Variadores de Frecuencia

Aplicaciones de Climatización usando Variadores de Frecuencia

Por Cristian Serón M., SBA Food & Beverage Coordinator de Danfoss VLT Drives 

En este tipo de aplicaciones, el uso de un variador de frecuencia puede representar sobre un 50% de ahorro en el consumo de electricidad.

El constante crecimiento de las ciudades, traducido en nuevas edificaciones, tales como conjuntos de departamentos, shopping centers, edificios de oficinas, entre otros, hace que cada vez sea más necesario controlar la climatización de los ambientes donde coexistirán las personas. Mediante un adecuado control de las variables que intervienen en los procesos HVAC (del inglés, “Heating, Ventilation and Air Conditioning”,

Calefacción, Ventilación y Aire Acondicionado), podemos asegurar esto. Un variador de frecuencia (VDF) es un aliado estratégico, muy usado en la actualidad.

El uso de estos equipos en las aplicaciones HVAC, que se traduce, en gran parte, en el control de la velocidad de motores eléctricos de bombas (centrífugas) y ventiladores, permiten optimizar el consumo energético, reduciendo así el costo de la energía eléctrica. Esto último es muy necesario en un país como el nuestro, donde se hace imprescindible hacer un uso eficiente de los cada vez más escasos y costosos recursos energéticos.

Tabla 1. Leyes de Afinidad.
¿Por qué utilizar un VDF para controlar bombas y ventiladores?
  • Un variador de frecuencia aprovecha que las bombas centrífugas y los ventiladores siguen las leyes de proporcionalidad propias.
  • Un VDF proporciona un gran ahorro de energía en comparación con otros sistemas alternativos (por ejemplo, válvulas reguladoras).
  • Eficiente manera de controlar el flujo de aire y/o agua.
  • Elevado nivel de confort a los usuarios de la instalación.
  • Segura y silenciosa operación.
  • Control sobre la partida y la parada del motor.
  • Larga vida útil de los componentes eléctricos y mecánicos del sistema.
Las leyes de la proporcionalidad
En la figura 1 se describe la dependencia del flujo, la presión y el consumo de energía respecto a la velocidad (rpm).

Como muestra la tabla 1, el flujo se regula cambiando la velocidad (rpm). Al reducir la velocidad en un 20% respecto de la velocidad nominal, el flujo también se reduce en un 20%. Este se debe a que el flujo es directamente proporcional a la velocidad. El consumo eléctrico, sin embargo, se reduce en un 50%.

Si el sistema en cuestión, solo tiene que suministrar un flujo del 100% durante algunos días del año, mientras que el promedio es inferior al 80% del flujo nominal para el resto del año, el ahorro de energía es incluso superior al 50%.

Figura 2.

Ejemplo de ahorro de energía

El siguiente ejemplo se calcula sobre la base de unas características obtenidas de una hoja de datos de una bomba de (45 kW). Pueden emplearse los mismos ejemplos de cálculos en el caso de las características de un ventilador.

En las figuras 2 y 3, se compara la regulación de flujo por medio de válvulas sin control de la velocidad, con la regulación de flujo mediante un variador de frecuencia. El resultado obtenido es un ahorro superior al 50% con la distribución de flujo dada para un año (8.760 horas) (ver tabla 2). De manera característica, el ejemplo calculado da como resultado un período de amortización de no más de un año, dependiendo del precio por kWh y del variador de frecuencia.

Aplicaciones HVAC
El consumo de energía en una edificación típica (oficinas, shopping centers, instalaciones gubernamentales, hoteles, etc.), en climas húmedos y calurosos, puede ser dividido en los siguientes segmentos:
  • 24% Manejadoras de aire y unidades Fan Coil.
  • 12% Distribución de agua caliente.
  • 10% Iluminación.
  • 15% Otros.

Los VDFs pueden ser aplicados en los tres primeros segmentos, proveyendo una optimización y reducción de los costos de la energía consumida en un 50% (o más), de los costos totales de consumo del edificio.
Algunas aplicaciones típicas pueden ser:

  • Sistemas de volumen variable de aire (VAV).
  • Sistemas de volumen constante de aire (CAV).
  • Ventiladores de torres de enfriamiento.
  • Bombeo primario.
  • Bombeo secundario.
  • Extractores de humos.
  • Estacionamientos y túneles.
  • Presurización de escaleras.
  • Control de filtros.
  • Control cascada.

Figura 3.

Tabla 2.

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