Ya debido al alto factor de potencia que tienen –de 0.99–, las soldadoras FRONIUS generan un menor consumo eléctrico que el que provocan las que se encuentran en el mercado a mitad o a un tercio de su precio; lo que, por supuesto, quiere decir que las primeras representan un ahorro de dinero en las facturas del servicio eléctrico cada fin de mes; ahorro que, no obstante, resulta insignificante si se habla de una o pocas máquinas que operan durante tiempos relativamente bajos.
Por ejemplo, utilizando máquinas de soldar FRONIUS, con un f.d.p.[1] de 0.99, una empresa puede gastar hasta un 19% menos en electricidad que aquellas que emplean las típicas soldadoras de mitad o un tercio de precio; pero si se habla de dos máquinas que con suerte son usadas 4 horas diarias, ese 19% menos de consumo energético, haciendo las cuentas, significará al año un ahorro de apenas 120 000 CLP[2], que sería menos del 9% del precio de mercado de las soldadoras más baratas de FRONIUS. Es decir, tendrían que pasar aproximadamente 9 años, para que el dinero de más gastado en estas soldadoras FRONIUS, sea repuesto por el 19% de ahorro en el consumo eléctrico, y eso suponiendo que nunca se presenten fallas. Claramente, desde esta perspectiva, no es nada conveniente para una compañía cambiar sus máquinas de soldar baratas por unas FRONIUS, y menos si no percibe ningún tipo de problema en el trabajo con las primeras.
Pero por supuesto que la situación cambia cuando las horas de operación y el número de máquinas de soldar aumentan, más aún si las soldadoras, además del alto factor de potencia, cuentan con un alto valor de eficiencia eléctrica, característica que también aporta a la reducción del consumo. Esto, específicamente, es lo que haremos a partir de ahora: analizar los elementos que hacen que las máquinas FRONIUS consuman menos energía eléctrica, y bajo qué circunstancias tal cosa representa un verdadero beneficio monetario.
Transpocket 150
Como ya indicamos, además del factor de potencia, que da cuenta del porcentaje de energía que se pierde en los elementos capacitivos e inductivos de la máquina de soldar, otro coeficiente también relacionado con el consumo eléctrico es el de la eficiencia, que indica qué porcentaje final de la energía consumida por la soldadora se utiliza para soldar, y qué tanto se pierde en generación de calor y en la transformación a energía mecánica –ventilador– y energía lumínica –leds indicadores–. Ambos, eficiencia y factor de potencia, son datos para considerar a la hora de determinar el gasto en energía eléctrica de cualquier soldadora, y, por ahora, los únicos dos que tendremos en cuenta para nuestro análisis.
El gasto eléctrico promedio, diario, de una soldadora, se puede estimar a través de la siguiente ecuación:
Los valores del factor de potencia y la eficiencia son proporcionados por el fabricante; el precio de la electricidad depende del país del que se esté hablando; y la potencia de la soldadura, el número de máquinas y el tiempo de trabajo diario son datos que varían de una situación a otra –o de una empresa a otra, para ser más precisos– y que, por tal razón, nos van a decir en qué circunstancias las máquinas de soldar FRONIUS son buenas alternativas desde el punto de vista de economía por bajo consumo.
Puesto que lo que se desea saber en realidad es el ahorro monetario que, por consumir menos electricidad, produce FRONIUS en comparación con las máquinas más típicas del mercado –que, por simplificación y de acuerdo con el dicho popular, a partir de ahora llamaremos máquinas, o soldadoras, «chinas»–, utilizaremos la ecuación 1 para obtener una expresión más apropiada:
Las únicas variables que son distintas entre las máquinas FRONIUS y chinas, son, por supuesto, el factor de potencia y la eficiencia –por eso se diferencian en la ecuación 2–; las demás deben ser todas iguales para ambas soldadoras, ya que de otra manera no habría punto de comparación entre ellas –en cuanto al consumo eléctrico, obviamente–.
Lo primero que hay que observar es que mientras más alta sea la potencia de soldeo, mayor será el ahorro monetario por usar FRONIUS, lo que es importante porque significa que el beneficio económico por menor consumo de electricidad se apreciará de mejor forma en las máquinas más potentes o de mayor capacidad, y tenderá a ser más irrelevante en soldaduras de relativa baja potencia. Asimismo, el tiempo de operación to es sumamente determinante en dicho ahorro, siendo éste bastante elevado cuando las soldadoras son utilizadas durante mucho tiempo de la jornada diaria, y volviéndose más o menos insignificante cuando trabajan pocas horas al día.
