Impulsar la eficiencia energética

Increíble potencial de ahorro de energía y costos

Los motores eléctricos se utilizan de manera generalizada en la industria. Se utilizan para bombas industriales, ventiladores eléctricos, sistemas de aire comprimido, transportadores, manipulación de materiales y más. La mayoría de estos motores funcionan a velocidad máxima o están apagados. No hay terreno medio, porque su velocidad no puede alterarse por su cuenta. Como resultado, consumen más electricidad de la necesaria para hacer el trabajo.

Según Global Efficiency Intelligence, los sistemas de motores industriales representan más del 70% del uso de electricidad en el sector de fabricación. Eso significa un consumo de energía elevado y mucho potencial sin explotar para ahorrar energía y costos. Lamentablemente, existe una comprensión limitada de este potencial. La inteligencia de eficiencia global dice: “El mayor potencial de ahorro de electricidad en los sistemas de motores a menudo no existe en el motor en sí, sino en cualquier otra parte del sistema”.

Los variadores de frecuencia variable (VFD) pueden mitigar el consumo de energía innecesario en muchas aplicaciones industriales y comerciales al variar la velocidad (o frecuencia) de los motores. Los VFD se están adoptando ampliamente en una variedad de industrias que incluyen:

• Agua/Aguas residuales
• Minería
• Alimentos y bebidas
• Petróleo y gas
• Y más

Muchos VFD se instalan en bombas centrífugas, ventiladores, sopladores y compresores donde la salida de torsión aumenta con la velocidad del motor. Como es de esperar, las aplicaciones de carga de par variable ofrecen los ahorros de energía más significativos, hasta 50 por ciento.

Una ventaja sustentable

Prácticamente cualquier aplicación que utilice motores para accionar ventiladores y bombas puede encontrar ahorros significativos cuando se agregan VFD de bajo consumo. Esto es especialmente cierto para los sistemas de HVAC en edificios comerciales. Estos sistemas representan más del 40 % del uso total de energía en los EE. UU.

Las nuevas normas de eficiencia energética del Departamento de Energía deben cumplirse antes del 2023. Las regulaciones involucran todos los aspectos del diseño del sistema:

• Compresión
• Administración del aire
• Transferencia de calor
• Controles integrados

Los nuevos estándares ayudarán a las organizaciones a alcanzar sus metas de sostenibilidad y a ofrecer una ventaja sostenible en el ahorro de costos continuo.

Active la eficiencia en el sector público del agua.

Otro sector que puede beneficiarse en gran medida de los VFD es el de los servicios públicos de agua. Según el DoE, los procesos críticos en las actividades de agua, aguas residuales e irrigación utilizan conjuntamente más de 55 mil millones de kilovatios-hora por año. El uso de la tecnología VFD en las empresas de suministro de agua puede ofrecer ahorros de energía consistentes con el tiempo.

El DoE dice: “La capacidad de una planta para suministrar agua de manera eficiente, reduciendo la pérdida de energía, tiene un impacto directo en el consumo de energía de la planta y en el resultado final”. Normalmente, las bombas de velocidad constante utilizadas en los sistemas de agua funcionan al máximo rendimiento y eficiencia por solo un porcentaje de cada día.

Cuando se agregaron VFD al sistema de bombeo de agua en Bowling Green, la ciudad informó una reducción en el consumo de energía de hasta un 85%.

Cuando la torre de agua Bowling Green Municipal Utilities (BGMU) requirió mantenimiento, el distribuidor de Mitsubishi Electric Air Hydro Power trabajó con BGMU para desarrollar un sistema de bombeo con un VFD que pudiera proporcionar agua a la ciudad mientras se realizaba el trabajo en la torre de agua. BGMU descubrió que la adición del VFD no solo les ayudó a reducir costos, sino que mejoró el servicio al cliente y mejoró su postura de sostenibilidad.

El ROI de los VFD

BGMU utilizó el sistema de desvío con su VFD durante casi un año. Durante ese tiempo, el consumo de energía de demanda pico disminuyó un 85 %, en gran medida atribuido al uso de VFD. BGMU cree que el control inteligente de la bomba habilitado por el VFD proporcionará fácilmente un retorno de la inversión (ROI) de dos años basado en el consumo de energía reducido.

Los VFD también pueden afectar positivamente el uso de agua y energía. Las pérdidas de agua sin ingresos en los EE. UU. pueden superar el 30 por ciento. Esta pérdida de agua es fundamental para el medio ambiente y para la sostenibilidad. Además, se desperdicia energía bombeando esta agua que, en última instancia, nunca llega al consumidor.

