9.prontuarioeficiencia

201El mundo de la eciencia energtica

Artculo 6. Resplandor luminoso nocturno, luz intrusa o molesta.

Con la nalidad de limitar el resplandor luminoso nocturno y reducir la luz intrusa o molesta, las instalaciones de alumbrado exterior se ajustarn, particularmente, a los requisitos establecidos en la ITC-EA-03.

Fig.235. Luminarias de alumbrado vial.

Artculo 7. Niveles de iluminacin.

Se cumplirn los niveles mximos de luminancia o iluminancia, y de uniformidad mnima permitida, en funcin de los diferen-tes tipos del alumbrado exterior, segn lo dispuesto en la ITC-EA-02.

Artculo 8. Rgimen de funcionamiento.

1. Los sistemas de accionamiento garan-tizaran que las instalaciones de alumbrado exterior se enciendan y apaguen con pre-cisin, cuando la luminosidad ambiente lo requiera.

2. Para obtener ahorro energtico en ca-sos tales como instalaciones de alumbrado ornamental, anuncios luminosos, espacios deportivos y reas de trabajo exteriores, se establecern los correspondientes ciclos de funcionamiento (encendido y apagado) de dichas instalaciones, para lo que se dis-pondr de relojes astronmicos o sistemas equivalentes, capaces de ser programados por ciclos diarios, semanales, mensuales o anuales.

BOE nm. 279, mircoles 19 noviembre 2008.

3. Las instalaciones de alumbrado exte-rior con excepcin de tneles y pasos in-feriores, estarn en funcionamiento como mximo durante el periodo comprendido entre la puesta de sol y su salida o cuando la luminosidad ambiente lo requiera.

4. Cuando se especique, los alumbra-dos exteriores tendrn dos niveles de ilumi-nacin de forma que en aquellos casos del periodo nocturno en los que disminuya la actividad o caractersticas de utilizacin, se pase del rgimen de nivel normal de ilumi-nacin a otro con nivel de iluminacin redu-cido, manteniendo la uniformidad.

5. Se podr variar el rgimen de funcio-namiento de los alumbrados ornamentales, establecindose condiciones especiales, en pocas tales como festividades y tempora-da alta de auencia turstica.

6. Se podr ajustar un rgimen especial de alumbrado para los acontecimientos nocturnos singulares, festivos, feriales, de-portivos o culturales, que compatibilicen el ahorro energtico con las necesidades de-rivadas de los acontecimientos menciona-dos.

7. Corresponde a las Administraciones Locales regular el tiempo de funcionamiento de las instalaciones de alumbrado exterior que se encuentren en su mbito territorial y que no sean de competencia estatal o au-tonmica.

Articulo 9. Documentacin de las instalaciones.

Con la nalidad de justicar el cumpli-miento de las exigencias establecidas en este reglamento, toda instalacin de alum-brado exterior deber incluir la documen-tacin, en forma de proyecto o memoria tcnica de diseo, segn se establece en la ITC-EA-05.

202 El mundo de la eciencia energtica


Artculo 10. Ejecucin y puesta en servicio de las instalaciones.

Las instalaciones de alumbrado exterior estn sometidas al procedimiento general de ejecucin y puesta en servicio que de-termina el artculo 18 del Reglamento elec-trotcnico para baja tensin, aprobado por Real Decreto 842/2002, de 2 de agosto.

La documentacin de las instalaciones y el manual de instrucciones para el usuario, as como la revisin y, cuando proceda, la inspeccin inicial, debern complementar-se con lo dispuesto en el presente regla-mento, en particular siguiendo lo indicado en la ITC EA-05.

Artculo 11. Informacin a los titulares de la instalacin.

Como anexo al certicado de instalacin que se entregue al titular de la instalacin, la empresa instaladora deber confeccionar unas instrucciones para el correcto uso, as como para el mantenimiento de la misma de acuerdo con lo dispuesto en el artculo 12 y con lo especicado en la ITC-EA-05.

Asimismo, la empresa instaladora deber aportar la etiqueta energtica de la instala-cin segn lo especicado en la ITC-EA-01.

Dicha etiqueta se adjuntar en la docu-mentacin del proyecto, junto con la rela-cin de receptores y lmparas.

Cualquier modicacin o ampliacin re-querir la elaboracin de un complemento a lo anterior, en la medida que sea necesario.

Artculo 12. Mantenimiento de la e-ciencia energtica de las instalaciones.

1. Los titulares de las instalaciones de-bern mantener en buen estado de fun-cionamiento sus instalaciones, utilizndo-las de acuerdo con sus caractersticas y abstenindose de intervenir en las mismas para modicarlas.

2. La gestin del mantenimiento de las instalaciones exigir el establecimiento de un registro de las operaciones llevadas a cabo, que se ajustar a lo dispuesto en la ITC-EA-06.

3. Todas las instalaciones debern dis-poner de un plan de mantenimiento que comprender fundamentalmente las reposi-ciones masivas de lmparas, las operacio-nes de limpieza de luminarias y los trabajos de inspeccin y mediciones elctricas. La programacin de los trabajos y su perio-dicidad, se ajustarn al factor de manteni-miento adoptado, segn lo establecido en la ITC-EA-06.

4. Al objeto de disminuir los consumos de energa elctrica en los alumbrados exterio-res, el titular de la instalacin llevar a cabo, como mnimo una vez al ao, un anlisis de los consumos anuales y de su evolucin, para observar las desviaciones y corregir las causas que las han motivado durante el mantenimiento peridico de la instalacin.

5. En las instalaciones de alumbrado exterior ser necesario disponer de un re-gistro able de su componentes incluyendo las lmparas, luminarias, equipos auxiliares, dispositivos de regulacin del nivel lumino-so, sistemas de accionamiento y gestin centralizada, cuadros de alumbrado, etc.

Artculo 13. Inspecciones y vericaciones.

Sin perjuicio de la facultad que, de acuer-do con lo sealado en el artculo 14 de la Ley 21/1992, de 16 de julio, de Industria, posee la Administracin Pblica compe-tente para llevar a cabo, por s misma, las actuaciones de inspeccin y control que es-time necesarias, segn lo previsto en el art-culo 12.3 de dicha Ley, el cumplimiento de las disposiciones y requisitos de eciencia energtica establecidos en el presente Re-glamento deber ser comprobado en todos los casos mediante una vericacin inicial previa a la puesta en servicio de la instala-cin, realizada por un instalador autorizado



en baja tensin y, adems, segn la poten-cia instalada, mediante inspeccin inicial y vericaciones o inspecciones peridicas, llevadas a cabo de acuerdo con lo indicado en la ITC-EA 05.

Artculo 14. Excepciones.

Cuando, por motivos de seguridad o in-ters pblico, y con carcter de excepcio-nalidad, no se puedan cumplir determinadas prescripciones de este reglamento, el titular de la instalacin deber presentar, ante el rgano competente de la Administracin

Pblica, previamente al procedimiento contemplado en el artculo 10, una solicitud de excepcin, exponiendo los motivos de la misma e indicando las medidas de ecien-cia alternativa que se propongan.

El citado rgano competente podr de-negar la solicitud, requerir la modicacin de las medidas alternativas o conceder la excepcin, siempre de manera expresa.

Artculo 15. Normas de referencia.

1. Las instrucciones tcnicas comple-mentarias podrn establecer la aplicacin de normas UNE u otras reconocidas inter-nacionalmente, de manera total o parcial, a n de facilitar la adaptacin al estado de la tcnica en cada momento.

2. Cuando una o varias normas varen su ao de edicin con respecto a las vi-gentes en el momento de la aprobacin de este reglamento, o se editen modicaciones posteriores a las mismas, debern ser obje-to de actualizacin, mediante resolucin del centro directivo competente en materia de seguridad industrial del Ministerio de Indus-tria, Turismo y Comercio, en la que deber hacerse constar la fecha a partir de la cual la utilizacin de la nueva edicin de la norma ser vlida y la fecha a partir de la cual la utilizacin de la antigua edicin de la norma dejar de serlo, a efectos reglamentarios.

A falta de resolucin expresa, se enten-

der que tambin cumple las condiciones reglamentarias la edicin de la norma pos-terior a la que gure en la ITC, siempre que la misma no modique criterios bsicos.

Artculo 16. Infracciones y sanciones.

Las infracciones a lo dispuesto en el pre-sente reglamento se sancionarn de acuer-do con lo dispuesto en el Ttulo V de la Ley 21/1992, de 16 de julio, de Industria.


LA EFICIENCIA ENERGTICA EN LA INDUSTRIA

La eciencia energtica en la industria.

Fig.236. Polgono industrial.

Seguimos avanzando y hemos recalado en un polgono industrial.

Presentimos que en este mbito hay mu-chas posibilidades de mejorar la eciencia energtica.

Adelante:

Vamos a iniciar otro cap-tulo en nuestra bsque-da de mejorar la ecien-cia energtica y ahora corresponde indagar en la industria donde, sin duda,sospechamos que existen muchos cabos sueltos.

Haremos, primero, un anlisis general de todos los puntos dbiles para luego pro-fundizar en ellos.

Aspectos generales.

La humanidad debe ser capaz de conse-guir un desarrollo sostenible, garantizando que las necesidades del presente se satisfa-gan, sin poner en peligro la capacidad de fu-turas generaciones de satisfacer las suyas.

El ahorro de energa que logremos, es energa disponible para que la usen otros.

El consumo de energa primaria en el mundo, en los ltimos aos y segn fuentes estadsticas del consejo mundial de energa, podemos apreciarlo en la grca siguiente:

Fig.237.Consumo de energa en el mundo.

Sabemos que una de las consecuencias ms dainas del uso de combustibles fsi-les es el efecto invernadero, como conse-cuencia del alto contenido de dixido de carbono CO2 en la atmsfera.

Existe un desequilibrio mundial entre la emisin y absorcin del CO2, y esto incrementa el contenido de este gas en la atmsfera.



Medidas ms efectivas para reducir el efecto in-vernadero:A) Implementar progra-mas de eciencia ener-gtica, con la nalidad de racionalizar el consumo

y de esta manera reducir las emisiones ambientales que inevitablemente se pro-ducen cuando se genera energa.B) Utilizar energas alternativas limpias, como las renovables, para ir sustituyendo progresivamente las fuentes de energa que funcionan con combustibles fsiles.C) Fomentar los programas de forestacin y reforestacin a n de aumentar la capa-cidad de absorcin de la vegetacin del planeta.

