Las mejores aplicaciones de los variadores de frecuencia variable

En varios artículos venimos hablando de los variadores de frecuencia variable, sistemas bien útiles desde el punto de vista de la eficiencia energética. Nuevamente tratamos estos elementos de la electrónica de potencia centrándonos en la descripción de las aplicaciones para los que son más útiles.

El motor más utilizado en la construcción de aplicaciones de calefacción, ventilador y aire acondicionado (HVAC) es de inducción en tres fases, aunque algunas aplicaciones más pequeñas pueden utilizar un motor de inducción monofásico. Los variadores de frecuencia variables, VFD pueden aplicarse a ambos.

Asimismo, si bien los controladores de VFD se pueden utilizar con una amplia gama de aplicaciones, las que producen los beneficios más importantes son aquellas que requieren velocidad variable. Por ejemplo, el caudal producido por las bombas de sistemas de HVAC se pueden adaptar a la carga del edificio mediante un VFD de caudal variable. Del mismo modo, en los sistemas que requieren una presión constante independientemente del caudal, tanto en los sistemas de agua caliente como fría, un VFD controlado por un valor de presión, puede mantener la presión por encima de los niveles de mayor demanda.

La mayoría de los sistemas de HVAC comerciales e institucionales usan sistemas de ventilación de volumen variable para distribuir el aire acondicionado. La mayoría son controladas por un sistema de paletas de admisión variable en el sistema de ventiladores y cajas de volumen de aire variable. Cuando la carga en el sistema disminuye, las cajas de volumen variable de aire se cierran, incrementando la presión estática en el sistema. El controlador del ventilador lo detecta y esto incrementa y cierra sus paletas de admisión. Mientras se usa este tipo de sistema de control, se reducirán los requerimientos de energía del ventilador del sistema, lo cual no es tan eficiente o exacto como los sistemas basados en VFD.

Otro candidato para el uso VFD es un sistema de flujo variable de refrigerante. Los sistemas de flujo variable de refrigerante variable conectan uno o más compresores a un sistema común de abastecimiento de refrigerante que alimenta múltiples evaporadores. En las tuberías de refrigerante en vez de conductos de aire, se reducen considerablemente los requisitos de distribución de energía. Debido a que la carga en el compresor está en constante cambio por la demanda de los evaporadores, puede usarse un VFD para controlar la velocidad de funcionamiento del compresor para que coincida con la carga. De esta forma se reducen los requerimientos de energía bajo condiciones de carga parcial.

Aplicaciones adicionales de VFD

Si bien el principal beneficio de ambas aplicaciones VFD es el ahorro de energía, VFD están bien adaptados para su uso en otras aplicaciones donde la conservación de la energía es de importancia secundaria. Por ejemplo, VFD puede proporcionar la velocidad precisa o control del par en algunas aplicaciones comerciales.

Algunas aplicaciones especializadas usan dos ventiladores o bombas. Los VFD, con su control preciso de la velocidad, pueden asegurar que las dos unidades funcionan a la velocidad deseada y no terminan compitiendo entre sí o dejando que una unidad transporte más de su nivel de carga de diseño.

Los avances en tecnología han propiciado el aumento del número de cargas que puede ser utilizados por las unidades. Hoy en día, las unidades están disponibles con especificaciones de voltaje y corriente que puede coincidir con la mayoría de los motores de inducción trifásicos que se encuentran en los edificios. También se han instalado en grandes enfriadoras centrífugas, donde son frecuentes 500 H.P. o potencias más altas. En estas instalaciones pueden lograrse ahorros muy grandes.

Uno de los cambios más significativos que ha tenido lugar recientemente es que con la aceptación generalizada de las unidades y el reconocimiento de los beneficios energéticos y de mantenimiento, los fabricantes están incluyendo los controles VFD como parte de su sistema en numerosas aplicaciones. Por ejemplo, los fabricantes de enfriadores centrífugos ofrecen VFD controles como una opción en sus unidades.

Algunas Precauciones

Al evaluar la instalación de VFD, deberán tener en cuenta una serie de factores relacionados con los aspectos específicos de la aplicación. Por ejemplo, la mayoría de VFD emiten una serie de pulsos rápidos. Estos pulsos pueden reflejarse por los terminales del motor en el cable que conecta el VFD al motor. En aplicaciones donde hay un largo recorrido entre el motor y VFD, estos pulsos reflejados pueden producir tensiones que exceden la tensión de línea, provocando tensiones en las bobinas del cable y del motor que podrían provocar a fallos en el aislamiento. Aunque este efecto no es muy significativo en los motores que funcionan a 230 voltios o menos, es una preocupación para aquellos que operan a 480 voltios o más. Para esas aplicaciones, debe reducirse al mínimo la distancia entre VFD y el motor, usar cableados diseñados específicamente para ser utilizados con variadores de frecuencia, y considerar la instalación de un filtro especialmente diseñado para reducir el impacto de los pulsos reflejados.

Otro factor a considerar es el impacto que el VFD puede tener en los cojinetes del motor. Los impulsos producidos por el VFD pueden generar una diferencia de voltaje entre el eje del motor y su carcasa. Si esta tensión es lo suficientemente alta, puede generar chispas en los rodamientos que erosionan su superficie. Esta condición también se puede evitar mediante un cable diseñado específicamente para su uso con variadores de frecuencia.

Bibliografía: The Best Applications for VFDs