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Accionamientos velocidad variable - Luis Acuna

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—
XI Jornadas Técnicas ABB en Chile
SANTIAGO CHILE 30-31 JULIO 2019
Accionamientos de Velocidad Variable en Industria de Climatización
Leonardo Vargas – Chile
Luis Acuña - Chile
—
Agenda
Introduccion
Dimensionamiento de motores y variadores en Ventiladores
Dimensionamiento Aplicaciones de UMA
Oferta ABB
August 12, 2019
Slide 2
—
XI Jornadas Técnicas ABB en Chile
Introduccion
—
Variadores de Frecuencia para HVAC
Dimensionamiento
El dimensionado de un sistema de accionamiento es una
tarea en la que todos los factores deben considerarse
cuidadosamente. Requiere el conocimiento de todo el
sistema, incluidos la alimentación eléctrica, la
maquinaria accionada, las condiciones ambientales, los
motores y convertidores, etc. El tiempo que se dedique a
la etapa de dimensionado puede significar un ahorro de
costes significativo.
.
August 12, 2019
Slide 4
—
XI Jornadas Técnicas ABB en Chile
Dimensionamiento de motores y variadores en Ventiladores
—
Variadores de Frecuencia para HVAC
Descripción general del procedimiento de dimensionado
1
Compruebe las condiciones iniciales. Para seleccionar el convertidor de frecuencia y el motor correctos, compruebe el nivel de tensión
de la alimentación de red (de 380 V a 480 V) y la frecuencia (de 50 Hz a 60 Hz). La frecuencia de la red de alimentación no limita el rango
de velocidades de la aplicación
2
Compruebe los requisitos del proceso. ¿Se necesita un alto par de arranque? ¿Cuál es el rango de velocidades utilizado? ¿Qué tipo de
carga habrá?.
3
Seleccione el motor. Un motor eléctrico debe considerarse una fuente de par. El motor debe resistir las sobrecargas del proceso y ser capaz de
generar la cantidad de par especificada. No debe superarse la capacidad de sobrecarga térmica del motor. También es necesario dejar un
margen de alrededor de un 30 % para el par máximo del motor cuando se considera el par máximo disponible en la etapa de dimensionado.
4
Seleccione el convertidor de frecuencia. El convertidor de frecuencia se selecciona según las condiciones iniciales y el motor seleccionado. Debe
comprobarse la capacidad del convertidor de frecuencia de generar la intensidad y potencia requeridas. Debe aprovecharse la ventaja de la
capacidad potencial de sobrecarga del convertidor de frecuencia en caso de una carga cíclica de corta duración.
August 12, 2019
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—
Procedimiento de dimensionado
Tipos de Carga
1.
Par constante
Un tipo de carga de par constante es
típico cuando se están manejando
volúmenes
fijos.
Por
ejemplo,
compresores de tornillo, alimentadores
y
cintas
transportadoras
son
aplicaciones típicas a par constante. El
par es constante y la potencia es
linealmente proporcional a la velocidad.
▪
2. Potencia constante
▪
Una carga a potencia constante es
normal cuando el material se enrolla y el
diámetro cambia durante este proceso.
La potencia es constante y el par es
inversamente
proporcional
a
la
velocidad.
© ABB Group
August 12, 2019 | Slide 7
3. Potencia/par constante
Este tipo de carga es común en la
industria papelera. Es una combinación
de tipos de cargas a potencia
constante y a par constante. Este tipo
de carga normalmente es consecuencia
del dimensionado del sistema según la
necesidad de determinada potencia a
alta velocidad.
▪
4. Par cuadrático
El par cuadrático es el tipo de carga más
común. Las aplicaciones típicas son
bombas y ventiladores centrífugos.
El par es cuadráticamente proporcional
a la velocidad, y la potencia lo es
cúbicamente.
—
Ventilación a velocidad variable
Conceptos básicos de la curva del ventilador
P vs. Q
– Para un ventilador de tamaño dado, la presión desarrollada por
éste se representa en función del caudal.
Δp
– En este caso se indican distintas curvas del ventilador, cada
una correspondiente a un número de revoluciones por minuto
del rotor.
– La curva del ventilador tiene solamente un punto de máximo
rendimiento (punto de operación).
