En las industrias metalúrgica y minera, la eficiencia, la reducción de costes y la sostenibilidad son cuestiones fundamentales. En un momento en el que los márgenes son ajustados, las empresas necesitan encontrar innovaciones tecnológicas para optimizar sus operaciones y reducir el consumo de energía, manteniendo al mismo tiempo la productividad. Un ejemplo de ello es el variador de velocidad (VSD), una tecnología que mejora significativamente el rendimiento de los motores eléctricos ajustando su velocidad para adaptarse a la carga requerida . Un factor clave para lograr los mejores resultados es garantizar que el software se adapte a la aplicación, lo que requiere un conocimiento experto del sector.
José Giacomoni, Senior Commercial Product Manager en Nidec, explica la función de los VSD y cómo pueden optimizar el rendimiento de los motores industriales.
Los motores tradicionales funcionan a una velocidad constante, lo que a menudo provoca un desperdicio de energía cuando no se requiere toda la potencia. Un VSD , también conocido como variador de frecuencia (VFD), es un dispositivo electrónico de potencia que controla la velocidad y el torque de un motor eléctrico variando la frecuencia y el voltaje de su fuente de alimentación. Esto permite que los motores funcionen a velocidades óptimas, reduciendo el consumo de energía y el desgaste de los equipos.
Transportadores y bombas
Las instalaciones mineras y de procesamiento de metales dependen en gran medida de los sistemas de transporte para movilizar materiales. Los VSD permiten un control preciso de la velocidad, optimizando el flujo de materiales y reduciendo el consumo de energía. Al ajustar la velocidad de las cintas transportadoras en función de las condiciones de carga, los VSD ayudan a evitar derrames de material, desgaste de las correas y consumo excesivo de energía.
Las operaciones mineras también requieren un uso intensivo de bombas para el desagüe, el transporte de lodos y los sistemas de refrigeración. Las bombas industriales más antiguas suelen funcionar a plena capacidad, lo que provoca un desperdicio de energía. Los VSD permiten un control dinámico de la velocidad, ajustando el rendimiento de las bombas acorde a la demanda, reduciendo tanto el consumo de energía como el desgaste de los equipos. De forma análoga, los ventiladores en minas subterráneas que utilizan VSD optimizan la circulación del aire regulando la velocidad, reduciendo así el consumo de energía siguiendo los principios de la ley del "cubo cuadrado".
La trituración y molienda representan procesos que consumen una gran cantidad de energía en la minería y en la refinación de metales. Con el uso de VSD, los operadores tienen la capacidad de regular el torque de las trituradoras y molinos para adaptarse a la dureza cambiante del mineral y a las velocidades de alimentación, mejorando notablemente la eficiencia y reduciendo el gasto energético innecesario, lo que aumenta la productividad y disminuye los costos.
Control preciso y funcionalidad
Los VSD también son capaces de proporcionar un control mejorado en los sistemas de elevación, asegurando operaciones suaves con una reducción en la tensión mecánica. Esto es especialmente importante en aplicaciones de minería profunda, donde los elevadores transportan cargas pesadas a largas distancias . El control de la aceleración y desaceleración incrementa la seguridad y evita movimientos bruscos que puedan dañar el equipo. Los sistemas de accionamiento regenerativo, también denominados «active front end» (AFE), son ampliamente empleados en este tipo de aplicaciones industriales, ya que capturan la energía sobrante durante el frenado y la devuelven a la red o la emplean en otras secciones del sistema integrado.
Durante la fundición y el refinado, diferentes activos accionados eléctricamente, como mezcladoras, sopladores y equipos de fundición, pueden aprovechar los VSD. . Estas aplicaciones demandan un control preciso de la velocidad para conservar la calidad del producto, reducir los costes energéticos y lograr condiciones óptimas en el proceso. Cada operación cuenta con sus propios requisitos y, aunque el hardware en un rango de VSD será similar, es el software el que suministra el control y las funciones detalladas.
