02b Variadores y ahorro de energia - Alexander Tejeda ...coil.ipl.edu.do/vista/pdf/02b Variadores y ahorro de energia - Alexander Tejeda.pdfEl ahorro de energía se determina por la

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AHORRO DE ENERGÍA UTILIZANDO

VARIADORES DE FRECUENCIA EN APLICACIONES DE PAR

VARIABLE

Ing. Alexander TejadaPower Channel Manager

Copyright © 2009 Rockwell Automation, Inc. All rights reserved. 2

Utilizando Variadores de Frecuencia

Razones para el uso de variadores de frecuencia

• Necesidad de Regulación de Velocidad

• Optimización del Control

• Reducción del Estrés Eléctrico/Mecánico

• Ahorro de Energía



Necesidad de Regulación de Velocidad

• Ventajas en costo de adquisición y mantenimiento sobre

otros métodos de variación de velocidad:

- Clutch/Variador de Corrientes de Eddy

- Variadores de C.D.

- Variadores/Coples Hidráulicos

- Bandas Cónicas



Optimización del Control

• Regulación de velocidad con ajuste de hasta 0.1%

• Propiedades de comunicación (puede formar parte de una

red de control y adquisición de información) y de

integración

• Incrementar la Calidad de un Producto, Flexibilidad de

una Máquina, Eficiencia de un Proceso, etc.



Reducción del Estrés Mecánico

• Aceleración y desaceleración tipo rampa o curva S

• Reducción en costos de mantenimiento por reposición de

sellos, acoplamientos, ductos, bandas, etc.

• Alto par de arranque por lo que se evita que el motor tome de 6

a 8 veces la corriente nominal del motor, esto implica una

reducción en los picos de demanda


Información de Soporte - Ahorro de Energía

• Cuales son las diferencias entre las cargas de Par Variable y Par Constante si:

• Par = Fuerza x Distancia

• Fuerza = Masa x Aceleración

Si la masa permanece constante, los requerimientos

de Par permanecerán constantes

independientemente de la velocidad.

Por ello el término:

“Par Constante”.

Que es Par Constante?

Ya que la masa decrece con la velocidad, los requerimientos

de Par decrecen como decrezca la velocidad.

Por ello, el termino:

“Par Variable”.

Que es Par Variable?


Información de Soporte - Ahorro de Energía

Ejemplos de aplicacionesde Par Constante

Ejemplos de aplicacionesde Par Variable

Transportadores

GrúasExtrusores

Mezcladoras

Bombas de Desplazamiento

Positivo

Todo Tipo de Cargas Centrífugas

Bombas Ventiladores

Sopladores

Más del 60% de la energía eléctrica demandada en la actualidad esconsumida por motores eléctricos. Por esto, uno de los puntos másrelevantes para la industria en general ha sido estudiar el conjuntomotor-carga y tratar de optimizar el proceso completo. Lo normal esencontrarse con motores que trabajan en condiciones de carga variable(líquidos, gases, etc.). En estos casos, la regulación electrónica de lavelocidad de los motores en función de las necesidades, sustituye a lossistemas tradicionales de control con resultados energéticosespectaculares.


% CFM (Pies cúbicos por minuto)

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

0

% Tiempo de

Operacióna losCFM

dados

Ahorro de Energía con Variadores de Frecuencia

Perfil de Carga u Operación del Sistema

El ahorro de energía se determina por la fracción detiempo operando bajo un nivel de carga en particular yel período de operación bajo esas condiciones. Losahorros más importantes los tendremos en las cargasde torque cuadrático, donde una pequeña disminuciónde velocidad produce una gran disminución de potenciaabsorbida por el motor.



Ahorro de Energía en Ventiladores y

Sopladores



Alimentaciónde C.A.

�Arrancando y Parando el Motor

�Con Persianas ò “Dampers” a la Salida ó

Descarga,

�O bien, a la Entrada ó Succión.

