Los convertidores de frecuencia de CA funcionan convirtiendo la alimentación fija de la red a una tensión y frecuencia variables según una señal de control eléctrica. El cambio en la frecuencia implica un cambio correspondiente en la velocidad (y el par) del motor agregado al variador. Esto significa que la velocidad del motor, y por lo tanto la velocidad del equipo o sistema arrastrado por el mismo, puede establecerse y regularse sobre la base de parámetros externos como el caudal o la temperatura.
El control de la velocidad de los motores puede tener un papel significativo en cuanto a la eficiencia del sistema completo impulsado por el motor. En el caso de aplicaciones relacionadas con bombas y ventiladores, por ejemplo, en los sistemas convencionales el motor eléctrico acciona la bomba o ventilador a plena velocidad y luego el flujo deseado de líquido o gas se consigue restringiendo la salida mediante válvulas, correas u otros métodos de estrangulamiento o amortiguación. De acuerdo a las leyes que rigen el desempeño de bombas y ventiladores, una bomba funcionando al 80% de la velocidad, por ejemplo, usa solamente el 64% de la energía y ligeramente más de un 50% de la potencia que otro funcionando a plena velocidad.
Hay un gran margen para los ahorros de energía y emisiones mediante el control de la velocidad con convertidores. Bombas, ventiladores, compresores, extrusoras y otras aplicaciones accionadas por motores suman unos dos tercios del consumo eléctrico industrial, que, a su vez, representa el 40% de toda la electricidad usada a nivel mundial. No obstante, menos del 10% de los motores están equipados con convertidores de frecuencia (o variadores de velocidad), y en cuanto a aplicaciones arrastradas por motores por debajo de los 2,2 kW, la cifra de equipos sin ningún control de velocidad llega al 97%. En Europa se ha calculado que si los convertidores de frecuencia se usaran ampliamente en los sistemas accionados por motores en todo el continente, los ahorros anuales en cuanto al consumo de electricidad representarían 50 millones de MWh. Esto es el equivalente a 25 millones de toneladas de dióxido de carbono, o sea, una cuarta parte de las emisiones anuales de Finlandia.
Los beneficios económicos de los convertidores de frecuencia son relativamente fáciles de calcular. Cuantificar los efectos medioambientales de los convertidores, sin embargo, entraña una mayor dificultad. La metodología usada generalmente para estudiar el impacto medioambiental de la fabricación, uso y desecho de productos es el de la Evaluación del Ciclo de Vida (LCA por sus siglas en inglés de Life-cycle Assessment). ABB dirige sus estudios de LCA de conformidad con los requisitos de la serie ISO 14000 de normas de gestión medioambiental. Los LCA’s están pensados para cubrir todas las fases del ciclo de vida de un producto: desde la producción de las materias primas y componentes hasta su eliminación final como desecho.
La información y resultados obtenida de los LCA’s conforma la base de la Declaración Ambiental del Producto (EPD por sus siglas en inglés de Environmental Product Declarations). Las EPD’s describen los impactos ecológicos más importantes durante las fases de producción, uso y tratamiento como desecho o residuo al final de su ciclo de vida. ABB realiza EPD’s de todos sus productos principales.
A pesar de centrarse en los impactos medioambientales, los EPD’s ignoran los beneficios ecológicos del uso de productos tales como convertidores en lugar de soluciones menos eficientes. Por ejemplo, un convertidor industrial de ABB produce su mayor impacto medioambiental durante la fase de uso. Pero, de hecho, puede muy fácilmente reducir a la mitad el consumo de energía en muchas aplicaciones comparándolo con la alternativa de forzar el funcionamiento de un motor a plena velocidad y luego restringir su salida. Desafortunadamente, la energía ahorrada y las emisiones evitadas con el uso de convertidores no son tomadas en consideración en los EPD de ninguna forma. Dada la magnitud de los beneficios – se estima que sólo en el 2008 el conjunto de convertidores de ABB instalados en todo el mundo ahorró alrededor de 160 TWh y evitó unos 135 millones de toneladas de dióxido de carbono1) -, eso es un gran inconveniente de los EPD’s. Por ello, una propuesta para subsanar esta deficiencia es la adopción de la metodología de la recuperación o amortización ecológica.
La amortización ecológica es una nueva aproximación a la valoración o tasación de los efectos medioambientales del ciclo de vida de productos que tiene en cuenta tanto sus impactos negativos como los positivos. El capital natural –es decir, los recursos naturales- es consumido tanto en la fabricación como en la fase de eliminación. El tiempo de amortización ecológica muestra el cuánto debe usarse un producto para compensar la carga ecológica de su fabricación y eliminación.
La siguiente tabla muestra la amortización ecológica -en días- para tres tipos de convertidores de ABB en la categoría de impacto medioambiental. Para un convertidor de 250 kW (el ACS800), por ejemplo, el tiempo de amortización se calcula de un día.
| Producto | Potencia | PCG | PA | PE | PCOP |
| ACS150 | 0,75 | 6 | 6 | 8 | 15 |
| ACS350 | 7,5 | 1,1 | 0,9 | 1,2 | 1,3 |
| ACS800 | 250 | 0,5 | 0,4 | 0,9 | 1,0 |
PCG: Potencial de Calentamiento Global PE: Potencial de Eutroficación
PA: Potencial de Acidificación PCOP: Potencial de Creación de Ozono Fotoquímico
Supuestos: los convertidores ofrecen un ahorro energético del 50% en aplicaciones típicas de bombas y ventiladores tomando una medida promedio de la electricidad en la UE-25.
Fuente: Tampere University of Technology
Los datos de emisiones del EPD de un convertidor ACS800 de 250 kW muestra el modo en que la huella de carbono de su fabricación es de 3,65 kg CO2/kW o 912,5 kg CO2 en total. La amortización ecológica para el mismo convertidor en términos del potencial de calentamiento global es de 0,5 días. En otras palabras, poner en funcionamiento durante sólo medio día ese convertidor hace posible evitar tantas emisiones para compensar totalmente el impacto de su producción. La huella de carbono, entonces, se “vuelve negativa” mientras el convertidor continúe beneficiando el medio ambiente con ahorros de emisiones durante su vida útil. De hecho, un convertidor industrial ACS800 ahorra de forma normal unos 7.500 MWh y evita unas 3.800 toneladas de emisiones de dióxido de carbono.
En un mundo donde los motores de inducción de CA son todavía los indiscutibles “caballos de tiro” de la industria, los convertidores tienen un impacto significativo en la reducción de la huella de carbono industrial, a la vez que ayudan a unas reducciones notables de las facturas eléctricas. Pongámonos a trabajar para un objetivo medioambiental común y ampliar así el conocimiento y el reconocimiento de nuestros productos, tecnologías y capacidades en cuanto a eficiencia energética!