En 2015, los ingenieros de la extensa fábrica de automóviles de Toyota en Georgetown, Kentucky, encontraron una manera de ahorrar cientos de miles de dólares al año en electricidad. No instalaron paneles solares ni reemplazaron la maquinaria de la fábrica. En cambio, instalaron un dispositivo que permitía que los ventiladores redujeran su velocidad cuando la demanda era baja.
La empresa equipó 211 motores eléctricos con controladores electrónicos que ajustaban automáticamente su velocidad cuando la fábrica necesitaba menos flujo de aire. Esta mejora, con un coste de 1,25 millones de dólares, le ahorró a Toyota más de 700.000 dólares anuales en costes de electricidad. Un estudio del Departamento de Energía de Estados Unidos estimó que el sistema reduciría el consumo total de electricidad de la planta en un 2,6%.
Ahora, mientras la inteligencia artificial impulsa una expansión extraordinaria de los centros de datos que consumen grandes cantidades de electricidad, los expertos en energía creen que esa misma tecnología relativamente simple podría desbloquear una vasta fuente de ahorro de energía, en gran medida ignorada, en todo Estados Unidos. Según una evaluación nacional realizada por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, aproximadamente 52 millones de sistemas de motores abastecen de energía a las fábricas y edificios comerciales de Estados Unidos. En conjunto, consumen alrededor del 29% de la electricidad del país.
Sin embargo, muchos operan de forma ineficiente, consumiendo más energía de la necesaria. Reducir ese desperdicio podría ayudar a satisfacer la creciente demanda de electricidad, disminuir las facturas de energía industrial y aliviar la presión sobre una red eléctrica cada vez más sobrecargada.
Por qué reducir la velocidad de un motor puede ahorrar tanta electricidad
El problema es que muchos motores eléctricos funcionan a velocidad constante incluso cuando el equipo al que alimentan necesita mucha menos energía. Imaginemos un edificio de oficinas después de que los empleados se hayan ido a casa. Su sistema de ventilación necesita mover menos aire. Los sistemas convencionales pueden restringir el flujo de aire mediante compuertas, mientras que los ventiladores siguen girando a máxima velocidad. Es como mantener el pie en el acelerador de un coche mientras se frena. Aquí es donde entra en juego un dispositivo llamado variador de frecuencia, o VFD. Al ajustar la frecuencia y el voltaje de la electricidad suministrada a un motor, puede cambiar la velocidad del motor para adaptarla a la demanda.
La física hace que esto sea particularmente atractivo para ventiladores y bombas centrífugas. En condiciones de funcionamiento favorables, reducir su velocidad en un 25% puede disminuir la potencia mecánica que requieren en aproximadamente un 58%.
Algunas instalaciones pueden reducir el consumo de energía entre un 40 y un 60%, según declaró Neal Elliott, director emérito del Consejo Estadounidense para una Economía Energéticamente Eficiente, a Canary Media. El ahorro real depende en gran medida de la maquinaria en cuestión. Un análisis del Laboratorio Berkeley de 2021 estimó que la adopción generalizada de variadores de frecuencia podría reducir el consumo energético total asociado a las bombas en aproximadamente un 20% y a los compresores de aire en un 29%. Las reducciones estimadas para ventiladores y compresores de refrigeración fueron más cercanas al 9%.
A pesar de estos beneficios, la misma evaluación reveló que los variadores de frecuencia controlaban sólo alrededor del 16% de la potencia instalada de los motores en instalaciones industriales y el 4% en edificios comerciales. Es evidente que existe un amplio margen para mejorar la eficiencia, lo que, en conjunto, podría liberar gigavatios completos de energía en Estados Unidos.
Un vasto recurso energético oculto a plena vista
El potencial ahorro a nivel nacional es sustancial. En un análisis de 2022, investigadores del Laboratorio Berkeley estimaron que adaptar los motores a sus cargas de trabajo reales podría ahorrar aproximadamente 115 teravatios-hora de electricidad al año, reduciendo las facturas de electricidad en unos 13.200 millones de dólares. Estas estimaciones incluyen tanto el control de velocidad variable como el dimensionamiento adecuado de los motores para sus funciones.
Entonces, ¿por qué las empresas no se han apresurado a captarlas?
El costo y las molestias siguen siendo obstáculos importantes. La instalación de controladores requiere una inversión inicial, y la modernización de equipos industriales puede interrumpir las operaciones, lo cual resulta muy indeseable en una planta con mucha actividad. Además, los motores más antiguos pueden requerir protección eléctrica adicional o modificaciones.
Los propietarios y promotores de edificios suelen optar por equipos más baratos inicialmente, incluso cuando alternativas más eficientes podrían ahorrarles dinero en electricidad a largo plazo. Aun cuando existen mejores opciones, los gerentes de planta e ingenieros necesitan estar informados y capacitados al respecto. De lo contrario, seguirán haciendo lo de siempre. Y esto es aún más cierto si no existe una normativa que los obligue a adoptar medidas más eficientes energéticamente en sus operaciones.
Sin embargo, los avances tecnológicos están haciendo que la instalación de variadores de frecuencia sea más atractiva. Sensores más económicos, controles mejorados y avances en la electrónica de potencia han reducido algunos de los desafíos de ingeniería que antes dificultaban la implementación de sistemas de velocidad variable.
La Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos también ha puesto en marcha una iniciativa piloto con fabricantes de equipos, empresas de servicios públicos y organizaciones de eficiencia energética para medir el ahorro en instalaciones reales. La asociación espera que estos resultados convenzan a las empresas de servicios públicos de ofrecer mayores incentivos financieros para la modernización de los motores.
La urgencia de utilizar motores eléctricos más inteligentes no ha hecho más que aumentar con la expansión de los centros de datos. Un pronóstico del Laboratorio Berkeley de junio de 2026 estimó que los centros de datos podrían consumir el 11,8% de toda la electricidad de EE. UU. para 2030, con escenarios que oscilan entre el 9,5 y el 15,3%.
“Compensa tu propio consumo energético”
Kirk Anderson, ejecutivo del fabricante de equipos eléctricos ABB, sugirió que una modernización generalizada de los motores podría compensar hasta cinco años de aumento del consumo eléctrico de los centros de datos sin necesidad de generación adicional. A pesar de esta ambiciosa afirmación, no todos los motores se benefician de los controles de velocidad variable, y el ahorro de electricidad en un lugar no resuelve automáticamente los cuellos de botella en la transmisión en otros sitios.
Aun así, Anderson propuso una forma inusual de financiar la transición: que las grandes empresas tecnológicas ayudaran a las fábricas a instalar los equipos, pagando de hecho para reducir la demanda de electricidad en otros lugares en lugar de construir instalaciones completamente nuevas.
En un comunicado, según Canary Media, él denominó a la idea “compensar tu propio consumo energético”.
Un programa de este tipo requeriría una medición cuidadosa para garantizar que los ahorros fueran reales, adicionales y estuvieran disponibles cuando la red eléctrica los necesitara. Pero equipar los motores con variadores de frecuencia tiene sus ventajas. Mientras las empresas de servicios públicos y las tecnológicas invierten miles de millones de dólares en el desarrollo de nuevas fuentes de energía, quizás algunas de las oportunidades más económicas residan en un uso más inteligente de la electricidad existente.
En miles de fábricas y edificios de oficinas, la tecnología para lograrlo ya existe. A veces, impulsar la economía comienza por reducir el consumo de una máquina cuando la demanda es menor.
Fuente: ZME Science.