Una vez que se ha elegido una solución dependiendo del tipo de motor (CA, CC o servo), el siguiente paso es confirmar que las características y controles necesarios estén incluidos. Los accionamientos actuales, como los de Nidec, se ajustan a las aplicaciones para garantizar que suministran las entradas, salidas, comunicaciones, protección del motor y la integración con el hardware conectado necesarios para obtener un rendimiento máximo.
Ventajas principales
La evaluación del coste de instalación del hardware auxiliar de campo entre una aplicación convencional de velocidad fija (DOL, estrella-triángulo, arrancador con reactor, etc.) y un VSD es ventajosa debido a la optimización inteligente del flujo del motor en el ciclo de arranque inicial. Esto reduce los picos excesivos de corriente de arranque, lo que implica cables de alimentación de menor tamaño y a un coste reducido. Además, la demanda máxima de potencia eléctrica durante el ciclo de arranque es considerablemente menor, por lo que la tarifa básica de la factura eléctrica es más baja.
Al optimizar la velocidad de los motores en función de la demanda, los VSD pueden reducir el consumo de energía entre un 20 % y un 50 %. Al brindar un control detallado sobre la velocidad de los motores en equipos que trabajan con cargas cambiantes, como transportadores, trituradoras, bombas y ventiladores, los VSD aseguran un control de proceso más eficiente y uniforme.
Los VSD aportan un ahorro que va más allá de lo económico. La reducción del consumo energético es directamente proporcional a la disminución de las emisiones de carbono asociadas, apoyando los objetivos de sostenibilidad de la empresa. Cada vez se promulgan más leyes para fortalecer la importancia de disminuir las emisiones globales, y los consumidores industriales son responsables del 37% del consumo total de energía en el mundo.
Sostenibilidad
En la minería y el procesamiento de metales, los VSD permiten ajustes más fluidos a los requisitos del proceso. Esto ayuda a prevenir cuellos de botella, aumenta la capacidad de procesamiento y reduce las interrupciones en las operaciones. Esto se traduce en una reducción de los gastos operativos (OPEX) y de la huella de carbono, lo que hace que las operaciones sean más sostenibles.
Uno de los procesos que consume mucha energía es el sistema de refrigeración, fundamental para garantizar un entorno de trabajo cómodo en las minas subterráneas. Las auditorías energéticas frecuentemente resaltan la posibilidad de implementar tecnología VSD en bombas y ventiladores, y esto se apoya en esquemas piloto que demuestran ahorros concretos.
De hecho, los VSD duplican esta ventaja. Los motores que funcionan con corrientes más bajas no solo consumen menos energía, sino que también generan menos calor, lo que reduce la demanda de los sistemas de refrigeración. Además, los VSD contribuyen a un entorno de trabajo más silencioso al minimizar el ruido del motor, lo que mejora aún más las condiciones del lugar de trabajo.
El funcionamiento de los motores eléctricos a velocidades altas constantes puede provocar un estrés mecánico excesivo, acortando la vida útil de los equipos e incrementando los costes de mantenimiento, así como la demanda de piezas de recambio. Los VSD mitigan esto al reducir la tensión sobre los componentes mecánicos, prolongando su vida útil y reduciendo la necesidad de consumir materiales adicionales en forma de repuestos.
Comparando tecnologías
Algunas de las ventajas derivadas de los VSD pueden conseguirse con los arrancadores suaves, pero es importante comprender las diferencias entre ambas tecnologías antes de tomar cualquier decisión. Los arrancadores suaves, que suponen una mejora con respecto a los sistemas DOL o estrella-triángulo, aumentan gradualmente la tensión de alimentación del motor, proporcionando control de velocidad y par solo durante el arranque.
Se utilizan a menudo cuando el sistema mecánico que acciona el motor requiere un arranque suave para aliviar los picos de par y la tensión asociados al arranque normal, por ejemplo, en cintas transportadoras, ventiladores accionados por correa y accionamientos por engranajes. Los arrancadores suaves se utilizan ampliamente debido a su simplicidad y tamaño reducido, pero hay muchas aplicaciones que se beneficiarían de las características más avanzadas del VSD.
Los variadores de velocidad ofrecen una velocidad totalmente ajustable, ideal para bombas, cintas transportadoras y ventiladores, y pueden controlar el arranque, la parada y la aceleración. El control de velocidad que ofrece un VSD puede utilizarse para reducir las sobrepresiones causadas en los sistemas de bombeo, optimizando el rendimiento y prolongando la vida útil. También cuentan con control dinámico del par y proporcionan un movimiento suave para aplicaciones como ascensores y grúas.
Sin embargo, las ventajas generales provienen del control continuo de la demanda máxima de energía y de la reducción de la potencia cuando no es necesaria, lo que minimiza los costes energéticos. La capacidad de mantener la velocidad mientras varían los requisitos de par es importante para muchas aplicaciones, como transportadores, mezcladoras, trituradoras y molinos.
Consideraciones ambientales
Si hay un factor común entre la minería y el procesamiento de metales, es el entorno de trabajo hostil, que puede incluir polvo abrasivo, aire salino corrosivo y temperaturas extremas. El funcionamiento de la maquinaria y sus aparatos de control son una tarea difícil. La especificación del equipo debe ser minuciosa, no solo para garantizar que pueda realizar la tarea en cuestión, sino también para que soporte las condiciones ambientales locales.
Aquí es donde la elección del proveedor de equipos cobra tanta importancia. La colaboración con un fabricante que tenga experiencia en la industria y especialización en las aplicaciones particulares es clave para obtener un resultado positivo en la refrigeración por inmersión. Lo ideal es poder utilizar múltiples ejemplos en el campo, respaldados por comentarios positivos de los operadores, para ejemplificar el diseño fiable y robusto de la refrigeración por inmersión.
En el caso de las aplicaciones mineras, una marca que ofrezca durabilidad en este mercado suele funcionar bien en todos los demás sectores. Dadas unas condiciones y requisitos operativos tan exigentes, las soluciones a medida para variadores de velocidad ofrecerán las mejores opciones, garantizando que los operadores aprovechen al máximo las ventajas y logren tranquilidad en sus aplicaciones.
Mirando hacia el futuro
La clave para lograr estas ventajas no es solo instalar el VSD, sino la forma en que este proporciona el control, cómo está configurado y cómo interactúa el hardware con el software. Los operadores deben sin duda ponerse en contacto con un fabricante líder de variadores, como Nidec, para aplicar su experiencia industrial y optimizar la aplicación.
A medida que las industrias metalúrgica y minera sigan dando prioridad a la sostenibilidad y la eficiencia operativa, es probable que aumente la adopción de VSDs . Los avances en digitalización, automatización y monitorización remota mejoran aún más las capacidades industriales de la tecnología VSD. Muchos VSD modernos vienen equipados con sensores inteligentes y funciones de conectividad, lo que permite la monitorización del rendimiento en tiempo real y el mantenimiento predictivo. Esto reduce el tiempo de inactividad y optimiza aún más el consumo de energía.
Los variadores de velocidad están transformando las industrias metalúrgica y minera al mejorar la eficiencia energética, optimizar el control de los procesos industriales y reducir los costes de mantenimiento, además de contribuir a un entorno de trabajo más seguro. Desde sistemas de transporte hasta trituradoras y elevadores, los VSD ofrecen ventajas sin igual que se traducen en ahorro de costes y mejora del rendimiento operativo de . A medida que las empresas se esfuerzan por cumplir con las normativas medioambientales y los objetivos de sostenibilidad, la integración de los VSD industriales desempeñará un papel fundamental en el futuro de la industria.