Fig.238. Energas alternativas.

Fig.239.Planta de destilacin de petrleo.

Sabemos que la temperatura del planeta durante los ltimos 100 aos viene aumen-tandodebido al efecto invernadero.

Fig.240. Ascenso de la temperatura del planeta con los aos.

Al ser conscientes debemos trabajar para detener ese avance fruto, sin duda, del efecto invernadero.

Cmo?

En el campo industrial el ahorro de ener-ga se traduce en menores costos operati-vos y por lo tanto mayor eciencia, lo que ayuda a una mayor competitividad, sobre todo en estos tiempos de globalizacin de los mercados.

Cualquier reduccin de los costos de energa que se quiera lograr debe partir con tener, primero, la manera de medir y regis-trar nuestros consumos.

Debemos tener la capacidad de evaluar numricamente nuestros consumos histricos.

Cada rea, dentro de la empresa, debe ser informada de los componentes de su propio costo de energa, y debe ser capaz de ver los resultados de los esfuerzos de ahorrar energa.

En las plantas industriales tenemos gran cantidad de consumidores, y un gran por-centaje de los consumos de stos se debe a malos hbitos y/o desperfectos de los equi-pos, es decir tenemos involucrados al factor humano y al factor equipo elctrico.

La energa se administra desde el pun-to de vista del logro de objetivos concretos de reduccin de consumos, por lo que es necesario poder evaluar numricamente el desempeo de todas las reas de la empre-sa involucradas en la tarea de ahorro.


La tarea de ahorro de energa en las plan-tas industriales debe implicar a todo el per-sonal de la empresa porque gran parte de los desperdicios elctricos se deben a ma-las costumbres de estos.

En prcticamente cualquier rea de una planta industrial se emplea la energa, lo que a primera vista hace difcil el proceso de re-gistro de datos energticos.

Por ello es importante seguir un camino estructurado y no perderse en detalles al principio de un anlisis.

Los mtodos usuales para el control de demanda son:

Manuales de monitoreo y de control automtico.

A continuacin estableceremos los m-todos manuales ms simples que nos ayu-dan a controlar la demanda mxima.

A) Eliminacin de cargas que funcionan a deshora.

Sistemas de bandas transportadoras, bombas de abanico, contribuyen en gran medida en crear picos de carga.

Estos elementos muchas veces trabajan ocasionalmente en tiempos crticos de mucha carga.

Por lo tanto es recomendable apagarlos, siempre y cuando sea posible.

La iluminacin, tambin puede ser reducida, ya que aunque no contribuye en alto grado, si afecta.

B) Reprogramar las cargas.

De bateras y otras operaciones similares no rutinarias.

Pueden ser programadas en horas que no afecte a las horas pico.

Por ejemplo, al punto de la maana o tarde, por la noche.

Las autoclaves y hornos, por ejemplo, pueden trabajar fuera de los turnos de trabajo.

C) Interrumpir temporalmente las cargas.

Los sistemas de ventilacin y aire acon-dicionado pueden interrumpirse usualmente por varios minutos, sin causar prdidas en el confort.

La calefaccin, aunque no tan usada, puede ser otro factor.

D) Programacin de arranque.

Casi todos los motores en un proceso arrancan a un mismo tiempo y crean un gran pico de demanda, sobre todo en grandes motores de arranque lento.

Tambin se puede programar la entrada de los motores o retardar el encendido de los mismos.

Mtodos de control de demanda mxima.

Cmo optimizar el consumo energtico

Fig. 241

reas de uso de energa en la empresa

Fig. 242

Circuitos energticos ecientes.

Entendemos por circuito energtico e-ciente aquel que aprovecha al mximo la energa contenida en l y evita desperdicios



de masa y energa del sistema.

Podemos encontrar dentro de una fbrica diferentes tipos de estos circuitos energticos:

Circuito elctrico, circuito de vapor, cir-cuito de gas, circuito de agua, circuito de aire comprimido, etc.

El objetivo es redisear nuestros circuitos actuales con el n de hacerlos ms ecien-tes y lograr la reduccin en nuestros costos por concepto de electricidad, vapor (agua, combustible) y otros.

Iluminacin y ahorro de energa.

Se ha logrado detectar que un gran por-centaje de plantas industriales utilizan lumi-narias poco ecientes y de gran consumo de energa.

Gran cantidad de bancos, nancieras, hoteles, instituciones y ocinas consumen grandes cantidades de energa elctrica slo por el hecho de contar con luminarias obsoletas o de un rendimiento lumnico bajo, sumado a un proyecto de alumbrado inco-rrecto, o en algunos casos (ms de los que creemos) sin ningn clculo de alumbrado.

En los estudios efectuados en los lti-mos tiempos, se han detectado ocinas de empresas importantes e industrias que tie-nen niveles de iluminacin de casi un 50% por debajo de las normas recomendadas y una cantidad de lmparas mayores que las aconsejables y necesarias para el ambiente de uso determinado.

Tambin se ha comprobado que en las llamadas horas puntas, es decir entre las 18:00 y 23:00 horas, funcionan muchas in-dustrias que slo con reestructurar su sis-tema de iluminacin, lograran importantes ahorros.

Por esto la importancia de un adecuado diseo de iluminacin de interiores y exteriores.

En pases desarrollados de Europa,

el tema de ahorro de energa ya es una constante.

Las lmparas incandescentes, van cami-no a desaparecer y han sido reemplazadas por otros ms ecientes como las lmparas uorescentes y otras fuentes ahorradoras, como los leds.

Cuando se toca el tema de ahorro de energa, la iluminacin ocupa un lugar preponderante y el tema es inagotable.

Creemos que en todos los pases se estn dando los primeros pasos, que son importantes, y todos nosotros debemos crear conciencia que el camino hacia el crecimiento pasa por el ahorro de energa.

Fig.243. Dos unidades de iluminacin.

Condiciones generales que debe tener una instalacin para alumbrado de inte-riores.

Este tema, por su inters, ser objeto de anlisis ms adelante, pero ahora podemos adelantar las siguientes consignas:

Debe de evitarse toda forma de deslum-bramiento.

Debe de repartirse proporcional y unifor-memente la iluminacin en el ambiente.

Debe de obtenerse una iluminacin conveniente y adecuada para cada clase de actividad a desarrollar en el ambiente a iluminar.

Debe de obtenerse el mejor rendimiento



y la mxima economa en toda instalacin de iluminacin.

Aprovechar al mximo la luz ambiental.

Mejorar el nivel de eciencia del sistema (mediante una buena regulacin).

No debe olvidarse el efecto decorativo y funcional de una buena iluminacin.

Recomendaciones para mejorar e-ciencia en motores.

En pginas posteriores tocamos con ms profundidad este tema.

De momento, en lneas generales, con-viene seguir las siguientes pautas:

Evitar el arranque y la operacin simult-nea de motores, sobre todo los de media-na y gran capacidad, para disminuir el valor mximo de la demanda.

Evitar la operacin en vaco de los motores.

Vericar peridicamente la alineacin del motor con la carga impulsada.

Una alineacin defectuosa puede incre-mentar las prdidas por rozamiento y en caso extremo ocasionar daos mayores en el motor y en la carga.

Corregir la cada de tensin en las lneas de alimentacin de los motores.

Una tensin reducida en los terminales del motor, genera un incremento de la co-rriente, sobrecalentamiento y disminucin de su eciencia.

Las normas permiten una cada de ten-sin mxima del 5%.

Y para ello los conductores utilizados de-ben ser correctamente dimensionados.

Equilibrar el conexionado de los motores trifsicos de corriente alterna.

El desequilibrio entre fases no debe ex-ceder en ningn caso del 5%, pero mientras menor sea este valor, los motores operarn con mayor eciencia.

Mantener bien ajustado y en ptimas

condiciones el interruptor de arranque de los motores monofsicos de fase partida.

El mal funcionamiento de este acceso-rio que se emplea para desconectar el de-vanado de arranque (y el condensador en los motores de arranque por condensador) provoca un sobrecalentamiento en los con-ductores ocasionando signicativas prdi-das de energa y en caso extremo el fallo del motor.

Utilizar arrancadores a tensin reducida en aquellos motores que realicen un nmero elevado de arranques.

Con esto evitaremos un calentamiento excesivo en los conductores y se lograr disminuir las prdidas durante la aceleracin.

Sustituir, en los motores de rotor deva-nado, los reguladores con resistencias para el control de la velocidad, por reguladores electrnicos ms ecientes, porque las re-sistencias llegan a consumir hasta un 20% de la potencia que el motor toma de la red.

Instalar equipos de control de la tempe-ratura del aceite de lubricacin de cojinetes de motores de gran capacidad a n de mi-nimizar las prdidas por friccin y elevar la eciencia.

No se recomienda rebobinar los motores ms de 2 veces, porque puede variar las caractersticas de diseo del motor, lo cual incrementara las prdidas de energa.

Elaborar un plan de mantenimiento pre-ventivo y/o predictivo que asegure un buen funcionamiento de sus motores.

Los rodamientos y el aislamiento son las dos causas ms comunes del fallo del mo-tor, que pueden disminuirse y hasta elimi-narse con un buen mantenimiento.

La humedad perjudica a los motores elctricos, por lo que hay que evitar fugas de agua o inundaciones en donde se en-cuentren los motores.



Eciencia energtica en compresores de aire.

En un compresor se da la siguiente ex-presin:

P = Q x (P2 -P1)

Donde:

P: Potencia Suministrada al compresor.

Q: Caudal de aire.

P2 -P1: Diferencial de presiones.

La demanda de poten-cia puede reducirse me-diante la reduccin del caudal o la diferencia de presiones.

Recomendaciones para mejorar e-ciencia del sistema de aire comprimido.

Fig.244.El sistema neumtico bsico.

Eliminar todas las fugas de aire que se presentan en la red de distribucin.

Las fugas pueden alcanzar hasta un 50% de la capacidad instalada en instalaciones descuidadas.

Con una inversin moderada deben limitarse a menos del 5%.

Eliminar lneas de distribucin que no sean necesarias.

Limpieza peridica de los ltros de aire.

No usar aire comprimido para ventilacin o limpieza.

Controlar las mediciones de consumo para corregir anormalidades.

Determinar la presin mnima requerida para la operacin satisfactoria de todos los equipos y efectuar su control.

Dimensionar correctamente el tamao de las lneas.

Apagar los compresores cuando no se requiera aire comprimido.

