11. Controles de motores Usos Anibal T. De Almeida Día 2

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Temario • • • •

Control de fluidos Control de movimientos Manipulación de materiales Máquinas herramientas

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Estrategias de ahorro energético Controles de motores 1. Utilización de variadores de velocidad En aplicaciones de carga de variable, los VSD pueden generar ahorros 1. Utilización de controles para apagar motores sin carga

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Usos de los VSD para ahorrar energía 1. Bombas centrífugas, ventiladores y compresores en los que el par aumenta con la velocidad de rotación del motor al cuadrado. La energía eléctrica aumenta considerablemente con la velocidad (hasta el cubo) y una fácil adaptación a las necesidades reales puede conducir a grandes ahorros. 2. Cintas transportadoras, escaleras mecánicas, elevadoras, grúas y otros tipos de equipos similares en los que el par es más o menos independiente de la velocidad. Las ventajas referentes a los costos y a la eficiencia energética son menores en comparación con las del primer grupo de aplicaciones porque el cambio en la potencia de entrada es solamente proporcional a la velocidad. El frenado regenerativo puede producir ahorros adicionales.

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Bombas centrífugas

Resistencia total del sistema a causa de las pérdidas por fricción (varían en función de la velocidad al cubo) más las pérdidas de altura estática para proveer más elevación.

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Bombas centrífugas

Planta de bombeo: Relación que conviene tener en cuenta con sistemas independientes de circuito cerrado donde la "altura" no es un factor importante.

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Sistemas de bombeo • Podemos mejorar las bombas que compramos por su precio inicial más bajo, o podemos reemplazarlas por modelos de mayor eficiencia. • La erosión provocada por partículas abrasivas puede afectar los espacios libres y la eficiencia. • Se pueden aplicar revestimientos especiales para reparar las cavidades y para alisar la superficie interna a fin de reducir las pérdidas por fricción. • Es conveniente que el diseño de la entrada de succión garantice que el flujo que se acerca a la entrada sea uniforme y constante. • Se recomienda que antes de la brida de succión de la bomba haya un tubería de succión recta de un largo de por lo menos ocho diámetros. ISR-Universidad de Coímbra 7

Sistemas de bombeo Guía europea de eficiencia de bombas para bombas centrífugas de etapa simple

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Sistemas de ventilación

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Sistemas de ventilación • Podemos mejorar los ventiladores que compramos por su precio inicial más bajo, o podemos reemplazarlos por modelos de mayor eficiencia. • Los controladores de variadores de velocidad (VSD) generan ahorros para todos los tipos de flujos. • Dentro de las causas que provocan una alta resistencia del sistema se incluyen la suciedad en las palas, filtros y bobinas. • El flujo que se pierde a causa de las fugas es un desperdicio de energía. • Los sistemas de ventilación pueden sufrir fugas en las conexiones flexibles, por bridas flojas o deformadas y a causa de juntas deterioradas. ISR-Universidad de Coímbra 10

Sistemas de ventilación - Los ahorros potenciales de un ventilador son de entre el 5 y el 10%; - Los ahorros potenciales del sistema de ventilación son de entre el 15 y el 20%;

Los sistemas de ventilación son más que un ventilador

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Sistemas de ventilación

Métodos de control de la potencia de entrada para distintos flujos de un ventilador centrífugo ISR-Universidad de Coímbra 12

Sistemas de ventilación • El flujo de aire más eficiente para un ventilador es un trayecto sin restricciones y uniforme. • Los codos situados en la cercanías de las entradas de los ventiladores aumentan las pérdidas y deben evitarse. • Las obstrucciones en las entradas y las salidas de los ventiladores perturban el flujo, provocando turbulencia. • Las conexiones flexibles suelen hacer que las transiciones sean deficientes, lo que perturba en flujo. ISR-Universidad de Coímbra 13

Uso de VSD Uso de un VSD en un enfriador de techo.

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Sistemas de compresores • •

El aire comprimido representa el 10% del consumo de electricidad industrial Los sistemas de aire comprimido no suele ser energéticamente eficientes: los ahorros energéticos posibles están en el rango de entre un 5% a un 50 %…

Costos de la energía 78%

Costos de inversión 16% Suposiciones

Costos de mantenimiento 6%

Potencia 110 kW Vida útil del equipo 15 años Horas de funcionamiento 4000 h/año Precio de la electricidad 5c€ /kWh

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Sistemas de compresores • La eficiencia energética general del sistema está limitada por la parte del sistema con la menor eficiencia. • El compresor en sí es apenas un elemento del sistema.

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Aplicabilidad % aplicable y eficaz en función de los costos

Ganancias Reducción del consumo energético anual

Contribución potencial aplicabilidad x ganancias

Reducción de las fugas de aire (realizar un mantenimiento adecuado con un programa de detección de fugas de aire periódico)

80%

20%

16,0%

Diseño del sistema general para que la presión de aire, el volumen y la calidad se adecuen a las necesidades, incluyendo los sistemas de presión múltiple.

50%

9%

4,5%

Recuperación del calor residual para su uso en otras funciones

20%

20%

4,0%

Mejora en los accionadores - integración de un variador de velocidad, que es muy eficaz en función del costo cuando la carga posee condiciones variables y en instalaciones con muchas máquinas.

