Entre los más importantes consumidores de energía, se encuentran las máquinas de combustión interna, que usan combustibles fósiles, y las máquinas eléctricas. En las últimas décadas, se ha realizado un enorme esfuerzo por aumentar la eficiencia de las máquinas de combustión interna en la utilización de la energía. Sin embargo, la comunidad científica y tecnológica sabe que tiene un techo que no es superable. Además, estos motores tienen la desventaja de la emisión de gases en su proceso de combustión.

Por su parte, las máquinas eléctricas se encuentran en el ámbito industrial como parte fundamental de los procesos productivos y en los hogares como parte de los electrodomésticos, realizando, en todas las aplicaciones, trabajo mecánico. Estudios del EPRI (Electrical Power Research Institute) han concluido que la eficiencia a nivel global de las máquinas eléctricas alcanza cerca del 60 %. Una de las principales razones de esta pérdida es que las máquinas se utilizan en rangos de operación y bajo condiciones diferentes para las que fueron diseñadas, es decir, no operan en condiciones nominales de diseño. Esto se debe a que las cargas mecánicas a las que están sometidas son variables y rara vez están al valor supuesto en el diseño nominal. Ejemplos típicos son los motores de correas transportadoras y los motores para lavadoras domésticas con cargas y operación fuera del valor de diseño. Aún cuando las máquinas eléctricas siempre se han considerado altamente eficientes, la tecnología está trabajando en el diseño y construcción de dispositivos que aumenten la eficiencia del consumo de energía.

El advenimiento de los drives

Haciéndose cargo de este problema y considerando que los principales motores utilizados son de Corriente Alterna de Inducción, los ingenieros están desarrollando dispositivos que controlen la alimentación de potencia eléctrica aplicada a los motores, de forma que la eficiencia total se incremente. El dispositivo, el drive, es una interfaz entre el suministro de energía estándar -monofásico o trifásico- y el motor, que modifica los valores de tensión, corriente y frecuencia aplicada al motor, adecuándolo a los requerimientos de la carga, minimizando las pérdidas, optimizando el punto de operación y, por ende, aumentando la eficiencia. En síntesis: ya que no es posible cambiar la construcción física del motor, se cambia dinámicamente la alimentación eléctrica, según los requerimientos de la carga mecánica.

El desarrollo de estos dispositivos ha sido impulsado por el problema energético enunciado junto a la combinación inteligente de dispositivos electrónicos que permite la construcción de los drives: básicamente, nuevos y más poderosos semiconductores de potencia, capaces de manejar cientos de volts y amperes en frecuencias elevadas, y el desarrollo de los Procesadores Digitales de Señales (DSP) capaces de realizar complejas operaciones matemáticas y tomar decisiones de control en microsegundos. Estos dos elementos semiconductores han posibilitado a los ingenieros la construcción de equipos con sofisticadas técnicas de control y de observación de las variables eléctricas de operación para entregar los niveles de alimentación eléctrica que optimice la operación del motor en todo instante. En tercer lugar, se agrega la electrónica de comando entre DSP y semiconductores de potencia, que permite aplicar las señales de control en los momentos y forma requerida por el control y por la operación del motor.

Se han desarrollado drives que gobiernan los motores utilizando técnicas para generar y controlar los campos magnéticos internos de operación midiendo las características eléctricas del motor (control vectorial); otros que controlan corrientes de alimentación modulándola de acuerdo a requerimientos de carga (control escalar); otros incluyen frenos degenerativos para recuperar la energía devolviéndola a la red. Estos dispositivos han dejado de ser prototipos de laboratorios y están disponibles para instalar en las industrias. Electrodomésticos, que incluyen control y manejo inteligente de la energía están en el comercio, y en los próximos años serán los que predominen. El EPRI estima ahorros energéticos globales importantes (sobre el 10%), por la aplicación de estas tecnologías. Para cumplir con el objetivo de mayor eficiencia energética, los desafíos actuales son una inversión inicial mayor y cambios de sistemas de control de los motores.