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Soluciones de Eficiencia Energética con variación de velocidad Principales ejes del Ahorro Ahorro en potencia reactiva Ahorro en potencia activa Ahorro en mantenimiento Ahorro en tiempo de Instalación Schneider Electric 2 Principio de funcionamiento del VV Etapas de control El OBJETIVO es convertir energía eléctrica de tensión y frecuencia constantes en energía eléctrica de tensión y frecuencia variables Schneider Electric 3 Tipos de Cargas Par constante Par variable Par Par Pn Pn Nn Schneider Electric rpm rpm Nn 4 Eficiencia en Bombas Punto de funcionamiento de 1 bomba. Curva bomba Curva Circuito Potencia suministrada por la bomba Schneider Electric 5 Eficiencia en Bombas Ajuste del caudal de la instalación con 1 bomba a velocidad fija. Pérdida de potencia. Punto óptimo de funcionamiento Válvula de estrangulamiento Schneider Electric Válvula de bypass 6 Eficiencia en Bombas Ajuste del caudal de la instalación con 1 bomba con VV Potencia Consumida Pérdidas Nn Ahorro → El caudal Q es proporcional a (N/Nn) Nn 80%Nn Schneider Electric → La presión es proporcional a (N/Nn)2 → La Potencia es proporcional a (N/Nn)3 7 Eficiencia en Bombas Variación de la potencia para diferentes tipos de circuitos en función del caudal. H= Altura de la bomba Z= Altura columna de agua R = Pérdidas de carga R Z ! A mayor reducción de la velocidad mayor ahorro Schneider Electric 8 Eficiencia en Bombas 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 Schneider Electric 9 Eficiencia en Bombas Ejemplo de Ahorro Potencia eléctrica consumida a velocidad nominal: Potencia eléctrica consumida a velocidad variable: Diferencia de consumo: 25.8kW Ahorro Energético Anual: 226MWh Schneider Electric ! Ahorro de 11.300 €/año (*) 0,05€/kWh 10 Eficiencia en Bombas 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. Schneider Electric 11 Eficiencia en Bombas Punto de funcionamiento óptimo Curva Ventilador Curva Circuito Schneider Electric 12 Eficiencia en Ventiladores Ajuste del caudal de la instalación con 1 ventilador a velocidad fija Válvula o damper a la salida Baja eficiencia Válvula o damper a la entrada Mejora de la eficiencia Otras: Para grandes ventiladores, variación del ángulo de los álabes (gran eficiencia), bypass (baja eficiencia)… Schneider Electric 13 Eficiencia en Ventiladores 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 Schneider Electric 14 Eficiencia en Ventiladores 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) Schneider Electric 15 Eficiencia en Ventiladores Ejemplo de Ahorro Eficiencia Motor: a velocidad nominal al 90% de la Nn al 50% de la Nn Salida Entrada VV Eficiencia Variador: a velocidad nominal Potencia a Velocidad nominal Potencia a Velocidad Reducida Schneider Electric 16 Eficiencia en Ventiladores Ejemplo de Ahorro Cálculos: ! Ahorro de 5k€ a 20k€ año Schneider Electric 17 Casos reales de ahorros con variación de velocidad 18 Acción: Regulación Caudal de Aspiración Filtro Molino Control y regulación de motores Control y regulación de velocidad de ventiladores (VSD) Ahorros estimados (k€/año) Inversión estimada (k€) ROI (años) 8,47 14,6 1,72 60,00 50,00 kW 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 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. Schneider Electric 19 Acción: Regulación Caudal de Aire Combustión Ahorros estimados (k€/año) Inversión estimada (k€) ROI (años) 7,5 9,2 1,22 E08-004 Secadero Puzolana Nº2 Curva Rendimiento vs Carga Medidas Secadero 