El uso de variadores de velocidad para lograr un ahorro energético

La preocupación mundial por el crecimiento del consumo de energía en las empresas y de las emisiones de dióxido de carbono CO2 ha motivado la búsqueda de soluciones eficaces que permitan cuidar el medio ambiente y ahorrar costos. En la industria hay muchas maneras de ahorrar energía, pero la principal se enfoca en el uso de aplicaciones movidas por motores eléctricos. ¿Y por qué? Pues si analizamos el consumo energético, aproximadamente el 69% de la energía consumida en las industrias se debe a los motores eléctricos; y en edificios, hospitales o centros comerciales, el 36% de consumo es principalmente en aplicaciones de ventiladores, bombas y sistemas de aire acondicionado (HVAC). Por lo tanto, el consumo energético por motores eléctricos es muy alto y es ahí donde se debe apuntar para lograr ahorros energéticos más eficientes y a corto plazo.

Si bien es posible ahorrar energía con cambio de máquinas, en las luminarias o en el proceso, lo ideal es poder optimizar el método de arranque de aplicaciones movidas por motores eléctricos, que necesitan de la electricidad para generar la velocidad y torque necesario para su funcionamiento.

Algunos necesitarán más y otros menos, dependiendo del proceso que realizan y la cantidad de energía mecánica que deben proporcionar, así que la velocidad y el torque deben coincidir con lo que realmente exige el proceso. Así no se estará malgastando la energía.

La eficiencia del variador de velocidad

En el mercado se encuentran, principalmente, cuatro tipos de arranque: directo, estrella/delta, arrancador suave y variador de velocidad. De estos, el último es el que mejor ayudará en temas de ahorro energético, debido a su tecnología para controlar el torque de velocidad, mejorar el factor potencia y la capacidad de protección mecánica y eléctrica del motor.

En ocasiones, se cree que el arrancador suave es el que ofrece un mejor ahorro de la energía; pero si bien cuenta con mejoras en el pico de arranque, esto no es suficiente para sustentar un proyecto general de ahorro energético. Lo que sí es posible de obtener con los variables de velocidad. Existen, básicamente, dos tipos de carga en aplicaciones movidas por motor eléctrico: par constante y par variable.

El par constante se encuentra en aplicaciones como grúas, molinos, correas transportadoras u otros. Su requerimiento de torque es constante, independientemente de si la velocidad sube o baja. Mientras que el par variable se encuentra en todo tipo de cargas centrífugas como bombas, ventiladores u otros. Aquí, a medida que disminuye la velocidad del motor, el consumo energético se reduce exponencialmente gracias a las siguientes leyes de afinidad: el flujo es proporcional a la velocidad del eje, la presión es proporcional al cuadrado de la velocidad del eje y a potencia absorbida por el motor es proporcional al cubo de la velocidad del eje.

Por ejemplo, con una disminución del 20% de velocidad, se puede generar una reducción del 50% en el consumo de energía en una aplicación de par variable. Sin duda, un gran ahorro, sobre todo teniendo en cuenta que muchos motores no siempre trabajan al 100% de su capacidad y el flujo se controla con métodos tradicionales como dámper o válvulas.

Con respecto a el costo total de propiedad durante todo el ciclo de vida de una bomba centrifuga (10 a 15 años), el costo inicial de compra representa apenas un 10% de este costo total; el 25% es representado en costos de mantenimiento y 40% en costos de consumo energético. Por eso hay que ver al variador de velocidad según los beneficios que ofrecerá a lo largo de su ciclo de vida y no solamente ver el costo de compra inicial del equipo.

¿Cómo implementar un proyecto de eficiencia energética?

Usualmente, se sugiere a las empresas seguir –al menos– estos pasos básicos: primero, realizar un levantamiento de la base instalada de motores eléctricos del proceso que se requiera evaluar; luego, identificar cómo se están controlando estos motores actualmente y definir su perfil de carga para verificar si se puede o no disminuir la velocidad. Tras ello, se hace un cálculo del potencial de ahorro y se define el ROI (retorno de inversión).

“La instalación de un buen variador de velocidad ofrecerá un máximo ahorro energético. Altivar Process de Schneider Electric es el primer variador de velocidad orientado a servicios, gestión de la energía y optimización de procesos”, comenta Carlos Riaño, gerente de Producto de Schneider Electric. Este elemento cuenta con el formato Altivar 600 para aplicaciones de movimiento de fluidos como bombas y ventiladores; y el Altivar 900 para aplicaciones de movimiento de sólidos como grúas, compresores o molinos.

La familia Altivar Process está preparada para el Internet de las Cosas y revoluciona el mundo de los variadores de velocidad, al convertirse en un sistema de gestión completo del proceso. “El Altivar Process incluye un medidor integrado de energía, que ofrece datos instantáneos, diarios, semanales y anuales de la energía. Además, cuenta con un menú de eficiencia energética que nos permite conocer valores de interés como KWh/m3 para el caso de las bombas, reducción de consumo de CO2 y cálculo de lo ahorrado en moneda local generado al instalar el variador de velocidad comparado con un arranque en directo”, comenta Riaño.

También cuenta con la función Stop & Go, que permite desconectar la electrónica de potencia, apagar el ventilador y luz de fondo del panel cuando la aplicación está en condición pasiva o de no funcionamiento generando un ahorro en el consumo propio del variador. En casos de falla, se informa por medio de un código QR que también proporcionará algunas soluciones o dará la posibilidad de descargar el manual. Si la falla persiste, se podrá obtener una asistencia con el servicio de soporte.

Asimismo, la familia Altivar 600 permite ingresar la curva característica de las bombas centrifugas y admite monitorear el punto de operación de la bomba para conocer si la misma está operando en el punto de mayor eficiencia o en una zona de peligro.

¿Y qué sucede con las aplicaciones que no son de torque variable como molinos, grúas o compresores? ¿Se puede generar ahorros? La respuesta es sí. Si bien no será a niveles altos como en las aplicaciones de torque variable, donde se podía llegar a un 40% o 50%, sí se puede dar a un nivel del 5% o el 10%, además de contar con otros beneficios como menos mantenimiento y más vida útil al reducir el estrés mecánico, mayor productividad y calidad, y mejor gestión de la información recopilada. Para estos casos también es útil el Altivar 900, muy eficiente en ambientes severos, ya que cuenta con tarjetas barnizadas para una mayor protección, soporta temperaturas ambientes de 60°C y en nuestro país trabaja sin problemas en zonas de hasta 5,200 metros de altura.

Las opciones para el ahorro de energía se encuentran disponibles para todas las industrias; y en la familia de productos Altivar Process de Schneider Electric encontrarán al variador adecuado para lograr ahorros energéticos más eficientes y en el corto plazo.