Como ahorrar energía y dinero con variadores de frecuencia (VFD)

Los variadores de frecuencia (VFD) se están volviendo cada vez más comunes y más utilizados en aplicaciones.

Son capaces de variar la velocidad de salida de un motor sin la necesidad de poleas mecánicas, reduciendo así el número de componentes mecánicos y el mantenimiento general.

Pero la mayor ventaja que tiene un VFD es la capacidad de ahorrar dinero al usuario a través de su naturaleza heredada para ahorrar energía al consumir solo la energía que se necesita. La pregunta principal ahora es, ¿cómo logra esto un VFD? La respuesta simple a esta pregunta es la conversión de poder.

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Que es un VFD (Variador de frecuencia)

Entonces, ¿qué es un VFD? Algunos de los diferentes nombres que se usan en la industria son un variador de frecuencia, un variador de frecuencia ajustable, un variador de velocidad o un variador de velocidad ajustable.

Un VFD es similar al motor al que está conectado, ambos convierten la energía en una forma utilizable. En el caso de un motor de inducción, la energía eléctrica que se le suministra se convierte en energía mecánica mediante la rotación del rotor del motor y el par que produce a través del deslizamiento del motor.

Un VFD, por otro lado, convertirá su potencia entrante, un voltaje y frecuencia fijos, a un voltaje y frecuencia variables. Este mismo concepto es también la base para variar la velocidad del motor sin la necesidad de poleas ajustables o cambios de marchas.

La tecnología ha existido durante bastantes años, pero solo ha comenzado a avanzar en aplicaciones de HVAC y bombeo en los últimos años. El tamaño y el costo de la electrónica ha hecho que los VFD sean aplicables a una gama más amplia de motores y ha aumentado la oportunidad de ahorro.

Beneficios de los Variadores de frecuencia.

Aproximadamente la mitad de la electricidad en los edificios comerciales solo se usa para mover el aire y el agua, por lo que un VFD son una gran manera de ahorrar energía. Si observa un motor de bomba típico, el costo del ciclo de vida de la bomba, es  de la energía que consume en el 90% de los casos y solo es el 10% del costo del motor … un VFD puede reducir el costo del consumo a la mitad.

La mayoría de los motores son de gran tamaño para lidiar con sus peores escenarios: sus cargas máximas. Un VFD le permite hacer funcionar ese motor con la carga que necesita en lugar de hacerlo funcionar con la carga máxima todo el tiempo.

Otro beneficio es que tiene una capacidad incorporada de arranque suave. Entonces esas combinaciones de cosas te darán ahorros; no solo en energía, sino también alargando la vida  útil del motor.

Como funcionan los VFD?

Todos los VFD tomarán energía de AC trifásica y convertirán esa energía de 3 fases en energía de DC dentro del variador y la transmitirán en forma de onda de AC simulada al motor. El motor todavía piensa que tiene alimentación de AC, pero la conversión de alimentación de DC ahora nos permite controlar la velocidad del motor sin dañarlo. Ahora tenemos el control para ahorrar energía y dinero.

El concepto básico con los ahorros para VFD es que su velocidad y su flujo son más o menos proporcionales. Pero el consumo de energía está elevado al cubo. Si está ejecutando su motor a la velocidad máxima de 60 hercios, no tiene ningún ahorro, pero cualquier reducción paga la reducción al cubo, osea que cualquier reducción en los hercios se disminuye en energía al cubo, mas adelante están ejemplos que mejoraran la comprensión.

Lo que hace un variador de frecuencia es igualar la cantidad de energía que necesita su motor variando parámetros eléctricos de entrada para igualar la cantidad de trabajo que se está realizando. Esto ahorra energía, ¡mucha energía!

Ejemplos de como ahorra energía un variador de frecuencia.

En aplicaciones de motor tan comunes como para bombear agua (bombas hidráulicas) o aire en movimiento (ventiladores), los motores, durante la mayoría de las veces que funcionan, no necesitan trabajar a toda velocidad para satisfacer los requisitos del sistema al que sirven ( la mayoría de las veces, no se necesita el flujo o la presión máximos de agua o aire para los que está diseñado el equipo). Durante esos momentos, si la velocidad del motor puede reducirse, la energía que consume se reduce drásticamente.

La regla de la raíz cúbica se aplica aquí, aunque solo teóricamente, lo que significa que si puede reducir la velocidad del motor en un 50%, la energía que consume puede reducirse aproximadamente en un 88%.

Entonces, si puede trabajar el motor a 54 Hertz, esto se puede lograr con un VFD, el motor funcionara un 10% más lento, pero mejorar los ahorros en un 27%. ¿Como es eso? Bueno, si disminuyes a 90% la velocidad, se disminuira la potencia consumida al cubo de la velocidad reducida (Recordar que el ahorro de energía  es la velocidad reducida al cubo) 0.9 x 0.9 x 0.9, el resultado neto de eso es 0.729 (72,9%). Así que ahora solo estás usando el 72.9% de la energía que estabas usando anteriormente.

La diferencia entre eso y el 100% es su ahorro, por lo que con una reducción del 10% en la velocidad, ahorrará un 27% de energía. Si estás a media velocidad osea 30 Hertz de los 60Hz máximos, ahorraras aun más.

Para saber el ahorro deberás multiplicar 0.5 x 0.5 x 0.5 (50% de velocidad) y el resultado sera 0.125 (12.5%), por lo que solo usa el 12.5% ​​de la electricidad. Debajo de esto, realmente no obtendrá ningún ahorro adicional significativo.

Ejemplos de equipos que pueden funcionar con variadores de frecuencia

Algunas aplicaciones son las unidades de tratamiento de aire, bombas de enfriamiento de procesos industriales, bombas de agua enfriada, bombas de circulación de agua caliente, ventiladores de torre de enfriamiento, ventiladores de aire de retorno, enfriadores, compresores de aire, bombas de circulación y suministro, ventiladores de combustión, máquinas de moldeo por inyección, hay muchas buenas aplicaciones e incluso puede calificar para obtener una sin inversión y que se pague con ahorros a través de un Acuerdo de Ahorro NegaWatt de Green Energy o ESCOs. El primer paso es que un consultor de servicios energéticos revise sus diversas oportunidades motoras y obtenga una auditoría para determinar los ahorros.