2 Lineal (Medidas Secadero 2) 78 76 Rendimiento Combustión (%) Control y regulación de motores Control y regulación de velocidad de ventiladores (VSD) 74 72 70 68 66 64 55 60 65 70 75 80 85 Temperatura salida secador (ºC) S2_TEMP_GAS_SAL_CO 500,00 100,00 450,00 90,00 400,00 80,00 350,00 70,00 300,00 60,00 250,00 50,00 200,00 40,00 150,00 30,00 100,00 20,00 50,00 10,00 0,00 0,00 Tiempo (h) Ahorro energético al instalar e integrar el variador de velocidad Telemecanique Modelos ATV21HD11N4 y ATV21HD15N4. Schneider Electric 20 Carga Alimentación (%) % CARGA ALIM 00 :0 3 01 :0 3 02 :0 3 03 :0 3 04 :0 3 05 :0 3 06 :0 3 07 :0 3 08 :0 3 09 :0 3 10 :0 3 11 :0 3 12 :0 3 13 :0 3 14 :0 3 15 :0 3 16 :0 3 17 :0 3 18 :0 3 19 :0 3 20 :0 3 21 :0 3 22 :0 4 23 :0 3 00 :0 3 Temperatura Gases (ºC) EE08-004 Secadero Puzolana Nº2 (Registro operación 28/03/2008) Acción: Automatización y Control de climatizadoras Control de climatización Regulación del flujo por demanda térmica en 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 Schneider Electric 21 Acción: Regulación Operación Sistema Hidráulico de Prensas Control y regulación de motores Control y regulación de velocidad de bombas de desplazamiento positivo Ahorros estimados (k€/año) Inversión estimada (k€) ROI (años) 11,1 53,1 4,82 Descripción Hidráulica Hidráulica Hidráulica Hidráulica Hidráulica Hidráulica Tipo: 1200 TN. EMD-120-3,5-AG 1200 TN. EMD-120-3,5-AG EMD-80-3,5-z EMD-80-3,5-z 800 TN. Emd-40-s-F Marca, nº serie: Ona-pres P-01194 Ona-pres P-01195 Ona-pres P-01062 Ona-pres P-01061 Ona-pres, 00953 Ona-pres nº711 Potencia: 154 Kw. 154 Kw. 86,8 Kw. 86,8 Kw. 95,6 Kw. 36,8 Kw. Año fabricación: Potencia vacío 1997 61,6 1997 61,6 1989 34,7 1989 34,7 1985 38,2 1976 14,7 50 45 40 Amp Draw 35 30 25 20 15 10 Ahorro energético al instalar e integrar el variador de velocidad Telemecanique Modelo ATV61 5 13: 42: 14 13: 41: 53 13: 41: 31 13: 41: 10 Time 13: 40: 48 13: 40: 26 13: 40: 05 13: 39: 43 13: 39: 22 13: 39: 00 13: 38: 38 0 22 Sistemas regenerativos Sistemas de frenado Métodos de frenado Basado en pérdidas Internas Freno-CC Freno-motor Schneider Electric Externas UF & Resis. Basado en la recuperación IGBT Regen-Simple Tiristor „Rectivar“ Regen-Senoidal 24 Frenado mediante regeneración senoidal AFE – Active Front End Puente rectificador IGBTs 4Q –B6 Inversor B6- IGBT L1 L2 L3 Motor cos j =1 Schneider Electric U V W t t t t t t Generador cos j = -1 cos j Compensación 25 Frenado mediante regeneración senoidal AFE – Active Front Regenera energía eléctrica a la red Operación en 4-cuadrantes (4Q) End ● ● ● ● Aconsejable para potencias grandes y redes no muy robustas Opción sencilla para variadores estándar e incrementar sus funcionalidades Solución para mitigar armónicos THDi ≤ 5% AFE ● ● ● ● ● Aplicaciones dinámicas y de muy alta inercia Elevación Cintas transportadoras en plano inclinado Carros transportados en cable Bancos de prueba 3-phase ac main supply 50 / 60 Hz Algunos campos de aplicación: (Active Front End) LFM AIC MDU (Line Filter Module) (Active Infeed Converter) (Motor Drive Unit) LFC (Line Filter Choke) M regenerate electrical energy back consumption regeneration Schneider Electric drive brake 26 Frenado mediante regeneración senoidal AFE – Active Front End ● 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: Coste ahorro energético: 40.000 kWh / a = 4.800 € 60.000 kWh / a = 7.200 € Retorno inversión: ~ 1 a 1,5 años Schneider Electric 27 Make the most of your energy www.schneiderelectric.es 28