– Este punto de máximo rendimiento se puede hacer variar en la
curva del sistema (después se hablará de ella).
August 12, 2019
Slide 8
Δp1
—
Ventilación a velocidad variable
Fórmula para ventilador y significado de los parámetros
Fórmula
Definición de parámetros
- Potencia: relación entre la energía de flujo proporcionada por el
ventilador y el tiempo que este ha estado en funcionamiento
para transmitir dicha energía
- Compresibilidad: Coeficiente de compresibilidad del gas. Para
ventiladores de baja presión, éste es igual a 1.
- Densidad: es la cantidad de masa por unidad de volumen de
una sustancia; lo que quiere decir que entre más masa tenga el
cuerpo en un mismo volumen, mayor será su densidad
- Caudal: es la masa de aire que puede desplazar el ventilador en
una unidad de tiempo.
- Presión total: Es la suma de la presión estática y dinámica.
Estas serán explicadas en la siguiente diapositiva.
- Eficiencia: relación entre la potencia entregada por el
ventilador y la potencia eléctrica suministrada a la máquina.
August 12, 2019
Slide 9
—
Ventilación a velocidad variable
Conceptos básicos de la curva del sistema
Relación de la curva del sistema y la fricción
– El porcentaje de apertura de las compuertas representa la
cantidad de fricción en el sistema. Más abierta implica menos
fricción.
– Se puede apreciar que la curva del sistema cambia cuando la
fricción cambia.
– Presión aumenta al aumentar la fricción del sistema.
August 12, 2019
Slide 10
—
Formulas
Torque
T
Flujo

Torque Máx.
Tmax
Tdin = n* 2π* Δn
60 Δt
=
~
~
P
9550 * n
= [Nm]
U
f
U
f
( )
2
[Nm]
T total= Tn + Tdin
[Nm]
—
Ejemplo: Aplicación torque cuadrático
Ventilador, carga es 80 kW a 1200 rpm. Sin sobrecarga.
– Torque a 1200 rpm velocidad es:
T = (9550*80/ 1200) Nm
T = 637 Nm
– Motor de 4 ó 6 polos ?
– Seleccionar un Drive ACH580
—
Ejemplo: Aplicación torque cuadrático
Month DD, YYYY
—
Ejemplo: Aplicación torque cuadrático
Month DD, YYYY
—
Ejemplo: Aplicación torque cuadrático, motor 6 Polos
Month DD, YYYY
—
Ejemplo: Aplicación torque cuadrático, motor 6 Polos
Motor 6 polos:
– A 1200 rpm la capacidad de carga de un motor 6-polos es 74%.
En consecuencia el torque nominal debe ser Tn> 637/0.74 Nm =
861 Nm
– Potencia nominal correspondiente
Pn> 861 * 1000 / 9550 = 90.2 kW
• Velocidad nominal < 1000 rpm … 90 kW OK
– Motor M3BP 315 SMB 6, 90 kW
– Pn> 861 * 992 / 9550 = 89,4 kW -> 90 kW OK!
– Corriente estimada del motor Im= (Pload / Pn) * In / k = (80 / 90) *
163 / 0.92 A = 157.5 A
– ACH580-01-0169A-4
(k = Voltage reduction factor)
—
Ejemplo: Aplicación torque cuadrático, motor 4 Polos
Month DD, YYYY
—
Ejemplo: Aplicación torque cuadrático, motor 4 Polos
Month DD, YYYY
—
Ejemplo: Aplicación torque cuadrático, motor 4 Polos
Motor 4-polos:
– A 1200 rpm la capacidad de carga de un motor 4-polos es 98%.
En consecuencia el torque nominal debe ser Tn> 637/0.98 Nm =
650Nm
– Potencia nominal correspondiente Pn> 650*1500/9550 = 102.1
kW
– Motor M3BP 315 SMA 4, 110 kW:
– Corriente estimada del motor Im= (Tload / Tn) * In= (637 / 706) *
193 A = 174.1 A
– ACH580-01-0169A-4
—
Ejemplo: Aplicación torque cuadrático. Eficiencias
Efficiency Data Sheet
Item No.
