AHORRO de Energía, Mediante el Uso Inteligente de Convertidores de Frecuencia
Las necesidades y exigencias actuales a los sistemas de Refrigeración y Aire Acondicionado, requieren no sólo de un mejor control, sino que este se realice de la manera más eficiente y al menor costo.
En
ese sentido y bajo un escenario mundial en el que los costos
relacionados al consumo de energía se incrementan cada vez más, y que
impactan de manera directa nuestros bolsillos, resulta por tanto
imperativo buscar e implementar estrategias que nos permitan reducir lo
que tenemos que pagar por este concepto.
De
esta manera, organismos y empresas nacionales e internacionales
dedicados a estos propósitos, difunden y apoyan el uso de nuevas
tecnologías para el ahorro de energía. En el caso muy particular de las
aplicaciones encontradas en HVAC/R, existe la posibilidad de mejoras a
las nuevas construcciones para un uso más eficiente de energía, y aún
todavía más interesante, realizar dichos perfeccionamientos en los
sistemas antiguos ya existentes.
Evidentemente
hay que realizar un estudio de viabilidad tanto económica como técnica
para la realización de estas mejoras, pero las posibilidades que se
abren son bastante interesantes tanto para el cliente, el usuario final,
como para las empresas y organismos que ofrecen sus productos y
servicios.
Al
respecto, un elemento que nos puede ayudar a alcanzar estos objetivos
de control y ahorro de energía es el Convertidor de Frecuencia, que es
un dispositivo electrónico que provee un control infinitamente variable
de la velocidad de los motores de Corriente Alterna ya que convierte
el voltaje y la frecuencia fijos de la alimentación, a valores de
voltaje y frecuencia variables a su salida.
Cabe
mencionar que los Convertidores de Frecuencia se puede encontrar con
otros nombres tales como: Variador de Frecuencia, Variador de Velocidad,
Inversor, Drive y Control de Velocidad; y la gran mayoría de estos
equipos disponibles en el mercado funcionan mediante los siguientes
cuatro bloques o circuitos principales internos para su funcionamiento:
1. Circuito Rectificador: convierte el voltaje de corriente alterna a corriente directa.
2. Circuito Intermedio: se encarga de suavizar el voltaje de corriente directa.
3. Circuito Inversor: convierte el voltaje de corriente directa a voltaje de corriente alterna de voltaje y frecuencia variables.
4. Circuito de Control: se encarga de supervisar y controlar a los demás circuitos.
Al
utilizar Convertidores de Frecuencia para controlar ventiladores y
bombas se saca partido de las bombas centrífugas y de los ventiladores
que siguen las leyes de proporcionalidad que les son propias y la gran
ventaja de emplear un Convertidor de Frecuencia para controlar la
velocidad de ventiladores o bombas está en el ahorro de electricidad que
se obtiene, ya que si se compara con sistemas de control y tecnologías
alternativos, un Convertidor de Frecuencia es el sistema de control de
energía óptimo para controlar sistemas que usan ventiladores y bombas.
Ejemplos de ahorro de energía Como
se muestra a continuación en la figura (leyes de proporcionalidad)
presenta el flujo que se controla cambiando las rpm. Al reducir la
velocidad sólo un 20% respecto a la velocidad nominal, el flujo también
se reduce en un 20%. Esto se debe a que el flujo es directamente
proporcional a las rpm. El consumo eléctrico, sin embargo, se reduce en
un 50%.
Si
el sistema en cuestión sólo tiene que suministrar un flujo
correspondiente al 100% durante unos días al año, mientras que el
promedio es inferior al 80% del flujo nominal para el resto del año, el
ahorro de energía es incluso superior al 50%.
Las leyes de la proporcionalidad
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Esta figura describe la dependencia del flujo, la presión y el consumo de energía respecto a las rpm.
Q = Flujo P = Potencia
Q1 = Flujo nominal P1 = Potencia nominal
Q2 = Flujo reducido P2 = Potencia reducida
H = Presión n = Regulación de velocidad
H1 = Presión nominal n1 = Velocidad nominal
H2 = Presión reducida n2 = Velocidad reducida
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Ejemplo con flujo variable durante un año El
siguiente ejemplo se calcula sobre la base de unas características
obtenidas de una hoja de datos de una bomba. (45 kW). Pueden emplearse
los mismos ejemplos de cálculos en el caso de las características de un
ventilador. El resultado obtenido es un ahorro superior al 50% con una
distribución de flujo en un año, correspondiente a 8,760 horas.
De
manera característica, este ejemplo da como resultado un período de
amortización de un año, dependiendo del precio por kWh y del precio del
convertidor de frecuencia.
Características de la bomba
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Ahorro de energía
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Control mejorado Si
se utiliza un convertidor de frecuencia para controlar el flujo o la
presión de un sistema, se obtiene un control mejorado. Un convertidor de
frecuencia puede variar la velocidad de un ventilador o una bomba, lo
que permite obtener un control variable de flujo y presión. Además,
adapta rápidamente la velocidad de un ventilador o de una bomba a las
nuevas condiciones requeridas de flujo o presión del sistema.
Los
sistemas de control mecánicos de flujo y presión tradicionales
proporcionan un control lento y poco preciso en comparación con el de un
convertidor de frecuencia.
Instalación más sencilla con un convertidor de frecuencia Un
convertidor de frecuencia puede sustituir a un sistema de control
tradicional en el que se utilizan válvulas y compuertas mecánicas para
controlar el flujo o la presión. La gran ventaja de emplear un
convertidor de frecuencia es que el sistema se hace más sencillo, debido
a que no se necesita una gran parte de los equipos eléctricos y
mecánicos.
No se requieren correas trapezoidales En los sistemas de control mecánicos, en los que el ventilador se acciona con correas trapezoidales, es necesario cambiar los discos de las correas para ajustar la velocidad del ventilador a la máxima carga necesaria.
Al
usar un convertidor de frecuencia, las correas se pueden sustituir por
motores accionados directamente, cuya velocidad se modifica
sencillamente con el convertidor de frecuencia. De este modo mejora la
eficiencia del sistema y la instalación completa ocupa menos espacio. No
hay polvo producido por las correas y el mantenimiento es menor.
No se requieren válvulas y reguladores de compuertas Como
el flujo o la presión pueden controlarse mediante el convertidor de
frecuencia, no se requieren válvulas y reguladores de compuerta en el
sistema.
Compensación Cos φ Hablando en general, un convertidor de frecuencia con un cos φ de 1 proporciona una corrección del factor de potencia para el cos φ del motor, lo que significa que no es necesario tener en cuenta el cos φ del motor cuando se dimensiona la unidad de corrección del factor de potencia.
No se requiere un arrancador en estrella/delta o un arrancador por autotransformador Cuando
se necesita arrancar motores relativamente grandes en muchos países es
necesario usar equipos que limiten la corriente de puesta en marcha.
En
los sistemas tradicionales, se utiliza con frecuencia un arrancador en
estrella/delta o un autotransformador. Estos arrancadores de motor no
se necesitan si se usa un convertidor de frecuencia.
Como se ilustra en la siguiente figura, un convertidor de frecuencia no consume más corriente que la nominal.
1 = Convertidor de frecuencia
2 = Arrancador en estrella/delta
3 = Arrancador suave
4 = Arranque directamente a línea
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