Variadores para Siderurgia y metalurgia

Una acería es un conjunto de accionamientos que nunca se diseñaron para ser suaves. Un convertidor bascula cien toneladas de metal fundido y debe mantenerlas estables mientras se sopla oxígeno; un tren de laminación invierte el sentido varias veces por minuto a pleno par; un transportador lleva sinter a 200 °C. Los datos de proceso son densos y los equipos se mueven continuamente, de modo que el sistema de control debe ser rápido y repetible.

La mayoría de la oportunidad está en la modernización, no en la obra nueva. Normalmente los motores están sanos y los reductores también; lo que ha envejecido es el control: arrancadores directos, válvulas de regulación, bombas hidráulicas de velocidad fija. Sustituir esa capa por un variador de frecuencia reduce el consumo, elimina el golpe de carga que el tren mecánico lleva soportando treinta años y da al operador una consigna de velocidad o presión donde antes solo había marcha o paro.

Las centrales hidráulicas son la oportunidad clásica de modernización en una acería, y el tren de chapa gruesa es el ejemplo típico. Una bomba de velocidad fija mantiene la presión del sistema bombeando a través de una válvula de alivio siempre que el tren no se mueve; el aceite se calienta, el enfriador trabaja más y la energía empleada en elevar la presión se disipa como calor. Montar un variador en el motor de la bomba y cerrar un lazo de presión hace que la bomba gire solo lo que exige la carga.

El ahorro es real, pero debe medirse y no suponerse, porque el mismo variador cambia también el comportamiento del grupo. El control de presión en un sistema hidráulico es un lazo rápido con mucha elasticidad en el aceite, así que el variador necesita un transductor de presión con constante de tiempo corta y el PID debe ajustarse en planta contra el acumulador real. El sobreimpulso no es solo una pérdida de eficiencia: en un tren de laminación es un suceso mecánico.

Un segundo beneficio suele pesar más que la factura energética: eliminar el servicio de la válvula de alivio elimina también la mayor parte del calentamiento del aceite, lo que alarga su vida, reduce la carga del enfriador y evita las alarmas estacionales que aparecen cada verano. En un grupo que funciona de forma continua, este es a menudo el argumento que aprueba el proyecto.

Una acería moderna mueve más material por banda que por ferrocarril. Sinter, coque, mineral, cascarilla y producto acabado viajan en transportadores, y la mayoría de esas bandas se accionan con un motor de velocidad fija a través de un acoplamiento hidráulico. Convertirlas a variador aporta las mismas ventajas de par de arranque y reparto de carga que en minería, y añade la posibilidad de hacer avanzar la banda lentamente durante una parada aguas abajo en lugar de detenerla por completo y tener que arrancarla de nuevo.

Los ventiladores de captación de polvo y de combustión son cargas de ley cuadrática en las que reducir velocidad es la energía más barata disponible. Un ventilador al 80 % de velocidad consume aproximadamente la mitad que uno al 100 %, así que sustituir un damper o unas palas de entrada por un variador en el motor del ventilador se amortiza más rápido que casi cualquier otra actuación de la planta. La complicación es térmica: estos ventiladores trabajan calientes y a menudo con ejes largos, y un ventilador que ya gira cuando se le da la orden de marcha necesita rearranque en vuelo, no una alarma.

Cuando el variador gobierna un ventilador con función de seguridad, el esquema de control debe diseñarse y no suponerse: el variador debe poder ir a una velocidad fija ordenada independientemente del lazo de proceso, y el lazo no debe poder anularla. Es una cuestión de diseño de control, no de especificación del variador, y conviene resolverla antes de cursar el pedido.

Dos condiciones del emplazamiento diferencian la siderurgia de casi todas las demás industrias. La primera es el calor radiante: un variador montado cerca de un horno o de un desbaste caliente ve una temperatura muy superior a la de su ficha técnica, y hay que reducir la potencia en consecuencia o trasladar el armario. La segunda es la potencia de cortocircuito. Una acería tiene una red muy rígida, de modo que un variador con frontal de diodos aporta más corriente armónica que en una red débil, y la planta suele tener un límite de calidad de onda recogido en su contrato de suministro.

Las respuestas habituales son un filtro de armónicos, un rectificador multipulso o un frontal activo. Elegir entre ellos es una decisión comercial una vez conocidos los límites, pero el bastidor del variador debe especificarse con la opción elegida desde el principio: añadir un filtro a un variador pedido para conexión directa no es una modificación de campo.

En servicios reversibles como una caja de laminación o una bobinadora, la regeneración es continua y no ocasional, lo que apunta a un frontal regenerativo en lugar de una resistencia de frenado. Devuelve la energía de frenado a la red en vez de calentar una batería de resistencias y mantiene estable el bus de continua durante inversiones frecuentes, que es lo que hace repetible la respuesta de velocidad entre pasadas.