Industrial Energy Savings Expo Energía a Jorge W. Baez Emerson Control Techniques. Business Development Manager

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1 Industrial Energy Savings Expo Energía a 2012 Jorge W. Baez Emerson Control Techniques. Business Development Manager 1

2 Objetivos de Presentación 1. Explicar los conceptos de Ahorro Energía 2. Entrenar a. Identificar Aplicaciones potenciales b. Entender las ventajas 2

3 CT Americas Initiative Porque ahorrar energía es importante? Reducir el consumo de energía hace la empresa mas competitiva. Ahorra recursos naturales Ayuda a proteger el medio ambiente Es una gran oportunidad de negocio para las empresas, instaladores, distribuidores y para Emerson. Es un tema político importante hoy en dia. 3

4 Porque es importante? Algunos Datos Dinero, Montañas de dinero En Chile en el sector industrial, mas de 70% de todo el consumo de electricidad es por motores eléctricos. 60% de este consumo es de bombas, ventiladores y sistemas de aire comprimido. Competición Global El costo de Energía en Chile es superior en 30% a de Brasil, un 40% mayor que México y casi 300% mas caro que Perú. 4

5 Cargas de Torque Variable Leyes de Afinidad Caudal es proporcional a la velocidad Presión es proporcional al cuadrado de la velocidad Potencia es proporcional al cubo de la velocidad Ruido audible es proporcional a la 5ª potencia de la velocidad

6 M H I t Operation, direct online Throttle valve control I t Fixed speed H 100% Ahorro de Energía P ~ M x n P ~ H x Q 25% 50% 75% 100% Q 6

7 ~ ~ M H I I I t t Operation from a drive converter Variable-speed control t Variable speed H 100% P ~ M x n P ~ H x Q 25% 50% 75% 100% Q

8 Variable Torque Load Characteristics At 80% Speed (Flow), theoretical Power consumption is 50% of rated. % HP and Torque HP Torque Flow % Speed 8

9 Ventiladores Típicamente diseñados para flujo máximo, con grandes reservas de diseño. Los sistemas en general operan abajo de punto de diseño. El flujo es controlado por medio de control dámper o giro de aletas Potencia Consumida ~ Velocidad 3 9

10 Industrial HVAC y Aplicaciones de Refrigeracion Ambientes de Trabajo Salas Limpias Enfriamiento/calentamiento de materiales Depósitos y Almacenaje Generación Térmica Torres de Enfriamiento 10

11 Fan Power Requirements with Different Control Methods Input Power (%) Damper Inlet Guide Vanes Disc Throttle Variable Pitch Axial Fan VFD Ideal Fan Control Flow Rate (%) 11

12 VDFs y Bombas Control de caudal para controlar procesos Regulación de flujo y presión estática Aplicaciones Típicas Bombas de enfriamiento Bombas de Alimentación de Condensadores Bombas de suministro de Agua Bombas de dosaje 12

13 Bombas Normalmente diseñadas para flujo máximo con múltiples factores de servicio adicionados. Sistemas de bombeo operan en general abajo del punto de capacidad máxima. Flujo en general es controlado tradicionalmente por control de salida utilizando válvulas de flujo o por bypass (recirculación) en cual la salida es flujo es enviada la entrada de la bomba. 13

14 Eficiencia en Sistemas de Bombeo La eficiencia promedia del bombeo es inferior a 40% 10% de las bombas operan debajo del 10% eficiencia 70% es la eficiencia típica de una bomba Principales Causas: Sobredimensionamiento de la bomba y sistemas no diseñados para operar próximos al punto de mayor eficiencia de la bomba (BEP). La Bomba consume mucha energía resultando en mayor vibración, sobrecalentamiento de descansos con reducción substancial de la vida útil, sellos con menor vida útil y mayor cantidad de fallas. Sobreuso de bypass y válvulas de control de flujo Válvulas Sobredimensionadas hacen mas dificil el control de procesos. 65% de las válvulas de control <50% apertura, con muchas <30% apertura y 15% al incio. Fuente: Estudio Finlandés sobre 1,690 bombas en 20 plantas de procesos (Expert Systems for Diagnosis of the Condition and Performance of Centrifugal Pumps) 14