En cuanto al número de máquinas, si bien es proporcional al ahorro en consumo eléctrico, la elevación de su valor es contraproducente dado que, como veremos más adelante, aumenta el gasto total de soldadura y mengua las ventajas económicas que FRONIUS puede ofrecer, en especial si se analiza una máquina china con un precio muy bajo y/o con un factor de potencia y una eficiencia, no tan pequeñas. Por último, debido a que el ahorro monetario diario puede llegar a parecer despreciable, lo convertiremos en no pocas ocasiones en el ahorro monetario anual, multiplicándolo por 246, que es, más o menos, la cantidad de días laborables en Chile cada año.
Dentro de las soldadoras chinas que, por producir el mismo nivel de potencia, compiten con la TP150 –transpocket 150– de FRONIUS, se pueden hallar los siguientes valores de factor de potencia y eficiencia:
Todas estas máquinas, incluyendo la TP150, tienen un ciclo de trabajo de 100% más o menos a la misma corriente y voltaje: 90 A con aproximadamente 23.6 V[3], de modo que estos datos son los que usaremos para establecer la potencia de soldeo P. En cuanto al número de máquinas, el análisis de ahorro se hará con múltiplos de 10, desde este mismo valor hasta el 150[4]. Y, finalmente, para el tiempo de trabajo diario t_o se tomarán valores entre 2 y 12 horas, mismos de los que será posible deducir, por experiencia, el tipo de empresa al que se hace referencia según la importancia que el proceso de soldadura tiene en ella.
En cuanto al precio de la energía eléctrica p_e, tomaremos el valor de 90 CLP, que es una aproximación al que la CGE indica en el documento: «Tarifas de suministro enero 2019», encontrado en su página web.
Ahora bien, a partir de la ecuación 2 y de la potencia considera antes, calcularemos, en primera instancia, el ahorro tanto diario como anual, que el uso de FRONIUS comprende respecto a todos los modelos de máquinas chinas expuestos en la tabla 1, para un t_0 igual a 5 horas, y un número de máquinas de 7. Vale decir además que el factor de potencia y la eficiencia de las TP150 son, respectivamente, 0.99 y 0.88.
Resulta obvio que mientras menores sean el factor de potencia y la eficiencia de una máquina china, más grande será el ahorro que FRONIUS brinda. El valor porcentual de dicho ahorro se determina de acuerdo con la siguiente expresión:
Repitiendo los cálculos para t_o de 2 a 10 horas, y para n_m de 10 a 150 máquinas, podemos obtener las siguientes gráficas de ahorro por el uso de FRONIUS en función de t_o y n_m:
Las imágenes 2, 3, 4 y 5 muestran la proporcionalidad entre el número de máquinas chinas y la cantidad de horas que éstas trabajan a diario con el ahorro en consumo eléctrico que se generaría al sustituir dichas máquinas por unas FRONIUS. Claramente, cuando se habla en términos anuales, la cantidad de dinero ahorrada luce más significativa; llegando a ser hasta de casi 33 000 000 CLP en el caso de una empresa que cambie 150 soldadoras chinas Mi por unas TP150. Si a esto le agregamos la indiscutible superioridad tecnológica y operacional de FRONIUS en cuanto a los procesos de soldadura, dudo de que haya algún gerente que no quiera cambiar sus máquinas por unas TP150 de inmediato.
El hecho de que esto no suceda se debe a que –además de la ignorancia de los gerentes respecto al significado de factor de potencia y eficiencia–, esos ahorros diarios y anuales quedan aminorados por el, muchas veces, enorme gasto inicial que supone reemplazar una o varias máquinas chinas por TP150. Esto ocasiona que la pregunta del análisis del ahorro en gasto eléctrico por cambiarse a FRONIUS se convierta en ¿En cuánto tiempo la inversión inicial de más queda reembolsada? Por supuesto que mientras más alto sea el valor de este resultado, menor será el beneficio económico que produce FRONIUS por consumir menos electricidad.
En este punto, para referirnos al ahorro diario o anual, primero hay que hablar del gasto total que constituyen tanto las máquinas FRONIUS como las chinas a partir de su precio y del dinero que se paga por su consumo eléctrico; y por supuesto, del tiempo en que ese gasto empieza a ser favorable para las primeras, si es que ello llega a suceder en algún momento. Antes que nada, el precio de mercado de las soldadoras es:
El gasto total, por año, que conlleva el uso de una soldadora se puede obtener con la siguiente ecuación:
Luego, teniendo en cuenta g_compra, podemos plantear una fórmula del ahorro anual total que constituiría FRONIUS respecto a las máquinas chinas:
Aquí puede apreciarse por qué, pese a que incrementa el a_anual y el a_diario, no es conveniente que n_m sea demasiado alto.
