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Los motores industriales representan más del 60% del consumo eléctrico industrial del país, y su eficiencia energética afecta directamente los costos operativos de las empresas y el cumplimiento de los objetivos nacionales de "carbono dual". Actualmente, la mayoría de las empresas aún utilizan motores de baja eficiencia, e incluso algunos motores antiguos tienen una eficiencia energética inferior a la mínima establecida por los estándares nacionales, lo que no solo genera desperdicio de energía, sino que también incrementa los costos de mantenimiento de los equipos. Los factores que afectan la eficiencia energética de los motores son multidimensionales, e incluyen no solo los aspectos de diseño y fabricación de los propios motores, sino también los vínculos de selección, control, operación y mantenimiento en el proceso de uso. Para lograr la mejora de la eficiencia energética de los motores, las empresas necesitan formular soluciones sistemáticas desde la perspectiva de todo su ciclo de vida.
Los factores principales que afectan la eficiencia energética de los motores industriales incluyen principalmente cuatro aspectos. En primer lugar, la baja eficiencia del motor en sí es la razón principal. La eficiencia de los motores tradicionales de la serie JO2 es de tan solo el 75%-85%, mientras que la de los motores de alta eficiencia que cumplen con la norma IE3 puede superar el 90%. La diferencia de eficiencia energética entre ambos es del 5%-10%, y la diferencia de consumo energético es extremadamente significativa en el funcionamiento a largo plazo. Los motores de baja eficiencia presentan altas pérdidas en el núcleo de hierro, cobre y mecánicas. Por ejemplo, si el núcleo de hierro utiliza láminas de acero al silicio comunes en lugar de láminas de acero al silicio laminado en frío de alta calidad, la pérdida por histéresis y la pérdida por corrientes parásitas aumentarán significativamente. En segundo lugar, la selección no se ajusta a la carga, y es común el fenómeno de "un caballo grande tirando de un carro pequeño". Muchas empresas eligen deliberadamente motores de mayor potencia para evitar sobrecargas, lo que provoca que operen con baja carga (menos del 50% de la carga nominal) durante largos periodos. En este caso, la eficiencia del motor disminuye drásticamente y el coeficiente de consumo energético aumenta significativamente. Por ejemplo, si la potencia nominal del motor de una bomba de agua en una planta química es de 55 kW, la carga real es de tan solo 20 kW, y la eficiencia energética es más de un 30% inferior al valor de diseño. En tercer lugar, el método de control es anticuado y carece de mecanismos eficaces de regulación de la velocidad. Los equipos de transporte de fluidos, como ventiladores y bombas de agua, representan más del 40% del total de motores industriales. Tradicionalmente, el flujo de estos equipos se controla mediante el ajuste de válvulas y deflectores, y el motor siempre funciona a la velocidad nominal, lo que genera un gran desperdicio de energía en pérdidas por estrangulamiento. En cuarto lugar, el funcionamiento y el mantenimiento inadecuados reducen el rendimiento del motor. Por ejemplo, la falta de aceite y el desgaste de los cojinetes aumentan la pérdida mecánica, la acumulación de polvo en los devanados provoca una mala disipación del calor y una mayor pérdida de cobre, y el envejecimiento del aislamiento provoca cortocircuitos locales, todo lo cual hará que la eficiencia energética real del motor sea inferior al valor diseñado.
La principal vía para que las empresas mejoren la eficiencia energética de sus motores es promover la sustitución de motores de baja eficiencia y seleccionar motores de alta eficiencia y ahorro energético. Durante la sustitución, se debe seguir el principio de "adaptación precisa", en lugar de buscar ciegamente especificaciones exigentes. En primer lugar, se debe realizar una inspección exhaustiva de los motores existentes para comprobar su nivel de eficiencia, su tasa de carga operativa y sus datos de consumo energético. Se debe priorizar la sustitución de motores de baja eficiencia que hayan estado en funcionamiento durante más de 10 años y tengan una tasa de carga superior al 60 %. Para equipos que funcionan de forma continua, se deben seleccionar motores asíncronos de alta eficiencia o motores síncronos de imanes permanentes que cumplan con las normas IE3 o superiores; para equipos de carga variable, se deben preferir los motores síncronos de imanes permanentes, que pueden mantener una alta eficiencia en un amplio rango de carga y ahorrar entre un 8 % y un 15 % más de energía que los motores IE3 de la misma potencia. Tras la sustitución de 20 motores de la serie JO2 por motores de imanes permanentes de alta eficiencia IE4 en una fábrica textil, cada motor ahorró 12 000 kWh de electricidad al año, con un periodo de amortización de tan solo 14 meses. Durante el proceso de sustitución, es fundamental asegurar la adecuación del tamaño de la instalación del motor al equipo original para evitar costes de transformación excesivos que afecten la viabilidad del proyecto.