La temperatura del aire de aspiracin no debe ser mayor a la recomendada por el fa-bricante.

Instalar separadores de condensado y drenajes en los extremos de los ramales con el n de eliminar la necesidad de soplar las lneas para extraer el agua.

Eciencia en sistemas de bombeo.

Un sistema de bombeo se compone de bomba, motor, tubera y accesorios.

Fig.245. Varias bombas.

La energa elctrica consumida depende de la potencia, el tiempo en que funciona la bomba y de la eciencia del sistema.

Esta ltima es la relacin entre la potencia que suministra la bomba al uido y la potencia elctrica consumida.



La potencia suministrada por la bomba, est en funcin del gasto y la carga.

Se recomienda disear el sistema para que entregue el gasto con la presin requerida.

Una mayor presin, ocasiona un desper-dicio de energa y el incremento del consu-mo de energa elctrica.

Si cualquiera de los elementos del sis-tema, ha sido mal seleccionado en su tipo, capacidad o material, si el motor no est funcionando correctamente, si alguno de los accesorios est obstruido o si la tubera est deteriorada, aumentar el consumo de energa elctrica total del sistema

Eciencia en sistemas de aire acondi-cionado y ventilacin.

Los temas de ventilacin y aire acondi-cionado se presentan conjuntamente ya que las instalaciones de aire acondicionado tambin tienen partes componentes de la ventilacin.

Fig.246. Conducto de ventilacin.

Las instalaciones de ventilacin constan bsicamente de los ventiladores, los cana-les de ventilacin y el sistema de control.

En los sistemas de aire acondicionado se debe considerar adicionalmente el sistema de enfriamiento.

Las instalaciones de ventilacin, as como las de aire acondicionado, pueden contar con intercambiadores trmicos.

Razones principales de un bajo rendi-miento en plantas de fro.

El mantenimiento deficiente de los intercambiadores de calor hace que la ca-pacidad de refrigeracin se vea disminui-da y aumente el requerimiento de poten-cia del compresor.

Si no se mantiene la carga adecuada del refrigerante para el ciclo, baja la temperatu-ra de evaporacin, lo que tambin reduce la capacidad del sistema.

Por otro lado, la mala regulacin o tem-peraturas de termostatos muy bajas incre-mentan los requerimientos de refrigeracin.

En cuartos fros los requisitos de refrige-racin aumentan inadmisiblemente debido a las aperturas de puertas del cuarto y de-fectos en los aislamientos.

Las lneas de succin se mantienen ais-ladas para evitar un aumento innecesario en los requerimientos de refrigeracin.

Mantenimiento en la gestin de e-ciencia energtica.

Fig.247. Mantenimiento en la gestin de eciencia energtica.

Al llevar a cabo cualquier programa de administra-cin energtica se debe prestar mucha atencin a los aspectos operaciona-les y de mantenimiento.



Mtodos bsicos de mantenimiento.

Mantenimiento correctivo.

Mantenimiento preventivo.

Mantenimiento predictivo.

Incidencia de un programa de gestin en eciencia energtica en el consumo especco de energa.

Fig.248. Programa de administracin energtica.

Un buen mantenimiento mantendr el consumo de energa dentro de un lmite razonable, hasta que termine la vida til de la planta. La sustitucin a tiempo por una nueva, ms eciente en el diseo energtico disminuir el consumo de energa en su nivel original.

Efecto del mantenimiento en el consu-mo especco de energa.

Fig.249. Diagramas del mantenimiento.

Auditoria energtica.

Objetivos.

Reducir los costos energticos.

Informar a los responsables de la em-presa acerca de la estructura de su-ministro y uso de energa de la planta, as como acerca de los potenciales de ahorro.

Sensibilizar a la gerencia con respecto a las posibilidades de ahorros econ-micos debido al manejo responsable y racional de la energa.

Motivar a todo el personal a partici-par activamente en el uso racional de la energa.

Gestionar un plan de accin de aho-rro energtico, que incluya introducir un sistema de gestin energtica como poltica de la empresa.

Plan de accin de ahorro energtico.

Implementar el sistema de gestin energtica empresarial.

Capacitar al personal en el uso eciente de la energa.

Controlar la demanda mxima de energa.

Poner metas de ahorros energticos por divisiones y evaluar resultados.

Mejorar los indicadores energticos con respecto a los ltimos aos.

Hacer evoluciones diarias, semanales y/o mensuales en las diferentes divisiones.

Crear un historial de consumos e in-dicadores energticos por divisiones lo que nos ayudar a trazar metas concretas de ahorros por divisiones y, en consecuencia, en la totalidad de la planta.



Fig.250. Implementacin del sistema de gestin energtica.

Fig.251. Esquema de organizacin energtica.

Gestin energtica.

Los elementos principales de la gestin energtica son:

Una poltica energtica de la empresa, que sirve para manifestar por escrito una losofa empresarial y principios estratgicos, as como para formular directivas energticas para la empresa y desarrollar una conciencia por el uso racional de energa en la empresa.

Metas energticas concretas, deduci-das de la poltica energtica de la em-presa.

Estas metas pueden estipularse con-tinuamente o peridicamente y deben cumplir ciertos requisitos formales.

Un control energtico, que comprende un amplio sistema de informacin inter-na y que coordina la planicacin y el control de la demanda de energa.

Este sistema es la parte central de todo sistema de gestin energtica y est constituido por los siguientes mdulos:

1) Registro de datos (energticos y relacionados).

2) Administracin interna de datos.

3) Sistema de anlisis y comparacin de los datos.

4) Sistema de planicacin y presupuestos de energa.

5) Clculo interno de costos de energa.

6) Sistema de reporte, documentacin e informacin interna.

Elementos principales de la gestin energtica.

Una asesora energtica interna, que tiene por objetivo respaldar las decisiones y proyectos internos, por ejemplo la expansin de la produccin o la planicacin de nuevos edicios o equipos, el diseo y desarrollo de nuevos productos, procesos de reestructuracin, etc.

Programas internos de eciencia ener-gtica o bien proyectos individuales destinados a reducir u optimizar el uso de energa en la empresa, como por ejemplo programas de motivacin y capacitacin de los empleados, pro-gramas especcos en reas denidas de la empresa o anlisis detallados de mquinas o equipos.

IDENTIFICACIN DE LAS POSI-BLES MEDIDAS DE AHORRO ENERG-

TICO EN LA INDUSTRIA.

Medidas sin mayor inversin.

Ajustes de los controles en calderas y hornos.

Desconexin de equipos que no estn en produccin.

Programacin correcta de la produc-



cin evitando tiempos muertos.

Desplazar cargas de horas punta a horas llano o valle, sin afectar la produccin.

Contratar la tarifa elctrica ms conveniente.

Reduccin de picos de potencia mediante la coordinacin de los arranques de grandes motores elctricos de planta.

Rellenar valles, mediante el traslado de cargas de una horas a otras.

Instalar un controlador de deman-da elctrica mxima (maxmetro) en la alimentacin principal de la empresa, para tener informacin de cargas mxi-mas y poder controlar stas sea en for-ma manual o automtica actuando so-bre otros consumidores no prioritarios para la produccin.

Capacitar al personal en el uso e-ciente de la energa.

Implementar un sistema de gestin energtica en la empresa.

Implementar un plan de mantenimien-to preventivo/predictivo.

Medidas con baja o mediana inversin.

Recuperacin de condensados de vapor.

Sustitucin de motores de baja e-ciencia por los de alta eciencia. (Ser objeto de un tratamiento a continua-cin, por la importancia del tema).

Eleccin de la seccin idnea de los cables elctricos. (Ser objeto de pos-terior tratamiento...)

Implementacin de variadores de velocidad y arrancadores de estado slido. (Ser objeto de posterior tratamiento...)

Correccin del factor de potencia, mediante la instalacin de bateras

de condensadores. (Ser objeto de posterior tratamiento)

Chequeo general de las instalaciones elctricas, solucionando los problemas de presencia de distorsiones armnicas. (Ser objeto de posterior tratamiento...).

Implementacin de sistemas de ilumi-nacin ecientes y econmicos. (Ser objeto de posterior tratamiento)

Cambio y/o reforzamiento del aisla-miento de tuberas de vapor, agua ca-liente, circuitos de refrigeracin.

Implementacin de un sistema de monitoreo y control automtico de los consumos elctricos y otros tambin energticos, que permita el registro y control en tiempo real de todos los principales consumidores de energti-cos de la empresa.

Identicacin de las posibles medidas de ahorro energtico en la industria.


Los motores de alta eciencia pueden proporcionar importantes ventajas, como ayudar a reducir los costes energticos y a limitar las emisiones de carbono a la atmsfera.

En la UE, la introduccin del programa europeo de clasicacin de la eciencia de los motores ha centrado la atencin en este aspecto, poco considerado anteriormente.

El rgimen de clasicacin europeo de eciencia para motores de corriente alterna de baja tensin fue introducido en 1998 y estableci tres clases de eciencia EFF1, EFF2 y EFF3, siendo EFF1 la clase de ms alta eciencia.

*El rgimen especica que la eciencia debe medirse de acuerdo con el estndar EN / IEC 60034-2: 1996.

*ste fue sustituido por el nuevo estn-dar IEC, IEC 60034-2-1, que entr en fun-cionamiento en septiembre de 2007; y que tambin fue raticado y publicado como EN 60034-2-1 en el nivel CENELEC.

*El nuevo estndar introduce nuevas re-glas concernientes a mtodos de medicin que deben ser utilizados para determinar prdidas y eciencia.

El programa ha tenido mucho xito, ya que ha reducido el nmero de motores co-merciales de baja eciencia.

Muchos consideran la clasicacin EFF1 no slo como una seal de eciencia, sino tambin como un distintivo general de calidad.

Actualmente se est perfeccionando el programa para armonizar los mtodos de vericacin de eciencia, de modo que sea ms fcil comparar los motores de distintos fabricantes.

Cmo se mide la eciencia de un motor?

La eciencia de un motor se dene como la relacin que existe entre la potencia de salida (mecnica) y la potencia de entrada (elctrica). Esta puede ser medida de mane-ra directa o indirecta.

* La medicin directa implica el cl-culo de la potencia elctrica de en-trada en funcin del voltaje y de las corrientes suministradas, y de la po-tencia mecnica de salida en funcin de la velocidad rotacional y el par disponible en el eje.

* La medicin indirecta consiste en me-dir la potencia de entrada y calcular la potencia mecnica de salida conside-rando todas las prdidas en el motor.

