22 julio 2012

Método de control de sistemas de ventilación




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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