En el último artículo analizamos cómo usamos la configuración de parámetros para adaptar el variador a nuestras necesidades de control. Ahora veamos un tema más amplio, el ahorro de energía.
Existen muchas razones para usar variadores de frecuencia. Facilitan mucho el control de procesos y la operación de la máquina; reducen la corriente de arranque y hacen que el arranque sea más controlado; reducen el ruido innecesario y el desgaste. Pero una de las ventajas clave es que a menudo reducen tu factura de la luz.
Los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado se automatizan fácilmente mediante variadores de frecuencia
Antes de entrar en los ahorros de la conducción, debemos recordar que la eficiencia del motor también es importante. La legislación europea ahora básicamente dice que no puedes comprar un motor IE1 (el menos eficiente); si compras un motor IE2 debes usarlo con un variador de frecuencia.
Ahora bien, el coste del motor es solo uno o dos por ciento del coste total de propiedad debido a la energía que consume durante su vida útil, así que además de la legislación, tiene sentido mirar los motores IE3 e IE4, que ahora están ampliamente disponibles. Motores más exóticos, como los de imanes permanentes, ofrecerán aún mayores eficiencias cuando se usen con un accionamiento, pero hablaré de ello en un artículo posterior. Y mientras seleccionas el motor, recuerda que la mayoría de los motores son más eficientes cuando funcionan cerca de su potencia nominal, así que no elijas un motor más grande de lo necesario.
Volviendo a los variadores de frecuencia. Si reduces la velocidad de un motor usando un variador, casi con toda seguridad reducirás la energía que consumes. Si la carga es de par constante, la potencia será proporcional a la velocidad. Una carga de par constante es aquella en la que la carga no cambia demasiado con la velocidad; transportadoras, mezcladoras, muchas máquinas pequeñas. Sin embargo, en estas aplicaciones el control de procesos suele ser más importante que el ahorro energético.
Por cierto, hacer funcionar el variador en Control Vectorial suele resultar en una reducción en el consumo de energía porque el variador ajusta continuamente el voltaje y la frecuencia para optimizar el funcionamiento del motor. Esto es especialmente útil con cargas de par constante, ya que ofrece el mejor rendimiento también. Invertek E3 ahora funciona en control vectorial como estándar, y el rango P2 es fácil de configurar en modo vectorial. Pruébalo y comprueba la reducción de corriente del motor mirando la pantalla.
Sin embargo, los variadores de frecuencia realmente empiezan a apagarse con cargas de par variable; es decir, cargas que aumentan con la velocidad. La mayoría de los ventiladores y muchos tipos de bombas tienen cargas de par variable – de hecho, el par aumenta con el cuadrado de la velocidad. Esto significa que la potencia es proporcional al cubo de la velocidad (véase la Figura 1).
Fig. 1 Curvas de potencia y par para una bomba o ventilador
Así que reducir la velocidad de una bomba o ventilador en un 10% reduce el consumo de energía en aproximadamente un 25%, incluso teniendo en cuenta las pérdidas del variador (normalmente alrededor del 3%). Si reduces la velocidad en un 20%, estarás cerca de reducir a la mitad el consumo de energía. Ten en cuenta que algunas bombas, como las de desplazamiento positivo, tienen cargas de par constante y funcionan mejor con un ajuste industrial o de par constante usando un accionamiento E3 o P2.
Por supuesto, si instalas un variador de frecuencia y solo haces funcionar la bomba o el ventilador a toda velocidad no ahorrarás, pero si reduces la velocidad —aunque sea un poco— el tiempo de retorno probablemente será de meses, no de años. Los proveedores de variadores te ofrecerán una buena hoja de cálculo para mostrar estos ahorros. Si un variador en particular da mejores resultados que otros, sé sospechoso: es la física de la bomba o del ventilador lo que da el salvamento, y debería ser prácticamente igual para todos los variadores. La Figura 2 muestra una hoja de cálculo típica; El variador funciona mayormente al 70 – 90% de la velocidad máxima y el tiempo de amortiguación es de once meses. Puedes descargar esta calculadora desde aquí
Fig. 2 Cálculo del retorno de inversión para una aplicación típica
Si quieres sacar lo mejor del variador, no bajes un poco la velocidad y esperes que el proceso no se vea afectado. Podrías instalar un sensor, volver a conectarlo al variador y usar el control de lazo cerrado del variador para mantener el caudal, la temperatura, la presión o lo que sea automáticamente. Analizaremos en detalle cómo hacerlo en un artículo posterior. Ahora puedes quitar esas torpes válvulas de acelerador y amortiguadores y ver cómo aumenta el ahorro de energía.
O simplemente podrías usar un temporizador y conducir con ese ventilador que funciona todo el tiempo, seleccionando una velocidad más lenta por la noche y fines de semana.
Dado que instalar un accionamiento de frecuencia variable en una bomba o ventilador es tan rentable y sencillo, no es de extrañar que aproximadamente la mitad de las aplicaciones de variadores de frecuencia impliquen estas cargas de par variable. Recuerda, además de ahorrar energía y mejorar el control, las corrientes de arranque se reducen y los golpes y vibraciones se eliminan en gran medida. De hecho, mejor en general.
La mayoría de los fabricantes de variadores ofrecen una gama especial de variadores optimizados para aplicaciones de bombas y ventiladores. Estos accionamientos no cuentan con las sofisticadas funciones de control y sobrecarga de un sistema industrial (es decir, par constante), pero a menudo cuentan con funciones adicionales útiles para bombas y ventiladores. Por ejemplo, el Invertek Eco Drive tiene un software especial para controlar varias bombas cuando opera en modo cascada; Tiene una función de limpieza de bomba que detecta obstrucciones y las elimina. Ahorrará energía entrando en modo de espera cuando no haya demanda, etc. Algunas variantes de accionamiento Eco también podían ahorrar dinero gracias a sus bajos armónicos de entrada; no se necesitan inductores y la corriente de entrada efectiva se reduce.
Así que el variador te ahorra dinero y aporta funciones de control adicionales. ¿No te va a gustar?
Por último, no olvidemos la sencilla función de ‘ahorro de energía’ que es estándar en todos los variadores Invertek. Esta función monitoriza continuamente la carga en el accionamiento y, si la carga es ligera, reduce la corriente de magnetización (efectivamente disminuyendo ligeramente la tensión de salida) en el motor, lo que reduce las pérdidas en el motor y el accionamiento. La desventaja de esto es un pequeño retraso en la carga repentina. En muchas aplicaciones no lo notarías. El ahorro no es grande, a veces se dice que es uno o dos por ciento, pero cualquier pequeño ahorro, ¿no? El parámetro P-06 en E3 (P1-06 en P2 y Eco) permite esta función. La Figura 3 muestra la función en acción.
Fig. 3 Función de ahorro energético
Vale la pena enfatizar de nuevo el enorme ahorro que puedes lograr al instalar un variador en una bomba o ventilador. Los variadores de frecuencia han sustituido en gran medida a otros métodos de control de flujo y presión en los sistemas de tratamiento de aire, pero aún existen muchas oportunidades de ahorro energético esperando para un accionamiento.
En el próximo artículo veremos el control en lazo cerrado usando un variador de frecuencia.
