Motor trifásico: ¿Cómo ahorra energía?

Motores trifásicos Dominar fábricas, granjas y edificios comerciales no porque estén de moda, sino porque exprimen más trabajo mecánico de cada kilovatio-hora que cualquier tecnología competitiva. Comprender cómo logran esto revela por qué los ingenieros los especifican incluso cuando el suministro monofásico está disponible.
La fuente de ahorro es el factor de potencia inherentemente más alto del motor. En un devanado trifásico equilibrado los picos de corriente en una fase mientras disminuye en los otros dos, produciendo un campo magnético giratorio que permanece casi constante en amplitud. Esta rotación suave elimina las oleadas periódicas de la corriente de magnetización que afectan a los diseños monofásicos, elevando el factor de potencia de aproximadamente 0.65 a muy por encima de 0.85. Las compañías de servicios públicos recompensan factores de alta potencia con cargos de demanda más bajos, por lo que la factura mensual cae antes de que el motor incluso vuelva a hacer una carga.
Luego viene la utilización del cobre. Cada uno de los tres devanados lleva corriente para dos tercios del ciclo eléctrico, extendiendo el calor de manera uniforme y permitiendo conductores más delgados sin puntos calientes. Menos cobre significa pérdidas más bajas de I²R; Un motor trifásico de 10 kW generalmente disipa 180 W como calor, mientras que una unidad monofásica de la misma calificación pierde 300 W. En un año operativo de 6,000 horas, la diferencia asciende a 720 kWh, suficiente para alimentar un hogar europeo promedio durante dos meses.
El campo giratorio también permite el uso de rotores de la jaula ardilla casi sin resistencia eléctrica. Las barras de rotor están cortocircuitadas por los anillos finales, por lo que no se requieren cepillos, anillos de deslizamiento o resistencias externas. Las pérdidas por fricción y chispa desaparecen, la eficiencia sube un 2–3 %adicional y los presupuestos de mantenimiento se reducen porque no hay nada que reemplazar excepto los rodamientos.

Las unidades de frecuencia variable (VFD) multiplican el beneficio. Un motor trifásico acoge con beneplácito la forma de onda de seis pasos o PWM producida por los inversores modernos, que funciona de manera eficiente de 5 Hz a 200 Hz sin sobrecalentamiento. Al igualar la velocidad del eje con la demanda real de bombas, ventiladores o transportadores, un VFD puede reducir el uso de energía en un 30-50 % en comparación con la operación de velocidad constante detrás de una válvula o amortiguador. El motor en sí contribuye al mantener un alto torque por amperio en todo el rango de velocidad.
Finalmente, los motores trifásicos toleran voltajes más altos (230 V, 460 V o 690 V) de reducción de corriente para la misma potencia. La corriente más baja significa cables más pequeños y pérdidas más bajas en la red de distribución. Una carrera de 50 m que alimenta un motor de 15 kW dibuja solo 23 A a 400 V trifásico versus 65 A a 230 V monofásico, ahorrando otros 250 W en pérdidas de cobre.
En total, un aplicado cuidadosamente motor trifásico consume 15-25 % menos de energía que su contraparte monofásica a una carga idéntica, y hasta un 60 % menos cuando se combina con un VFD. Los ahorros aparecen no solo en la factura de electricidad sino también en una operación más fría, una vida útil de aislamiento más larga y menos paradas no planificadas. Esa combinación explica por qué los gerentes de instalaciones que una vez toleraron máquinas monofásicas ineficientes ahora no preguntan si actualizar, sino qué tan rápido se puede entregar la nueva unidad trifásica.