02 julio 2010

Ventiladores de refrigeración de alta eficiencia

Conforme aumenta el tamaño de una instalación frigorífica más opciones tenemos para ahorrar energía. En este nuevo artículo sobre refrigeración nos centramos en el ahorro que podemos conseguir actuando sobre los ventiladores.
Motores de ventiladores de alta eficiencia
Los motores de los ventiladores mueven aire a través del serpentin del evaporador o condensador y lo hacen típicamente a velocidad constante. El fabricante acoplará tamaño de motor y aspas al serpentín para cumplir con la carga esperada bajo las condiciones más extremas. Los motores de los ventiladores de alta eficiencia cumplen la carga esperada bajo la mayoría de las condiciones de operación. Los motores de los ventiladores de alta eficiencia reducen el consumo de energía ya que requieren menos energía eléctrica para hacer moverse al eje del ventilador. Hay una gran variedad de tipos y tamaños de motores dependiendo de la aplicación. Las características claves que definen el motor incluyen el par generado en el eje, el suministro de energía necesario (AC o DC, voltaje, frecuencia, número de fases), tipo de refrigeración del motor, condiciones ambientales, vida de diseño, etc. La potencia de salida típica de estos motores va desde tan solo 6 W a múltiplos de HP para grandes motores de los ventiladores del condensador.
Los motores eléctricos operan basándose en la interacción entre los campos magnéticos del rotor y el estátor. Los motores de inducción son muy comunes, y estos motores no tienen imanes permanentes, sino que generan campos magnéticos en el rotor induciendo el flujo de corriente en el devanado del rotor. Algunos motores tienen imanes permanentes.
Los motores de inducción monofásicos requieren devanados de arranque separados para asegurar una apropiada rotación de arranque y para de arranque. El tipo de arranque diferencia entre sí a los tres tipos principales de motores de inducción monofásicos, que incluyen el motor de polo sombreado, el motor de condensadores con división permanente (PSC), y el motor con magnetismo permanentemente conmutado (ECM). En un motor de polo sombreado, el devanado de arranque está sombreado por un bucle de cobre. La interacción entre el campo magnético generado por la parte sombreada y la generada por una porción no sombreada inducen a la rotación cuando el motor es energizado. El desequilibrio entre la porción sombreada y no-sombreada del imán permanece durante toda la operación. Como resultado de ello, los motores de polo sombreado que se usan en aplicaciones de refrigeración cuyo rango de salida de potencia en el eje va de 6 W a 37 W son ineficientes, con eficiencias de motor típicas inferiores al 20 %. Los motores de motor sombreados son, sin embargo, electricamente simples y no son caros.
En un motor PSC, además del devanado principal hay presente un devanado de arranque más pequeño. El devanado de arranque está conectado electricamente en paralelo con el devanado principal y en serie con el condensador. En el arranque, las interacciones entre el campo magnético generado por el devanado del arranque y el generado por el devanado principal inducen rotación. Debido al condensador, sin embargo, la corriente al devanado de arranque se corta cuando el motor alcanza el estado estacionario. Debido a esto, los motores PSC son más eficientes energéticamente que sus equivalentes de polo sombreado, con eficiencias para motores con energía en el eje que va de 6 W a 37 W en el rango del 50 al 70 %. Como los motores de polo sombreado, los motores de PSC se producen en grandes cantidades y son relativamente económicos. El motor sin escobillas ofrece entre un 50 y un 60 % de reducción en vatios.
Un tercer tipo de motor eléctrico, el motor de imán permanente conmutado electrónicamente (ECM) (también conocido como motor magnético permanente sin escobillas), es más eficiente que los motores PSC o los de polo sombreado. Los motores ECM son más complejos que cualquier motor de polo sombreado o PSC, particularmente para aplicaciones de refrigeración comercial, ya que internamente funcionan con corriente DC. Se requiere por ello convertir desde AC a DC, y control electrónico para manejar la conmutación electrónica, p.ej. conmutar la potencia de los devanados del motor en sincronización con la rotación del motor. Por esta razón, los motores ECM pueden pesar más que un polo sombreado o motores PSC, y son más caros.
Los ventiladores del evaporador ahorran energía adicional debido a una carga de refrigeración reducida y a que requieren menos energía del compresor.
Control de velocidad variable en los motores del ventilador
Trabajando con velocidad variable puede reducirse el consumo de energía del ventilador y la carga de calor del ventilador asociada cuando los requerimientos de capacidad de enfriamiento permiten que disminuya el caudal de aire del evaporador. Sin embargo, cuando se opera a plena capacidad, no hay beneficio de ahorro energético con los controladores del motor del ventilador del condensador.
Aspas del ventilador de alta eficiencia
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Las aspas de ventiladores de alta eficiencia reducen los requerimientos de energía en el eje del motor moviendo el aire de forma más eficiente. La mayoría de los ventiladores del evaporador y condensador usan aspas de ventiladores axiales de plástico o metales estampados. Estas aspas del ventilador son de peso ligero y no son caros. Las aspas son típicamente suministradas por un fabricante de aspas de ventilador y montado al motor por el fabricante del equipo. Estos sistemas de ventiladores se producen en masa para un amplio rango de aplicaciones, y no están necesariamente optimizados para tipos de equipos específicos. Por ejemplo, los ventiladores del evaporador pueden operar con la eficiencia comprometida, debido a que los ventiladores de metal de láminas de diseño estándar no son convenientes para las altas caídas de presión requeridas.
Bibliografía: Energy Savings Potential and R&D Opportunities for Commercial Refrigeration. Final Report. U.S. Department of Energy. Energy Efficiency and Renewable Energy.
Palabras clave: Shaded pole motor, permanent split capcitor motor (PSC), electronically commuted permanent magnet motor (ECM)
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