11. Controles de motores

11. Controles de motores Usos
Anibal T. De Almeida
Día 2
1
Temario
•
•
•
•
Control de fluidos
Control de movimientos
Manipulación de materiales
Máquinas herramientas
ISR-Universidad de Coímbra 2
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.
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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.
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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
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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.
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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
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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.
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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
24
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.
25
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
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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
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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?
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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
30