TECNOLOGÍA PER ESTALVIAR · •Solución más económica a corto ... Función de ahorro...
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ALBERT GINESTÀ, BARCELONA, 23 DE MARÇ TECNOLOGÍA PER ESTALVIAR CONSUMIR DE FORMA RACIONAL
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ALBERT GINESTÀ, BARCELONA, 23 DE MARÇ
TECNOLOGÍA PER ESTALVIARCONSUMIR DE FORMA RACIONAL
1
Perspectiva mundial energética
2
Perspectiva mundial energética
China
94% 177%
India
116% 261%
Europe and
North America
5.4% 26%
140%89%Growth in primary
energy demand
Growth in
electricity demand
IEA forecast 2007-30
M. East and
Africa
3
Escenario future de emisiones según IEA
2000 2007 20302020
CO2 emissions
(Gigatonnes)
40
30
20
57%
20%
10%
10%
Energy
efficiency
Renewables
Nuclear
CCS*
Current trend
450 Policy
Scenario*Carbon capture and storage
Biofuels (3%)
World energy-related CO2 savings by policy measure under 450 Policy Scenario relative to Reference ScenarioSource: IEA, World Energy Outlook 2009
4
¿Incrementar ventas o disminuir costes?
Situación actual Reducción 1% costes Incremento ventas 8%
Facturación 100€ 100€ 108€
Coste 80€ 79,2€ 86,4€
Margen bruto 20€ 20,8€ 21,6€
S&A (otros costes) 10€ 10€ 10,8€
Beneficios 10€ 10,8€ 10,8€
Una reducción de costes de 1% supondría el mismo beneficio que un incremento de ventas del 8%.
5
¿Qué tienen en común todos estos sectores?
6
Uno que no para de dar vueltas
7
¿dónde está la eficiencia en los motores?
POutput
load
PInput
LossesP
8
Pérdidas de 2,92 kW
¿eficiencia?
IE1 92,1% EficienciaIE3 95,1% Eficiencia
39,92 kW39,29 kW
Pérdidas de 2,29 kW
37 kW
AHORRO !!!
0,63 kW x 0,14€ x 6.000 hrs
529,2 €/AÑO
2,4 toneladas CO2 (según CE)
9
Normativas – Directiva – EU MEPS
• Derivado de la adopción por parte de Europa de la
“Eco Design Directive” (2005/32/EC)
• En 2009 se aplica a los motores eléctricos.
• Existen dos NORMAS IEC:
Directiva EU
. EU MEPS
European Minium Energy Performance
Standard
Estándar de rendimiento mínimo de
energía Europeo
• Calendario Implementación
10
Normativa - Directiva
11
Haga clic para modificar el estilo de texto del patrónSegundo nivel
EU MEPS
Fase 1:
Desde 16 de Junio, 2011
Los motores deberán tener rendimiento
IE2 (equivalente al EFF1 actual)
Fase 2:
Desde 1 de Enero, 2015
Los motores entre 7,5 y 375 kW
deberán tener rendimiento IE3
(equivalente al premium) o rendimiento
IE2 si están accionados por
convertidor.
Fase 3:
Desde 1 de Enero , 2017
Los motores entre 0,75 y 375 kW
deberán tener rendimiento IE3
(equivalente al premium) o
rendimiento IE2 si están accionados
por convertidor
12
Nueva IEC 60034-30: International Efficiency (IE) Classification
60 Hz: US NEMAPremium regulation
Standard efficiency
IE1
High efficiency
IE2
Premium efficiency
IE3
CEMEP
EFF2
CEMEP EFF1
-15%
-10%
Super PremiumIE4
13
Obligaciones para IE2 con Convertidor
La información sobre la obligación de utilizar un convertidor de frecuencia
o VSD (Variable Speed Drive) debe aparecer en la placa de características
o bien en una etiqueta o placa adicional en el motor y en la documentación
técnica del motor.
14
Estudio LOT 30 El futuro de la eficiencia energética
Próximamente:
15
El futuro de eficiencia energética: MEPS actuales y futuras
16
Costes de un motor
92%
5%
3%
Consumo
Mantenimiento
Compra
17
El precio del motor ¿es lo más importante?
18
¿rebobinar?
19
¿rebobinar?
FICHA MOTOR:
37 kW
4 polos
Continous Service
8000 horas
ESCENARIO 1 ESCENARIO 2
Rebobinado motor bajo rendimiento IE1 Nuevo motor alto rendimiento IE3
Coste rebobinado: 650 € Precio motor nuevo de alto rendimiento: 1605 €
Incremento costes operación anual
pérdida 1.1% rendimiento: 235 €
Ahorro en costes operación anual aumento 3%
rendimiento: 711 €
Coste total en 1 año: 885 € Coste total en 1 año: 894 €
¿y en 5 años? ¿y en 10 años?
20
Y....¿? ¿cuantos motores tengo realmente?
AHORRO !!!
0,63 kW x 0,14€ x 6.000 hrs
529,2 €/Año
Por 10 – 15 años
5292€ - 7938€ por un solo motor !!!
¿Cuántos motores hay
en mi instalación?
¿Cuantas bombas y
ventiladores tengo?
21
¿Y despúes del motor que hacemos?
22
Adaptarse a la demanda, nos permite ahorrar
23
¿Qué nos encontramos en las instalaciones?
24
Esquema base de un convertidor de frecuencia
Agenda
Uline UDC Uout
IGBT
25
Eficiencia para cargas de par constante/variable
Tipos de carga:
Par Constante -- La potencia varía linealmente con la velocidad –
Elevadores, transportadores, prensas de impresión, bombas de
desplazamiento positivo, algunas mezcladoras y extrusoras, compresores
recíprocos, además de compresores rotatorios.