• Tipos de Modulación Actual:


20 40 60 80 100 120 140 160

0

20

40

60

80

100

120

% Flujo

% Presión

20 40 60 80 100 120 140 160

0

20

40

60

80

100

120

% Flujo

% Entrada de

Potencia


Modulando el Perfil de Carga con Persianas de Salida ó Descarga


20 40 60 80 100 120 140 160

0

20

40

60

80

100

120

% Flujo

%Entrada de

Potencia

20 40 60 80 100 120 140 160

0

20

40

60

80

100

120

% Flujo

%Presión


Modulando el Perfil de carga con Persianas/Alabes a la Entrada o Succión



Modulando el Perfil de carga con Variadores de Frecuencia


20 40 60 80 100 120 140 160

0

20

40

60

80

100

120

% Flow

%Input

Power

20 40 60 80 100 120 140 160

0

20

40

60

80

100

120

% Flow

%Pressure


Modulando el Perfil de Carga con Variadores de

Frecuencia


Velocidad Variable

• Toma ventaja del cambio de la curva del ventilador

• Las Leyes de Afinidad aplican en todos los equipos

centrífugos:

El Flujo (Q) cambia

linealmente con la Velocidad (N)

La Presión (P) es proporcional al cuadrado de la Velocidad (N) o el

Flujo (Q)

La Potencia (HP) es proporcional al cubo

de la Velocidad (N) o el Flujo (Q)

Q

Q

N

N

P

P

N

N

HP

HP

N

N

2

1

2

1

2

1

2

1

2

2

1

2

1

3

= =

=

Q

Q

N

N

P

P

N

N

HP

HP

N

N

2

1

2

1

2

1

2

1

2

2

1

2

1

3

= =

=


0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0 10 20 30 40 50 60

Frequency (Hz)

% F

low

, %

To

rqu

e,

% P

ow

er

Par Variable

El Par y Presión varían al cuadrado de la velocidad

La potencia varia al cubo de la velocidad

Aplicaciones, Tipos

Flujo varia linealmente con la

velocidad


HP =CFM x PSF

33,000 x Efficiency of Fan

HP =CFM x PIW

6536 x Efficiency of Fan

HP =CFM x PSI

229 x Efficiency of Fan

Donde:CFM = Pies Cúbicos por Minuto “Cubic Feet per Minute”PSF = Libras por Pie Cuadrado “Pounds per Square Foot”PIW = Pulgadas de Agua “Inches of Water gauge”PSI = Libras por Pulgada Cuadrada “Pounds per Square Inch”

Ventiladores o Sopladores

• Formulas de HP´s



Ahorro de Energía para Bombas Centrifugas


Bomba

Control

ProcesoRetroalimentación

Al Proceso

Válvula


Modulando el Perfil de Carga con una Válvula



Modulando el Perfil de Carga con

Encendido y Apagado Recirculación

Alimentaciónde C.A.


10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Válvula

Variador de Frecuencia

14" Dia.

Galones por Minuto

0

CabezaTotal

enPies


Comparación de los Costos de Operación entre la Válvula y el Variador de Frecuencia

Cabeza Estática

Total

Cabeza de Descarga Estática

Elevación de Succión Estática


Water HP – energía de salida de la bomba Brake HP – Potencia requerida para operar la bomba en un punto específico

3960

GravitySpecificHeadGPMWaterHP

××=

Formulas de Bombas

Efficiency Pump

HPWater

or

Efficiency Pump3960

Gravity SpecificHeadGPM BrakeHP

×

××=


10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

Valvula


14" Dia.

