01 febrero 2011

Retorno de inversión en nueve meses mejorando la ventilación de una caldera




El funcionamiento de un variador de frecuencia, es de controlar la velocidad de un motor eléctrico, dependiendo de las necesidades de una instalación. Al utilizar este elemento en un sistema de climatización nos permite, por un lado mantener constante las necesidades de la instalación, y por otro lado conseguir importantísimos ahorros energéticos. En este artículo vamos a ver un ejemplo del tiempo de amortización en el que recuperamos la inversión en esta tecnología.

Los variadores de frecuencia Danfoss de la serie VLT de Danfoss comprenden soluciones de caudal variable que permiten reemplazar los viejos arrancadores. Veamos algunos ejemplos de aplicación:

Ejemplo 1: Payback de nueve meses en los ventiladores de una caldera

Dairy Crest Severnside en Stonehouse Gloucestershire es una moderna planta de procesado de leche en el Reino Unido, produciendo leche fresca, mantequilla, crema, concentrados, etc. El uso de energía en forma de vapor es muy elevado.

Una de las oportunidades de ahorro energético identificados en la planta fue invertir en la mejora del control. ´Concretamente en una caldera de baja presión (100 psi o 6,89 bares). La capacidad de generación de vapor era de 4230 kg/h de vapor, y esta caldera estaba suministrando un promedio de 2200 kg/h, solamente el 52 % de su capacidad.

Control con amortiguador derrochador e inexacto

El control de la combustión mediante un amortiguador de aire de la ventilación forzada es inexacto y derrochador. Una de las medidas que se contemplaron fue reducir el tamaño del quemador de la caldera para acoplar la carga de vapor, lo que les permitiría reducir el tamaño del motor del ventilador de tiro forzado. Sin embargo, la demanda de vapor de proceso eventualmente se incrementaría en el futuro cuando se introdujesen nuevos productos, por ello se excluyó cualquier reducción en la capacidad de la caldera.
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Control mejorado del ratio combustible/aire

Después de consultar con el fabricante del quemador de la caldera se estableció que se conseguiría un control más eficiente con un nuevo sistema de control de combustible electrónico y un controlador de velocidad variable al motor del ventilador de aire forzado. Este proyecto de retrofit simple proporcionaría la optimización completa del ratio combustible/aire. La velocidad del variador se regularía vía una señal de 4-20 mA desde el controlador de combustión digital directo (DDCC) y el variador proporcionaría una señal de realimentación al DDCC.

Consumo de combustible reducido

Además de un buen ahorro eléctrico del control de velocidad eficiente del motor, se consigue una reducción en el uso de combustible en la caldera reemplazando el sistema mecánico del control de combustible, además de reduciendo el mantenimiento. También se extiende la vida del ventilador y se reducen los niveles de ruido del ventilador.

Medición del payback

El payback en la inversión en un control de velocidad variable se calculó inicialmente en menos de un año. Para sostener esto, se tomaron mediciones durante un año bajo el control del amortiguador durante un año de operación. Durante 265 días de funcionamiento la potencia absorbida por el motor de 11 kW fue aproximadamente constante en 9.75 kW. El motor consumió 61.776 kWh, y ello supuso un coste de funcionamiento de 2471 libras al año.

Se llevaron a cabo las mismas mediciones despúes de llevar a cabo el proyecto de retrofit con el nuevo sistema de combustible.

El consumo de energía se había reducido a 2,30 kW a una frecuencia de funcionamiento de 32 Hz. Extraplando esta cifra promedio a lo largo de un año típico de operación obtuvimos un consumo de energía anual de 14572 kWh, y costes de 582 libras al año, lo cual supone un ahorro anual de 1889 libras.

El coste instalado del variador fue de 1400 libras, lo cual supone un retorno de la inversión de solamente 9 meses.

Ejemplo 2: Solución de caudal variable en motores de ventiladores

 El Kennedy Center es un edificio construido en los años 60, antes de que se pensase en los actuales precios de la energía. Se instaló un variador de la serie VLT de Danfoss en la solución de caudal variable, para sustituir los viejos arrancadores de motores de caudal constante. Los variadores VLT se instalaron en bombas secundarias en sistemas de bombeo de ventiladores. La aplicación fue compleja, con unos 25 controladores de aire en múltiples zonas.

El proyecto incorporó 50 variadores.

Problemas de ejecución

El primero de los problemas a los que se enfrentó el proyecto fue el hecho de que los ventiladores estaban impulsados por motores de 1200 rpm, que requieren variadores más grandes. Estos motores arrancan más lentamente e imponen una mayor tensión en el sistema que los motores de 1800 rpm, que son más típicos en estas aplicaciones.

Los motores de 1200 rpm son raros, y es único ver tantos en la misma aplicación. Estos motores arrancan más lentamente e imponen una mayor tensión al sistema que los motores de 1800 rpm, que son más típicos en estas aplicaciones.

El segundo problema que tenía el cliente era el espacio. En edificios existentes, el equipo mecánico o eléctrico se en cuentran a menudo en habitaciones donde hay muy poco espacio.

El paquete con variadores tradicionales requiere ser montado en cuadros horizontales que ocupan un área grande.

Bibliografía:
  • Danfoss keeps things tuned up at the Kennedy Center. Danfoss
  • VLT drives pay back in 9 montrhs on boiler fans. Danfoss
Palabras clave:  Direct digital combustion controller (DDCC)
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