Las prdidas del motor pueden dividir-se en cinco grandes reas:

* Prdidas en el bobinado

* Prdidas en el estator.

* Prdidas en el rotor.

* Prdidas por friccin y ventilacin.

* Prdidas adicionales con carga (SLL).

Los primeros cuatro tipos de prdidas se pueden determinar a partir de la potencia de entrada y corriente del motor.

Ms adelante insistimos en ellas.

Cmo se comparan las cifras de eciencia entre el antiguo y nuevo estndar?

La siguiente tabla muestra ejemplos de comparacin de cifras de eciencia entre el

Eciencia energtica en los motores.

LA EFICIENCIA ENERGTICA EN LOS MOTORES


antiguo y el nuevo estndar para tres tipos diferentes de motores.

Observemos que los valores de ecien-cia bajo el nuevo estndar no son compa-rables si no se utilizan los mismos criterios de medicin.

Rango depotencia de

salida

Antigua medicinde eficiencia

EN/IEC 60 034-2: 1996

Nueva medicinde eficiencia

EN/IEC 60 034-2-1: 2007-09

7.5 KW, 2-polos 88.4% 87.9%

11 KW, 4-polos 90.9% 90.3%

160 KW, 4-polos 96.0% 95.4%

Fig.252. Tabla de equivalencias entre dos normas.

Cul es el nuevo estndar de me-dicin de eciencia considerando los nuevos mtodos?

Fig.253.Tabla de la medicin de eciencia segn el esquema europeo de clasicacin.

El nuevo mtodo basado en la medicin real SLL ha sido utilizado en Norteamrica y Canad, donde ha sido requerido bajo los estndares IEEE 112-B (2004) y CSA 390.

Es probable que este mtodo sea uno de los ms utilizados pues es el que establece menor grado de incertidumbre y por ende es el ms preciso.

La medicin indirecta fue ampliamente utilizada por los fabricantes bajo el antiguo estndar.

Sin embargo, las reglas relativas a la es-timacin del SLL en el mtodo de medicin

indirecta se han hecho mucho ms estrictas en el marco del nuevo estndar.

El nuevo estndar tambin introduce di-ferentes opciones para el mtodo de medi-cin indirecto:

- SLL determinado mediante medicin directa.

- SLL estimado en el 2,5% - 0,5% de la potencia de entrada a la carga nominal.

- EH Star: las prdidas se calculan me-diante un anlisis matemtico.

Cmo pueden los usuarios de motores identicar que mtodo de medicin fue uti-lizado?

En virtud del nuevo estndar, los fabri-cantes pueden seleccionar cualquier m-todo de medicin sugerido y siempre la documentacin del motor debe indicar qu mtodo fue utilizado.

Hay que tener en cuenta que los valores de eciencia proporcionados por diferentes fabricantes de motores son comparables slo si fue utilizado el mismo mtodo de medicin.

Abreviaturas:- IEC International Elec-trotechnical Commission - IEEE Institute of Electri-cal Electronics Engineers

- CSA Canadian Standards Association - EN European Norm - SLL Stray Load Losses

Hay fabricantes que deenden desde hace mucho tiempo la necesidad de que los motores sean ms y ms ecientes y que su poltica ha consistido en ofrecer motores de alta eciencia como norma, es decir, desde almacn y sin sobreprecio alguno.



Fig.254. Seccin de un motor eciente.

Disear y fabricar motores ables, con buenas prestaciones de arranque y funcionamiento, implica conseguir un delicado equilibrio entre diversos factores: no slo la eciencia y los costes, sino tambin el diseo de cojinetes, ranuras y ventilador, el aumento de la temperatura, la vibracin y el ruido.

Slo un equilibrio adecuado dar como resultado motores de alta calidad, ecientes y ables, con peso ptimo y una larga vida til.

El enfoque de ciclo de vida se ocupa de la eciencia y adems resalta la importancia de la abilidad y de la disponibilidad.

Durante el ciclo de vida de un dispositi-vo, la energa suele ser el mayor coste.

Lgicamente, el vertiginoso ascenso de los precios ha obligado a dirigir la atencin a los costes de energa y a la eciencia energtica.

En muchas partes del mundo, las autori-dades estn promoviendo programas para convencer a los usuarios industriales de que especiquen motores de alta eciencia.

Esta situacin ha llevado a algunos fa-bricantes a elevar el nivel de eciencia de sus productos sin examinar otras reas de rendimiento.

Diseo para la eciencia.

En opinin de los fabricantes implicados, la clave para producir motores ecientes re-duciendo al mnimo los costes totales du-rante la vida til es garantizar que en cada etapa de diseo y fabricacin se alcance una alta calidad.

Fig.255.Tabla de la distribucin de prdidas en motor M3BP

La eciencia de un motor mide la conver-sin de la energa elctrica en trabajo til.

La energa que se pierde se convierte en calor.

Para aumentar la eciencia es preciso re-ducir estas prdidas.

Hemos comentado ya (en dos ocasiones) que las prdidas de los motores se pueden clasicar en cinco categoras principales.

Dos de stas, ver Fig.255 (las prdidas en el hierro del ncleo y las prdidas por re-sistencia aerodinmica y friccin) se clasi-can como prdidas no relacionadas con la carga, ya que permanecen constantes con independencia de la misma.

Las prdidas relacionadas con la carga, es decir, que varan con ella, son las prdi-das en el cobre del estator, las prdidas en el rotor y las prdidas de carga por disper-sin (Fig.255).

En todas estas prdidas pueden inuir diversas consideraciones de diseo y cons-truccin, es decir, la calidad de los procesos de diseo y fabricacin.



Las prdidas en el hierro del ncleo se deben a la energa requerida para vencer la oposicin del material del ncleo a la variacin de los campos magnticos.

Los diseadores pueden disminuir estas prdidas usando acero de mejor calidad y aumentando la longitud del ncleo, lo que reduce la densidad de ujo magntico.

Las prdidas por resistencia aerodinmica y por friccin son causadas por la resistencia del aire y por el rozamiento de los cojinetes.

En los motores de alta calidad, estas prdidas se reducen seleccionando mejor los cojinetes y juntas y mejorando el diseo del ujo de aire y del ventilador.

ste ha de ser sucientemente grande para proporcionar una adecuada refrigeracin, pero no demasiado grande, ya que se reducira la eciencia y aumentara el ruido.

De las prdidas que varan con la carga, las prdidas en el cobre del estator (conocidas como prdidas I2R o prdidas por el efecto Joule) son causadas por el calentamiento provocado por la circulacin de corriente a travs de la resistencia del devanado del estator.

Entre las tcnicas empleadas para reducir estas prdidas est la optimizacin del diseo de las ranuras del estator.

Las laminaciones del estator deben ser de acero de baja prdida, lo ms uniformes y delgadas posibles, para maximizar la intensidad de los campos magnticos.

Deben estar alineadas cuidadosamente para garantizar que los canales sean rectos.

Naturalmente, cuanto ms delgadas sean las laminaciones, tanto ms caras sern de producir.

Adems, una gran precisin de alineamiento exige tcnicas de produccin ms especializadas.

Las prdidas en el rotor estn causadas por las corrientes en el mismo y por las prdidas en el hierro.

En los motores de alta eciencia, estas

prdidas se reducen aumentando el tamao de las barras conductoras y los anillos ter-minales para reducir la resistencia.

Las prdidas de carga por dispersin re-sultan del ujo de fugas inducidas por las corrientes de carga y se pueden reducir me-jorando la forma geomtrica de las ranuras.

Menores temperaturas signican ms abilidad.

Los motores que slo funcionan ocasio nalmente, o en aplicaciones no crticas, no tienen que ser extraordinariamente ables.

Evidentemente, una avera siempre es una perturbacin, pero eso no implica que las consecuencias sean muy graves.

Sin embargo, en algunos sectores y pro-cesos la abilidad es de suma importancia.

En procesos continuos como, por ejemplo, las aplicaciones de refrigeracin en la industria del petrleo y gas o los accionamientos de mquinas de papel, se han de evitar a toda costa los tiempos muertos imprevistos.

Una parada de slo unos minutos puede costar tanto como un motor nuevo.

La abilidad tambin es importante para los fabricantes de equipos originales (OEM) que incluyen motores en sus propios productos.

Si se avera un motor, los equipos de OEM sern considerados como poco a-bles y la reputacin del fabricante sufrir las consecuencias.

Por trmino medio, los materiales repre-sentan el 55% del coste de un motor.

Puesto que ms de la mitad del cos-te total se va en materiales, es obvio que los fabricantes que intenten reducir costes demasiado agresivamente, escatimarn en los materiales y sus productos sern menos ables.

Las dos causas ms frecuentes de averas de motores son los cojinetes y devanados, de modo que estos componentes son esenciales para determinar la abilidad global.



En el caso de los cojinetes y devanados, la temperatura de operacin en el interior del motor es el factor ms importante sobre la vida til del componente.

Un motor eciente y de alta calidad, funcio-nando a plena carga, puede experimentar un aumento normal de temperatura de 6080 C, pero esta cifra puede llegar a ser de hasta 100 C en los motores de menor calidad.

El aumento de temperatura puede ser mayor, sin provocar problemas, slo en los motores diseados especialmente para ello, que disponen de un sistema aislante apro-piado que resiste las altas temperaturas.

Para conseguir abilidad mxima es importante utilizar cojinetes de alta calidad (Fig.256).

Los diseadores han de seleccionar el tipo de cojinete adecuado para la aplicacin y la carga concretas y a continuacin elabo-rar un rgimen de engrase apropiado para la aplicacin en las condiciones de operacin.

Dado que la grasa se degrada con las altas temperaturas, es importante limitar el aumento de temperatura.

Una reduccin de 1015 C de la tempe-ratura de operacin debe duplicar, en teora, la vida til de la grasa del cojinete.

Las temperaturas internas excesivas tambin afectan a la vida til de los devanados.

En este caso, es el aislamiento en el hilo de cobre el que se degrada por efecto de las altas temperaturas.

Un aumento de 10 C en la temperatu-ra de operacin puede reducir a la mitad la vida til del devanado.

Por esta razn, la mayora de los motores se fabrican con aislamiento de Clase F (155 C), pero se disean para funcionar a temperaturas no superiores a las de Clase B (130 C).

El aumento de temperatura es un aspec-to del rendimiento de los motores que se in-vestiga permanentemente.

Otro factor de la abilidad del devanado es la tensin soportada, que mide la integri-dad del devanado.