Galones por Minuto

0

CabezaTotal

enPies


Comparación de los Costos de Operación entre la Valvula y el Variador de Frecuencia


FLUJO (GPM) CABEZA (Pies) POTENCIA (HP)

1200

960

720

480

63

69

76

81

Nota: la eficiencia de la bomba cambia (76,72,65,53% respectivamente)

25

23

21

19

Analisís con Valvula


FLUJO (GPM) CABEZA (Pies) POTENCIA (HP)

1200

960

720

480

63

40.3

22.7

10

25

12.8

5.4

1.6

Analísis con Variación de Velocidad


TIEMPO

%

FLUJO (CFM)

10%

40% 40%

10%

40 60 80 100%


Perfil de Carga Variable


20 40 60 80 100

10

20

30

35

40

% CFM

$4,560


$10,656

Persiana de Salida

HP


Comparación de los Costos de Operación entre la Persiana de Salida y el Variador de Frecuencia

PowerFlexFamily of Low Voltage Drives

Power

Performance

Compact

Standard

Premium

28

� PowerFlex drives meet worldwide standards out of-the-box, achieving EMC, global voltage and safety requirements. All PowerFlex drives offer commonality in networks, operator interface and programming — factors that significantly contribute to ease-of-use and faster application start-up.

� PowerFlex Compact drives offer cost-effective motor control for machine-level and stand-alone applications (PowerFlex 4, 4M, 40, 40P, 523, 525)

� PowerFlex Standard drives are designed for application flexibility and control system integration (PowerFlex 400, 70, 700, 753 )

� PowerFlex Premium drives are designed for advanced applications with tight control system integration and extended Power Ranges(PowerFlex 700L, 700H, 700S, 755 )

Pe

rfo

rma

nc

e /

Fu

nc

tio

na

lity

Power Rating (kW @ 4160V)

200 500 1000 2000 5000 25400

PowerFlex® 7000 – Medium Voltage

PowerFlex7000 Hi-HP

PowerFlex7000L

PowerFlex7000

PowerFlex7000A


Soluciones Especificas de Ventilador y Bombas: Variadores PowerFlex 400


PowerFlex 750-Series AC Drives

• Los drives AC de la serie PowerFlex 750 ofrecen más opciones de

control y soportan más opciones de hardware que la mayoria de los

productos de su clase:

– Técnologia DeviceLogix™ incorporada

– Puerto Ethernet incorporado como estandar(PowerFlex 755)

– Disgnostico Predictivo

– Opciones de Seguridad Básicas y Avanzadas

– Carácteristicas:

– Funciones de Posicionamiento -- Opciones de E/S

– Opciones de Comunicación -- Opciones de Feedbak

– Tipos de Cerramiento -- Conformal Coating

– Tamaño pequeño (75Hp+) -- Nueva HIM

– RoHS Compliant Materials

The PowerFlex 750-Series offer new capabilities that meet a variety of application needs.


PowerFlex 750-Series:PowerFlex753

Control Board

Location for Auxiliary Power Module

Option Slots

PowerFlex 753

• Diseñado para uso en aplicaciones de proposito

general

• Rango de Potencias:

– 0.75…250 kW/ 1…350 Hp

@ 400/480V AC 540/650V DC

– Frames 2-7

• Numero de Catalogo: 20F

• 3 slots de opciones para comunicación,

seguridad, retroalimentación y I/O

• I/O incorporadas como estandard

• Carácteristicas: DeviceLogix control, predictive

diagnostics, and Safe Torque-Off and Safe Speed

Monitor options


PowerFlex 750-Series:PowerFlex755

Control Board

Option Slots

PowerFlex 755

• Diseñado para facilidad de uso, integración, flexibilidad de aplicación y rendimiento.

• Rango de Potencias:

– 7.5…250 kW/ 10…350 Hp@ 400/480V AC 540/650V DC

– Frames 2-7

• Catalog number: 20G

• 3 slots de opciones para comunicación, seguridad, retroalimentación y I/O y fuente de poder adicional.

• Puerto Ethernet incluido como estandar

• Features: DeviceLogix control, predictive diagnostics, and Safe Torque-Off and Safe Speed Monitor options

• Set de aplicaciones para levantamiento

• Mas opciones avanzadas de retroalimentación, rendimiento y posicionamiento.

