Soluciones de Eficiencia Energética con variación de velocidad.

Soluciones de Eficiencia Energética con variación de velocidad

Schneider Electric 2

Principales ejes del Ahorro

Ahorro en potencia reactiva

Ahorro en potencia activa

Ahorro en mantenimiento

Ahorro en tiempo de Instalación


El OBJETIVO es convertir energía eléctrica de tensión y frecuencia constantes en energía eléctrica de tensión y frecuencia variables

Principio de funcionamiento del VV

Etapas de control


Tipos de CargasPar constante Par variable

Par

Nn

Pn

Par

Nn

Pn

rpm rpm


Punto de funcionamiento de 1 bomba.

Potencia suministrada por la bomba

Curva bomba

Curva Circuito

Eficiencia en Bombas


Ajuste del caudal de la instalación con 1 bomba a velocidad fija.

Válvula de estrangulamiento Válvula de bypass

Pérdida de potencia.

Punto óptimo de funcionamiento



Ajuste del caudal de la instalación con 1 bomba con VV

Nn

Nn

80%Nn

Potencia Consumida

Pérdidas

Ahorro

→ El caudal Q es proporcional a (N/Nn)

→ La presión es proporcional a (N/Nn)2

→ La Potencia es proporcional a (N/Nn)3



Variación de la potencia para diferentes tipos de circuitos en función del caudal.

Z

R

A mayor reducción de la velocidad mayor ahorro!

H= Altura de la bombaZ= Altura columna de aguaR = Pérdidas de carga



Ejemplo de Ahorro

Datos Instalación:Pot = 100Kw

Z = 0,5Hn

Rendimiento Motor: a Nn a 80% de la Nn

Rendimiento Variador:

Al 80% del Caudal Nominal: A velocidad fija (Vávula), 94% de la Potencia consumida

A velocidad variable (VV), 66% de la Potencia consumida



Ejemplo de Ahorro

Potencia eléctrica consumida a velocidad nominal:

Potencia eléctrica consumida a velocidad variable:

Diferencia de consumo: 25.8kW

Ahorro Energético Anual: 226MWhAhorro de 11.300 €/año

(*) 0,05€/kWh!



Multibomba: Principio de funcionamiento

Ejemplo de 1 bomba variable + 2 bombas velocidad nominal

→ Mantener la presión adaptándose a la demanda de Q

→ Reducción del número de arranques y paradas

→ Reducción del golpe de ariete y estrés en los motores.



Punto de funcionamiento óptimo

Curva Ventilador

Curva Circuito



Ajuste del caudal de la instalación con 1 ventilador a velocidad fija

Válvula o damper a la salidaBaja eficiencia

Eficiencia en Ventiladores

Válvula o damper a la entradaMejora de la eficiencia

Otras: Para grandes ventiladores, variación del ángulo de los álabes (gran eficiencia), bypass (baja eficiencia)…


Ajuste del caudal de la instalación con 1 ventilador con VV

→ El caudal Q es proporcional a (N/Nn)

→ La presión es proporcional a (N/Nn)2

→ La Potencia es proporcional a (N/Nn)3



Ejemplo de Ahorro

Descripción instalación:

→Ventilador centrífugo de Pn = 100Kw

→Ventilador ligeramente sobredimensionado. Máximo Q del circuito equivale al 90% Pn

→En un ciclo de 24h la demanda es del 90% durante el día (12h) y 50% durante la noche (12h)



Ejemplo de Ahorro

Eficiencia Motor:

a velocidad nominal

al 90% de la Nn

al 50% de la Nn

Eficiencia Variador:

a velocidad nominal

Potencia a Velocidad nominal

Potencia a Velocidad Reducida

Salida

Entrada

VV



Ejemplo de Ahorro

Cálculos:

Ahorro de 5k€ a 20k€ año!


18

Casos reales de ahorros con variación de

velocidad


Acción: Regulación Caudal de Aspiración Filtro Molino

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00

kW

Ahorro energético al instalar e integrar el variador de velocidad Telemecanique Modelo ATV61HC13N4 o similar dentro del sistema de control existente, para poder telemandarlo y parametrizarlo desde el puesto central.

Control y regulación de velocidad de ventiladores (VSD)

Control y regulación de motores

Ahorros estimados (k€/año)

Inversión estimada (k€)

ROI (años)

8,47 14,6 1,72


Acción: Regulación Caudal de Aire Combustión

Ahorro energético al instalar e integrar el variador de velocidad Telemecanique Modelos ATV21HD11N4 y ATV21HD15N4.

