Premio fin de carrera 2009, alumno premiado: Manuel Barragán Villarejo
En los últimos años el grado de dependencia energética de nuestro país ha ido aumentando progresivamente, por ello es importante abordar nuevas propuestas de ahorro energético que ayuden a minimizar el impacto de esta dependencia y de esta manera reducir los costes finales de los productos en la industria. Debido a que gran parte del consumo eléctrico en la industria es causado por los motores de inducción se plantea la necesidad de abordar un proyecto de ahorro energético centrándose en esta máquina eléctrica.
Para ello, es necesario conocer el nivel de carga de un motor y saber si está trabajando a su máximo rendimiento, con el objetivo de contribuir al ahorro energético y como consecuencia reducir costes en la industria derivados del consumo eléctrico. El rendimiento en un motor se define como el cociente entre la potencia medida en el eje y la potencia eléctrica consumida por la máquina, la diferencia entre ellas son las pérdidas en el motor. Las pérdidas más significativas en un motor de inducción son:
- Pérdidas Joule en el bobinado del estator.
- Pérdidas Joule en el bobinado del rotor.
- Pérdidas en el hierro. Son pérdidas relevantes cuando se trabaja a cargas bajas pudiendo suponer hasta un 40% del total.
- Pérdidas debidas a la fricción, ventilador… (Pérdidas mecánicas).
Para que el rendimiento del motor en una determinada aplicación sea el mayor posible es necesario conocer la potencia demandada por la carga que está acoplada al motor, para así poder seleccionar el motor más adecuado a dicha carga. No es conveniente sobredimensionar el motor puesto que si un sistema demanda por ejemplo 2 kW ¿por qué comprar un motor de 10 kW?, dicho motor esta diseñado para trabajar con cargas cercanas a esa potencia, para cargas menores el rendimiento será menor repercutiendo en el consumo eléctrico y económico. Tampoco es conveniente adquirir un motor de menor potencia ya que sufrirá un calentamiento excesivo aumentando las pérdidas y pudiendo dañar los aislamientos del motor debido al calentamiento sufrido.
Con la intención de conocer el nivel de carga al que trabajan los motores en la industria han surgido diversos métodos en los últimos años para estimar la carga de un motor y decidir de esta manera si un motor está siendo aprovechado al máximo, o por el contrario está muy sobrecargado o trabajando a baja carga. Los requisitos a cumplir por estos métodos son: bajo nivel de intrusión, una alta exactitud y un coste reducido. Sin embargo, el cumplimiento de estas características a la vez en un método es bastante complicado, puesto que la exactitud suele ir ligada al coste y la intrusión, entendiendo la intrusión como las medidas que hay que tomar, los ensayos en vacío realizados (que supondrían parar la producción), los aparatos de medida a utilizar (sensibilidad, coste, exactitud…) y el coste computacional de algunos de ellos.
El estudio de estos métodos de estimación de carga ayudará de una manera rápida, sencilla y económica a la hora de tomar la mejor decisión en la industria en cuanto a la necesidad de cambiar un motor por uno más adecuado o mantenerlo. Finalmente la decisión de mantener o cambiar el motor por uno nuevo será de aspecto económico. Se ha de estudiar cuanto dinero se ahorrará en la factura eléctrica si se cambia el motor por uno que trabaje al rendimiento máximo y compararlo con el coste inicial de realizar la inversión de comprarlo, si el periodo de recuperación de la inversión es aceptable (de meses a unos 3 años) la decisión final será la de cambiar el motor.
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