Los devanados suelen soportar una ten-sin en torno a 1.200 V, aunque se pueden suministrar motores que soportan 1.400 V o ms si el devanado ha de resistir mayores picos de tensin, como es el caso de algu-nos accionamientos de velocidad variable.

Asimismo, hay que tener presente que la abilidad tambin puede presentar aspec-tos distintos en diferentes entornos.

En aplicaciones de motores en la industria del petrleo y gas, por ejemplo, la seguridad es fundamental para el propietario del proceso.

Los motores funcionan generalmente en entornos muy duros y tienen que soportar condiciones extremas de calor o fro o ambientes polvorientos o hmedos.

Hay fabricantes que ha acumulado una gran experiencia en el suministro de motores para los entornos convencionales de las industrias de transformacin y para condiciones extremas.

Condiciones de los cojinetes para una abilidad ptima del motor:

Suministrados por un fabricante able. Dimensionados adecuadamente para la carga y velocidad. Holgura interna adecuada para la temperatura de operacin. Grasa adecuada para la temperatura de operacin. Ser reengrasables si exise un servicio de mantenimiento adecuado (en caso contrario suelen ser los cojinetes sellados de por vida).

Fig.256.Lista de control de cojinetes

Esta experiencia se aprovecha para el desarrollo y fabricacin de motores de alta calidad que no slo cumplen las normas o-ciales y las especicaciones de seguridad,



sino que adems funcionan con gran e-ciencia y abilidad durante toda su vida til.

Caractersticas de un buen devanado: Compacidad, con buen ndice de relleno de ranuras. Pequea proyeccin saliente. Hilo de cobre de alta calidad. Sistemas de devanado de alta calidad.. Aislamiento de ranuras, sistemas de impregnacin y sistemas de aislamiento de fases, de alta calidad.

Fig.257.Caractersticas de un buen devanado.

Los motores de alta calidad funcionan mejor.

Los motores elctricos, (los mulos de carga) de la industria moderna, pueden contribuir mucho a los esfuerzos por reducir el consumo de energa y las emisiones de CO2.

Se estima que los motores usan el 65 % de la electricidad consumida por la industria y que generar electricidad para impulsar estos motores produce 37 millones de toneladas anuales de CO2.

Dada la magnitud de estas cifras, incluso un pequeo aumento en la eciencia de cada motor tiene un impacto positivo a escala mundial.

A los usuarios se les ofrece tambin fuertes incentivos nancieros para adquirir motores ecientes.

Aunque los modelos de alta eciencia se venden con un sobreprecio de 57 % (ta-

maos mayores) o de 1520 % (tamaos ms pequeos), la inversin se recupera rpidamente gracias al menor consumo de energa.

La energa utilizada por un motor durante su vida til puede costar hasta 100 veces el precio de compra del motor.

Sin embargo, la eciencia representa slo un aspecto del funcionamiento y los costes de energa son una parte de los costes tota-les durante la vida til.

La abilidad (y los costes de manteni-miento y tiempos muertos resultantes de una abilidad deciente) puede ser an ms importante en algunas aplicaciones.

La experiencia y entendimiento espe-cializados proporcionan a la empresa un profundo conocimiento de las complicadas relaciones que existen, considerando un comportamiento ptimo de arranque y fun-cionamiento entre eciencia, peso, aumento de temperatura, ruido y vibracin.

Creando productos de alta calidad y procurando minimizar sus costes generales durante la vida til, se garantiza que los mo-tores proporcionarn un rendimiento exce-lente en todos los sentidos.

Tres formas para seguir mejorando la eciencia energtica.

1.Evitar el rebobinado.

Generalmente, un motor rebobinado pierde e-ciencia.

Rebobinar un motor de ms de 30kW re-duce la eciencia nominal en cerca del 1% y en motores ms pequeos en hasta el 2 %. Esta prdida no es tan importante en los motores de alta calidad.

2.Evitar el sobredimensionamiento.



Por diversas razones, las empresas suelen adquirir motores sobredimensionados.

Los estudios de las industrias de transformacin concluyen que los motores funcionan, en promedio, con una carga de 50 a 60 % de su valor nominal, perdiendo eciencia (de carga parcial). Sustituir los motores que funcionan por debajo de su carga nominal por otros ms pequeos, pero ms ecientes energticamente, mejora en general la eciencia del sistema.

3. Accionamientos VSD para el control de velocidad.

No tiene sentido utilizar un motor muy eciente si el sistema de accionamiento no est a la altura. En aplicaciones de bombas y ventiladores, por ejemplo, el caudal se regula estrangulando las vlvulas. Un motor que funciona a velocidad mxima cuando bastara una velocidad menor es un derroche de energa.

Los accionamientos de velocidad variable (VSD) proporcionan velocidad ptima y control preciso y ahorran mucha energa. Un reciente estudio de la Universidad de Lappeenranta (Finlandia) ha demostrado que los accionamientos en instalaciones de bombeo en paralelo pueden ahorrar hasta el 70 % de energa.

Ms adelante nos ocuparemos de los variadores de velocidad.



Por: Lisardo Recio Mallo - Product manager Prysmian Group

Clculo de la seccin del conductor desde una perspectiva econmica y ecolgica

Reducir las emisiones de CO2 est en manos de todos, cuando de cables se trata, adems puede ser muy rentable.

Con un ejemplo bsico demostramos que incrementar las sec-ciones de conductor es una ventaja di-recta para nuestro medio ambiente y para nuestro bolsillo.

Imaginemos una lnea de BT trifsica con las siguientes caractersticas:

Fig.258. Afumex 1000V (AS)

L = 50 m

Temperatura ambiente = 40 C

Instalacin en bandeja perforada.

Circuito nico en la canalizacin (sin in-uencia trmica de otros circuitos).

Cable utilizado: Afumex 1000 V (AS) multi-polar 5G6 Afumex 1000 V (AS)

Supongamos que por nuestro cable circu-lan permanentemente slo 13,8 A (el 30 % de la intensidad mxima admisible, 46 A):

Fig.259.Representacin grca del problema

Con el valor de resistencia del conductor podemos obtener las prdidas de energa que se producen en la lnea en forma de calor al ser atravesadas por una corriente elctrica a lo largo de toda su vida estimada (suponemos 30 aos).

En la siguiente tabla disponemos de los valores de resistencia elctrica de las secciones de 6 mm y tambin para secciones superiores de 10 y 16 mm ya que queremos ver la repercusin econmica y ecolgica al instalar cables de mayor calibre.

Fig.260.Tabla seccin/resistencia de un cable.

La energa perdida en la resistencia elc-trica en una lnea trifsica (suponiendo el neutro totalmente descargado) respondera a la siguiente expresin:

EP = 3 R I t L 1/1000 [kWh]

La eciencia energtica de los conductores elctricos.

LA EFICIENCIA ENERGTICA DE LOS CONDUCTORES ELCTRICOS


Donde:

R: resistencia de la lnea en /km > se-gn la seccin

I: intensidad que recorre la lnea en A > 13,8 A

t: tiempo en h > 30 aos = 30 x 365 x 24 h = 262800 h

L: longitud de la lnea en km > 50 m = 0,05 km

Con los valores de nuestro ejemplo y para cable 5G6:

EP6 = 3 x 3,62 /km x 13,8 A x 262800 h x 0,05 km x 1/1000 kW/W = 27176 kWh [1]

Anlogamente para cable de seccin superior 5G10 y 5G16:



Estudio ecolgico.

Ahora estamos en condiciones de poder cuanticar los ahorros energticos por instalar secciones superiores a 6 mm y con ello las emisiones de CO2 suponiendo 0,26 kg CO2 por kWh generado segn el cmputo nacional:

Fig.261.Tabla seccin/ahorro de un cable.

Lo apropiado es comparar las emisiones de CO2 que evitamos al medio ambiente por ahorrar energa que no se va a disipar en forma de peaje en la red con las que pro-ducimos al fabricar cable ms pesado.

Segn la tabla de emisiones de CO2 de FACEL por kg de cable fabricado, cada kg

de cable tipo LSOH (de alta seguridad) de 0,6/1 kV se estima que son liberados a la atmsfera 6,379 kg de dixido de carbono.

Por lo que fcilmente podemos saber el incremento () de emisiones por utilizar una seccin ms pesada en nuestra lnea de 50 m.

Fig.262.Tabla seccin/emisiones CO de un cable.

Si comparamos el incremento de emisio-nes por utilizar un cable de mayor seccin (2) con el ahorro de las mismas a lo largo de su vida til por reduccin de resistencia (1) al aumentar la seccin podemos ver que el balance es extraordinariamente interesante.

Fig.263.Tabla ahorro/amortizacin ecolgica.

En la ltima columna se detalla el plazo de amortizacin ecolgica de la lnea sa-biendo que hemos estimado la vida til en unos 30 aos:

77 kg CO2 / 3025 kg CO2 x 30 aos = 0,76 aos

Es decir, en 277 das habremos ahorrado en emisiones contaminantes por generacin elctri-ca lo mismo que emitimos de ms por fabricar los 50 m del cable de 5G10 en lugar del 5G6 y duran-te el resto del tiempo (ms de 29 aos) habremos evitado casi 3 toneladas de CO2.

Estudio econmico.

Vamos ahora a comprobar si el incremen-to de seccin es tambin interesante desde el punto de vista econmico.



Sabemos que utilizar cables de mayor seccin es ms caro, pero tambin sabe-mos que comporta ahorros de energa que ya no se perder en las lneas y por tanto se no se contabilizar en la factura elctrica.

Veamos la potencia de prdidas con cada seccin de conductor planteada, en nuestra lnea de 50 m:

Si dividimos los valores (resultado de energa perdida) [1], [2] y [3] (EP6, EP10 y EP16) por el tiempo (30 aos = 262800 h) obten-dremos la potencia perdida en kW:

EP6 / t = 27176 kWh / 262800 h = 0,103 kW = 103 W

Es decir, nuestros 50 m de cable de 5G6 estn cobrando un peaje de 103 W por conducir la corriente que calculando para secciones de 5G10 y 5G16 sera de tan slo 59 W y 37 W respectivamente, sin duda una notable rebaja.

Fig.264.Tabla Comparacin de la energa perdida segn la seccin empleada.

En 30 aos tendremos una facturacin de energa perdida estimada calculable (si suponemos una tarifa aproximada de 0,12 /kWh constantes), valor que multiplicado por la energa (EP6, EP10 y EP16) nos resultar el coste.

