La minería ha sido vital para la civilización desde al menos la Edad del Bronce. En el mundo electrificado de hoy, los metales y minerales son más importantes que nunca. La necesidad de productos extraídos es omnipresente, desde el cobre para el cableado hasta los fosfatos para fertilizantes. Y son valiosos: en 2021, el valor de las 40 empresas mineras más grandes fue de 925 mil millones de dólares.
Cómo se utilizan los motores en la industria minera
Como cualquier otra industria moderna, las operaciones mineras requieren motores eléctricos. Estos motores suelen estar controlados por variadores de frecuencia para un control preciso y ahorro de energía. Algunas aplicaciones específicas de los motores y cómo se benefician del control VFD son:
- Los sistemas transportadores transportan minerales y otros materiales. Los VFD permiten a los operadores mantener una velocidad constante del transportador incluso cuando cambia la carga en la cinta.
- Las trituradoras y molinos trituran y muelen minerales y rocas. Los VFD se utilizan para controlar el par de torsión de estas máquinas, de modo que el par de torsión siempre sea adecuado al tamaño de los trozos de material que se procesan.
- Los equipos de perforación se utilizan para exploración y construcción de túneles. El control de velocidad variable de los motores de perforación permite adaptar el par de torsión y la velocidad a las propiedades del material que se está perforando. Esto, a su vez, produce velocidades de perforación óptimas y reduce el desgaste de las brocas.
- Se necesitan bombas para procesos como la deshidratación y la manipulación de lodos. El control VFD de los motores de las bombas ahorra energía al garantizar que los motores funcionen solo a la velocidad necesaria para la demanda actual. Hacer funcionar los motores a velocidad reducida ahorra cantidades significativas de energía.
- Se necesitan ventiladores y sistemas de ventilación para mantener condiciones de trabajo seguras y cómodas en las minas subterráneas. Al igual que con las bombas, el control VFD permite que los motores impulsen este equipo solo a la velocidad que exijan las condiciones actuales. Una vez más, el resultado es un ahorro de energía significativo.
- Los compresores suministran aire comprimido, vital para los procesos mineros, como la perforación neumática y el suministro de energía a diversas herramientas. Los variadores de frecuencia regulan la velocidad de los compresores de aire, lo que garantiza que el suministro de aire comprimido se ajuste a la demanda y conserve energía.
A pesar de todas estas ventajas, los variadores de frecuencia también tienen desventajas. La naturaleza pulsada de su potencia de salida es perjudicial para los devanados del estator del motor y puede quemarlos si el aislamiento es inadecuado. Este problema se ve agravado por las longitudes de cable largas, que son muy comunes en la minería.
Además de dañar los devanados del estator, los variadores también pueden causar daños eléctricos en los cojinetes. Esto también se debe a que el voltaje de salida del VFD viene en pulsos, en lugar de ondas suaves como la red eléctrica. La red eléctrica está equilibrada: el voltaje promedio de las tres fases, o voltaje de modo común (CMV), siempre es cero. El CMV de la salida del VFD nunca es cero.
El CMV distinto de cero provoca daños eléctricos en los cojinetes mediante tres mecanismos:
- Descarga de voltaje capacitivo en el eje: el CMV carga el rotor como un capacitor. Esta carga en el rotor, llamada voltaje en el eje, puede descargarse al generar un arco a través de los cojinetes, volviendo ásperas las superficies lisas y degradando la grasa. Este daño es acumulativo y es un problema para todos los motores en variadores.
- Corriente circulante inductiva de alta frecuencia: cuando el CMV cambia, la corriente se conduce hacia el bastidor del motor. El movimiento de esta corriente a través del bastidor induce una corriente que circula entre el bastidor y el rotor a través de ambos cojinetes. Esta corriente circulante de alta frecuencia es problemática en motores más grandes, de más de 100 hp (75 kW).
- Corriente de tierra del rotor: la corriente del bastidor que mencionamos regresa al VFD a través del cableado o la tierra. Si no hay una ruta de baja impedancia hacia el variador, puede fluir a través de los cojinetes del motor y del equipo en su camino hacia tierra. Esta corriente de tierra del rotor ocurre siempre que el motor no está bien conectado al variador, lo que daña tanto el motor como los cojinetes del equipo.
Mejores prácticas para la protección de motores
Los motores denominados para servicio con inversor o motores preparados para inversor suelen tener un aislamiento de bobinado resistente a picos de tensión para proteger contra daños en el bobinado causados por VFD. Pero la mayoría de estos motores no incluyen protección total contra daños eléctricos en los cojinetes.
Se puede proteger a los cojinetes contra daños causados por la descarga de tensión del eje con una conexión a tierra del eje confiable, como un anillo de conexión a tierra del eje AEGIS®. Todos los motores de los variadores deben estar equipados con una conexión a tierra del eje.
La corriente circulante de alta frecuencia en motores de más de 100 hp/75 kW se puede interrumpir con un cojinete cerámico aislado o híbrido. Este cojinete se encuentra normalmente en el extremo opuesto al del motor. Cualquiera que sea el cojinete aislado, debe estar en el extremo opuesto del motor al anillo de conexión a tierra del eje.
La corriente de tierra del rotor se puede minimizar con una conexión a tierra y una unión adecuadas. Una forma económica de protección es usar una correa de conexión a tierra, como la AEGIS® HFGS, para unir el motor y los bastidores del equipo. De esta manera, la corriente del bastidor fluiría a través de la correa en lugar de tomar un camino a través de los cojinetes.
Muchas de las principales marcas de motores, incluidas Baldor (ABB), US Motors (Nidec) y WEG Electric, tienen líneas de servicio de inversor que vienen con anillos AEGIS estándar (y aislamiento de cojinetes en modelos de mayor potencia). Los anillos AEGIS y los cojinetes aislados también están disponibles como modificaciones para la mayoría de los motores.
Los anillos AEGIS vienen con una garantía extendida de 2 años contra daños por estrías en los cojinetes. Ninguna otra forma de protección contra daños en los cojinetes causados por VFD ofrece una garantía como esta.