| Motores de Alta Eficiencia en la Minería: Más allá de reducir el consumo energético | |||||||||
| Revista Electroindustria | |||||||||
| Por Equipo de Prensa Revista ElectroIndustria | |||||||||
| |||||||||
Los aumentos constantes en los costos
de los combustibles y la disminución de las reservas en los recursos
energéticos no renovables, así como la mayor preocupación pública por el
cuidado del medioambiente, han impulsado a la Minería a buscar soluciones para
reducir su consumo energético. En este sentido, el estudio “Caracterización del
parque actual de motores eléctricos en Chile”, del Ministerio de Minería y
Programa de Investigaciones en Energía de la Universidad de Chile - PRIEN, de
septiembre de 2006, estima que el 70% del consumo de la industria y la minería
chilena corresponde a motores eléctricos. Aunque este porcentaje puede variar
según los procesos propios de cada empresa minera, la fracción más importante
corresponde generalmente a los motores, por lo que resulta claro que cualquier
búsqueda de una mayor eficiencia energética debe considerar de manera
predominante el reemplazo por motores de alta eficiencia. Por esta razón,
diversas empresas y organizaciones mineras, en particular la Mesa Minera de
Eficiencia Energética (MMEE), han realizado programas piloto de cambio de
motores eléctricos en el sector.
Eficiencia
Al hablar de motores eléctricos, la
Eficiencia corresponde a la relación entre la potencia producida en el eje y la
potencia absorbida de la red de energía. “Por lo tanto, este parámetro está
relacionado directamente con la calidad del motor. Un motor de calidad superior
tendrá menores pérdidas internas debido a que sus materias primas son de mejor
calidad, por ende será un motor con niveles de eficiencia altos”, explica Diego
Valdivia Pérez, Product Manager Low Voltage y Medium Voltage Motors de Siemens
Chile.
En este aspecto, indica Juan Salinas,
Product Manager Motores de WEG Chile, existen varias normativas que
caracterizan la eficiencia de los motores, usándose en nuestro mercado las
normas IEC 60034-2 y IEC 61972, y las NEMA según IEEE112, método B y E. “Estas
normativas aplican sus propios protocolos de exigencia y medición, para
fabricación y diseño de un motor de alta eficiencia, siendo las más aceptadas
(o incluso las únicas) por las empresas de ingeniería debido a sus estrictos protocolos
de prueba”, agrega.
Según Estaban Lagos, Product Manager
Motor Distributor Channel Motors and Generators de ABB Chile, “la norma
IEC/UNE-EN 60034-2-1:2007 introduce nuevas reglas en cuanto a los métodos de
ensayo utilizados a la hora de determinar las pérdidas y la eficiencia. Además
de ofrecer dos métodos (directo e indirecto) para determinar la eficiencia,
especifica los siguientes parámetros a la hora de determinar la eficiencia
mediante el método indirecto: Temperatura de referencia y, para determinar el
valor PLL (pérdidas de carga adicionales), medición, estimación y cálculo
matemático. Es importante notar que los valores de eficiencia en un motor sólo
son comparables si se han medido con el mismo método”.
El ejecutivo aclara que la norma
IEC/UNE-EN 60034-30:2008 define cuatro clases de International Efficiency (IE,
eficiencia internacional) para los motores trifásicos de inducción de jaula de
ardilla y una velocidad: • IE1: Eficiencia estándar (EFF2 en el anterior
sistema de clasificación europeo).
• IE2: Alta eficiencia (EFF1 en
el anterior sistema de clasificación europeo e idéntico a EPAct en los EE.UU.
para 60 Hz).
• IE3: Eficiencia Premium
(idéntica a “NEMA Premium” para 60 Hz).
• IE4: Un nivel superior al IE3,
que pueda aparecer a futuro. “En comparación con las anteriores categorías de
eficiencia europeas definidas por el acuerdo CEMEP, su ámbito se ha ampliado
hasta desde 0,75-375kW, cubre a motores de 2, 4 y 6 polos y hasta 1000V.
Adicionalmente, la nueva norma cubre todos los demás motores (por ejemplo, los
motores estándar, para áreas peligrosas, aplicaciones marinas, motores freno,
etc.)”, añade.
Requerimientos en la Minería
Es sabido que, por sus características
geográficas y operacionales, las faenas mineras necesitan generalmente
equipamientos que cumplan con ciertos requerimientos “especiales”. “En minería,
las características ambientales juegan un rol importante en todos los equipos:
la altitud geográfica, temperaturas extremas, contaminación y vibraciones son
algunos ejemplos de las condiciones a las que está sometido el motor. Por esta
razón, el motor eléctrico debe estar preparado para estas condiciones, así como
para los requerimientos propios de cada aplicación. Por ejemplo, correas, chancadores,
molinos y arneros son aplicaciones que exigen altos torques de arranque y
niveles de sobrecarga”, sostiene Valdivia.