Muy probablemente, en la mayoría de los casos y de soldadoras chinas, un n_a igual a 1 va a producir un ahorro anual total negativo, lo que significaría que el primer año FRONIUS no supone ningún ahorro, sino más bien un incremento del gasto respecto al uso de soldadoras chinas, igual al valor absoluto del resultado en cuestión. Esto nos da una somera idea del tiempo que puede transcurrir para que el cambio de máquinas chinas a TP150 resulte en un verdadero beneficio monetario. Dicho tiempo, en años, se puede estimar de acuerdo con la siguiente expresión, para un a_anual.total igual a 0, que indica que la inversión de más que implicó el cambiarse a FRONIUS, fue restituida:
Utilizando la ecuación 7 para calcular a_anual.total en función de n_a, para cada una de las máquinas chinas expuestas y para n_m=30 y t_o=5 h, tenemos:
Véase que, como se indicó antes, en el primer año, a excepción de la china MI, sustituir máquinas chinas por unas TP150 sólo implica un incremento del gasto, que por supuesto será mayor mientras más alto sea n_m. En el caso de la soldadora china K, vemos incluso que el cambio a FRONIUS empieza a ser económicamente beneficioso sólo después de 12 años, lo que, considerando que en ese tiempo es probable que las máquinas ya hayan cumplido con su vida útil y sido desechadas, hace ver que cambiarse de las soldadoras chinas K a las TP150, según las condiciones de t_o y P y respecto al gasto en consumo eléctrico, no produce ventajas monetarias.
La situación de la china MI es curiosa, porque parece contrario al sentido común que sea la más costosa de las chinas analizadas, pero al mismo tiempo la que más bajos factor de potencia y eficiencia tiene. Tal cosa se debe a que la china MI es la que, a nivel de tecnología, más se asemeja a la FRONIUS TP150; de hecho, las máquinas como la china MI son consideradas las más fuertes competidoras de las TP150, a pesar de que esto resulte absurdo a la luz del enorme gasto eléctrico que comportan en comparación con estas últimas.
El aumento o disminución de n_m no es determinante para el ahorro dado que no modifica a n_a.ahorro; sólo incrementa o hace decrecer el gasto de más y el ahorro que FRONIUS supone cuando n_a < n_a.ahorro y cuando n_a > n_a.ahorro, respectivamente.
La variable que, en definitiva, sí influye de forma directa en el beneficio monetario de cambiarse a TP150, tanto en el tiempo en que éste comienza como en la cantidad del mismo, es t_o.
Puede verse claramente que, para que el cambio de soldadoras chinas K a TP150 sea admisible, t_o tiene que tener valores altos; de lo que podemos deducir que dicho cambio es beneficioso únicamente en compañías donde la soldadura representa el proceso principal. Por su parte, esto no sucede en cuanto a los demás tipos de soldadoras chinas, y mucho menos respecto a las chinas Mi, donde cambiarse a FRONIUS sería provechoso incluso aunque t_o=1. Para tener una idea de cómo t_o influye en la cantidad específica de dinero que se ahorra, veamos la gráfica a_anual.total en función de n_a para distintos valores de t_o, en el caso de la soldadora china T.
Queda claro que las soldadoras TP150 pueden ser mucho mejores alternativas que sus competidoras, no sólo por los beneficios que otorgan al proceso de soldadura, sino también por el hecho de implicar un menor gasto total y/o anual en consumo eléctrico, aunque esto, como vimos, depende de no pocos factores. Con todo, atendiendo por orden de jerarquía a los valores de factor de potencia y eficiencia, al precio de las máquinas, al tiempo diario de trabajo –o al tipo de empresa donde las máquinas en cuestión operan–, y a la potencia promedio, se puede tener una idea más o menos clara de si las FRONIUS TP150 representan una ventaja económica o no.
Por ejemplo, es sencillo estimar que una soldadora con f.d.p. > 0.90 y un precio casi cinco veces más bajo que el de la TP150 –como la china K–, producirá un menor gasto total en soldadura casi siempre, a menos que el tiempo de operación diario t_o tenga un valor igual o superior a 9 horas.
