Como proveedor de unidades de frecuencia variable de 7.5kW (VFD), a menudo me preguntan sobre los principios de ahorro de energía detrás de estos dispositivos. En este blog, profundizaré en la energía clave: ahorrar principios de un VFD de 7.5kW, arrojando luz sobre cómo pueden contribuir a ahorros de energía significativos en diversas aplicaciones.
Control de velocidad variable
Uno de los principios de ahorro de energía fundamental de un VFD de 7.5kW es su capacidad para controlar la velocidad de un motor eléctrico. Los motores de velocidad fijos tradicionales se ejecutan a una velocidad constante, independientemente de los requisitos de carga reales. Esto significa que incluso cuando la carga es ligera, el motor todavía consume una cantidad significativa de energía.
Un VFD de 7.5kW, por otro lado, puede ajustar la velocidad del motor de acuerdo con la demanda de carga. La relación entre el consumo de energía motor, la velocidad y el par se rige por las leyes de afinidad. Para una bomba centrífuga o un ventilador, el consumo de energía es proporcional al cubo de la velocidad. Matemáticamente, (p_2 = p_1 \ times (\ frac {n_2} {n_1})^3), donde (p_1) y (p_2) son los consumos de potencia a velocidades (n_1) y (n_2) respectivamente.
Por ejemplo, si la velocidad de un motor se reduce en un 20% (de (n_1) a (n_2 = 0.8n_1)), el consumo de potencia será (P_2 = P_1 \ Times (0.8)^3 = 0.512p_1). Esto significa que el motor consumirá solo alrededor del 51.2% de la energía que consumiría a toda velocidad, lo que resultará en un ahorro de energía sustancial.
En aplicaciones industriales como sistemas de bombeo de agua y sistemas de HVAC (calefacción, ventilación y aire acondicionado), donde los requisitos de carga varían durante todo el día, un VFD de 7.5kW puede ajustar la velocidad del motor para que coincida con la demanda real. Esto asegura que el motor no haya terminado y consuma energía innecesaria, lo que lleva a ahorros de costos significativos con el tiempo.
Inicio y parada suaves
Otra característica de energía importante: el ahorro de un VFD de 7.5kW es su capacidad para proporcionar un arranque suave y detenerse para el motor. Cuando se inicia directamente un motor tradicional, dibuja una gran corriente de entrada, que puede ser de hasta 6 a 8 veces la corriente nominal del motor. Esta alta corriente de entrada no solo consume una gran cantidad de energía, sino que también impone un estrés significativo en el motor y el sistema eléctrico.
Un VFD de 7.5kW aumenta gradualmente el voltaje y la frecuencia para iniciar el motor, reduciendo la corriente de entrada a un nivel mucho más bajo, típicamente alrededor de 1.5 - 2 veces la corriente nominal. Esto no solo ahorra energía durante el proceso de inicio, sino que también extiende la vida útil del motor y otros componentes eléctricos.
Del mismo modo, durante el proceso de detención, un VFD puede reducir gradualmente la velocidad del motor, en lugar de cortar abruptamente la potencia. Esta desaceleración suave reduce la tensión mecánica en el motor y el equipo conectado, y también evita la generación de energía excesiva que de otro modo se desperdiciaría como vibraciones mecánicas o de calor.
Corrección del factor de potencia
El factor de potencia es un parámetro importante en los sistemas eléctricos. Mide la eficiencia del uso de energía eléctrica. Un factor de potencia bajo significa que una porción significativa de la potencia eléctrica se está desperdiciando en forma de potencia reactiva.
La mayoría de los motores industriales tienen un factor de potencia relativamente bajo, especialmente cuando se operan en cargas parciales. Un VFD de 7.5kW puede mejorar el factor de potencia del motor controlando el voltaje y las formas de onda de corriente. Al ajustar la relación de fase entre el voltaje y la corriente, el VFD puede reducir el consumo de energía reactivo y aumentar el factor de potencia general.
Un factor de potencia más alto significa que se está utilizando más energía eléctrica suministrada al motor para un trabajo útil, en lugar de desperdiciarse. Esto no solo ahorra energía, sino que también reduce la demanda de la red eléctrica y puede dar lugar a facturas de electricidad más bajas, ya que muchas compañías de servicios públicos cobran por un bajo factor de potencia.
Algoritmos de control de energía - eficientes
Los VFD modernos de 7.5kW están equipados con algoritmos de control eficientes de energía avanzada. Estos algoritmos monitorean continuamente las condiciones de funcionamiento del motor, como la velocidad, el par y el consumo de energía, y ajustan los parámetros de salida del VFD en consecuencia.
Por ejemplo, algunos VFD usan una técnica llamada Flux Vector Control. Este método de control permite un control preciso del flujo y torque magnéticos del motor, asegurando que el motor funcione en su punto más eficiente en todas las condiciones de carga. Al optimizar el campo magnético dentro del motor, el VFD puede reducir las pérdidas del motor y mejorar su eficiencia general.
Otro algoritmo común es la función de optimización de energía automática. Esta característica ajusta automáticamente el voltaje y la frecuencia de salida del VFD en función de la demanda de carga para minimizar el consumo de energía. Cuando la carga es ligera, el VFD reduce el voltaje y la frecuencia al motor, mientras mantiene la velocidad y el torque requeridos. Esto asegura que el motor esté funcionando en su nivel más energético y eficiente en todo momento.
Aplicaciones y ahorros de energía
Los principios de ahorro de energía de un VFD de 7.5kW lo hacen adecuado para una amplia gama de aplicaciones. En el sector industrial, se puede usar en sistemas transportadores, compresores y mezcladores. Por ejemplo, en un sistema transportador, la carga en el motor varía según la cantidad de material que se transporta. Un VFD de 7.5kW puede ajustar la velocidad del motor para que coincida con la carga, lo que resulta en un ahorro de energía significativo.
En el sector comercial, los VFD se usan comúnmente en los sistemas HVAC. Las unidades de manejo del aire y las bombas de agua frías en edificios grandes a menudo tienen requisitos de carga variable. Al usar un VFD de 7.5kW para controlar los motores de estos sistemas, los propietarios de edificios pueden reducir su consumo de energía y costos operativos.
En el sector residencial, los VFD se pueden usar en aplicaciones como bombas de piscina. Estas bombas generalmente funcionan durante largos períodos, y un VFD de 7.5kW puede ajustar la velocidad de la bomba en función del uso de la piscina, ahorrando una cantidad considerable de energía con el tiempo.
Conclusión
En conclusión, el VFD de 7.5kW ofrece varios principios de ahorro de energía que pueden conducir a un ahorro de costos significativo y beneficios ambientales. A través del control de velocidad variable, el arranque y la parada suave, la corrección del factor de potencia y los algoritmos de control avanzados, estos dispositivos pueden optimizar el consumo de energía de los motores eléctricos en diversas aplicaciones.
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Referencias
- Chapman, SJ (2012). Fundamentos de maquinaria eléctrica. McGraw - Hill.
- Bose, BK (2002). Electrónica de potencia y unidades de CA. Prentice Hall.
- Mohan, N., Undeland, TM y Robbins, WP (2012). Power Electronics: convertidores, aplicaciones y diseño. Wiley.