En este apartado, Lagos declara que se
necesitan productos que “cumplan con las más altas exigencias de robustez,
confiabilidad y disponibilidad requeridos en los procesos mineros que, y a
diferencia de las plantas industriales, están bajo condiciones ambientales, de
operación y mantenimiento muy exigentes y agresivas”.
Al momento de seleccionar el motor a adquirir, se debe
tener cuidado con los niveles de eficiencias en el punto de operación, tipo de
carcazas y las características del ambiente, como temperatura, polución,
presencia de gases o elementos corrosivos, y altura de la planta sobre el nivel
del mar, así como la aplicación, método de arranque y tipo de acoplamiento en
el cual trabajará el motor”, señala el profesional de ABB Chile.
Para el ejecutivo de Siemens, uno de
los criterios que tiene mayor incidencia en la eficiencia es la altitud. “No es
lo mismo diseñar un motor para funcionar a cierta cantidad de metros sobre el
nivel del mar, que tomar un motor de potencia mayor y utilizarlo a menor
potencia para minimizar el efecto de la altitud en el calentamiento del motor.
En este sentido, mantener el motor en consumos cercanos a lo nominal permitirá
maximizar su eficiencia”.
En todo caso, Salinas, de WEG Chile,
recuerda que, al considerar la compra de un motor de alta eficiencia, se debe
considerar principalmente la relación costo-beneficio que traerá a la
aplicación. “Es mucho más costoso mantener un motor de eficiencia estándar que
comprar uno de alta eficiencia. Con este último, el retorno sobre la inversión
se ve en los primeros tres o cuatro meses, ahorrando en gastos adicionales de
energía consumida”. En este sentido, cabe recordar que el programa piloto de
reemplazo de motores eléctricos por modelos de Alta Eficiencia, realizado por
la MMEE en 2008-2009, llegó a las siguientes conclusiones generales:
• La evaluación económica es muy
positiva para la sustitución de motores estándar sometidos a operación
continua, con al menos dos rebobinados y un factor de carga superior a 0,6.
• Los factores que más inciden
en la eficiencia calculada son el deterioro del motor por rebobinados y el
factor de carga.
• En la evaluación económica
influyen principalmente el aumento de la eficiencia, el precio de la energía,
los costos de reemplazo y el número de horas de operación.
• Si el factor de carga es
inferior a 0,5, la sustitución por motores de alta eficiencia con igual factor
de carga no es recomendable. En tal caso, es conveniente estudiar su
redimensionamiento.
La minería tiene por
objetivo extraer recursos minerales de la tierra. La minería subterránea, por
su parte, abarca todas las actividades encaminadas a extraer materias primas
depositadas debajo de la tierra y transportarlas hasta la superficie.
Para ello, es necesario contar con especializados para este tipo de minería donde se encuentran los cargadores o camiones de veta angosta por citar algunos de los tantos ejemplos que pueden existir. Estos equipos cuentan con motores muy poderosos que tienen como finalidad dar un buen performance en el trabajo que se venga llevando a cabo en el yacimiento subterráneo o socavón con el propósito que la productividad de la operación no se vea afectada debido a lo complicado de la geografía en donde se puede encontrar la unidad minera. Es ideal tener un gran motor y que cuente con una tecnología muy avanzada, con buena ventilación y fuerza. Motor Caterpillar C11
La clave de la eficiente
performance de los cargadores de bajo perfil CAT R1600H, de 6.3 yd3, está en su
motor Caterpillar ACERT (Tecnología Avanzada de Reducción de Emisiones de
Combustión, por sus siglas en inglés), modelo C11. Este motores el primero de
su tipo que viene operando en el Perú con el sistema de ventilación reducida,
tecnología de última generación desarrollada por Caterpillar especialmente para
la minería subterránea.