Transtig 2200, transteel 3500C y transteel 5000
Entre las TT2200 –transtig 2200–, TST3500C, TST5000 –transteel 3500C y 5000 respectivamente–, y TP150, puedo observar sólo dos diferencias que inciden en directamente en el asunto de ahorro de dinero por menor consumo eléctrico: el precio y la potencia P. Estas máquinas, en efecto, son mucho más tecnológicas, y costosas, que las TP150, y es normal encontrarse con que su precio sea hasta 6 o 7 veces más alto que el de sus competidoras chinas, que, por su lado, en pocos casos disminuyen sus factores de potencia y eficiencia, al menos según sus fichas técnicas. Ahora, dado que pueden ofrecer una potencia de trabajo P más alta, veremos cómo el ahorro anual total aumenta o disminuye con la variación de P; cosa que se sugirió antes, pero que no se pudo mostrar puesto que las TP150 suelen operar con una potencia no mayor a 2.2 kW.
Ahora, dado que pueden ofrecer una potencia de trabajo P más alta, veremos cómo el ahorro anual total aumenta o disminuye con la variación de P; cosa que se sugirió antes, pero que no se pudo mostrar puesto que las TP150 suelen operar con una potencia no mayor a 2.2 kW.
Las competidoras de las TT2200, TST3500C y TST5000 se designarán con el mismo nombre que las competidoras de las TP150, y sus precios de mercado, junto con sus valores de eficiencia y factor de potencia –que serán más o menos los mismos que los que tienen las competidoras de la TP150–, se pueden encontrar en la siguiente tabla:
Esta vez, los modelos expuestos en la tabla 5 no se corresponden con modelos específicos del mercado –puesto que, en el caso de soldadoras de mayor potencia, la información técnica es más difícil de hallar–, no obstante, los datos expuestos son aproximaciones bastante cercanas a la realidad. En cuanto a las TT2200, TST3500C y TST5000:
Para empezar, expondremos el ahorro anual total a_anual.total en función de n_a, para valores de n_m=20 y t_o=5, y de la potencia de trabajo P nominal, a un ciclo de trabajo de 100%:
Las gráficas de a_anual.total en función de n_a:
Puede verse claramente que, a diferencia de lo que sucede con las TST3500C y TST5000, el cambio de cualquiera de las máquinas chinas GTAW de la tabla 5 por una TT2200, no produce un apreciable beneficio económico en cuanto al consumo eléctrico sino hasta 13 años de uso a t_o=5, un período de tiempo en el que tal ventaja llega a resultar despreciable. Por su parte, lo que hace que los valores de n_a.ahorro en la gráfica de la TT2200 sean tan altos, es la mayor diferencia de precio que hay entre esta máquina y sus competidoras chinas –que por supuesto es menor en el caso de los modelos para GMAW– y, principalmente, la menor potencia nominal que posee. Por lo pronto, veamos cómo cambian los valores de n_a.ahorro en función de t_o para los modelos FRONIUS que estamos tratando:
La razón de que la TT2200 produzca una ventaja económica por consumo eléctrico sólo con valores de t_o aproximadamente mayor que 9, se debe también a que en el mercado no se encuentran soldadoras para el proceso GTAW tan tecnológicas como la mencionada de FRONIUS. Dicho de otra manera, la diferencia en tecnología entre la TT2200 y sus competidoras chinas es muchísimo más grande que la que hay entre las TST3500C y TST5000 respecto a las suyas. Guiándonos por el precio, las únicas chinas de la tabla 5 que pudieran ser consideradas como competidoras de la TT2200, serían la china K y la china I.
Por su parte, para ver cómo la potencia P influye en el ahorro anual total y en el tiempo en que dicho ahorro comienza, veamos las gráficas de variación de n_a.ahorro y a_anual.total en función de P, para la TST5000, que es la que mayor potencia puede alcanzar. Los valores de P estarán en el rango de 2.2-15kW, y el tiempo de trabajo diario t_o será igual a 5.
Con esto se comprueba que, mientras mayor sea la potencia a la que se trabaja con una máquina china, más beneficioso para el gasto por consumo eléctrico será la sustitución de ésta por una FRONIUS. Para observar la influencia de la variación de P en la cantidad de dinero que se puede ahorrar, obsérvese la siguiente gráfica con relación a la soldadora china MH, para un t_o=5 y n_m=20:
En resumen, podemos ordenar de mayor a menor, y de forma cualitativa, la probabilidad de que FRONIUS produzca un menor costo total de soldadura por el ahorro en consumo eléctrico que su uso implica, en función de ciertas combinaciones de valores aproximados de las variables que determinan dicho ahorro en consumo eléctrico:
[1] Factor de potencia
[2] Pesos chilenos
[1] Éstos son los valores máximos de corriente y voltaje a los que las soldadoras como las TP150 pueden trabajar de forma indefinida
[2] Este número de soldadoras suelen tenerlo grandes empresas que se dedican casi 100% a la soldadura
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