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Ahorro de energía con
variadores de frecuencia

Más del 60% de la energía eléctrica demandada en la actualidad es consumida por motores eléctricos. Por esto, uno de los puntos más relevantes para la industria en general ha sido estudiar el conjunto motor-carga y tratar de optimizar el proceso completo. Lo normal es encontrarse con motores que trabajan en condiciones de carga variable (líquidos, pesos, gases, etc.). En estos casos, la regulación electrónica de la velocidad de los motores en función de las necesidades, sustituye a los sistemas tradicionales de control con resultados energéticos espectaculares.

Sin embargo, los motores con menor nivel de exigencias en el mantenimiento son los motores asíncronos de jaula de ardilla, debido a que carecen de colector, tienen una relación peso-potencia mucho menor que los de motores de continua y, por tanto, un costo significativamente más bajo. Por estas razones, dada su capacidad de soportar sobrecargas y su elevado rendimiento, es el motor más atractivo para la industria.

eecol2.jpg (6557 bytes)Desde hace aproximadamente 25 años, el elevado desarrollo de la electrónica de potencia y los microprocesadores ha permitido variar la velocidad de estos motores, de una forma rápida, robusta y fiable, mediante los reguladores electrónicos de velocidad, llamados comúnmente variadores de frecuencia.

La elección de la instalación de un variador de frecuencia como método de ahorro energético supone:

Reducción del consumo.

Mejor control operativo, mejorando la rentabilidad y la productividad de los procesos productivos reduciendo la velocidad de los motores cuando no sea necesario.

Minimización de pérdidas en motor e instalaciones.

Ahorro en mantenimiento (el motor trabaja siempre en las condiciones óptimas de funcionamiento).


Ahorro de energía de acuerdo a la aplicación

En la actualidad se encuentran disponibles diferentes tipos de variadores de frecuencia, los que deben ser escogidos de acuerdo a la aplicación o carga que se desee controlar. Comúnmente se utilizan con muy buen resultado los modelos con PWM-Modulación de Ancho de Pulsos (Escalar-Vectorial) y Control Directo de Torque.

Para control de cargas de torque variable (como bombas centrífugas, ventiladores, entre otros), donde el torque varía al cuadrado de la velocidad y la potencia al cubo de la velocidad: El variador de velocidad entrega una operación segura y silenciosa sobre la partida y la parada del motor, y una larga vida útil de los componentes eléctricos y mecánicos del sistema. En el rango inferior de revoluciones o en el funcionamiento con cargas reducidas, resulta posible obtener un drástico ahorro de energía de hasta 60%. Un ahorro energético adicional se obtiene por medio del control óptimo de la excitación del motor. Gracias a ello, el motor es alimentado en todo momento con el flujo magnético óptimo, reduciendo así las pérdidas. Como resultado, obtenemos una efectividad máxima del motor con un grado máximo de eficiencia energética.

eecol3.jpg (7295 bytes)Comúnmente para este tipo de aplicaciones, se utilizan variadores con control PWM (Vectorial) con rangos de frecuencia de 0-400 Hz, con capacidad de sobrecarga típicas de 120% 1m/10m; 200% Tnom en arranque, en rangos de tensión desde 380 hasta 690V.

El variador de velocidad entrega un gran ahorro de energía en comparación con otros sistemas alternativos, como por ejemplo, válvulas reguladoras. Junto con el ahorro de energía ofrecen una eficiente manera de controlar el flujo de aire y/o agua, y un elevado nivel de confort a los usuarios de la instalación en donde éste sea utilizado.

Para cargas con torque constante -grúas, molinos, correas transportadoras, entre otras-, se utilizan variadores de velocidad con control directo de torque. En todas estas aplicaciones, el torque es independiente de la velocidad, en donde en el arranque se requiere mayor torque que el nominal.

Junto a lo anterior, se incluyen las aplicaciones de torque creciente linealmente con la velocidad, en donde la potencia varía al cuadrado de la velocidad, como son las mezcladoras y bombas volumétricas de tornillo.

Finalmente, aplicaciones con potencia constante, en donde la potencia es independiente de la velocidad, funcionamiento propio de maquinarias y sistemas de arrollamientos (rodillos, limitador de prensas, bobinador/desbobinador).

Para todas estas aplicaciones, se recomienda utilizar variadores de velocidad con control directo de torque, con rango de frecuencia típicos de 0 a 400 Hz, capacidad de sobrecarga de 150% 1m/10m; hasta 400% Tnom en arranque.

El variador de velocidad con control directo de torque ofrece intensidades de arranque más bajas, por lo tanto es posible usar fusibles más pequeños, cables de menor sección y menos gasto en energía, logrando de esta forma tener menos estrés mecánico en el motor, aumentando su vida útil.

El ahorro de energía se determina por la fracción de tiempo operando bajo un nivel de carga en particular y el período de operación bajo esas condiciones. Los ahorros más importantes los tendremos en las cargas de torque cuadrático, donde una pequeña disminución de velocidad produce una gran disminución de potencia absorbida por el motor.

Por René Rodríguez, Product Manager
Accionamientos de Motores BT&MT Benshaw & Emotron
AB,  Departamento Ingeniería de EECOL Electric Ltda.
r.rodriguez@eecol.cl
Agosto 2008
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Comentarios acerca de este artículo
hernando mavargas magnoinver sas (16/11/2015)
por favor agradeceria su recocomendacion para trabajo pesado y torque no variable
SEGUNDO ALMAGRO GA CONTROL (03/09/2009)
Estimado Cristian.
Como consigo ese libro
saludos
Cristián Guevara Vicuña E³ - Expertos Eficiencia Energética (03/09/2008)
Estimados:
- saludos cordiales
-ojo cuando quiera estimar ahorros de energía con variadores de velocidad, especialmente en el caso de cargas de torque variable, como son las bombas y ventiladores. Si varía la velocidad también lo harán las curvas de potencia, las de pérdidas de carga del sistema y los rendimientos.

Lea el libro "Métodos prácticos para lograr ahorros de energía eléctrica" - segunda edición.
Sus consultas al e-mail:

expertos.eficiencia@gmail.com

Atte.-
CGV
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