El motor CAT C11 cuenta con una potencia de 279 hp y con una cilindrada de 11.1 lt. Además, posee un sistema de diagnóstico mejorado respecto a modelos predecesores, el cual cuenta con el software CAT ET (Técnico Electrónico Caterpillar, por sus siglas en inglés), que realiza el control electrónico de los signos vitales y el registro de los parámetros del motor. La tecnología ACERT le permite al motor desarrollar una mayor potencia, una mayor durabilidad y un consumo eficiente de combustible. También permite reducir la emisión de gases de efecto invernadero. ACERT ajusta con precisión el caudal de combustible, con lo cual reduce las temperaturas de combustión. De este modo, al controlar cuidadosamente el proceso de combustión, se reducen los niveles de emisiones, se mantiene un eficiente consumo de combustible y se logra así un alto rendimiento para el equipo. El manejo del aire para la combustión constituye también una ventaja de este motor, ya que la tecnología ACERT cuenta con el sistema ATAAC (Air to Air AfterCooler). Este permite un mejor enfriamiento del aire que proviene de los turbos, mejorando así el volumen de ingreso de oxígeno para la combustión. También facilita el cambio de los aftercoolers de acuerdo al mantenimiento programado para el equipo. El sistema Ventilation Reduction (VR) para minería subterránea funciona como un complemento para la tecnología ACERT del C11.El VR aumenta la fuerza de tracción del equipo y optimiza la reducción del consumo de combustible hasta en un 7%. También disminuye la inversión que se requiere en ventilación mecánica hasta en un 12%, dependiendo del equipo: todo esto deriva en la disminución de los costos operativos. Adicionalmente, el sistema VR disminuye la contaminación del medio ambiente subterráneo, al optimizar la mezcla aire- combustible y optimizar la reducción de los niveles de emisiones. Cabe resaltar que el motor CAT C11 cuenta con un módulo de control electrónico (ECM por sus siglas en inglés), que utiliza un software de ingeniería avanzada para monitorear, controlar y proteger el motor, utilizando sensores electrónicos de auto diagnóstico. De este modo, el ECM, en combinación con el sistema de combustible MEUI (Accionada mecánicamente y controlada electrónicamente), permite una combinación infinita de tiempos de inyección ("micro-ráfagas" a alta presión), para mantener un óptimo rendimiento. Este rápido diagnóstico de las condiciones del motor, habilitadas por el módulo electrónico, permite una efectiva programación de mantenimiento y reparación para el motor C11. BaldorReliance 841 XL Con potencia que va desde los 250 hp hasta los 2,500 hp, su diseño aplica para trabajar con una chancadora o molino como en una refinería. Los motores para servicios severos operan en el procesamiento de aplicaciones industriales y están protegidos contra las severas condiciones ambientales, como baja temperatura, polución y humedad, elementos propicios de la gran o mediana minería. Están construidos en hierro fundido, con imprimación epoxi en su interior y exterior, y poseen juntas en todas las uniones. Baldor ofrece motores 841XL, con un rendimiento sólido con la energía más eficiente en la industria, que exceden las normas internacionales para motores de inducción, como la IEEE 841-2009, para servicios de carga severa extrema. Estos motores cuentan con un diseño eléctrico y mecánico mejorado. Poseen un sistema de aislamiento clase F que opera dentro de los límites de temperatura, además de cumplir y exceder los requisitos de eficiencia NEMA Premium. Los motores 841XL están diseñados para una larga vida y fiable operación en aplicaciones mineras severas. Su construcción extra resistente es ideal para ambientes contaminados, húmedos y agresivos. Además del recubrimiento epóxico en el rotor y estator, posee accesorios de reengrase, terminales, baja vibración y funcionamiento silencioso (por debajo de la potencia acústica de 90dBA). Sus aplicaciones para minería subterránea incluyen fajas transportadoras, chancadoras, molinos, bombas, ventiladores, entre otros. Posee lubricación de los rodamientos de presión positiva, funciones adicionales de sellado, reducción del consumo de energía y bajo nivel de ruido. En resumen, sus ventajas comparativas abarcan el sellador aplicado a las talas del motor para aumentar la protección; así como la caja de conexiones sobredimensionadas de hierro fundido con empaquetadura de neopreno entre la caja y la tapa, y entre la caja y la carcasa para evitar el ingreso de humedad y contaminantes. De la misma forma destaca su protección especial marina para motor fuera de borda y protección IEEE-45, así como los sellos mecánicos laberínticos en ambos lados del motor. Finalmente, asegura una lubricación y relubricacion positiva directamente y a través del rodamiento en cualquier posición de montaje, mantiene una temperatura de operación del rodamiento entre 5°C a 7°C por debajo del estándar y una válvula para rebose de grasa. Motor de imanes permanentes A través de los años las plantas concentradoras de cobre han aumentado la capacidad de producción y junto con eso, los tamaños y las potencias de las bombas de pulpa se han incrementado de manera significativa para atender estas nuevas demandas. La solución tradicional en las