11. Controles de motores - Usos

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1 11. Controles de motores - Usos Anibal T. De Almeida Día 2 1

2 Temario Control de fluidos Control de movimientos Manipulación de materiales Máquinas herramientas ISR-Universidad de Coímbra 2

3 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 ISR-Universidad de Coímbra 3

4 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. ISR-Universidad de Coímbra 4

5 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. ISR-Universidad de Coímbra 5

6 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. ISR-Universidad de Coímbra 6

7 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. ISR-Universidad de Coímbra 7

8 Sistemas de bombeo Guía europea de eficiencia de bombas para bombas centrífugas de etapa simple ISR-Universidad de Coímbra 8

9 Sistemas de ventilación ISR-Universidad de Coímbra 9

10 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. ISR-Universidad de Coímbra 10

11 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 ISR-Universidad de Coímbra 11

12 Sistemas de ventilación Métodos de control de la potencia de entrada para distintos flujos de un ventilador centrífugo ISR-Universidad de Coímbra 12

13 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. ISR-Universidad de Coímbra 13

14 Uso de VSD Uso de un VSD en un enfriador de techo. ISR-Universidad de Coímbra 14

15 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% Costos de mantenimiento 6% Suposiciones Potencia 110 kw Vida útil del equipo 15 años Horas de funcionamiento 4000 h/año Precio de la electricidad 5c /kwh ISR-Universidad de Coímbra 15

16 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. ISR-Universidad de Coímbra 16

17 Medidas de ahorros energéticos 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...) 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. 20% 12% 2,4% 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% ISR-Universidad de Coímbra 17

18 Sistemas de compresores Ahorro energético a través del uso de un VSD en un compresor de aire de tornillo rotativo ISR-Universidad de Coímbra 18

19 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. ISR-Universidad de Coímbra 19

20 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. ISR-Universidad de Coímbra 20

21 Uso de VSD Aplicación de variadores de velocidad en un compresor de refrigeración de velocidad variable (AHORROS ESTIMADOS: 25%) ISR-Universidad de Coímbra 21

22 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. ISR-Universidad de Coímbra 22

23 VSD en cintas transportadoras Ahorros energéticos de cintas transportadoras con control de velocidad, en relación con la velocidad constante típica. 23

24 VSD en ascensores 24

25 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

26 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 ISR-Universidad de Coímbra 26

27 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 ISR-Universidad de Coímbra 27

28 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? ISR-Universidad de Coímbra 28

29 Máquinas herramientas Líneas de producción idénticas? Busque datos de rendimiento y de consumo de energía. Se sabe que el equipo es diferente? ISR-Universidad de Coímbra 29

30 Gracias 30