C6 = 27176 kWh x 0,12 /kWh = 3261

Operando:

Fig.265.Tabla ahorro nal.

Estamos en condiciones de concluir que la utilizacin de secciones superiores a las mnimas exigidas tcnicamente son en ge-neral una buena solucin pues compensan tanto econmica como ecolgicamente.

Muy a tener en cuenta en tiempos de ta-rifas elctricas y sensibilidad medioambien-tal crecientes.

Cuadro resumen:

Fig.266.Tabla amortizacin econmica.

Una seccin superior lleva tambin apa-rejadas otras ventajas para la lnea (mayor vida til al trabajar a menor temperatura, posibilidad de aumento de potencia en el futuro, mejor respuesta a fenmenos transi-torios, menor cada de tensin, etc.).



Si nos damos cuenta la regulacin de la velocidad de un motor forma parte del momento tecnolgico actual.Pas a la historia el modo de funcionamiento todo o nada.

Nos gusta modular, que es, ni ms ni menos, que adaptar la funcionalidad del aparato a los procesos industriales donde se acta.

En este caso la regulacin signica un gran ahorro y debemos dirigir nuestro esfuerzo para conseguirlo.Gastar lo justo, lo necesario para obtener el resultado apetecido pero a la carta.En una empresa se utilizan muchos mo-tores y posiblemente no tengan que estar todos al lmite.Vamos a tratar de conocer mejor al varia-dor y tambin a averiguar cmo es, por dentro, un modelo actual cuya imagen puede ser la siguiente:

Fig.267.Varios modelos de variadores.

Una gran parte de los equipos utilizados en la industria moderna funcionan a velocidades variables, como por ejemplo los trenes laminadores, los mecanismos de elevacin, las mquinas-herramientas, etc.

Fig.268.Trenes de laminacin.

Fig.269.Torno.

En los mismos se requiere un control preciso de la velocidad para lograr una adecuada productividad, una buena terminacin del producto elaborado, o garantizar la seguridad de personas y bienes.

El estudio de este fenmeno para cada caso particular tiene una gran importancia prctica, ya que la eleccin correcta de las caractersticas de los motores y variadores a instalar, para un servicio determinado, requieren el conocimiento de las particularidades de ste producto.

Variadores de velocidad.

VARIADORES DE VELOCIDAD


La regulacin de velocidad puede reali-zarse por mtodos mecnicos, como poleas o engranajes, o por medios elctricos.

Un ejemplo tpico de la regulacin con engranajes es la caja de cambios de un au-tomvil.

Los variadores de velo-cidad estn relaciona-dos con los motores y por ese motivo vamos a hablar un poco de estos ltimos.

La mquina de induccin alimentada con corriente alterna, especialmente la que uti-liza un rotor en jaula de ardilla, es el motor elctrico ms comn en todo tipo de aplica-ciones industriales y el que abarca un mar-gen de potencias mayor.

Fig.270. Motor asncrono seccionado.

Cuando nos toca trabajar con motores hemos de conocer la:

Diferencia entre motores sncronos y asncronos.

Fig.271.Diferencia entre motores sncronos y asncronos.

Si hacemos girar un imn en forma de U a la velocidad ns alrededor de una aguja imantada, sta girar a una velocidad n1.

Se verica que n1= ns => motor sncrono.

Si hacemos girar un imn en forma de U a la velocidad ns alrededor de una mesa circular metlica, sta girar a una velocidad n2.

Se verica que n2 motor asncrono.

Para explicar el funcionamiento de un motor asncrono trifsico vamos a utilizar un smil.

Fig.272.El smil de la escalera.

Supongamos que tenemos un imn mo-vindose a lo largo de una pieza metlica con forma de escalera, tal como se aprecia en gura.

El imn, en su desplazamiento a velo-cidad v, provoca una variacin de ujo en los recintos cerrados que forman los pelda-



os de la escalera, que a su vez genera una f.e.m., denida por la Ley de Fadaray, e= -(d/dt), que a su vez provoca que en dichos recintos circule una corriente.

Esta corriente genera una fuerza sobre la escalera de valor F=ILB que la hace despla-zarse en el mismo sentido del imn.

La escalera nunca podr desplazarse a la velocidad del imn, pues en el supuesto caso de que se desplazase a la misma velo-cidad, la variacin de ujo sobre los recintos cerrados seria nula, y por tanto la f.e.m. in-ducida tambin y con ella la fuerza resultan-te igualmente seria nula.

En un motor asncrono la escalera es el desarrollo lineal del rotor y el campo mag-ntico que se desplaza es originado por un sistema trifsico de corrientes que circulan por estator (Teorema de Ferraris).

Deslizamiento.

El deslizamiento es la diferencia entre la velocidad actual de un motor a induccin y la velocidad sncrona, que es la velocidad a la que correra un motor enrollado de mane-ra similar.

Por ejemplo el deslizamiento de un motor gi-rando a 1760 r.p.m. sera 1800 -1760 = 40 r.p.m.

El deslizamiento depende de la carga del motor.

Las cargas ms grandes producen ms deslizamiento y por eso velocida-des ms bajas.

Pero no basta conectar un motor a la red para utilizarlo correctamente, sino que exis-ten diversos elementos que contribuyen a garantizar un funcionamiento seguro.

La fase de arranque merece una especial atencin.

El par debe ser el necesario para mover la carga con una aceleracin adecuada has-ta que se alcanza la velocidad de funciona-miento en rgimen permanente, procurando que no aparezcan problemas elctricos o

mecnicos capaces de perjudicar al motor, a la instalacin elctrica o a los elementos que hay que mover.

Fig.273.Curva par-velocidad.

Concepto de par en un motor elctrico.

El par, no es ms que una fuerza rotacio-nal es decir, una fuerza con un sentido de giro circular y a una distancia determinada.

Ms claro:

La fuerza que en vez de actuar en lnea recta (empujando algo o tirando de una cuerda) es sobre algo que gira, por ejemplo la maneta de una puerta, o en los pedales de la bicicleta.

El par se mide en Newton Metro (Nm) o bien en kilogramo metro (Kgm).

Si tenemos un par motor de 10 kgm sig-nica que ese motor hace una fuerza de 10 kg en un eje, con una palanca de 1 metro

Seria lo mismo que hacer una fuerza para abrir una puerta, y que dicha fuerza fuera de 10 kg en la maneta que est situada a 1 m de las bisagraso, con el ejemplo de la bi-cicleta, como si hicisemos una fuerza en el pedal de 10 kg y las bieletas de la bici fuesen de 1 metro de longitud.



Como resulta que las bieletas de los pe-dales de la bici no tienen 1 metro de longitud, slo necesitamos una relacin directa

De esta forma para tener 10 kgm de par, necesitamos 10 kg a 1 metro de distancia, o bien 20 kg a medio metro o bien 40 kg a 25cm del eje

Recordemos cmo es un motor asncrono trifsico o motor de induccin tri-fsico, que por su robus-tez, bajo mantenimiento y sencillez de utilizacin es el motor ms ampliamente utilizado en la industria.

Partes de un motor.

El motor asncrono trifsico tiene dos partes fundamentales:

Estator: es la parte ja del motor, est compuesta por la carcasa de acero que contiene al ncleo magntico del devanado estatrico o inductor.

Esta carcasa sirve para proteger y disipar el calor generado dentro del motor a travs de sus aletas.

El ncleo estatrico est compuesto por un conjunto de chapas de hierro apiladas, formado un cilindro hueco, en cuyo interior se alojar el rotor.

En el interior de de este ncleo se han practicado un conjunto de ranuras donde se bobinan el devanado inductor.

Rotor: es la parte mvil del motor. Aco-plado al eje se sita el ncleo rotrico, en cuya supercie de alojan cierto nmero de barras conductoras cortocircuitadas en sus extremos mediante anillos conductores.

Este tipo de rotores se llaman de jaula de ardilla.

El eje de giro se sujeta a la carcasa me-diante unos cojinetes o rodamientos, y transmiten el par de fuerzas a la carga me-

diante una transmisin mecnica de tipo engranaje, correa, o cadena, con embrague y/o freno mecnico.

La transmisin hace la funcin de reduc-tor de velocidad, adecuando la velocidad del motor a la velocidad de la carga.

Fig.274.Estator de un motor asncrono.

Fig.275.Rotor de un motor asncrono.

Refrigeracin: si acoplamos un ventila-dor al eje de giro, ste refrigerar al motor cuando gire, evacuando el calor al exterior, esto se llama auto-ventilacin.

Tambin existen motores con ventilacin forzada, si el ventilador tiene su propio mo-tor, o refrigerados con agua, aceite,

Caja de bornes: Aloja a los terminales de los devanados estatoricos para su conexin a la alimentacin.

Existen 2 terminales por devanado, y un devana-do por fase.



Entrehierro: Es el espacio de aire que separa el estator del rtor. Debe ser lo ms reducido posible para minimizar los ujos de dispersin y reducir la reluctancia del circuito magntico (el aire conduce peor el ujo magntico que el hierro).

Conexionado.

Los motores asncronos trifsicos son motores bitensin, puede conectarse a dos tensiones de red diferentes, p.e. 230/400 V.

La tensin menor indica la tensin de fase nominal, o sea, la mxima tensin a aplicar al bobinado.

Un exceso de tensin puede provocar per-foraciones en el aislamiento y/o sobrecalenta-miento, reduciendo drsticamente la vida til.

Una tensin demasiado pequea reduce en un tercio potencia til del motor.

As, ante una red con la tensin menor conectaremos el motor en tringulo, y ante una red con la tensin mayor lo conectare-mos en estrella.

Fig.276.Vemos cmo van conectadas las bobinas, cmo coloca-remos las chapitas (tambin llamados puentes) para la conexin

estrella y para la conexin tringulo.

Fig.277. Motor conectado en estrella.

Fig.278. Motor conectado en tringulo.

Proponemos, para que no se olvide, el siguiente ejercicio:Sea una red trifsica de 400 V y un motor bi-tensin de 230/400 V, cmo debemos conec-tar el motor?

Solucin: Como la tensin de red es de 400V entre fase y fase, si lo conectamos en tringulo le estaremos aplicando 400 V a cada bo-binado, siendo 230 V la mxima tensin aplicable, por lo que sera incorrecto. Si lo conectamos en estrella, le estaramos aplicando la tensin entre fase y neutro de la red, o sea, los 230 V necesarios.Por lo tanto, as est bien.Imaginemos ahora que la red trifsica fue-se de 230V:?...No podremos conectarle ms que en triangulo.