15 VDFs Beneficios Adicionales Eliminación de válvulas caras y válvulas de control Reduce estrés eléctrico ocasionado durante la partida Permite control preciso flujo Incrementa la vida útil de la bombas y sellos Reduce el desgaste y cavitación Reduce el ruido Mejora el factor de potencia. 15

16 Otras Tecnologías de control de Cargas Cuadráticas Motor 2 velocidades Mejor control de proceso con VDF Motores anillos rozantes control es por resistores Motores DC Mejora de PF y mantenimiento Motores de ciclo múltiplo mejor control de proceso y Mantenimiento reducido Reemplazar cualquiera de estas tecnologías por VDF resulta en ahorro de energía El montante de ahorro depende en ciclo de carga y el método de control Todas son oportunidades de mejora 16

17 Cargas de Par Constante Energía es proporcional a la velocidad VDFs ayuda mejorar el control de procesos y reduce el mantenimento. Aplicaciones incluidas: Extrusores, Grúas, Compresores, Correas Transportadoras, Mescladores, etc. Percent Power and Torque 100 Torque Percent Speed Par es constante con la velocidad Power 17

18 Cargas de Potencia Constante Energía es constante en todo el rango de velocidad Velocidad y Par son inversamente proporcionales VDFs mejoran procesos y reducen el mantenimiento. Aplicaciones: Bobinador / Desbobinador 18

19 Cargas Regenerativas Example: Brake unwind Existing control is a magnetic coupling rated at 5kW Savings are approximately equal to run time in hrs x 5kW 19

20 Cargas Regenerativas En algunos aplicaciones de par constante, control de tensión, correas regenerativas, maquinas de elevada inercia hacen el motor regenerar. En estos casos los motores son equipados con frenos estáticos o dinámicos que proveen el par freno. Históricamente esto es manejado con frenos mecánicos, resistencias de frenando o accionamientos DC regenerativos. 20

21 Bus DC y Regeneración 21

22 Productos CT CT ofrece múltiples productos a considerar para escoger la solución adecuada. Esto incluye soluciones a la medida en tableros y sistemas especiales de accionamientos. Box it! 22

23 Consideraciones para el motor Cuando aplicamos VDFs a motores existentes deben ser tomados en consideración los siguientes puntos: 1. Rango de Velocidad El sistema de enfriamiento puede limitar la velocidad mínima del motor 2. Clase Aislación La aislación del motor debe soportar la onda PWM de VDF. 3. Sistema de Alimentación y Construcción del motor Falla prematuras de rodamientos pueden ocurrir particularmente en motores mayores >100hp 23

24 Fan & Pump Energy Savings Estimator Download from 24

25 Calculate Energy Saving with VT Loads Data inputs: Duty cycle Rebates/Incentives Cost/kWh Motor efficiency Compares to: Dampers Inlet vanes Throttle valve Bypass 25

26 System Data Entry 26

27 Energy Savings Estimator - ROI Output is simple payback 27

28 Useful Energy Savings Features Dynamic V/Hz - Maximizes energy savings used on single motor only - Automatically optimizes the drive output voltage to match the requirements of the load - Minimizes motor noise 28

29 Energy and Power Metering Power consumed, operating costs per hour, power up time log and maintenance flags are all standard features providing free Asset Management tools. Proof of savings (+/- 5%) Energy meter kwh 29

30 Skip Frequencies Used to bypass mechanical resonances / reduce audible noise / vibration. Reduces wear on the system Actual Drive Frequency Actual Drive Frequency jumps past critical points Skip Frequency 1 Skip Frequency 2 Frequency Set Point 30

31 Supply Dip Ride Through The drive can automatically ride through momentary power dips by reducing speed and then returning to set speed when the supply recovers without tripping. Supply Voltage Load Speed Time 31

32 Independent PID Control For stand alone process control of flow, pressure, level, temperature, etc. No need for external controller, save $$$ Level Set Point Level Transducer Reference Feedback P I D Output Drive Frequency 32

33 Case Studies Dante Vilches Soltex Distribuidor CT 33

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