PowerFlex 755 – Basic Control Options

Safe Torque-off I/O Encoder Auxiliary Power Supply

24V Option• 2 AI, 2 AO, 6 DI,

• 2 RO or 2 OC w/1 RO

120VAC Option• 2 AI, 2 AO, 6 DI,

• 2 RO

Basic Safety Option• PLe/SIL3 Safety Cert• External Safety Relay

Required

Basic Incremental• 5V & 12V DC Supply

• Homing Input• Quadrature

• Marker or Registration

Customer Input Power• 24VDC @5A


• DeviceLogix

– Control Incorporado

• Funciona como stand-alone o

complementario al control

supervisorio.

– Usado para controlar

salidas y manejar

información de estatus

localmente con el drive

– Puede integrarse con el

drive u operar

independientemente

– Use una la opción de fuente

auxiliar de 24vDC para

operación con la entrada

trifásica desconectada.

– Programado con DriveExplorer,

Drive Tools o RSLogix 5000 AOPs

PowerFlex 750-Series


• DeviceLogix– Programación por bloques de funciones

– Tipos de instrucciones incluidas:• Bit & Análogas I/O

• Proceso

• Filtro

• Selección/Limite

• Estadística

• Temporizador/Contador

• Comparación

• Computo/Matemática

• Movimiento/Lógica

PowerFlex 750-Series

NO cuentan como bloques de funciones

Cada instancia cuentaComo un Function Block


PowerFlex® 7000 Medium Voltage Drive

“A” Frame

“C” Frame

“B” Frame

Rango de Potencia

Los variadores Allen-Bradley PowerFlex 7000 de media tensión AC, se encuentran disponibles en rangos de potencia, desde 2400 a 6600 voltios, (200 a 34000 HP).


PowerFlex 7000 MV Drive - Overview

“A” Frame

“C” Frame

“B” Frame

• Variador de Media Tensión para control de velocidad, torque, dirección, arranques,

paradas de motores de inducción o sincrónicos.

• Tecnología de fuente inversora de corriente CSI (Current Source Inverter)

• Producto global - IEC / NEMA / UL / CSA

• Enfoque de alta fiabilidad, facilidad de empleo, bajo costo total de propiedad.

• Estructura de potencia simple y confiable.

• Diseño sin fusible

• Baja cantidad de componentes

• Regeneración Inherente (Rectificador Active Front End)

• Tecnología Direct to Drive


CSI PowerFlex7000® MV Drive / Direct to Drive D2D ®

Para qué comprar un Transformador de Aislamiento si usted no lo necesita ?

El PowerFlex 7000 con tecnología

Direct-to-Drive le permite :– Conectar el suministro eléctrico de

distribucion directo al Variador sin

transformador de aislamiento

– Conectar un motor nuevo ó existentedirecto al Variador sin usar filtros �

Cables Estándard y Motores Estándard

El Control Inteligente de Motor es Escalable, Control de Motor basado en Información

Desde Simple a Complejo, solucionando las aplicaciones más exigentes

Arranques directos

Arranque suave

LV VFD

Control Distribuido

LV/MV CCM IntelliCENTER

Sistemas de Bus de barras

MV VFD


Potenciales Aplicaciones para el Ahorro de Energia


Motores en la Industria


Beneficios para su Negocio


Las herramientas de Ahorro de Energía


Las herramientas de Ahorro de Energía

• Se pueden descargar por medio del siguiente link:

http://www.rockwellenergycalc.com/

– Solo requiere de un pequeño registro (gratuito).

Documents

02b Variadores y ahorro de energia - Alexander Tejeda ...coil.ipl.edu.do/vista/pdf/02b Variadores y ahorro de energia - Alexander Tejeda.pdfEl ahorro de energía se determina por la