¿Cuál es el ROI de los VFD en otras industrias como HVAC? Los ingenieros de la Universidad de Rutgers realizaron una auditoría de energía y descubrieron que la instalación de motores y VFD de alta eficiencia en sus sistemas de HVAC en múltiples edificios del campus podrían:

• Tener un retorno de la inversión de tres años
• Ahorre un promedio de 2,8 millones de kilovatios hora de electricidad
• Evitar la liberación de 1.500 toneladas de CO² anualmente

Los VFD también se utilizan para regular y controlar equipos giratorios, como transportadores, husillos de máquinas, ventiladores eléctricos y bombas en el proceso de producción para aumentar la eficiencia energética. En la maquinaria giratoria, reducir la velocidad del motor en solo 20 por ciento podría producir ahorros de energía de casi 50 por ciento.

Los inversores FR-E800 están diseñados para ahorrar energía y minimizar el costo con la capacidad de autoajustar motores IM y PM.

El costo y el tamaño del VFD han disminuido mientras que el rendimiento ha aumentado

Nuestro nuevo microvariador FR-E800 puede controlar motores de inducción (IM) y motores de imán permanente (PM). Puede instalar esta unidad hoy para aumentar la eficiencia y cuando esté listo para actualizar a un motor más eficiente, no tiene que cambiar su panel de control. Todo lo que tiene que hacer es cambiar el motor.

Este proceso conveniente de dos pasos está siendo adoptado por empresas de ventiladores industriales más grandes que se están cambiando a motores PM. Hay muchos productos heredados. Eso significa que hay mucho potencial de ahorro de energía y costos. Si está comprando, actualizando o construyendo un nuevo sistema, agregar VFD a su sistema es casi una tarea fácil. Especialmente con nuestros VFD. Diseñamos y fabricamos uno de los principales componentes del VFD: el transistor bipolar de compuerta aislada (IGBT), para que sepamos que ofrece la calidad, el rendimiento de bajo consumo y la compatibilidad que nuestros clientes desean.

Valor más allá del ahorro de energía y los costos

Ya sea que esté aplastando rocas, transportando materiales o bombeando agua, los VFD ofrecen la implementación más simple y el mayor potencial de ahorro de energía. Según Control Engineering, los VFD ofrecen cinco grandes beneficios más allá del ahorro de energía y costos.

1. Mantienen la corriente de arranque en control: Los VFD pueden arrancar motores a voltaje y frecuencia cero, lo que mantiene el bobinado del motor, la flexión y la generación de calor bajo control. Reducir la corriente de entrada ayuda a prolongar la vida útil del motor.
2. Reduce las perturbaciones de la línea eléctrica: Cualquier caída de voltaje en la línea de alimentación puede afectar negativamente a los dispositivos sensibles al voltaje, como interruptores de proximidad, sensores y computadoras. Los VFD eliminan la caída de voltaje.
3. Exige un menor consumo de energía al inicio: La potencia requerida para arrancar un motor de CA a través de la línea es sustancialmente mayor que con un VFD. Cuando los clientes industriales arrancan los motores durante las horas pico de consumo eléctrico, los precios más altos comienzan a subir. La menor potencia de arranque de los VFD elimina estos cargos adicionales.
4. Ayuda a controlar la velocidad de operación y la aceleración: Los VFD permiten aumentar gradualmente la potencia. Esto es especialmente importante para aplicaciones tales como líneas de embotellado con productos que se vuelcan fácilmente, donde una sacudida abrupta a potencia total resulta problemática. Los VFD también pueden ajustarse de forma remota mediante un controlador, una gran ventaja para las industrias en un proceso de producción.
5. Limita y ajusta el par de torsión: Esta capacidad protege la maquinaria de daños y protege el proceso o producto, al garantizar que un motor de CA nunca supere su límite.

Otros beneficios de los VFD incluyen:

• Producen menos calor y menos ruido, lo que puede permitir más productividad
• Elimine la necesidad de componentes de accionamiento mecánico
• Puede utilizarse para regeneración de energía

La función de regeneración de energía proporciona ahorro de energía al devolver la energía del inversor durante la conducción regenerativa. Estos ahorros de energía devueltos pueden suministrarse a otro inversor, lo que a su vez ahorra aún más energía.

¿Conclusión? Si necesita o desea...

• Cumplir con las políticas de sostenibilidad del gobierno
• Responder a la creciente demanda de integración de energía renovable
• Cumplir con la creciente importancia de los sistemas de eficiencia energética para reducir los costos operativos

...Los VFD son la mejor manera de hacerlo.

Ingredientes de las soluciones de automatización

Obtenga más información sobre los VFD de la serie FR-E800 que se analizan en esta nota de blog y otros productos de variadores de alto rendimiento de Mitsubishi Electric.

• Variadores de rrecuencia de la serie FR-F820
• Variadores de frecuencia de la serie FR-F820
• Variadores de frecuencia de la serie FR-F820

Deana Fu Gerente sénior de productos (VFD) Mitsubishi Electric Automation, Inc.

Sam McNeal Ingeniero sénior de aplicación: Mitsubishi Electric Automation, Inc.

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