Reforma de preparación de pasta en una fábrica de papel corrugado: bombas PMSM recortan 40 kW

La fábrica produce papel base corrugado ligero y de alta resistencia a partir de OCC —cartón ondulado usado— en una máquina de papel de alta velocidad. La reforma se centró en dos bombas de la etapa primaria de preparación de pasta: la bomba de alimentación de la criba primaria y la del depurador primario. Ambas eran accionadas por motores asíncronos y ambas se sustituyeron por máquinas síncronas de imán permanente.

Los dos equipos accionados exigen cosas distintas de su caudal. La bomba de la criba primaria empuja la pasta sin cribar tangencialmente contra la parte inferior de un cesto de cribado a presión; la fracción limpia atraviesa el cesto y sale por la línea de aceptados. El depurador primario aprovecha la diferencia de densidad entre fibra y contaminante: la pasta entra tangencialmente a presión y gira a gran velocidad, de modo que las partículas pesadas se proyectan contra la pared y caen al fondo cónico mientras la fibra aceptada sale por el centro.

Ambos servicios se benefician de un control de caudal preciso, y la fábrica ya lo tenía: las máquinas de alta velocidad funcionan bajo un DCS que monitoriza desde la sala de control la corriente del variador y la presión de las bombas de alimentación. Cuando baja el nivel de la tina, el operario sube la presión de cada bomba —es decir, sube la velocidad del motor mediante una señal de 4–20 mA— y la reduce cuando se restablece el nivel. Los variadores se integraron en ese lazo, con la entrada analógica 1 configurada para la señal remota de 4–20 mA.

La razón por la que un motor síncrono ahorra energía en una bomba tiene que ver con la potencia reactiva. Un motor asíncrono es una carga inductiva: absorbe potencia reactiva de magnetización de la red, lo que reduce el factor de potencia, y la única forma de mejorar el factor de potencia de un motor asíncrono es mantenerlo muy cargado, algo imposible para una bomba que reduce caudal según el nivel de la tina. La corriente del rotor de un motor síncrono es excitación de campo, de modo que el factor de potencia puede ajustarse mediante la corriente de rotor y mantenerse en la unidad, o hacerse capacitivo o inductivo, independientemente de cómo esté cargada la bomba.

El dimensionado se hizo a partir de la corriente de placa del motor. El motor síncrono de la bomba del depurador es de 500 kW a 1000 rpm con una corriente a plena carga de 810 A, por lo que se eligió un variador de 880 A y 500 kW; el motor de 200 kW y 325 A de la bomba de la criba recibió un variador de 369 A y 200 kW. La puesta en marcha comenzó con el aprendizaje de parámetros del motor en vacío y después se configuró la entrada analógica remota. El resultado medido —confirmado por un contador de energía que el cliente instaló delante del variador, no solo por cálculo— fue que la bomba del depurador a máxima carga absorbía 650 A de la red donde el motor asíncrono absorbía 730 A. Con P = √3·U·I, eso son unos 40 kW menos, es decir 40 kWh por cada hora de funcionamiento. A 16 horas al día y 300 días al año, la planta ahorra aproximadamente 192.000 kWh, y el cliente está convirtiendo ya por etapas el resto de los motores de bombeo de la familia de máquinas.