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Mejorar la eficiencia y la sostenibilidad

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El papel de los variadores de velocidad en la industria metalúrgica y minera

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En las industrias metalúrgica y minera, la eficiencia, la reducción de costes y la sostenibilidad son preocupaciones cruciales. En un momento en que los márgenes son estrechos, las empresas necesitan encontrar innovaciones tecnológicas que optimicen las operaciones y reduzcan el consumo de energía manteniendo la productividad. Un ejemplo de ello es el accionamiento de velocidad variable (VSD), una tecnología que mejora significativamente el rendimiento de los motores eléctricos ajustando su velocidad para adaptarla 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, director comercial de productos de Nidec, explica el papel de los VSD y cómo pueden optimizar el rendimiento.

Los motores tradicionales funcionan a una velocidad constante, lo que a menudo supone un derroche de energía cuando no se necesita toda la potencia. Un VSD, también conocido como variador de frecuencia (VFD), es un dispositivo electrónico de potencia que controla la velocidad y el par de un motor eléctrico variando la frecuencia y la tensión 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 transportadores para transportar 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 la cinta transportadora en función de las condiciones de carga, los VSD ayudan a evitar el derrame de material, el desgaste de la cinta y el uso 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 antiguas suelen funcionar a pleno rendimiento, lo que supone un derroche de energía. Los VSD permiten un control dinámico de la velocidad, ajustando el rendimiento de las bombas a la demanda y reduciendo tanto el consumo de energía como el desgaste de los equipos. Del mismo modo, los ventiladores de las minas subterráneas se benefician de los VSD, ya que optimizan la circulación del aire mediante la regulación de la velocidad, reduciendo así el consumo de energía según los principios de la ley del "cubo cuadrado".

Las operaciones de trituración y molienda se encuentran entre los procesos que consumen más energía en la minería y el refinado de metales. Con los VSD, los operarios pueden ajustar el par de las trituradoras y molinos para adaptarlo a la dureza del mineral y a las distintas velocidades de alimentación, lo que mejora enormemente la eficacia y reduce el consumo innecesario de energía, aumentando la productividad y reduciendo los costes.

Control y funcionalidad precisos

Los VSD también pueden proporcionar un control mejorado de los sistemas de elevación, garantizando unas operaciones de elevación fluidas con un esfuerzo mecánico reducido. Esto es especialmente importante en aplicaciones de minería profunda, donde los polipastos transportan cargas pesadas a largas distancias. La aceleración y deceleración controladas mejoran la seguridad y evitan movimientos bruscos que podrían dañar los equipos. Los sistemas de accionamiento regenerativos, también conocidos como frontales activos (AFE), se utilizan bien en este tipo de aplicaciones aprovechando el exceso de energía durante el frenado, devolviéndola a la red o reutilizándola en otras partes del sistema integrado.

Durante la fundición y el refinado, diversos activos accionados eléctricamente, como mezcladoras, soplantes y equipos de fundición, pueden beneficiarse de los VSD. Estas aplicaciones requieren un control preciso de la velocidad para mantener la calidad del producto, reducir los costes energéticos y garantizar unas condiciones óptimas del proceso. Cada operación tiene sus propios requisitos y, aunque el hardware dentro de una gama de VSD será similar, es el software el que proporciona el control detallado y la funcionalidad.

Una vez seleccionada una solución en función del tipo de motor (CA, CC o servo), el siguiente paso es asegurarse de que incorpora las funciones y controles necesarios. Los variadores modernos, como los de Nidec, se adaptan a las aplicaciones para garantizar que ofrecen las entradas, salidas, comunicaciones, protección del motor e integración con el hardware conectado necesarias para lograr un rendimiento óptimo.

Principales ventajas

La comparación del coste de instalación del hardware auxiliar de campo entre una aplicación convencional de velocidad fija (directa en línea (DOL), estrella delta, arrancador de reactor, etc.) y la de un VSD es beneficiosa debido a la optimización inteligente del flujo del motor durante el ciclo de arranque inicial. De este modo se reducen los picos excesivos de corriente de arranque, lo que se traduce en cables de alimentación más pequeños a un coste reducido. Además, el pico máximo de demanda de energía eléctrica durante el ciclo de arranque es mucho menor, por lo que la tarifa básica de facturación 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 proporcionar un control preciso de las velocidades del motor en equipos que funcionan con cargas fluctuantes, como cintas transportadoras, trituradoras, bombas y ventiladores, los VSD mejoran el control y la uniformidad del proceso.

El ahorro conseguido con la introducción de VSD no es sólo económico. La reducción del consumo de energía es directamente proporcional a la disminución de las emisiones de carbono asociadas, lo que contribuye a los objetivos de sostenibilidad de la empresa. Cada vez hay más legislación que refuerza la necesidad de reducir las emisiones globales y los consumidores industriales son responsables de consumir el 37% del total de la energía producida en el mundo.