Motor load
Load type
n min [rpm]
n base [rpm]
n max [rpm]
Pbase [kW]
Tbase [NM]
Drive load
Icont [A]
Imax [A]
1.1.1
Typical, average losses and efficiency values
and worst case losses
Pump/fan load
1200
1200
1200
80
637
Motor losses [kW]
speed [rpm]
4%
240
0.65
480
1
720
1.48
960
2.13
1200
2.22
151
151
Combined Drive & Motor(s)
16%
0.68
1.03
1.51
2.17
2.29
torque of Tbase
36%
64%
0.79
1.09
1.16
1.5
1.65
2.03
2.34
2.8
2.6
3.4
Efficiency Data Sheet
100%
1.74
2.22
2.8
3.8
5.3
Drive losses [kW]
speed [rpm]
240
480
720
960
1200
4%
0.64
0.64
0.64
0.63
0.53
16%
0.66
0.67
0.68
0.68
0.6
36%
0.74
0.77
0.79
0.81
0.8
64%
0.93
0.98
1.03
1.09
1.22
100%
1.26
1.34
1.43
1.56
1.91
Efficiency %
speed [rpm]
240
480
720
960
1200
4%
33.2
43.8
47.5
48.1
53.8
16%
65.6
75.1
77.8
78.2
81.6
36%
79
85.7
87.6
88
89.4
64%
83.5
89.2
90.9
91.3
91.7
100%
84.2
90
91.9
92.3
91.7
90kW M3BP 315SMB 6 IE2
Item No.
Motor load
Load type
n min [rpm]
n base [rpm]
n max [rpm]
Pbase [kW]
Tbase [NM]
Drive load
Icont [A]
Imax [A]
1.1.1
Typical, average losses and efficiency values
and worst case losses
Pump/fan load
1200
1200
1200
80
637
Motor losses [kW]
speed [rpm]
4%
240
0.56
480
0.8
720
1.09
960
1.46
1200
1.9
16%
0.61
0.85
1.14
1.51
1.96
Drive losses [kW]
speed [rpm]
240
480
720
960
1200
4%
0.66
0.66
0.66
0.66
0.67
16%
0.7
0.71
0.72
0.73
0.74
36%
0.86
0.88
0.91
0.94
0.97
64%
1.21
1.26
1.31
1.37
1.43
100%
1.8
1.89
1.98
2.1
2.22
Efficiency %
speed [rpm]
240
480
720
960
1200
4%
34.4
46.7
52.3
54.7
55.5
16%
66.1
76.6
80.5
82.1
82.6
36%
77.6
85.7
88.3
89.5
90
64%
80.3
87.7
90.4
91.6
92.2
100%
79.2
87.2
90.3
91.6
92.4
177
177
Combined Drive & Motor(s)
110kW M3BP 315SMA 4 IE2
torque of Tbase
36%
64%
0.8
1.31
1.05
1.6
1.37
1.97
1.75
2.4
2.22
2.9
100%
2.4
2.8
3.2
3.8
4.4
—
Ejemplo: Aplicación torque cuadrático. Eficiencias
Efficiency Data Sheet
Item No.
Motor load
Load type
n min [rpm]
n base [rpm]
n max [rpm]
Pbase [kW]
Tbase [NM]
Drive load
Icont [A]
Imax [A]
1.1.1
Typical, average losses and efficiency values
and worst case losses
Pump/fan load
1200
1200
1200
80
637
Motor losses [kW]
speed [rpm]
4%
240
0.35
480
0.47
720
0.63
960
0.82
1200
1.05
178
178
Combined Drive & Motor(s)
16%
0.38
0.5
0.66
0.86
1.09
torque of Tbase
36%
64%
0.49
0.82
0.63
0.99
0.81
1.2
1.02
1.45
1.27
1.74
Efficiency Data Sheet
100%
1.5
1.75
2.04
2.37
2.8
Drive losses [kW]
speed [rpm]
240
480
720
960
1200
4%
0.74
0.75
0.75
0.75
0.75
16%
0.78
0.79
0.8
0.81
0.82
36%
0.93
0.95
0.98
1
1.03
64%
1.25
1.3
1.35
1.41
1.47
100%
1.82
1.9
1.99
2.1
2.22
Efficiency %
speed [rpm]
240
480
720
960
1200
4%
37
51.2
58.2
62
64
16%
68.8
79.9
84
86
87
36%
80.2
87.9
90.6
91.9
92.6
64%
83.2
89.9
92.3
93.5
94.1
100%
82.8
89.8
92.3
93.5
94.1
110kW M3BP 315SMB 4 IE3
Item No.
