¿Qué industrias se benefician más de los motores síncronos de CA?

Generación de Energía y Estabilidad de Red: Habilitando el Control de Precisión y Potencia Reactiva

Fenómeno: Motores síncronos como fuentes de inercia sincronizada a la red

Los motores síncronos de corriente alterna se sincronizan naturalmente con la frecuencia de la red, lo que les otorga una especie de inercia rotacional que realmente ayuda a mantener la estabilidad de las redes eléctricas cuando hay cambios repentinos en la demanda de carga. La masa de los rotores de estos motores actúa como un volante, almacenando energía cinética que se libera automáticamente cada vez que hay una caída en la frecuencia. Esto básicamente ralentiza la velocidad con la que cambian las cosas en el sistema, lo que favorece la estabilidad general de la red. A medida que cada vez más sistemas eléctricos en todo el mundo se orientan hacia las energías renovables y se alejan de los generadores giratorios tradicionales, este tipo de inercia integrada se vuelve realmente importante. Sin esas máquinas rotatorias de antaño, las redes modernas simplemente ya no tienen ese mismo efecto estabilizador natural.

Principio: Excitación del rotor para la corrección precisa del factor de potencia y el soporte de potencia reactiva

A diferencia de los motores de inducción, los motores síncronos ofrecen control dinámico de potencia reactiva mediante una excitación de rotor de CC ajustable. Al ajustar con precisión la corriente de excitación, los operadores pueden:

• Alcanzar un factor de potencia unitario, evitando penalizaciones de la compañía eléctrica que pueden superar los 740.000 dólares anuales por instalación
• Inyectar o absorber potencia reactiva (VARS) para regular el voltaje durante la demanda pico
• Compensar los VARS atrasados provenientes de transformadores e infraestructura de transmisión

Esto convierte a los motores en activos programables para la red que mejoran la eficiencia de transmisión y ayudan a prevenir colapsos de voltaje, especialmente en redes débiles o remotas.

Petróleo, Gas y Procesamiento Químico: Operación de Alta Eficiencia y Velocidad Constante para Aplicaciones Críticas

Fenómeno: Eliminación de las pérdidas por deslizamiento en compresores y bombas centrífugas

Los compresores y bombas centrífugas utilizados en el procesamiento de hidrocarburos tradicionalmente han perdido alrededor del 3 al 7 por ciento de su energía de entrada debido a esas molestas pérdidas por deslizamiento en motores de inducción convencionales. Los motores síncronos de corriente alterna solucionan este problema, ya que mantienen el rotor y el estator perfectamente sincronizados durante toda la operación, lo que los sitúa en la clase de eficiencia IE4 según las normas IEC 60034 algo o similar. Estudios recientes publicados el año pasado en revistas de dinámica de fluidos sugieren que estos motores pueden reducir el consumo energético hasta en un 40 % cuando se aplican a sistemas de compresión de gas. Esto significa un ahorro real en costos operativos y menores emisiones de carbono sin sacrificar el rendimiento, especialmente importante al manejar esos cambios de presión impredecibles que ocurren todo el tiempo en las tuberías.

Principio: Caudales estables bajo condiciones variables de entrada con accionamientos de motores síncronos de corriente alterna

Los motores síncronos mantienen su velocidad de rotación prácticamente constante al manejar crudo con viscosidad variable o productos químicos reactivos. Estos motores se mantienen dentro de aproximadamente medio por ciento de la velocidad objetivo, incluso cuando hay cambios en las condiciones de carga. Lo que los destaca es cómo su sistema electromagnético responde inmediatamente a los cambios en la presión de entrada. Esta rápida respuesta evita las molestas interrupciones de flujo que podrían causar la separación de fases en tuberías que transportan múltiples sustancias. Para bombas de refuerzo que trabajan con gas ácido, esto se traduce en una consistencia del flujo del dos por ciento. Y seamos sinceros, ese nivel de estabilidad importa mucho, porque las paradas no planificadas cuestan millones en refinerías donde se procesan diariamente todo tipo de materiales corrosivos.

