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

Schneider Electric 3

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

Schneider Electric 4

Tipos de CargasPar constante Par variable

Par

Nn

Pn

Par

Nn

Pn

rpm rpm

Schneider Electric 5

Punto de funcionamiento de 1 bomba.

Potencia suministrada por la bomba

Curva bomba

Curva Circuito

Eficiencia en Bombas

Schneider Electric 6

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

Eficiencia en Bombas

Schneider Electric 7

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

Eficiencia en Bombas

Schneider Electric 8

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

Eficiencia en Bombas

Schneider Electric 9

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

Eficiencia en Bombas

Schneider Electric 10

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!

Eficiencia en Bombas

Schneider Electric 11

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.

Eficiencia en Bombas

Schneider Electric 12

Punto de funcionamiento óptimo

Curva Ventilador

Curva Circuito

Eficiencia en Bombas

Schneider Electric 13

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)…

Schneider Electric 14

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

Eficiencia en Ventiladores

Schneider Electric 15

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)

Eficiencia en Ventiladores

Schneider Electric 16

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

Eficiencia en Ventiladores

Schneider Electric 17

Ejemplo de Ahorro

Cálculos:

Ahorro de 5k€ a 20k€ año!

Eficiencia en Ventiladores

18

Casos reales de ahorros con variación de

velocidad

Schneider Electric 19

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

Schneider Electric 20

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)

Control y regulación de motores

Ahorros estimados (k€/año)

Inversión estimada (k€)

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

Schneider Electric 21

Regulación del flujo por demanda térmica en climatizadoras

Control de climatización

Acción: Automatización y Control de climatizadoras

Ahorros estimados (k€/año)

Inversión estimada (k€)

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

22

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

Control y regulación de motores

Ahorros estimados (k€/año)

Inversión estimada (k€)

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

Schneider Electric 24

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

Schneider Electric 25

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

Schneider Electric 26

● 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

Frenado mediante regeneración senoidal AFE – Active Front End 

Schneider Electric 27

● 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

Frenado mediante regeneración senoidal AFE – Active Front End 

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Make the most of your energy

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