Como proveedor de variadores de frecuencia (VFD) de 5,5 KW, he sido testigo de primera mano del impacto transformador que estos dispositivos tienen en el consumo de energía en diversas industrias. En este blog, profundizaré en el principio de ahorro de energía de un VFD de 5,5 KW, exploraré cómo funciona y por qué es un punto de inflexión para las empresas que buscan reducir los costos de energía.
Comprender los conceptos básicos de un VFD
Antes de profundizar en el principio de ahorro de energía, comprendamos brevemente qué es un VFD. Un variador de frecuencia es un dispositivo electrónico que controla la velocidad de un motor de CA variando la frecuencia y el voltaje que se le suministra. En el caso de un VFD de 5,5 KW, está diseñado para manejar motores con una potencia nominal de hasta 5,5 kilovatios.
Los motores de CA tradicionales funcionan a una velocidad fija determinada por la frecuencia del suministro de energía. En la mayoría de las redes eléctricas, la frecuencia es de 50 Hz o 60 Hz, lo que da como resultado una velocidad del motor constante. Sin embargo, muchas aplicaciones industriales no requieren que el motor funcione a máxima velocidad todo el tiempo. Por ejemplo, en un sistema de ventilador o bomba, la demanda de flujo de aire o agua puede variar según los requisitos del proceso.
El principio de ahorro de energía de un VFD de 5,5 KW
Leyes de afinidad
El potencial de ahorro de energía de un VFD de 5,5 KW se basa en gran medida en las Leyes de Afinidad. Estas leyes describen la relación entre la velocidad, el flujo, la presión y el consumo de energía de una bomba o ventilador centrífugo.
- Relación entre flujo y velocidad: El caudal (Q) de una bomba o ventilador es directamente proporcional a la velocidad (N) del motor. Matemáticamente, se puede expresar como (Q_1/Q_2 = N_1/N_2). Esto significa que si reduce la velocidad del motor a la mitad, el caudal también se reducirá a la mitad.
- Relación de presión y velocidad: La presión (P) o altura desarrollada por una bomba o ventilador es proporcional al cuadrado de la velocidad. Entonces, (P_1/P_2=(N_1/N_2)^2).
- Relación potencia y velocidad: La potencia (P) consumida por una bomba o ventilador es proporcional al cubo de la velocidad. Es decir, (P_1/P_2=(N_1/N_2)^3).
Tomemos un ejemplo para ilustrar esto. Supongamos que un ventilador funciona a máxima velocidad y consume 5,5 KW de potencia. Si reducimos la velocidad del ventilador al 80% de su velocidad original usando un VFD de 5,5 KW, el nuevo consumo de energía se puede calcular de la siguiente manera:
Sea (N_1) la velocidad original y (N_2 = 0.8N_1). Según la relación potencia - velocidad, (P_2/P_1=(N_2/N_1)^3=(0.8)^3 = 0.512). Entonces, el nuevo consumo de energía (P_2=0.512\times5.5KW\approx2.82KW). Esto representa un importante ahorro energético de aproximadamente el 48%.
Adaptación de la velocidad del motor a los requisitos de carga
En muchos procesos industriales, la carga del motor varía con el tiempo. Por ejemplo, en una planta de fabricación, la demanda de aire comprimido puede fluctuar según la cantidad de máquinas en funcionamiento. Un VFD de 5,5 KW permite que el motor ajuste su velocidad de acuerdo con los requisitos de carga reales.
Cuando la carga es baja, el VFD reduce la frecuencia y el voltaje suministrado al motor, lo que a su vez reduce la velocidad del motor. Esto no sólo ahorra energía sino que también reduce el desgaste del motor y otros componentes mecánicos. Por otro lado, cuando aumenta la carga, el VFD puede aumentar rápidamente la velocidad del motor para satisfacer la demanda.
Suave - Arranque y Suave - Parada
Otra característica de ahorro de energía de un VFD de 5,5 KW es la capacidad de proporcionar una función de arranque y parada suaves. Los motores tradicionales a menudo experimentan una alta corriente de entrada cuando se arrancan, que puede ser hasta 6 a 8 veces la corriente de funcionamiento normal. Esta alta corriente de entrada no sólo consume una gran cantidad de energía, sino que también ejerce presión sobre el sistema eléctrico y el propio motor.
Un VFD de 5,5 KW aumenta gradualmente la frecuencia y el voltaje durante el arranque, lo que permite que el motor arranque suavemente sin una gran corriente de entrada. De manera similar, durante el apagado, el VFD reduce gradualmente la frecuencia y el voltaje, lo que resulta en una parada suave. Esto no sólo ahorra energía sino que también prolonga la vida útil del motor y otros equipos.
Aplicaciones de los VFD de 5,5 KW y ahorro de energía
Sistemas de ventilador y bomba
Como se mencionó anteriormente, los sistemas de ventilador y bomba son aplicaciones ideales para los VFD de 5,5 KW. En los sistemas HVAC (calefacción, ventilación y aire acondicionado), la demanda de flujo de aire puede variar según la ocupación de un edificio o la temperatura exterior. Al utilizar un VFD de 5,5 KW para controlar la velocidad de los ventiladores, se pueden lograr importantes ahorros de energía.
En las plantas de tratamiento de agua se utilizan bombas para trasvasar el agua de una etapa a otra. El caudal de agua puede variar según el proceso de tratamiento. Un VFD de 5,5 KW puede ajustar la velocidad de la bomba para que coincida con los requisitos reales de flujo de agua, lo que genera ahorros de energía.
Sistemas transportadores
Los sistemas transportadores se utilizan ampliamente en las industrias manufacturera y logística. Es posible que sea necesario ajustar la velocidad del transportador según la tasa de producción o el tipo de productos que se transportan. Un VFD de 5,5 KW puede controlar la velocidad del motor del transportador, lo que le permite operar a una velocidad óptima y ahorrar energía.
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Referencias
- Croll, E. (2012). "Variadores de frecuencia: aplicación y mantenimiento". McGraw - Profesional de la colina.
- Stoecker, WF (1998). "Refrigeración y Aire Acondicionado". McGraw-Hill.
- Manual de ASHRAE. (2017). "Sistemas y equipos HVAC". Sociedad Estadounidense de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado.