— — 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 Slide 6 — 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 HVAC Food industry Cement Mining and minerals Metals industry Marine Power generation Chemicals Oil upstream Pulp & Paper Material handling Rail Beverage industry Water and waste water Wind