Control y regulación de velocidad de ventiladores (VSD)




ROI (años)

7,5 9,2 1,22

E08-004 Secadero Puzolana Nº2Curva Rendimiento vs Carga

64

66

68

70

72

74

76

78

55 60 65 70 75 80 85

Temperatura salida secador (ºC)

Ren

dim

ien

to C

om

bu

stió

n (

%)

Medidas Secadero 2 Lineal (Medidas Secadero 2)

EE08-004 Secadero Puzolana Nº2(Registro operación 28/03/2008)

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

350,00

400,00

450,00

500,00

00:0

301

:03

02:0

303

:03

04:0

305

:03

06:0

307

:03

08:0

309

:03

10:0

311

:03

12:0

313

:03

14:0

315

:03

16:0

317

:03

18:0

319

:03

20:0

321

:03

22:0

423

:03

00:0

3

Tiempo (h)

Tem

per

atu

ra G

ases

(ºC

)

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

Car

ga

Alim

enta

ció

n (

%)

S2_TEMP_GAS_SAL_CO

% CARGA ALIM


Regulación del flujo por demanda térmica en climatizadoras

Control de climatización

Acción: Automatización y Control de climatizadoras



ROI (años)

18,52 26,88 1,45

Climatizador Marca Modelo Potencia

(kW) Velocidad

motor (rpm) Ventilador

Modelo Caudal (m3/s)

Presión (Pa)

1 TERMOVEN CL-2100/E 45 1500 A-542-S/1 23,0 550,0

3 TERMOVEN CL-2100/E 45 1500 A-542-S/1 20,5 750,0

5 TERMOVEN CL-2100/E 45 1500 A-542-S/1 23,0 550,0

6 TERMOVEN CL-2100/E 45 1500 A-542-S/1 20,5 750,0

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Acción: Regulación Operación Sistema Hidráulico de Prensas

Ahorro energético al instalar e integrar el variador de velocidad Telemecanique Modelo ATV61

Control y regulación de velocidad de bombas de desplazamiento positivo




ROI (años)

11,1 53,1 4,82

Descripción Tipo: Marca, nº serie: Potencia: Año fabricación: Potencia vacío

Hidráulica 1200 TN. EMD-120-3,5-AG Ona-pres P-01194 154 Kw. 1997 61,6

Hidráulica 1200 TN. EMD-120-3,5-AG Ona-pres P-01195 154 Kw. 1997 61,6

Hidráulica EMD-80-3,5-z Ona-pres P-01062 86,8 Kw. 1989 34,7

Hidráulica EMD-80-3,5-z Ona-pres P-01061 86,8 Kw. 1989 34,7

Hidráulica 800 TN. Ona-pres, 00953 95,6 Kw. 1985 38,2

Hidráulica Emd-40-s-F Ona-pres nº711 36,8 Kw. 1976 14,7

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

13:3

8:38

13:3

9:00

13:3

9:22

13:3

9:43

13:4

0:05

13:4

0:26

13:4

0:48

13:4

1:10

13:4

1:31

13:4

1:53

13:4

2:14

Time

Am

p D

raw

Sistemas regenerativos


Sistemas de frenado

Métodos de frenado

Basado en pérdidas Basado en la recuperación

Internas IGBTExternas

UF & Resis.

Tiristor

„Rectivar“Freno-CC

Freno-motor Regen-Senoidal

Regen-Simple


Frenado mediante regeneración senoidal AFE – Active Front End

L1 UL2 VL3 W

Puente rectificador IGBTs 4Q –B6

Inversor B6- IGBT

t

t

Generador cos = -1

t

t

Motor cos =1

t

t

cos Compensación


● Regenera energía eléctrica a la red Operación en 4-cuadrantes (4Q)● Aconsejable para potencias grandes y redes no muy robustas● Opción sencilla para variadores estándar e incrementar sus funcionalidades● Solución para mitigar armónicos THDi ≤ 5%

AIC

LFC

LFM

AFE(Active Front End)

(Line Filter Module) (Active Infeed Converter)

(Line Filter Choke)

3-p

has

e ac

mai

n s

uppl

y50

/ 60

Hz

regenerate electrical energy back

MDU

M

(Motor Drive Unit)

consumption

regeneration

drive

brake

Algunos campos de aplicación:

● Aplicaciones dinámicas y de muy alta inercia

● Elevación● Cintas transportadoras en

plano inclinado● Carros transportados en

cable● Bancos de prueba



● Ejemplo práctico: Grúa de elevación para containers, 250 kW de carga

Tiempo de ciclo 5 min., (1 min. subiendo, 1 min. bajando, 3 min. no movimiento)

Tiempo de operación: 8h/por día, 200 días / año

Coste energía: 0,12 €/kWh

Inversión variador con sistema resistivo: 23.000 €

Inversión variador con sistema AFE: 34.000 €

● Resultado

Consumo de energía(resistencia frenado): 100.000 kWh / a = 12.000 €

Consumo de energía AFE: 40.000 kWh / a = 4.800 €

Coste ahorro energético: 60.000 kWh / a = 7.200 €

Retorno inversión: ~ 1 a 1,5 años


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Make the most of your energy

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