aplicaciones de bombas de pulpa consiste en un motor estándar de inducción de alta velocidad y una caja reductora -o correas y poleas en bombas de baja potencia- para entregar el alto torque y la baja velocidad que necesita la aplicación. Usualmente la velocidad nominal de la bomba está en el rango de 250 a 600 rpm. En potencias altas la eficiencia total del sistema se torna más relevante y las soluciones de eficiencia energética son mucho más atractivas debido a los menores costos de operación. Por eso, la solución del conjunto variador-motor de ABB entrega altos torques a bajas velocidades permitiendo acoplar el motor directamente a la bomba. Al eliminar el uso de la caja reductora -o correas y poleas- el usuario se ahorra pérdidas en los equipos de transmisión mecánica y disminuyen significativamente los requerimientos de mantenimiento del sistema. Además del ahorro energético, la combinación de un menor número de componentes y una configuración más sencilla reduce las horas de ingeniería de la planta, la base metálic ade la bomba y el tamaño de la fundación, los costos de mantenimiento, el inventario de repuestos, y facilita la instalación y aumenta la confiabilidad del sistema. Dado que el motor de imanes permanentes es un motor sincrónico accionado por convertidor de frecuencia, permite un control muy preciso sin la necesidad de un dispositivo de retroalimentación común. La precisión de velocidades tan buena como la de un motor de inducción accionado a través de un convertidor de frecuencia con un sistema de control de lazo cerrado. El motor ABB de imanes permanentes en baja tensión es un motor AC sincrónico. El estator tiene un bobinado trifásico convencional, como el de un motor jaula de ardilla tradicional, mientras que el rotor posee en su interior potentes imanes permanentes que crean un flujo permanente en el entrehierro, eliminando así la necesidad de un bobinado en el rotor y de escobillas que normalmente son usadas en la excitación de los motores sincrónicos. Motores Cummins Desde el modelo A1700 de 32 hp hasta el modelo QSK19 de 760 hp, Cummins ofrece un rango completo de motores de combustión limpia y con certificación en emisiones dimensionados para ajustarse a los equipos y operaciones de minería subterránea. Posee controles electrónicos de autoridad total que se integran con otros componentes para optimizar la operación del motor y mejorar la eficiencia del consumo de combustible. Viene equipado con sistemas de protección y permite efectuar el diagnóstico de los principales parámetros del motor. El equipo tiene block y culatas más rígidos, obteniendo la reducción del ruido y de la vibración. Los circuitos de fluidos son integrados, reemplazando mangueras y eliminando fugas potenciales. Además cuenta con un sistema de combustible de riel común y alta presión, que permite eventos de inyección múltiple resultando en una operación más limpia y más silenciosa con un rendimiento más consistente en cada revolución por minuto. También mejora el arranque en climas muy fríos. Los motores Cummins incluyen un turbo alimentador con compuerta “Wastegate” que asegura la máxima entrega de potencia y torque; camisetas de cilindros con tope medio que reducen la cavitación y mejoran la posibilidad de reusabilidad; sistema de auto regulación de faja, que es un autoajuste para óptima tensión de faja incrementando así las horas de vida del ventilador, alternador y faja. También tienen filtración dual de combustible de dos etapas que provee de un nivel balanceado de separación de partículas para maximizar la vida del filtro de combustible y proteger los componentes del sistema; y el diseño del pistón ha sido mejorado, donde la corona simétrica del pistón se combina con la posición central del inyector, dando como resultado una combustión más limpia. Finalmente estos motores presentan un sistema de lubricación extra pesado, que permite un mayor flujo de aceite que está mejor direccionado hacia los pistones y cilindros, incrementando así la durabilidad y confiabilidad de cada pistón; la mejora en la lubricación y sistema de filtración de bypass incrementa la vida de anillos y cojinetes hasta un 63%. MTU Los niveles de emisiones de los motores cumplen con la especial importancia demandadas para la minería subterránea. Tecnologías de inyección modernos y de combustión optimizado continuamente procesos hacen que los motores sean lo más ecológica posible. Cumplen con las certificaciones EPA Tier 4 regulaciones finales de emisiones / EU Stage IV. El diseño de los motores hace que el mantenimiento sea de forma sencilla lo que genera que la improductividad de una maquinaria sea mínima. No requiere de un gran consumo de combustible, generando una máxima efectividad en el trabajo que se viene llevando dentro de la operación. ISO 50001- Gestión Energética |
Páginas
- Página principal
- Reglamentos Electrotécnicos
- Alta Tensión
- Baja Tensión
- Auditorias Energéticas
- Cables
- Automatismos
- Maquinas 0
- Maquinas 1
- Maquinas 2
- Maquinas 3
- Tarifas Eléctricas
- Motores
- Mecánica
- Electricidad
- SF6
- Ventiladores
- Inducción Electromagnetica
- Puestas a Tierra
- Corrientes de fuga
- Industria y Minería
- Caidas de tension III
- Calidad y Seguridad Industrial
Motores
Suscribirse a:
Entradas (Atom)