Los sistemas de ventilación
usualmente comprenden elementos de calefacción resistiva para calentar el gas
pasando a través del sistema de ventilación. Un sistema de calefacción
usualmente contiene uno o más elementos de calefacción, tales conductores o
láminas, que son conectados a un suministro eléctrico (usualmente voltajes
principales 230-480 V, 50 – 60 Hz). Cuando la electricidad pasa a través de los
elementos de calor resistivos, alguna energía se pierde en forma de calor debido
a la resistencia de esos elementos. Cuanta más corriente fluye a través de
elementos térmicos resistivos, más calor se genera.
Si el calentador resistivo
comprende una pluralidad de elementos de calefacción resistivos, se usan
fusibles y relés para conectar diferentes elementos de calefacción resistivos
en orden e incrementar o decrementar la capacidad de calefacción del calentador
resistivo (ej., la cantidad de calor utilizable producido por el calentador
resistivo). Tal solución significa que la capacidad de calentamiento de un
calentador resistivo puede solamente ser ajustada en pasos.
Un método para conseguir regular
un sistema de ventilación con medios efectivos en costes simples para regular
la temperatura de gases tales como aire.
Esto se consigue alcanzando un
sistema de ventilación comprendiendo medios resistivos para calentar el gas del
sistema de ventilación y con medios dispuestos para proporcionar una
corriente/voltaje AC variable continuamente controlado al menos parte por
medios de calefacción resistivos del sistema de ventilación para modular la
potencia suministrada que se está suministrando y mediante una regulación
continua de la temperatura del gas que fluye a través del sistema de
ventilación.
Los medios de calefacción
resistivos están previstos para incluir elementos de calefacción que están
dispuestos para conducir el calor y no incluyen elementos que están principalmente dispuestos para
inducir calor electromagnéticamente. Los medios de calefacción resistiva pueden
estar dispuestos para calentar gas directamente o indirectamente, es decir, los
medios de calefacción resistivos pueden estar en contacto directo con el gas o
pueden estar dispuestos para conducir calor a al menos otro componente, tal
como tubos metálicos rodeándolo se dice que son medios de calentamiento
resistivos que están en contacto directo con el gas.
Un variador de frecuencia o VFD
es un controlador electrónico que primero convierte la potencia de entrada a
potencia intermedia DC, usando un puente de entrada a una potencia intermedia
DC, usando por ejemplo un puente rectificador. La potencia intermedia DC luego
se convierte a una potencia intermedia DC luego se convierte a una salida de
voltaje AC variable usando por ejemplo modulación de anchura de pulso, donde el
conmutador del inversor se usa para dividir la forma de onda de salida casi
sinusoidal en una serie de pulsos de voltaje estrechos y modulan la anchura de
los pulsos.
Un VFD es capaz de variar el
voltaje (y no sólo la frecuencia) de su señal de salida y puede por lo tanto
disponerse para proporcionar una regulación de temperatura de una forma más
simple y efectiva en coste que las soluciones convencionales. La capacidad de
calentamiento de los medios de calentamiento resistivos puede ser controlada
continuamente y optimizad y acoplada de forma exacta a demandas específicas y
fluctuantes, permitiendo a los operadores un ajuste fino del proceso a la vez
que se reducen los costes energéticos.
Los sistemas de ventilación
convencionales a menudo comprenden un VFD que se usa para variar la velocidad
rotacional de un motor asíncrono que impulsa un componente tal como un
ventilador o bomba. Los motores asíncronos están diseñados para funcionar a una
velocidad rotacional que es proporcional al número de polos y la frecuencia
(50/60 Hz). Esto significa que el motor no puede producir potencias más grandes
en el eje a velocidades rotacionales más bajas cuando lo comparamos con
velocidades rotacionales más altas, ya que pueden ocurrir aumentos de la
corriente a través de los devanados del motor y ello da como resultado un
sobrecalentamiento si la salida de potencia es desproporcionadamente grande en
relación con la velocidad rotacional. Un VFD por lo tanto tiene que ser
construido para variar el voltaje de salida en tiempo con la frecuencia de
salida. Pequeñas desviaciones de una relación puramente lineal entre el voltaje
y la frecuencia de alimentación a un motor pueden compensarse por no
linealidades entre el requerimiento de potencia necesario en una regulación
aguas debajo de un motor bomba por ejemplo de forma que el voltaje decrece más
que la frecuencia desde una velocidad rotacional nominal.