Motor load
Load type
n min [rpm]
n base [rpm]
n max [rpm]
Pbase [kW]
Tbase [NM]
Drive load
Icont [A]
Imax [A]
1.1.1
Typical, average losses and efficiency values
and worst case losses
Pump/fan load
1200
1200
1200
80
637
Motor losses [kW]
speed [rpm]
4%
240
0.35
480
0.47
720
0.63
960
0.82
1200
1.05
16%
0.38
0.5
0.66
0.86
1.09
Drive losses [kW]
speed [rpm]
240
480
720
960
1200
4%
0.74
0.75
0.75
0.75
0.75
16%
0.78
0.79
0.8
0.81
0.82
36%
0.93
0.95
0.98
1
1.03
64%
1.25
1.3
1.35
1.41
1.47
100%
1.82
1.9
1.99
2.1
2.22
Efficiency %
speed [rpm]
240
480
720
960
1200
4%
37
51.2
58.2
62
64
16%
68.8
79.9
84
86
87
36%
80.2
87.9
90.6
91.9
92.6
64%
83.2
89.9
92.3
93.5
94.1
100%
82.8
89.8
92.3
93.5
94.1
178
178
Combined Drive & Motor(s)
110kW M3BP 315SMC 4 IE4
torque of Tbase
36%
64%
0.49
0.82
0.63
0.99
0.81
1.2
1.02
1.45
1.27
1.74
100%
1.5
1.75
2.04
2.37
2.8
—
Ejemplo: Aplicación torque cuadrático. Eficiencias
1. 90kW M3BP 315SMB 6 IE2
Eff. 91.7%
IN 87.24kW
90kW IE2 110kW IE2 Dif. kW kWh (CLP) $ kW Hora Horas año
Ahorro
87.24
86.58
0.66 $ 75.00
49.5
8760
$ 433,620
2. 110kW M3BP 315SMA 4 IE2
Eff. 92.4%
IN 86.58kW
110kW IE2 110kW IE3 Dif. kW kWh (CLP) $ kW Hora Horas año
Ahorro
86.58
85.56
1.02 $ 75.00
76.5
8760
$ 670,140
3. 110kW M3BP 315SMB 4 IE3
Eff. 93.5%
IN 85.56kW
4. 110kW M3BP 315SMC 4 IE4
Eff. 94.5%
IN 84.65kW
110kW IE3 110kW IE4 Dif. kW kWh (CLP) $ kW Hora Horas año
Ahorro
85.56
84.65
0.91 $ 75.00
68.25
8760
$ 597,870
110kW IE2 110kW IE4 Dif. kW kWh (CLP) $ kW Hora Horas año
Ahorro
86.58
84.65
1.93 $ 75.00 144.75
8760
$ 1,268,010
—
Ejemplo: Aplicación torque cuadrático. La mejor opción
60 meses
48 meses
36 meses
24 meses
Ahorro x Eff. 12 meses
Dif. CLP
110kW IE2
90kW IE2
$ 7,140,000 $ 5,810,000 $ 1,330,000 $ 433,620 $ 1,763,620 $ 2,197,240 $ 2,630,860 $ 3,064,480 $ 3,498,100
60 meses
48 Meses
36 meses
24 meses
Ahorro x Eff. 12 meses
Dif. CLP
110kW IE2 110kW IE3
$ 5,810,000 $ 6,230,000 -$ 420,000 $ 670,140 $ 250,140 $ 920,280 $ 1,590,420 $ 2,260,560 $ 2,930,700
60 meses
48 Meses
36 meses
24 meses
Ahorro x Eff. 12 meses
Dif. CLP
110kW IE3 110kW IE4
$ 6,230,000 $ 7,660,000 -$ 1,430,000 $ 597,870 -$ 832,130 -$ 234,260 $ 363,610 $ 961,480 $ 1,559,350
60 meses
48 Meses
36 meses
24 meses
Ahorro x Eff. 12 meses
Dif. CLP
110kW IE2 110kW IE4
$ 5,810,000 $ 7,660,000 -$ 1,850,000 $ 1,268,010 -$ 581,990 $ 686,020 $ 1,954,030 $ 3,222,040 $ 4,490,050
—
XI Jornadas Técnicas ABB en Chile
Dimensionamiento UMA
APLICACIÓN VDF ABB PARA UNIDADES MANEJADORAS DE AIRE DE PABELLONES DE CIRUGIA
—
LOS VDF ABB PERMITEN MANTENER EL CAUDAL DE AIRE DE INYECCION CONSTANTE EN LA MEDIDA
QUE LOS FILTROS SE SATURAN, ADEMAS DE CONTROLAR EL DIFERENCIAL DE PRESION (+) DEL
PABELLON DE CIRUGIA A TRAVES DE LA REGULACION DE RPM DEL VENTILADOR DE EXTRACCION.
EXTRACCION DE AIRE
100% INYECCION DE AIRE EXTERIOR
AERMEC SOUTH AMERICA SPA
APLICACIÓN VDF ABB PARA UNIDADES MANEJADORAS DE AIRE DE PABELLONES DE CIRUGIA
—
AERMEC SOUTH AMERICA SPA
—
Harmonicos
Diferentes Soluciones
Las corrientes armónicas aumentan la corriente de línea total
Aumento del tamaño del cable.
ACH580-31
Factor de Potencia = 1.0
Corriente de Linea≈ 100%
ACH580-01
Factor de Potencia ≈ 0.93
Corriente de Linea ≈ 107,7%
EC motor
Factor de Potencia ≈ 0.78
Corriente de Linea ≈ 128%
Se necesitan fusibles más grandes
"Corriente extra" no es corriente activa - Es corriente reactiva
La central eléctrica debe entregar y facturar también la corriente
reactiva
La corriente del motor EC extraída de la red es aproximadamente
un 25-40% más alta que la carga
La corriente reactiva reduce el factor de potencia total.
Muchas empresas eléctricas cobran por la corriente reactiva o el
factor de baja potencia
Carga continua para corriente reactiva, o
Penalización por bajo factor de potencia
August 12, 2019
Slide 27
—
Dimensionamiento aplicación Cuadrática
Ejemplo DriveSize
—
Límites ambientales
.
Límites ambientales de funcionamiento:
– Altitud
– Humedad
• Máximo 95%
• 0…4.000 m (0…13.123 pies)
– Niveles de contaminación (IEC 60721-3-3)
– Temperatura
• Gases químicos: Clase 3C2
• Partículas sólidas: Clase 3S2
• -10…+55 °C (14…131 °F).
• Bastidor R10-11 hasta 50 °C (122 °F)
– Vibración sinusoidal (IEC 60721-3-3)
• Condiciones mecánicas: Clase 3M4
© Grupo ABB
12. August 2019 | Transparencia 29
—
Drives ABB All-compatible
Apréndalo una vez. Úsalo en todas partes
~ 6,000
Empleados en
>80 países
11
Fabricas alrededor
del mundo
All-compatible drives para todas sus instalaciones
12 de agosto de
2019
Slide 30
8
Service centers
Uno en Chile
—
Motores de baja tensión para la industria de climatización.
Características claves
Respondiendo a los desafíos de los clientes con ...
– Suministro de los motores adecuados para cumplir con las
normas de diseño para ventilación
– Utilización de las tecnologías adecuadas
– Creación de motores compactos y silenciosos a medida
– Impulsar la competitividad a través de la diferenciación
Productos
Motores de inducción de hierro fundido y aluminio IEC 56 a 450,
hasta 1000 kW, IE2 a IE4
Motores de reluctancia síncrona IEC 90 a 315, hasta 350 kW, hasta
IE5
Motores a medida adaptados a su propósito como
condensadores o motores de extracción de humo, etc.
August 12, 2019
Slide 31
Le ayudamos a cumplir con las estrictas regulaciones de
eficiencia del sistema y las cambiantes demandas del
mercado, al suministrar el motor adecuado para su
propósito que lo distinguirá de su competencia.
—
ABB
Todas las aplicaciones, todos los mercados
August 12, 2019
Slide 32
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