25%

15%

3,8%

Mejora del compresor

30%

7%

2,1%

Uso de sistemas de control sofisticados para que la potencia del compresor se adecue a la demanda de aire, mediante la optimización de las transiciones entre los distintos estados del compresor (secuenciadores, control...)

20%

12%

2,4%

Optimización de algunos dispositivos de uso final, en el momento de comprar los usos finales, eligiendo equipo eléctrico o hidráulico en lugar de dispositivos de uso final a aire comprimido.

5%

40%

2,0%

Reducción de las pérdidas de presión por fricción (por ejemplo, aumentado el diámetro de las tuberías)

50%

3%

1,5%

Cambio de los filtros más frecuente

40%

2%

0,8%

Mejora en los accionadores - uso de motores de alta eficiencia, especialmente en los sistemas nuevos y en las máquinas pequeñas.

25%

2%

0,5%

Refrigeración, secado y filtrado mejorados

10%

5%

0,5%

Medidas de ahorros energéticos

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Sistemas de compresores

Ahorro energético a través del uso de un VSD en un compresor de aire de tornillo rotativo ISR-Universidad de Coímbra 18

Sistemas de compresores • Instale tomas en las ubicaciones con el aire más limpio, seco y fresco posible – en el exterior, si es posible. • Los compresores cargan el sistema a la presión preconfigurada y la mantienen por medio de varios métodos, incluyendo circulación, venteo, control de arranque/parada y de velocidad mediante variadores de velocidad. • Seleccione sistemas de filtros con la menor caída de presión. • Se estima que la refrigeración por compresión representa entre el 5% y el 7% del total de los costos. Los sistemas de compresores producen un gran volumen de calor residual de bajo grado, que puede usarse eficientemente en algunos procesos industriales, en la alimentación de agua hacia la caldera y en los sistemas de calefacción o ventilación.

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Sistemas de compresores • Las fugas representan la mayor pérdida de energía asociada con el uso de aire comprimido • Considere otros métodos alternativos más eficientes. Los sopladores o amplificadores de aire pueden realizar con eficiencia y a costos mucho menores muchas aplicaciones de baja presión como agitación, expulsión de partes, limpieza, enfriamiento y extracción de humos. • Use la menor presión posible • La pérdida de presión en una tubería es proporcional a la longitud de la tubería; la velocidad del aire comprimido de la tubería al cuadrado es inversamente proporcional al diámetro de la tubería. Cada aumento de la caída de la presión de 2 psi usa 1% de potencia adicional. Mantenga la velocidad del aire a menos de 9 m/s. ISR-Universidad de Coímbra 20

Uso de VSD Aplicación de variadores de velocidad en un compresor de refrigeración de velocidad variable (AHORROS ESTIMADOS: 25%)

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Otros usos de los VSD para ahorrar energía 3. Los cambios de carga y velocidad también pueden beneficiarse de un VSD de otras formas, como control del proceso, arranque y parada suave, y asimismo cuando se necesita un par de arranque especialmente elevado o frenado regenerativo. Las ventajas en términos de costo y de eficiencia energética son pequeñas comparadas con los dos primeros grupos. Los variadores de velocidad contribuyen a optimizar la tensión para mejorar la eficiencia del motor si el par cambia. 4. Control de movimientos - Actualmente, los variadores de CA pueden brindar un control de par y de velocidad de alto rendimiento, similar al de los variadores de servomotores.

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VSD en cintas transportadoras

Ahorros energéticos de cintas transportadoras con control de velocidad, en relación con la velocidad constante típica.

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VSD en ascensores

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Máquinas herramientas Uso de la energía La energía de mecanizado (corte) real, en general, ronda el 15% del total; el resto de la energía se debe a energía de sobrecalentamiento y por funcionar con baja carga.

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Máquinas herramientas ¡Ahorros energéticos, pero no a cualquier precio!  La eficiencia neta de la máquina es baja  El valor del rendimiento del proceso supera en exceso los costos energéticos  Métase bajo su propio riesgo  No juegue con los ajustes de las máquinas  Busque los extras ISR-Universidad de Coímbra 26

Máquinas herramientas, ¿qué se debe buscar?  Largas horas de funcionamiento  Alto consumo de potencia  Largos períodos de tiempo de inactividad  Máquinas multipropósitos  Muchos accesorios  Máquinas sobredimensionadas  Herramientas desafiladas ISR-Universidad de Coímbra 27

Máquinas herramientas, ¿qué se debe buscar?  Bomba de enfriado. Control de apagado y velocidad  Detección de inactividad - sentido carga. Atención a la alternancia en ciclos de arranque y apagado frecuentes  ¿El ventilador de enfriamiento está en un termostato?  ¿Existe un sistema de enclavamiento para remoción de astillas?  Centrarse en lo que está sucediendo entre los cortes  ¿Existe alguna máquina mejor? ISR-Universidad de Coímbra 28

Máquinas herramientas ¿Líneas de producción idénticas?  Busque datos de rendimiento y de consumo de energía.  ¿Se sabe que el equipo es diferente?

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Gracias

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