Sostenibilidad

En la minería y el procesamiento de metales, los VSD permiten realizar ajustes más suaves a los requisitos del proceso. Esto ayuda a evitar cuellos de botella, mejora el rendimiento y minimiza las interrupciones operativas. El resultado es un menor gasto operativo (OPEX) y una menor huella de carbono, lo que hace que las operaciones sean más sostenibles.

Un ejemplo de los procesos que consumen una cantidad significativa de energía es el sistema de refrigeración, crucial para mantener un entorno de trabajo confortable en las explotaciones mineras subterráneas. Las auditorías energéticas destacan con frecuencia la viabilidad de instalar tecnología VSD en las bombas y ventiladores, y esto se ve respaldado por planes piloto que demuestran ahorros en el mundo real.

De hecho, los VSD lo consiguen por partida doble. Los motores que funcionan a corrientes más bajas no sólo consumen menos energía, sino que también generan menos calor, lo que reduce la demanda de los sistemas de refrigeración. Además, los VSD contribuyen a crear un entorno de trabajo más silencioso al minimizar el ruido de los motores, lo que mejora aún más las condiciones de trabajo.

El funcionamiento de los motores eléctricos a altas velocidades constantes puede provocar un estrés mecánico excesivo, acortando la vida útil de los equipos y aumentando los costes de mantenimiento, así como la demanda de piezas de repuesto. Los VSD mitigan esta situación reduciendo la tensión de los componentes mecánicos, alargando su vida útil y reduciendo la necesidad de consumir materiales adicionales en forma de repuestos.

Comparación de tecnologías

Algunas de las ventajas derivadas de los VSD pueden conseguirse con arrancadores suaves, pero es importante comprender las diferencias entre ambas tecnologías antes de tomar una decisión. A diferencia de los sistemas DOL o estrella-triángulo, los arrancadores suaves aumentan la tensión de alimentación del motor y sólo controlan la velocidad y el par durante el arranque.

Suelen utilizarse 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 transmisiones por engranajes. Los arrancadores suaves se utilizan mucho por su sencillez y tamaño reducido, pero hay muchas aplicaciones que se beneficiarían de las características más avanzadas de los 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 los picos de presión que se producen en los sistemas de bombeo, optimizando el rendimiento y alargando la vida útil. También tienen control de par dinámico y proporcionan un movimiento suave para aplicaciones como ascensores y grúas.

Sin embargo, las principales ventajas proceden del control continuo de los picos de demanda de energía y de la reducción de 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 cintas transportadoras, mezcladoras, trituradoras y trituradoras.

Consideraciones medioambientales

Si hay un factor común entre la minería y el procesamiento de metales, es el duro entorno de trabajo, que puede implicar polvo abrasivo, aire salino corrosivo y temperaturas extremas. El manejo de la maquinaria y sus aparatos de control es una tarea ardua. Los equipos deben especificarse cuidadosamente, no sólo por su idoneidad para realizar la tarea en cuestión, sino también para soportar las condiciones ambientales locales.

Por eso es tan importante la elección del proveedor. Trabajar con un fabricante que tenga experiencia en el sector y en las aplicaciones específicas es vital para obtener un resultado satisfactorio. En el mejor de los casos, se pueden utilizar múltiples ejemplos sobre el terreno, respaldados por comentarios positivos de los operadores, para ejemplificar un diseño fiable y robusto.

En el caso de las aplicaciones mineras, una marca que ofrece durabilidad en este mercado suele dar buenos resultados en todos los demás sectores. Con unas condiciones y requisitos operativos tan exigentes, las soluciones a medida para variadores de velocidad ofrecerán las mejores soluciones, garantizando que los operadores maximicen los beneficios y consigan tranquilidad para su aplicación.

Mirando al futuro

La clave para conseguir estas ventajas no es sólo instalar el VSD, sino la forma en que el VSD proporciona el control, cómo está configurado y cómo interactúa el hardware con el software. Los operadores deberían ponerse en contacto con un fabricante de accionamientos líder, como Nidec, para aplicar sus conocimientos industriales 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 VSD. Los avances en digitalización, automatización y monitorización remota mejoran aún más las capacidades de la tecnología VSD. Muchos VSD modernos vienen equipados con sensores inteligentes y funciones de conectividad, lo que permite la supervisión 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 aumentar la eficiencia energética, mejorar el control de los procesos, reducir los costes de mantenimiento y contribuir a un entorno de trabajo más seguro. Desde sistemas transportadores hasta trituradoras y polipastos, los VSD ofrecen ventajas incomparables que se traducen en un ahorro de costes y una mejora del rendimiento operativo. A medida que las empresas se esfuerzan por cumplir las normativas medioambientales y los objetivos de sostenibilidad, la integración de VSD desempeñará un papel vital en la configuración del futuro de la industria.