Curva caracterstica de un motor asncrono.

Los motores asncronos muestran en su placa de caractersticas una serie de parmetros que denen el funcionamiento del motor en su punto de mximo rendimiento o a plena carga.



A estos parmetros se le denominan parmetros nominales del motor.

Los ms destacados son:

Potencia nominal: es la potencia mec-nica desarrollada en estas condiciones.

Tensin e intensidad nominal: Son un par de valores (segn se conecte en estrella o tringulo) que no se deben sobrepasar en condiciones normales de funcionamiento.

Velocidad nominal: La conseguida una vez transcurrido el periodo de arranque.

Frecuencia de red. Normalmente 50 Hz.

Par nominal: par de fuerzas desarrollado a velocidad nominal.

Factor de potencia nominal. El que cor-responde originalmente, sin condensadores de compensacin.

Esto no signica que el motor no pueda desarrollar ms potencia que su nominal, al contrario, los motores asncronos tienen una capacidad de sobrecarga transitoria de entre 2 y 7 veces su par nominal, por eso son tan robustos.

A continuacin se observa una curva par-velocidad tpica de estos motores:

Fig.279. Curva par velocidad.

La potencia nominal de este motor se obtiene a 1485 rpm, donde se desarrolla el par nominal.

A 1500 rpm encontramos la velocidad de sincronismo, donde el par es nulo.

El par mximo se obtiene a 1275 rpm.

Entre este punto y el punto nominal se encuentra la zona de sobrecarga, admisible temporalmente, pero no de forma permanente.

Por debajo de este punto est la zona inestable, pues a menor velocidad menor par de fuerzas, con lo que el motor acaba por detenerse.

Y a 0 rpm se encuentra el punto de ar-ranque, que es la fuerza que puede ejercer el motor durante el arranque.

Para comprobar los procesos de arran-que y de frenado, y para seleccionar la velo-cidad del motor a utilizar, se necesita cono-cer la curva del par resistente de la mquina accionada (par de carga), en dependencia de la velocidad de rotacin.

Las formas bsicas representativas de los pares resistentes se reproducen en la gura inferior izquierda.

En la otra gura, la de la derecha, apa-rece el curso correspondiente de la potencia necesaria.

Fig.280.Par y potencia.

1.-Par resistente prcticamente cons-tante, potencia proporcional a la velocidad de rotacin.

Se establece normalmente en mecanis-mos elevadores, bombas y compresores de mbolo que impulsen, venciendo una pre-sin constante, laminadoras, cintas trans-portadoras, molinos sin efecto ventilador, mquinas herramientas con fuerza de corte constante.

2.-El par resistente crece proporcional-mente con la velocidad de rotacin y la po-



tencia aumenta proporcionalmente con el cuadrado de la velocidad.

3.-El par resistente crece proporcionalmente con el cuadrado de la velocidad de rotacin y la potencia con el cubo de la velocidad.

Rige normalmente para bombas centrfu-gas, ventiladores y soplantes centrfugos, mquinas de mbolo que alimenten una red de tuberas abiertas.

4.-El par resistente decrece en propor-cin inversa con la velocidad de rotacin, permaneciendo constante la potencia.

Solamente se considerar este caso para procesos de regulacin, presentndose en los tornos y mquinas herramientas similares, mquinas bobinadoras y descortezadoras.

Ms sobre lo mismo.

Fig.281.Representacin de los pares.

Puntos caractersticos de la curva son el par de arranque, Ma, el par mnimo Ms y el par mximo Mk.

Segn las deniciones recogidas en VDE 0530.

Par de arranque es el par mnimo que desarrolla el motor partiendo del estado de reposo, estando el rotor en la posicin ms desfavorable, a la tensin y frecuencia nominales, una vez terminados los procesos de compensacin.

Par mnimo es el par ms pequeo en la gama de velocidades comprendida entre el estado de reposo y el par mximo, a la tensin y frecuencia nominales.

Par mximo es el mayor par que desarrolla un motor durante el proceso de arranque a

la tensin y frecuencia nominales.

Los valores correspondientes al par de arranque, al par mnimo y al par mximo, as como la intensidad en el arranque para un cierto motor, se indican en las tablas de seleccin respectivas.

Como la caracterstica del par motor durante el proceso de aceleracin depende del dimensionamiento elctrico, la caracterstica del motor tiene que elegirse en correspondencia con el concurso del par resistente de que se trate, es decir, que habr que tomar una de las clases de pares posibles, de acuerdo con las tablas de seleccin.

Los motores con clases de pares, por ejemplo KL 10 KI 16, por la clasicacin de sus pares dan a conocer que estn proyectados, en caso de conexin directa, para acelerar venciendo un par resistente del 100% 160% del nominal.

Esto signica que el par motor est con seguridad por encima del mencionado valor, de forma que se cuenta con un par de aceleracin sucientemente elevado para que la mquina accionada, partiendo de la velocidad de rotacin cero, llegue a la propia del servicio.

El motor de corriente alterna, a pesar de ser un motor robusto, de poco mantenimiento, liviano e ideal para la mayora de las aplicaciones industriales, tiene el inconveniente de ser un motor rgido en cuanto a su velocidad.

La velocidad del motor asincrnico depende de la forma constructiva del motor y de la frecuencia de alimentacin.

Como la frecuencia de alimentacin que entregan las compaas de electricidad es constante, la velocidad de los motores asincrnicos es constante, salvo que se vare el nmero de polos, el deslizamiento o la frecuencia.

Vamos a ver en la frmula cmo afectan esos parmetros en la velocidad:



Se puede variar la velocidad del motor actuando sobre alguna delas variables de las que depende:

Velocidadde rotacin Frecuencia Deslizamiento

Pares de polos

Fig.282. Frmulas interesantes.

El mtodo ms eciente de controlar la velocidad de un motor elctrico es por medio de un varia-dor electrnico de fre-cuencia. No se requieren motores especiales, son mucho ms ecientes y tienen precios cada vez ms competitivos.

El variador de frecuencia, o variador de velocidad, regula la frecuencia del voltaje aplicado al motor, logrando modicar su velocidad. Sin embargo, simultneamente con el cambio de frecuencia, debe variarse el voltaje aplicado al motor para evitar la saturacin del ujo magntico con una elevacin de la corriente que daara el motor.

DESCRIPCIN DE LOS VARIADO-RES DE VELOCIDAD.

Los variadores son convertidores de energa encargados de modular la energa que recibe el motor.

Otra denicin podra ser:

Los variadores de velocidad son disposi-tivos electrnicos que permiten variar la ve-locidad y el par de los motores asincrnicos trifsicos, convirtiendo las magnitudes jas de frecuencia y tensin de red en magnitu-des variables.

Se utilizan estos equipos cuando las ne-

cesidades de la aplicacin sean:

Dominio del par y la velocidad.

Regulacin sin golpes mecnicos.

Movimientos complejos.

Mecnica delicada.

El control de los motores elctricos mediante conjuntos de conmutacin todo o nada es una solucin bien adaptada para el accionamiento de una amplia gama de mquinas.

No obstante, conlleva limitaciones que pueden resultar incomodas en ciertas aplicaciones.

Problemas que surgen en el arranque de motores asncronos.

El pico de corriente en el arranque puede perturbar el funcionamiento de otros aparatos conectados a la red.

Las sacudidas mecnicas que se producen durante los arranques y las paradas pueden ser inaceptables para la mquina as como para la seguridad y comodidad de los usuarios.

Funcionamiento a velocidad constante.

Los arrancadores y variadores de velocidad electrnicos eliminan estos inconvenientes.

Adecuados para motores de corriente tanto alterna como continua, garantizan la aceleracin y deceleracin progresivas y permiten adaptar la velocidad a las condiciones de explotacin de forma muy precisa.

Segn la clase del motor, se utilizan va-riadores de tipo recticador controlado, convertidores de frecuencia o reguladores de tensin.

Factores a tener en cuenta a la hora de disear un sistema de regulacin de velocidad.

a) Lmites o gama de regulacin.

b) Progresividad o exibilidad de regulacin.

c) Rentabilidad econmica.

d) Estabilidad de funcionamiento a una velocidad dada.



e) Sentido de la regulacin (aumento o disminucin con respecto a la veloci-dad nominal).

f) Carga admisible a las diferentes ve-locidades.

g) Tipo de carga (par constante, poten-cia constante, etctera).

h) Condiciones de arranque y frenado.

I) Condiciones ambientales (tempera-tura, humedad, etc.)

j) Tipo de motor (potencia, corriente, voltaje, etc.).

k) Rangos de funcionamiento (veloci-dad. mx., mn.)

l) Aplicacin mono o multimotor.

m) Consideraciones de la red (microin-terrupciones, uctuaciones de tensin, armnicos, factor de potencia, corrien-te de lnea disponible).

Fig.285. Diagrama par-velocidad de un motor alimentado por convertidor de frecuencia o variador de velocidad.

Fig.283. Comparacin de las caractersticas de funcionamiento que demuestran el gran inters de los variadores de velocidad del tipo convertidores de frecuencia.


Fig.284. Diagrama par-velocidad de un motor alimentado en directo. La zona de funciona-

miento del motor en el plano par-velocidad esta limitada a la parte verde de la curva.


Ventajas de la utilizacin del Variador de Velocidad en el arranque de motores asncronos.

El variador de velocidad no tiene elementos mviles, ni contactos.

La conexin del cableado es muy sencilla.

Permite arranques suaves, progresivos y sin saltos.

Controla la aceleracin y el frenado progresivo.

Limita la corriente de arranque.

Permite el control de rampas de aceleracin y deceleracin regulables en el tiempo.

Consigue un ahorro de energa cuando el motor funcione parcialmente cargado, con accin directa sobre el factor de potencia.

Puede detectar y controlar la falta de fase a la entrada y salida de un equipo. Protege al motor.

Puede controlarse directamente a travs de un autmata o microprocesador.

Se obtiene un mayor rendimiento del motor.

Nos permite ver las variables (tensin, frecuencia, r.p.m, etc.).

Inconvenientes de la utilizacin del Variador de Velocidad en el arranque de motores asncronos.

Es un sistema caro, pero rentable a largo plazo.

Requiere estudio de las especicacio-nes del fabricante.

Requiere un tiempo para realizar la programacin.

Simbologa.

El variador de velocidad se representa as:

Fig. 286. Smbolo del variador de velocidad.

