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Ingeniera de combustin

Ingeniera de energa Tecnologa de control de procesos

Tecnologa para la proteccin ecolgica

PAE C:\Pablo\Datos tecnicos\Curso\Ahorro velocidad variable.doc

abcde

Ahorro a travs del uso de ventiladores de velocidad variable en sistemas de combustin de gases y/o lquidos Para obtener una buena combustin, es necesario poder variar el flujo del aire de combustin en funcin del caudal de combustible. Sin embargo, las curvas caractersticas de los ventiladores utilizados, difcilmente corresponden exactamente a las caractersticas de la instalacin (sistema). Por tal circunstancia, se debe tener muy en cuenta que pequeas desviaciones en los valores de diseo causan incrementos innecesarios en el consumo de energa del ventilador y una disminucin en el rendimiento de dicha mquina. En instalaciones estndares, cuando el estado de carga del quemador vara, el flujo de aire es controlado por un damper. Este elemento produce un aumento en la prdida de carga en detrimento de la eficiencia del conjunto. Pero, con la utilizacin adicional de un sistema de velocidad variable en el ventilador, este problema es evitado.

FIGURA 1: muestra la disminucin de la potencia al utilizar adicionalmente un sistema

de velocidad variable en el ventilador.

Curva caracterstica del ventilador

Punto de trabajo del ventilador

Consumo de potencia del ventilador

Curva caracterstica del sistema

Prdida de presin en el damper

Caudal de aire [ % ]

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En el caso de aplicar este tipo de sistemas combinados, a quemadores Saacke con rangos de modulacin del orden de 1:10, se pueden trazar curvas caractersticas de funcionamiento como la mostrada en la Figura 2. El ejemplo se ha efectuado con ventilador, cuyo motor que a plena carga entrega una potencia en el eje de 50 Kw.

FIGURA 2: muestra la curva obtenible, la cual mantiene constante la eficiencia del

ventilador en todo el rango de modulacin del quemador. Ejemplo de ahorro de energa Una planta trabaja anualmente un tiempo de 6000 horas. El precio de la energa es $ 0,06 por Kw y la planta opera:

A plena carga 1000 horas Al 70% 1000 horas Al 50% de la carga 3000 horas A baja carga 1000 horas

El costo operativo para un ventilador supuesto de 50 Kw, ser:

Curva caracterstica del ventilador

h = 30 % del caudal h = 60 % del caudal

h = 100 % del caudal

Curva caracterstica del sistema

Caudal [ % ]

Puntos de operacin del ventilador

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FIGURA 3 En caso que se dispongan de mas datos, el clculo se podr efectuar en forma ms precisa.

1 . C o n d a m p e r d e c o n t r o l

1 0 0 0 x 5 0 x 0 , 0 6 = 3 . 0 0 0 1 0 0 0 x 4 2 x 0 , 0 6 = 2 . 5 2 0 3 0 0 0 x 3 7 x 0 , 0 6 = 6 . 6 6 0 1 0 0 0 x 2 5 x 0 , 0 6 = 1 . 5 0 0

T o t a l = $ 1 3 . 6 8 0

2 . C o n v e l o c i d a d v a r i a b l e

1 0 0 0 x 5 0 x 0 , 0 6 = 3 . 0 0 0 1 0 0 0 x 1 8 x 0 , 0 6 = 1 . 0 8 0 3 0 0 0 x 7 x 0 , 0 6 = 1 . 2 6 0 1 0 0 0 x 5 x 0 , 0 6 = 3 0 0

T o t a l = $ 5 . 6 4 0

3 . P o r l o t a n t o , e l a h o r r o a n u a l s e r :

- = $ 8 . 0 4 0$ 1 3 . 6 8 0 $ 5 . 6 4 0

Curva caracterstica con slo damper de control del caudal

Curva caracterstica con control de velocidad

Potencia del

ventilador [ Kw ]

aJAb

AgrAc

% 05

% 07

Caudal de aire de combustin [ % ]

Regulador Compound (estado de carga)

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Al reducir la velocidad, adems se reduce considerablemente el ruido producido por el ventilador

FIGURA 4 Para este ejemplo, hemos elegido un ventilador que emite bsicamente 80 dBa a plena carga. El nivel sonoro se incrementa en 7,5 dBa por el uso del control del flujo a travs de un damper. Utilizando adicionalmente un sistema de velocidad variable, se obtiene una reduccin en el nivel sonoro de 25 dBa. Realizacin de la instalacin En orden de variar la velocidad de un motor asincrnico trifsico , es necesario variar la frecuencia elctrica de alimentacin. Para ello se coloca un variador de frecuencia ente la alimentacin elctrica y el motor del ventilador. Actualmente, Este tipo de elemento est muy desarrollado, existiendo varios modelos y marcas disponibles en el mercado.

Con slo damper de control

Con sistema de variacin de velocidad

Caudal de aire [ % ]

D Lp [ dBa ]

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De acuerdo con la variacin de la presin de vapor o la temperatura del agua de la caldera (dependiendo el tipo de caldera), el controlador enviar una seal para mover el servomotor que controla la vlvula de combustible. A su vez, el movimiento tambin es trasladado al damper de control de aire y a un potencimetro que actuar sobre el controlador de velocidad del motor elctrico del ventilador. Este sistema, asegura una variacin simultnea, rpida y confiable del combustible y el aire.

FIGURA 5: muestra una representacin esquemtica de la instalacin de una caldera con un

quemador Saacke modelo SKVG...

2 Gases de escape

Control de la caldera

ventilador separado

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Sistema de monitoreo adicional Para prevenir que puedan existir errores o una operacin deficiente, causadas por posibles desviaciones en la velocidad del motor, se recomienda incluir un sistema de monitoreo independiente al control En la figura, vemos una de las posibles soluciones al respecto: Un transmisor, opto electrnico, es colocado sobre el eje libre del ventilador. Los pulsos emitidos por el transmisor (proporcionales a la velocidad del ventilador) son convertidos en una corriente elctrica e introducidas en un elemento comparador. Un segundo potencimetro ubicado en el regulador Compound, alimentar la informacin al comparador (por medio de una seal de corriente), respecto al estado de carga del quemador. En caso que las seales que llegan al comparador tengan una diferencia mayor al error aceptable, se disparar un anuncio de falla del sistema y/o interrumpir el lazo elctrico de seguridades del sistema de combustin.

1 Quemador Saacke2 Regulador compound3 Variador de frecuencia4 Trasductor (seteo)5 Potencimetro de posicin6 Trasductor (monitoreo)7 Comparador8 Indicador de falla9 Transmisor Opto-electrnico10 Trasductor (monitoreo)11 Ventilador de aire de combustin (motor trifsico)

3...5 Circuito de control6..10 Circuito de monitoreo

REFERENCIAS