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Eficiencia Energética en Sistemas de Cargas Cuadráticas
Artículo gentileza de Dante Vílches, de Soltex Chile.
Mayor información en www.soltex.cl o solicitar al e-mail control@soltex.cl
 

En cualquier fábrica o planta industrial, es factible encontrar un proceso que involucre aplicaciones con cargas del tipo cuadráticas , tales como ventiladores, bombas centrífugas u otros elementos. Si bien existen varios métodos de control para este tipo de dispositivos, los variadores de frecuencia, además de ofrecer una mayor precisión en el control y una importante mejora de su vida útil, logran reducir el consumo energético que necesitan estos equipos.

Requerimientos de energía de un sistema de ventilación bajo diferentes métodos de control.

En Chile, más del 50% de todo el consumo de electricidad en el sector industrial, se debe a motores eléctricos, y un 60% de esta utilización corresponde a aplicaciones de bombas centrífugas y ventiladores. Ahora bien, considerando que el costo de energía en el país es superior en un 30% al de Brasil, un 40% mayor que México y casi 300% más caro que Perú, se puede definir el ahorro de energía como un factor fundamental para la competitividad global de las empresas.

Además de hacer más competitiva a una empresa, reducir el consumo de energía ahorra recursos naturales, protege el medio ambiente, es una gran oportunidad de negocio, y además hoy en día es un importante tema político y de RSE.


Ventiladores y bombas


Típicamente diseñados para flujo máximo, con grandes reservas incluidas durante la etapa de diseño, los sistemas de ventiladores operan, en general, bajo el punto de diseño y su flujo es controlado por medio de un dámper o un giro de aletas. En promedio, la potencia consumida por estos sistemas varía en forma cúbica respecto a la variación de velocidad (Potencia Consumida ~ Velocidad³).

Por su parte, los sistemas de bombeo están diseñados para un flujo máximo con múltiples factores de servicio adicionados. En general, operan bajo el punto de capacidad máxima y el flujo es controlado tradicionalmente por control de salida, utilizando válvulas para estrangulación de flujo o por bypass (recirculación) en el que la salida de flujo es enviada a la entrada de la bomba.

En este contexto, la eficiencia promedio del bombeo es inferior a 40%, considerando que la eficiencia típica de una bomba es del 70% y un 10% de las mismas funcionan a eficiencias inferiores al 10%. Esto se debe a que tradicionalmente, las bombas y sistemas anexos se sobredimensionan y no se diseñan para operar a un nivel próximo al punto de mayor eficiencia de la bomba (BEP). Por lo tanto, las bombas consumen mucha energía, resultando en un menor rendimiento de las instalaciones y aumento de reactivos, lo que se refleja en una reducción sustancial de la vida útil del equipo y de sus componentes y en una mayor cantidad de fallas, además de incremento de los bancos de condensadores para corregir reactivos o el pago de multas por mal factor de potencia.

Además, en estos esquemas de control, hay un sobreuso de los bypass y válvulas de control de flujo. Asimismo, al emplear válvulas sobredimensionadas, se hace más difícil el control del proceso. De hecho, según el estudio “Expert Systems for Diagnosis of the Condition and Performance of Centrifugal Pumps” que analizó 1.690 bombas en 20 plantas de procesos (realizado a fines de los noventa por el Centro de Investigación Técnica de Finlandia), un 65% de las válvulas de control tenían aperturas menores al 50%, y muchas de las cuales exhibieron aperturas menores al 30% (al inicio, incluso bajo el 15%).


Beneficios de un Variador de Frecuencia


La implementación de variadores de frecuencia puede contrarrestar muchos de los aspectos negativos del uso de los esquemas tradicionales de control (dámpers y aletas para sistemas de ventiladores, válvulas y bypass para sistemas de bombeo).

En el caso de los sistemas de bombas, un VDF, aparte de permitir un control preciso del flujo y eliminar la necesidad de adquirir válvulas caras, puede reducir el estrés eléctrico ocasionado durante la partida, el desgaste, la cavitación y el ruido, e incrementa la vida útil de la bomba y de los sellos.

Otros beneficios asociados al uso de variadores de frecuencia, está orientado a mejorar la performance de la partida de los motores, eliminando el peak de corriente de partida lo que se traduce en reducciones de demandas máximas, protección digital del motor (sobrecorrientes y sobretensiones, entre otras), aumento de la disponibilidad por menores tiempos de mantención tanto de la bomba como del motor, y reducción de problemas asociados a los sistemas de transmisión mecánica y reducción de golpes de ariete en las tuberías del piping, entre otras ventajas.

Todo lo anterior demuestra que el uso de variadores de frecuencia (VDF) como herramienta de eficiencia energética cobra más sentido que nunca en un escenario de costos crecientes, donde la optimización de recursos es de primera prioridad en cualquier planta o industria.

Marzo 2013
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