En segundo lugar, optimizar el método de control del motor y promover la tecnología de regulación de velocidad por conversión de frecuencia. Esta regulación ajusta la velocidad modificando la frecuencia de alimentación del motor, de modo que la potencia de salida del motor se ajuste con precisión a la demanda de carga, lo cual es especialmente adecuado para equipos de carga variable como ventiladores, bombas de agua y compresores. Los datos muestran que, tras la adopción de la regulación de velocidad por conversión de frecuencia, el ahorro energético medio de estos equipos puede alcanzar entre el 20 % y el 40 %, e incluso supera el 50 % en algunos escenarios de alta fluctuación de carga. Por ejemplo, tras la transformación por conversión de frecuencia del motor del ventilador de un alto horno en una acería, la velocidad se ajusta según la demanda de presión de aire del alto horno, ahorrando así 8 millones de kWh de electricidad al año. Para motores de alta potencia (superiores a 200 kW), se puede adoptar un esquema combinado de "conversión de frecuencia + arranque suave", que no solo logra la regulación de la velocidad y el ahorro energético, sino que también evita los daños a la red eléctrica y al motor causados por el impacto de la corriente de arranque. Además, para las líneas de producción con operación coordinada de múltiples motores, se puede adoptar un sistema de control centralizado para lograr una distribución de carga equilibrada entre los motores y mejorar aún más la eficiencia energética general.
La gestión científica de la operación y el mantenimiento garantiza la eficiencia de los motores. Implemente un sistema de monitoreo de la eficiencia energética de los motores, recopile datos en tiempo real como voltaje, corriente, factor de potencia y temperatura mediante sensores inteligentes, y analice la tendencia de cambio de eficiencia energética con la ayuda de la plataforma industrial de internet para detectar a tiempo anomalías. Realice un mantenimiento específico regularmente: revise la lubricación de los rodamientos del motor mensualmente, seleccione la grasa adecuada para altas temperaturas y resistencia al desgaste para reducir las pérdidas mecánicas; limpie el polvo y el aceite de los devanados y disipadores de calor del motor trimestralmente para mejorar la eficiencia de disipación de calor y reducir las pérdidas de cobre; realice pruebas de eficiencia energética en los motores anualmente, evalúe la atenuación del rendimiento y formule planes de mantenimiento preventivo. Tras implementar un sistema inteligente de operación y mantenimiento, una empresa de autopartes aumentó la eficiencia energética de sus motores en un 12 % en comparación con el modelo anterior y redujo el tiempo de inactividad por fallas en un 60 %.
Además, las empresas también pueden adoptar el modelo de contrato de rendimiento energético (EPC) según sus propias condiciones. Las empresas de servicios profesionales de ahorro energético se encargarán de la inversión, el diseño, la transformación, la operación y el mantenimiento de la modernización de motores, logrando una situación beneficiosa para ambas partes al compartir los beneficios del ahorro energético, reduciendo así la presión inicial de capital. En resumen, la modernización de la eficiencia energética de los motores no es un proyecto único de sustitución de equipos, sino un proyecto sistemático de "sustitución de motores de alta eficiencia + optimización del control de conversión de frecuencia + garantía de operación y mantenimiento inteligente". Mediante la implementación de este proyecto, las empresas no solo pueden reducir significativamente los costos de energía y mejorar la estabilidad de la operación de los equipos, sino también contribuir al logro de los objetivos de "carbono dual" y obtener una ventaja competitiva en el desarrollo sostenible.