El hecho de que un VFD regula el
voltaje entre 0 y 100 % puede utilizarse para regular la potencia desde un
calentador resistivo comprendiendo resistencia de calor que es calentada por un
voltaje forzando una corriente a través de un conductor que se calienta y emite
su calor pasando aire vía una cubierta metálica eléctricamente aislada
cubriendo el conductor. Ya que la resistencia eléctrica en el conductor (ley de
Ohm) para frecuencias normales inferiores a 1000 Hz, un conductor de
resistencia conectado a tal VFD emitirá calor en proporción al suministro de
voltaje independientemente de la frecuencia de alimentación. Incluso aunque el VFD
tiene una función que limita el voltaje a bajas frecuencias esto no afecta la
regulación de calor de un espacio porque el control del calor en sí mismo
simplemente hace una comparación entre el valor actual y el objetivo. Si una
habitación no está lo suficientemente caliente el VFD tiene que posicionarse a
una frecuencia modulada, lo cual da como resultado un voltaje de salida
incrementado y consecuentemente una alimentación de potencia más alta al
calentador de aire.
Es por supuesto posible
proporcionar variación de voltaje sin variar la frecuencia con otros
dispositivos en forma de diferentes componentes de semiconductor por ejemplo
para obtener capacidad de calentamiento variable. Pero se requieren
dispositivos que son sustancialmente más caros que los VFD. Estos dispositivos
deben además usarse en conjunción con filtros eléctricos avanzados para evitar
interferencia electromagnética en los alrededores y a la red de alimentación.
Tales filtros eléctricos son componentes estándar en los VFDs. VFDs también
contienen diferentes tipos de protección limitadores de corriente, eliminando
la necesidad de tales componentes separados.
De acuerdo con este diseño el
sistema VFD comprende un VFD que no solamente está dispuesto para modular la
potencia suministrada o al menos una parte del calentamiento resistivo del
sistema de ventilación, pero también está preparado para regular la velocidad
rotacional de al menos un motor eléctrico, tal como un motor que impulsa al
menos un componente, tal como ventilador o bomba, contenido en el sistema de
ventilación o en su vecindad. Un componente simple de un sistema de ventilación
puede por tanto ser usado en dos aplicaciones diferentes; es decir para regular
la velocidad rotacional de al menos parte de un medio de calentamiento
resistivo. De esta forma se consigue una regulación económica muy efectiva. Es
incluso posible tener un sistema comprendiendo un ventilador de aire de
alimentación, seguido por un calentador de aire y luego un ventilador de aire
de salida para mantener equilibrio de presión en el sistema donde ambos
ventiladores y el calentador de aire son accionados por el mismo VFD.
Otra configuración puede
comprender un sensor que está dispuesto para detectar o supervisar un parámetro
indicativo de la capacidad de calentamiento de los medios de calentamiento
resistivos. Tal parámetro puede ser la temperatura del gas pasando a través del
sistema de ventilación, la temperatura de parte del sistema de ventilación o
sus alrededores, o la temperatura o resistencia del medio de calentamiento
resistivo. La lectura del sensor proporciona un controlador con un valor actual
indicativo de la capacidad de calentamiento de los medios de calentamiento. La
potencia suministrada a al menos una parte de los medios de calentamiento resistivos
se modulan para alcanzar o mantener una capacidad de calentamiento en
conformidad con los valores objetivos de entrada.
Bibliografía
·
Ventilation
system and method. US 2010/0068984 A1
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