, especialmente en aplicaciones con cargas variables. Con los VFD, los motores no necesitan funcionar a plena velocidad, sino que pueden funcionar a la velocidad más eficiente. Con un variador, puede ahorrar energía y eliminar el estrangulamiento y la amortiguación mecánicos innecesarios.
Por ejemplo, incluso una reducción del 20 % en la velocidad del ventilador puede reducir el consumo de energía en casi un 50 %. De hecho, reducir la velocidad de un ventilador a la mitad reduce la potencia necesaria para su funcionamiento ¡por 8! Por lo tanto, es fácil ver que añadir un variador de frecuencia a un sistema puede ahorrar una enorme cantidad de energía y, por lo tanto, dinero.
¿Qué pasa si hay otros costos ocultos?
¿Qué sucede si la eficiencia energética aumenta, pero el tiempo de actividad y la confiabilidad se ven afectados? ¡Entonces el ahorro energético desaparece! La tensión en el eje y la corriente en los cojinetes inducidas por los VFD pueden dañar los cojinetes del motor, acortando drásticamente su vida útil y provocando costosas reparaciones, a menudo repetidas, a lo largo de su vida útil. Para mitigar estas corrientes y aprovechar al máximo el potencial de los VFD, es esencial un método confiable de conexión a tierra del eje. Por lo tanto, compararemos tres escenarios de Costo Total de Propiedad:
- Motor accionado por línea (sin VFD)
- Motor accionado por VFD sin anillo de puesta a tierra del eje (protección del rodamiento) instalado
- Motor accionado por VFD con anillo de puesta a tierra del eje instalado
Por ejemplo, supongamos que paga $10,000 por un motor de 200 HP (150 kW) y lo opera durante 20 años, con y sin VFD. Su costo total de propiedad es el siguiente:
Motor de accionamiento lineal (sin variador de frecuencia)
- Electricidad: $855,000
- Tiempo de inactividad por reparación (1 vez en 20 años): $47,500
- Costos de reconstrucción (1 vez en 20 años): $38,000 (desmontaje, reparación, reemplazo, alineación, mano de obra)
- Costo del nuevo motor: $10,000
Costo total de propiedad durante 20 años: $950,500
Comparemos esto con un motor con un variador de frecuencia (VFD) pero sin anillo de puesta a tierra del eje.
Electricidad: $570,000 (el VFD ahorra un 30% en costos de energía).
Costos por tiempo de inactividad: $190,000 (4 fallas del motor por rodamientos estriados).
Costos de reconstrucción: $152,000 (desmontaje, reparación, reemplazo, alineación, mano de obra).
Costo del motor + VFD: $20,000.
Costo total de propiedad durante 20 años: $932,000
Por último, comparemos el motor accionado por VFD con un anillo de puesta a tierra del eje instalado.
- Electricidad: $570,000 (¡aún así se ahorra!)
- Costo por tiempo de inactividad: $47,500 (1 vez en 20 años; ¡nada dura para siempre!)
- Costo de reconstrucción: $38,000 (1 vez en 20 años; ¡eliminó las frecuentes fallas de los rodamientos!)
- Costo del motor + VFD + protección de rodamientos: $22,000
Costo total de propiedad durante 20 años: $677,500: Ahorra $273,000 en este motor de 200 HP (150 kW)
El ahorro es proporcional a la potencia nominal (HP/kW) del motor, así que ahora pregúntese:
- ¿Cuántos motores tengo en mis instalaciones?
- ¿Cuántos usan VFD?
- ¿Cuántos usarán VFD en los próximos 10 años?
- ¿Todos mis motores tienen protección de rodamientos (anillos de puesta a tierra del eje) instalada?
- ¿Las especificaciones de mi motor y variador requieren anillos de puesta a tierra del eje en los motores?
Y por último, pero no menos importante: Si todos sus motores tuvieran protección de rodamientos,
¿Cuánto dinero ahorraría?
¿Cuánto más rentables serían mis operaciones?
¿Puedo realmente permitirme no especificar motores con anillos de puesta a tierra del eje instalados?
Elección de un nuevo motor eléctrico
Al comprar motores nuevos, la solución más sencilla es seleccionar modelos que ya cuenten con un anillo de puesta a tierra del eje instalado de fábrica. La mayoría de los fabricantes de motores ofrecen diversas opciones, como Baldor (ABB); U.S. Motors (Nidec); WEG Electric; Marathon; LEESON; TECO-Westinghouse; y GE Industrial Motors (Wolong). En el caso de los motores ya en servicio, siempre que se rebobine o repare en un taller mecánico, se debe instalar simultáneamente un anillo de puesta a tierra del eje.