Feb 4, 2021 12:53:42 PM | ¿Vale la Pena Comprar un Variador de Velocidad?

Usos de los Reconectadores alta o media tensión

Escrito por Juan Ramón Camarillo Peñaranda, Ph.D. para Dielco SAS

Los motores eléctricos son la fuerza más importante de la industria hoy en día. Los motores consumen alrededor del 65% de la energía demandada desde las industrias [1]. Teniendo en cuenta la gran participación que tienen en el consumo de energía, es razonable buscar medidas tendientes a reducir el consumo de energía de los motores. En este caso vamos a evaluar la instalación de un variador de velocidad para accionar un motor.

Control Manual, Control Mecánico y Control Automático de Motores

Los motores eléctricos en ocasiones son dimensionados para una demanda máxima que casi nunca (o nunca) se presenta. Teniendo en cuenta este sobredimensionamiento es usual que se empleen medidas para regular mecánicamente la salida del motor para que se adecúe a la demanda actual. Entre los métodos de control está la regulación con álabes y válvulas. Otro método menos común (y menos eficiente) es el control manual. En éste el operador hace una lectura de la demanda actual y manualmente ajusta la potencia del motor a la demanda actual. El último método es el control automático usando variadores de velocidad (también conocidos como variadores de frecuencia) en el cual el variador mide la demanda del proceso y se ajusta automáticamente a dicha demanda.

La instalación de un variador de velocidad tiene una inversión inicial importante, sin embargo dicha inversión puede recuperarse en menos de un año [2]. Veamos un ejemplo para ilustrar esta situación.

Ejemplo: Ahorro por la Instalación de un Variador de Velocidad

Se tiene un motor de 25hp (18.5kW), eficiencia de 93.7% y velocidad nominal de 1200rpm. El motor opera una aplicación de ventiladores donde la demanda promedio real es de 1000rpm. Este motor fue sobredimensionado, teniendo en cuenta que la velocidad de operación más cercana es de 900rpm. Tenemos entonces que la velocidad de operación real es 83% de la velocidad nominal. En este momento, el control de la velocidad se hace con un frenado mecánico y se quiere evaluar la instalación de un variador de velocidad. Se debe calcular el ahorro al que se llegaría con la instalación de un variador de velocidad.

Respuesta: Ahorro con un variador de velocidad

Consideremos una operación de 6570 horas en un año (el 75% de las horas totales en un año) y un costo promedio de $600 por cada kilovatio-hora. Consideremos una eficiencia del 95% del variador de velocidad. El consumo de cada aplicación se muestra en la siguiente tabla:

Tabla I. Comparación del Consumo de un Motor y un Motor con Variador de Velocidad

La relación velocidad-consumo de energía sigue la regla del cubo [2], [3]. Es decir, para una reducción de velocidad de 83% la reducción de consumo de energía se calcula como 0.83³ = 0.572. Es decir, el consumo de energía se reduce al 57.2% del consumo a plena carga. Debemos también tener en cuenta que la eficiencia del motor + variador es un poco inferior. En el caso bajo estudio es de 88.4%, con lo cual el consumo de energía en el primer año se reduce en más de $30.000.000.

¿Vale la pena Comprar un Variador de Velocidad?

Teniendo en cuenta los cálculos realizados anteriormente, sí vale la pena comprar un variador de velocidad si actualmente la demanda del proceso es menor que la capacidad nominal del motor. Observamos que la reducción en consumo es de más de $30.000.000, con lo cual la inversión en el variador se recupera en poco tiempo.Bibliografía

[1]      ABB, “Low voltage AC drives and softstarters Catalog and price list,” 2018.

[2]      ABB, “Convertidores y motores ABB para mejorar la eficiencia energética,” 2011.

[3]      ABB, “Boosting industrial profitability with energy efficient drives and motors,” 2016.Escrito por Juan Ramón Camarillo Peñaranda, Ph.D. para Dielco SAS
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