APLICACIONES DE LOS VARIADO-RES DE FRECUENCIA.

Los variadores de frecuencia tienen sus principales aplicaciones en los siguientes tipos de mquinas:

Transportadoras. Controlan y sincro-nizan la velocidad de produccin de acuer-do al tipo de producto que se transporta, para dosicar, para evitar ruidos y golpes en transporte de botellas y envases, para ar-rancar suavemente y evitar la cada del pro-ducto que se transporta, etc.

U3SXD 117 KOS7,5KW 17A, sobrecarga 150%/60s

Las aplicaciones con cargas de parconstante son aquellas donde el parresistente permanece invariable entodo el rango de velocidad, porejemplo elevaciones, translaciones,extrusoras, etc.Tambin se denominan aplicacionescon gargas de servicio duro

Fig.287. Aplicaciones par constante.

Bombas y ventiladores centrfugos. Controlan el caudal, uso en sistemas de presin constante y volumen variable. En este caso se obtiene un gran ahorro de energa porque el consumo vara con el cubo de la velocidad, o sea que para la mitad de la velocidad, el consumo es la octava parte de la nominal.



Fig.288.Control de presin multibomba.

Bombas de desplazamiento positivo. Control de caudal y dosicacin con precisin, controlando la velocidad. Por ejemplo en bombas de tornillo, bombas de engranajes. Para transporte de pulpa de fruta, pasta, concentrados mineros, aditivos qumicos, chocolates, miel, barro, etc.

Ascensores y elevadores. Para arran-que y parada suaves manteniendo el par motor constante, y diferentes velocidades para aplicaciones distintas.

Fig.289.Control de un ascensor.

Extrusoras. Se obtiene una gran varia-cin de velocidades y control total del par motor.

Centrfugas. Se consigue un arranque suave evitando picos de corriente y veloci-dades de resonancia.

Prensas mecnicas y balancines. Se consiguen arranques suaves y mediante ve-locidades bajas en el inicio de la tarea, se evitan los desperdicios de materiales.

Mquinas textiles. Para distintos tipos de materiales, inclusive para telas que no tienen un tejido simtrico se pueden obtener

las velocidades idneas para conseguir telas especiales.

Fig.290.Bobinadoras.

Compresores de aire. Se obtienen ar-ranques suaves con el mximo par y menor consumo de energa en el arranque.

Pozos petrolferos. Se usan para bombas de extraccin con velocidades de acuerdo a las necesidades del pozo.

Fig.291. Aplicaciones severas como, por ejemplo, gras.

PRINCIPALES FUNCIONES DE LOS VARIADORES DE VELOCIDAD ELECTRNICOS.

Aceleracin controlada.

La aceleracin del motor se controla median-te una rampa de aceleracin lineal o en S.

Generalmente, esta rampa es controlable y permite por tanto elegir el tiempo de ace-leracin adecuado para la aplicacin.



Variacin de velocidad.

Un variador de velocidad no puede ser al mismo tiempo un regulador.

En este caso, es un sistema, rudimen-tario, que posee un mando controlado me-diante las magnitudes elctricas del motor con amplicacin de potencia, pero sin bu-cle de realimentacin: es lo que se llama en bucle abierto.

La velocidad del motor se dene median-te un valor de entrada (tensin o corriente) llamado consigna o referencia.

Para un valor dado de la consigna, esta velocidad puede variar en funcin de las perturbaciones (variaciones de la tensin de alimentacin, de la carga, de la temperatura).

El margen de velocidad se expresa en funcin de la velocidad nominal.

Regulacin de la velocidad.

Un regulador de velocidad es un disposi-tivo controlado (gura 292). Posee un siste-ma de mando con amplicacin de potencia y un bucle de alimentacin: se denomina, bucle abierto.

La velocidad del motor se dene median-te una consigna o referencia.

El valor de la consigna se compara per-manentemente con la seal de alimentacin, imagen de la velocidad del motor.

Esta seal la suministra un generador ta-comtrico o un generador de impulsos colo-cado en un extremo del eje del motor.

Si se detecta una desviacin como consecuencia de una variacin de velo-cidad, las magnitudes aplicadas al mo-tor (tensin y/o frecuencia) se corrigen automticamente para volver a llevar la velocidad a su valor inicial.

Gracias a la regulacin, la velocidad es prcticamente insensible a las perturbaciones.

La precisin de un regulador se expresa generalmente en % del valor nominal de la magnitud a regular.

Fig.292. Principio de funcionamiento de la regulacin de veloci-dad.

Deceleracin controlada.

Cuando se desconecta un motor, su de-celeracin se debe nicamente al par resis-tente de la mquina (deceleracin natural). Los arrancadores y variadores electrnicos permiten controlar la deceleracin mediante una rampa lineal o en S, generalmente in-dependiente de la rampa de aceleracin.

Esta rampa puede ajustarse de manera que se consiga un tiempo para pasar de la velocidad de rgimen jada a una velocidad intermediaria o nula:

- Si la deceleracin deseada es ms rpida que la natural, el motor debe desarrollar un par resistente que se debe sumar al par resistente de la mquina; se habla entonces de frenado elctrico, que puede efectuarse reenviando energa a la red de alimentacin, o disipndola en una resistencia de frenado.

- Si la deceleracin deseada es ms len-ta que la natural, el motor debe desarrollar un par motor superior al par resistente de la mquina y continuar arrastrando la carga hasta su parada.



Inversin del sentido de marcha.

La mayora de los variadores actuales tienen implementada esta funcin.

La inversin de la secuencia de fases de alimentacin del motor se realiza autom-ticamente o por inversin de la consigna de entrada, o por una orden lgica en un borne, o por la informacin transmitida a mediante una red.

Frenado.

Consiste en parar un motor pero sin con-trolar la rampa de desaceleracin.

Con los arrancadores y variadores de velocidad para motores asncronos, esta funcin se realiza de forma econmica inyectando una corriente continua en el mo-tor, haciendo funcionar de forma especial la etapa de potencia.

Toda la energa mecnica se disipa en el rotor de la mquina y, por tanto, este fre-nado slo puede ser intermitente.

En el caso de un variador para motor de corriente continua, esta funcin se rea-liza conectando una resistencia en bornes del inducido.

Proteccin integrada.

Los variadores modernos aseguran tanto la proteccin trmica de los motores como su propia proteccin.

A partir de la medida de la corriente y de una informacin sobre la velocidad (si la ventilacin del motor depende de su velocidad de rotacin), un microprocesador calcula la elevacin de temperatura de un motor y suministra una seal de alarma o de desconexin en caso de calentamiento excesivo.

Adems, los variadores, y especialmente los convertidores de frecuencia, estn dota-dos de protecciones contra:

Los cortocircuitos entre fases y entre fase y tierra,

Las sobretensiones y las cadas de tensin,

Los desequilibrios de fases,

El funcionamiento en monofsico.

COMPOSICIN DE UN VARIADOR DE FRECUENCIA.

Los variadores de frecuencia estn com-puestos por:

Fig.293. Diagrama de bloques de un convertidor de frecuencia.

Fig.294. Esquema de principio de un convertidor de frecuencia.

Etapa Recticadora. Convierte la ten-sin alterna en continua mediante rectica-dores de diodos, tiristores, etc.

Etapa intermedia. Filtro para suavizar la tensin rectificada y reducir la emisin de armnicos.

Inversor o Inverter o tambin ondu-lador. Convierte la tensin continua en otra de tensin y frecuencia variable mediante la generacin de pulsos.

Actualmente se emplean IGBTs (Isolated



Gate Bipolar Transistors) para generar los pulsos controlados de tensin.

Los equipos ms modernos utilizan IGBTs inteligentes que incorporan un mi-croprocesador con todas las protecciones por sobrecorriente, sobretensin, baja ten-sin, cortocircuitos, puesta a masa del mo-tor, sobretemperaturas, etc.

Etapa de control. Esta etapa controla los IGBT para generar los pulsos variables de tensin y frecuencia.

Y adems controla los parmetros exter-nos en general, etc.

Los variadores mas utilizados utilizan modulacin PWM (Modulacin de Ancho de Pulsos) y usan en la etapa recticadora puentes de diodos recticadores.

En la etapa intermedia se usan condensadores y bobinas para disminuir los armnicos y mejorar el factor de potencia

El inversor, Inverter y tambin llamado ondulador, convierte la tensin continua de la etapa intermedia en una tensin de frecuencia y tensin variables.

Los IGBT envan pulsos de duracin variable y se obtiene una corriente casi senoidal en el motor.

La frecuencia portadora de los IGBT se encuentra entre 2 a 16 kHz.

Una portadora con alta frecuencia reduce el ruido acstico del motor pero disminuye el rendimiento del motor y la longitud permi-sible del cable hacia el motor.

Por otra parte, los IGBTs generan mayor calor.

Atencin a la distancia entre variador y motor!

Las seales de control para arranque, parada y variacin de velocidad (potenci-

metro o seales externas de referencia) es-tn aisladas galvnicamente para evitar da-os en sensores o controles y evitar ruidos en la etapa de control.

PRINCIPALES TIPOS DE VARIADORES.

Recticador controlado para motor de corriente continua.

Proporciona, a partir de una red de cor-riente alterna monofsica o trifsica, una corriente continua con control del valor me-dio de la tensin.

Los semiconductores de potencia cons-tituyen un puente de Gratz, monofsico o trifsico (gura 295).

El puente puede ser mixto (diodos/tiris-tores) o completo (slo tiristores).

Esta ltima solucin es la ms frecuente porque permite un mejor factor de forma de la corriente suministrada.

El motor de corriente continua ms utilizado tiene la excitacin separada, salvo para pequeas potencias, en las que suelen usarse frecuentemente motores de imn permanente.

La utilizacin de este tipo de variadores de velocidad se adapta bien a todas las aplicaciones.

Los nicos lmites vienen impuestos por el propio motor de corriente continua, en especial por la dicultad de conseguir velo-cidades elevadas y la necesidad de mante-nimiento (sustitucin de las escobillas).

Los motores de corriente continua y sus variadores asociados han sido las primeras soluciones industriales.

Despus de ms de una dcada, su uso va en constante disminucin en benecio de los convertidores de frecuencia.

En efecto, el motor asncrono es a la vez ms robusto y ms econmico que un mo-tor de corriente continua.

Contrariamente a los motores de



corriente continua, los asncronos se han estandarizado con envolvente IP55, siendo

9.prontuarioeficiencia

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