INTRODUCCIÓN
Los variadores de frecuencia variable son equipos de gran
importancia en eficiencia energética y mejora de procesos. Los usos más comunes
están implantados incluso de serie en muchas aplicaciones comunes pero sus
posibilidades son infinitas cuando trabajamos con motores.
Alcance del variador de frecuencia variable
Los VFDs, o variadores de frecuencia variable trabajan en
corriente alterna, sistemas polifásicos y motores de inducción de 500 C.V. o
menos y en siguiente rango:
- 600 V o menos.
- PWM IGBT (ancho de pulso modulado usando transistores bipolares de puerta aislada).
Existen productos de ingeniería especiales para aplicaciones
de grandes motores pero no están incluidos en este tutorial.
Un VFD es un dispositivo que controla el voltaje y la
frecuencia que se están suministrando al motor y por lo tanto controla la
velocidad del motor y el sistema que está funcionando.
Un VFD es un dispositivo que controla el voltaje y la
frecuencia que se está suministrando al motor y por lo tanto controla la
velocidad del motor y el sistema que está funcionando. Cumpliendo las demandas
del proceso requeridas, la eficiencia del sistema mejora.
Un VFD es capaz de ajustar tanto la velocidad como el par de
un motor de inducción.
Un VFD por lo tanto proporciona un control de la velocidad
del proceso en un rango continuo (en comparación con el control de velocidad
discreto que proporcionan las cajas de engranaje o motores multi-velocidad).
VFDs pueden referirse por una variedad de otros nombres,
tales como variadores de velocidad variable, variadores de velocidad ajustable,
o inversores.
Control de la velocidad del motor
Los motores de inducción AC son esencialmente máquinas de
velocidad constante, con una variación de velocidad de sin carga a plena carga
de aproximadamente el 2 – 5 %, representando el deslizamiento del motor.
La velocidad de la máquina viene determinada por la
frecuencia de la fuente de alimentación y el número de polos magnéticos en el
diseño del estator.
Los motores de velocidad fija sirven a la mayoría de las
aplicaciones. En estas aplicaciones o sistemas, los elementos de control tales
como compuertas en conductos y válvulas se usan para regular el caudal y la
presión. Estos dispositivos usualmente resultan en operación ineficiente y
pérdidas de energía debido a su acción de estrangulamiento.
Sin embargo, a menudo es deseable tener un motor que opere a
dos o más velocidades discretas, o tengan una operación de velocidad
completamente variable. El ahorro incluye costes de capital y costes de
mantenimiento asociados con estos elementos de control.
La siguiente tabla da ejemplos típicos de cargas y su
potencial de ahorro energético.
Tipo de carga
|
Aplicaciones
|
Consideraciones de
energía
|
Carga de par variable:
La potencia varía con el cubo
de la velocidad.
El par varía con el cubo de la
velocidad.
|
Ventiladores centrífugos.
Bombas centrífugas.
Ventiladores centrífugos.
Sistemas de ventilación y aire
acondicionado.
|
La operación a baja velocidad da como resultado un ahorro
significativo ya que la potencia del motor cae con el cubo de la velocidad.
|
Carga de par constante
El par queda igual a todas las
velocidades.
La potencia varía directamente
con la velocidad.
|
Mezcladores.
Transportadores.
Compresores.
Prensas de impresión.
|
La operación a baja velocidad ahorra energía en proporción
directa a la reducción de la velocidad.
|
Carga de potencia constante
Desarrolla la misma potencia a
todas las velocidades.
El par varía inversamente con
la velocidad.
|
Máquinas de herramienta.
Tornos.
Molinos.
Punzonadoras.
|
No hay ahorro energético a velocidad reducida; sin
embargo, el ahorro energético puede alcanzarse optimizando las velocidades de
corte y mecanización para la parte que se está produciendo.
|
Economía del variador de frecuencia
La economía es típicamente uno de los factores más
importantes implicados en la selección del equipamiento industrial, pero los
métodos para evaluar no son tan sencillos. Muchas consideraciones económicas
importantes a menudo son ignoradas en las evaluaciones de VFD.
Potencial ahorro energético reemplazando una compuerta en
un conducto de entrada o salida con un VFD
|
||||
Volumen de aire (porcentaje del máximo)
|
Tiempo de operación diario (horas)
|
Energía consumida con dámper (kWh/año)
|
Energía consumida usando un VFD (kWh/año)
|
Diferencia en consumo de energía (kWh/año)
|
50 %
|
2
|
18500
|
4800
|
13700
|
60 %
|
3
|
29300
|
9800
|
19500
|
70 %
|
6
|
61700
|
26800
|
34900
|
80 %
|
6
|
63300
|
35900
|
27400
|
90 %
|
4
|
44200
|
32600
|
11600
|
100 %
|
3
|
34200
|
35200
|
-1000
|
Total
|
24
|
251200
|
145100
|
106100
|
El ahorro eléctrico es importante pero hay también otros
factores que serán incluidos como parte de una evaluación de los costes del
ciclo de vida del equipo. Por ejemplo cuando las bombas o ventiladores operan a
velocidades reducidas a menudo hay un ahorro significativo de mantenimiento
debido al desgaste reducido en juntas, rodamientos, ejes, etc. Cuando consideramos
el ahorro de costes en mantenimiento a lo largo del ciclo de vida debemos
contemplar un precio de compra típicamente un 10 % inferior.
Consideraciones de aplicación de los VFDs
Un variador de frecuencia es el método más efectivo en
costes si los ciclos de más exigentes están más uniformemente distribuidos en
un amplio rango de caudales. El ahorro energético mejora si las curvas de
resistencia del sistema y rendimiento son profundas.
Muchas buenas aplicaciones de los VFD son pasadas por alto
porque otros beneficios aparte del ahorro energético son pasados por alto. Para
cargas de par variable, el ahorro de los variadores de frecuencia variable
puede ser significativamente mayor ya que la potencia varía proporcionalmente
al cubo de la velocidad.
Para aplicaciones de potencias superiores a 25 C.V., los
costes de instalación son usualmente comparables a los costes de capital
totales del variador. En potencias inferiores a 25 C.V., los costes de
instalación pueden ser superiores a los costes del variador.
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