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Beneficios de la Velocidad Variable en la Industria
Por Raúl Cobo, Gerente General de Fabelec. Mayor información en www.fabelec.cl

Los variadores de frecuencia son una herramienta muy valiosa para modificar la velocidad de un motor eléctrico, sin tener que recurrir a sistemas poco eficientes. En este artículo, revisamos las ventajas de estos equipos y algunas consideraciones básicas para su uso.

Los motores eléctricos representan, al fin de cuentas, el mayor consumo de energía de una planta industrial. Por lo general, los modelos más usados (por eficiencia, baja inversión y poca mantención) son los motores de inducción con jaula de ardilla. Cuando la aplicación requiere una velocidad fija, solo es necesario conectar uno de estos motores a la red de alimentación, mediante un actuador o partidor bastante sencillo y económico que proporciona el arranque y la protección.

No obstante, cuando se requiere que este gire a distintas velocidades, su uso deja de ser tan sencillo. Por esta razón, muchas aplicaciones de velocidad variable emplean otros tipos de motores eléctricos, de costos (de adquisición y de mantención) más elevados, por lo que poder modificar la velocidad en un motor de inducción de manera eficiente y económica ha sido siempre una aspiración.

Otra alternativa es usar el motor a velocidad fija y tener otros medios para modificar mecánicamente la velocidad, aunque estos no aprovechan la ventaja que significa el uso de velocidad variable, haciendo el proceso ineficiente y de baja calidad. Por ejemplo, se puede mantener fija la velocidad de una bomba centrífuga, sin tener la posibilidad de disminuirla cuando no se requiere al 100%, pero no se obtendría una considerable disminución de la energía consumida y algunos parámetros (por ejemplo, la presión) se situarían en valores no recomendables.

Para manejar eficientemente la velocidad en estos motores, es necesario poder suministrarle voltaje y frecuencia variables, algo que no está disponible en la red eléctrica, ya que esta (hablando del suministro eléctrico industrial en Chile) siempre entrega 380 V y 50 Hz. Por tal razón, nacieron los convertidores de frecuencia que transforman la energía eléctrica provista por la red, de modo de entregar a su salida un voltaje variable entre 0 y 380 V y una frecuencia variable entre 0 y 50 o más Hz.

En sus inicios, los convertidores de frecuencia entregaban voltaje y frecuencia variables, pero con una onda cuadrada en vez de sinusoidal, lo que producía altas pérdidas tanto en el convertidor mismo como en el motor. Era necesario sobredimensionar los sistemas o construir motores especiales para el uso con convertidores. Hoy, gracias al avance de la tecnología, estos equipos entregan un voltaje prácticamente sinusoidal con bajo contenido de armónicas, alta eficiencia y permite el empleo de motores normales.

Los convertidores de frecuencia constituyen el único medio efectivo para manejar un motor de inducción a distintas velocidades, cosa necesaria en la industria para mantener las variables bajo control y ahorrar energía.


Consideraciones en el uso de convertidores de frecuencia

Al emplear convertidores de frecuencia, se recomienda tener en cuenta algunas consideraciones importantes para modificar la velocidad:

1. En la condición nominal (es decir, 380 V/50 Hz), el motor podrá entregar su potencia nominal (por ejemplo, 100 HP), a su torque y velocidad nominal. Recuerde que la potencia es igual a la multiplicación del torque por su velocidad. Sin embargo, si le suministramos 25 Hz con 190 V, el motor girará a la mitad de la velocidad, entregando el torque nominal, pero la potencia máxima que podrá entregar es de solo 50 HP (es decir, la mitad).

Puede elevarse un poco el torque, entregando más voltaje (digamos, 230 V en vez de 190 V), lo que aumentará el flujo magnético y producirá saturación y por ende, mayores pérdidas en el fierro del motor, pero no podremos mantener la potencia de los 100 HP. Esto sí podría lograrse si se aumentase el torque al doble del nominal, aunque su eje no resistiría este incremento. Entonces, si se requiere mantener la potencia, se necesita un reductor mecánico, pero si se desea mantener el torque, es recomendable el uso del variador de frecuencia.

2. Los motores que se conectan a un convertidor de frecuencia deben ser trifásicos, pero la alimentación del convertidor puede ser monofásica (en estricto rigor, se puede, pero con convertidores no muy estándares. Además, los motores monofásicos son más caros).

3. No deben conectarse condensadores a la salida de los convertidores, ya que los dañaría. El motor conectado al convertidor no disminuirá el factor de potencia, por lo que no es necesaria la compensación.

4. Es posible sobrepasar la frecuencia nominal y, por ende, la velocidad nominal del motor. No obstante, como no podemos generar más que el voltaje de alimentación, el torque a velocidades sobre la nominal será inferior, manteniendo la potencia.

5. Hay que considerar otros aspectos, como la refrigeración del motor al girar a velocidades menores; restricciones mecánicas a bajas y altas velocidades de las máquinas que se están moviendo, etc.

Noviembre 2013
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