HVAC y sistemas de edificios a gran escala: Cumplimiento de normas energéticas con eficiencia IE4

Fenómeno: Adopción de motores síncronos de corriente alterna en enfriadores controlados por variadores de frecuencia (VFD) y sistemas de compuertas

Hoy en día, más ingenieros están optando por motores síncronos de corriente alterna para sistemas grandes de climatización, como los enfriadores controlados por variadores de frecuencia (VFD) y los actuadores de compuertas que vemos en todas partes. Lo que distingue a estos motores es su capacidad para mantener un control preciso de velocidad incluso cuando funcionan a bajas RPM. Esto significa que el sistema de refrigeración puede ajustarse suavemente sin esas molestas fluctuaciones que ocurren con otros tipos de motores. Y tampoco debemos olvidar el ahorro energético. Los motores de inducción suelen desperdiciar alrededor del 3 al 7 por ciento de energía cuando no operan a plena capacidad, pero los motores síncronos reducen significativamente esas pérdidas. Tomemos, por ejemplo, las unidades manejadoras de aire. Cuando están equipadas con motores síncronos, estos sistemas presentan aproximadamente un 22 por ciento menos de fluctuaciones de presión en los conductos, según un estudio publicado en la revista ASHRAE el año pasado. El resultado: un flujo de aire mucho más estable en los edificios y personas que realmente se sienten más cómodas en sus espacios.

Tendencia: ASHRAE 90.1-2022 impulsa la modernización de motores de inducción a motores síncronos clase IE4

La norma actualizada ASHRAE 90.1-2022 exige una eficiencia un 15 % mayor para los accionamientos comerciales de HVAC, acelerando el reemplazo de los motores de inducción obsoletos. Los motores síncronos de corriente alterna clase IE4 cumplen con este requisito mediante:

• Rotores de imán permanente que eliminan las pérdidas en el rotor
• eficiencia máxima del 97 % a una carga del 25 %, frente al 89 % de los equivalentes de inducción
• Factor de potencia superior a 0,95 en un amplio rango de velocidades

Los responsables de instalaciones informan periodos de recuperación de tan solo 18 meses tras la modernización, ya que estos motores reducen el consumo energético de las plantas frigoríficas en un 31 % anualmente, lo que facilita el cumplimiento de las normas de ventilación y las iniciativas globales de cero emisiones netas.

Aplicaciones marinas y a bordo: Propulsión fiable con motores síncronos de imán permanente

Estrategia: Integración de PMSM en la propulsión marina híbrida-eléctrica para mejorar la eficiencia y durabilidad

La propulsión marina está recibiendo una mejora gracias a los motores síncronos de imán permanente (PMSM), que están incorporándose a sistemas híbridos-eléctricos en barcos. Cuando estos reemplazan a los motores de inducción tradicionales en los trenes motrices de los buques, eliminan esas molestas pérdidas por deslizamiento y alcanzan niveles de eficiencia superiores al 95 % en la mayoría de los casos. ¿El resultado? Una reducción notable en el consumo de combustible durante viajes marítimos prolongados. Otra gran ventaja de los PMSM es su construcción sin escobillas, lo que significa menos piezas que mantener, especialmente importante al enfrentar problemas de corrosión por agua salada. Además, la capacidad de ajustar finamente el par motor hace que el cambio entre la propulsión eléctrica y los motores diésel sea mucho más suave que antes. Hemos visto que esto funciona particularmente bien en embarcaciones de apoyo offshore que operan alrededor de plataformas petrolíferas. Aunque estos motores soportan vibraciones constantes por el funcionamiento del motor, altos niveles de humedad y deben funcionar en rangos extremos de temperatura, desde aguas árticas hasta climas tropicales, siguen funcionando sin fallas.

Ventaja: Alta densidad de par y resistencia en entornos marítimos adversos

Los motores síncronos de imanes permanentes (PMSM) pueden generar aproximadamente un 30 % más de empuje de arranque en comparación con otros motores de tamaño similar, ya que están construidos con diseños compactos que producen alto par. Los imanes de neodimio en el interior de estos motores soportan muy bien las cargas de choque cuando los barcos enfrentan condiciones oceánicas difíciles. Además, los motores cuentan con recubrimientos especiales que resisten la corrosión, protegiéndolos del aire salino y la humedad, que normalmente deteriorarían con el tiempo los componentes habituales de un motor. Por esta razón, los PMSM funcionan excepcionalmente bien en propulsores azimutales y sistemas de posicionamiento dinámico en embarcaciones. Cuando un barco necesita mantener su posición o maniobrar con precisión en entornos desafiantes, contar con motores confiables que no fallen en momentos críticos marca la diferencia entre operaciones exitosas y posibles desastres en alta mar.