Par Variable -- La potencia varía el cubo de la velocidad
Bombas centrífugas, ventiladores, compresores, mezcladores, generadores
eólicos, instalaciones de aire acondicionado, refrigeración
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Cargas de par constanteLa potencia varía linealmente con la velocidad
Velocidad (%RPM), Flujo (%GPM o %CFM)
Po
ten
cia
(%H
P)
(%k
W)
100
100
75
75
50
50
25
250
Velocidad (%RPM), Flujo (%GPM o %CFM)
Po
ten
cia
(%H
P)
(%k
W)
100
100
75
75
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Velocidad (%RPM), Flujo (%GPM o %CFM)
Po
ten
cia
(%H
P)
(%k
W)
100
100
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Velocidad (%RPM), Flujo (%GPM o %CFM)
Po
ten
cia
(%H
P)
(%k
W)
100
100
75
75
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50
25
250
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Cargas de par variableLa potencia varía el cubo de la velocidad
Velocidad (%RPM), Flujo (%GPM o %CFM)
Po
ten
cia
(%H
P)
(%k
W)
100
100
75
75
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Velocidad (%RPM), Flujo (%GPM o %CFM)
Po
ten
cia
(%H
P)
(%k
W)
100
100
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Velocidad (%RPM), Flujo (%GPM o %CFM)
Po
ten
cia
(%H
P)
(%k
W)
100
100
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75
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Velocidad (%RPM), Flujo (%GPM o %CFM)
Po
ten
cia
(%H
P)
(%k
W)
100
100
75
75
50
50
25
250
12
28
Sistema de regulación más comunes
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¿donde están los ahorros?
Velocidad (%RPM), Flujo (%GPM o %CFM)
Po
ten
cia
(%H
P)
(%k
W)
100
100
60
80
40
40
20
200
60
80
On/off
byPass
Estrangulación
Drive
EFICIENCIA ENERGÉTICA
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Eficiencia energética en par constante? Claro que sí.
• Pero………..y con las aplicaciones que trabajan al “100%” no hay posibilidad de ahorros?
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100
Po
ten
cia
y p
ar
Velocidad (%)
PotenciaPar
95
Reducir un 5% la velocidad o ajustar la frecuencia
entre 3 y 3,5Hz permite aprox un 15-20% de ahorro
31
Beneficios tangibles
Ventajas respecto a otros sistemas mecánicos:
No existen partes mecánicas
Electrónico
Menor mantenimiento
Menos ruido
Ocupa menos espacio
Beneficios del convertidor :
Alimentación: El convertidor nos protege de fluctuaciones que pueda tener la línea
(Sobre tensiones - Sub tensiones – Micro cortes, fallos de tierra, etc).
Eliminamos los picos de corriente en el arranque:
En el motor & correas y cojinetes
Problemas de tierra o aislamiento
Sobrecalentamiento
Sobrecargas y subcargas
Función bloqueo
32
Otras ventajas de los convertidores de frecuenciaEquipos regenerativos
• Tradicional
• ‘Chopper’ + resistencias
• Energía se transforma en calor quemamos el
dinero al aire
• Elementos de instalación complicada
• Solución más económica a corto
• Regenerativo
• Verter energía a causa del frenado
doble beneficio
• Cos phi = 1
• Frenado instantáneo
• ¿Ahorro? Por supuesto !!!
33
Convertidor regenerativo AEC
¿Porqué es mejor?
Factor de potencia cercano a 1 en la
curva de carga, menos perdidas
Cumple IEEE519, el THID queda por
debajo del 5%
Se reduce el efecto skin en los
cables, ayuda al transformador
No se desperdicia energía, se
aprovecha en otro proceso
Ahorro en resistencias y en la gestión
del calor
Curvas de carga
34
Algunas aplicaciones regenerativas
35
¿Ahorros?
36
Funciones y macros
Más ventajas de usar un convertidor de frecuencia:
Funciones PLC internas entradas digitales/analógicas
Funciones PID
Macros:
Bombas centrifugas
Control multibomba, anti-jam, bombas a dormir
Ventiladores centrifugos
Ventilador/bomba con circuito cerrado
Aplicaciones HVAC
Cintas transportadoras
Compresores de tornillo
Desplazamientos de cintas
Control de par
Un PID (Proporcional Integral Derivativo) es
un mecanismo de control por realimentación
que calcula la desviación o error entre un valor
medido y el valor que se quiere obtener, para
aplicar una acción correctora que ajuste el
proceso
37
Macro multi-bomba
Relación maestro-esclavo
¿y el ahorro?
PT
38 Docum
ent
nam
e –
Auth
or
–D
ate
El programa de CONTROL DE BOMBAS es capaz de detectar los siguientes errores del sistema:
Detección de POZO SECO Detección de TUBERÍA ROTA Transductor de presión averiado
Macro multi-bombaDetección de errores
39
Eficiencia energética del convertidor de frecuenciaBombas sumergidas
Prevención de atasco y limpieza:
Empieza si el nivel de intensidad supera un límite preestablecido que indique un posible atasco
Por tiempo de funcionamiento
Por entrada digital
Velocidad
Tiempo
40
Eficiencia energética del convertidor de frecuenciaBombas a dormir
Operativa
Se ponen las bombas a
“dormir” en el horario de
menos demanda, justo antes
se eleva el nivel de agua y de
esta manera prolongar el
tiempo de “sueño” de las
bombas.
Beneficio
Conseguimos ahorro de
energía arrancando o menos
bombas o menos veces la
misma bomba.
Principalmente hoteles y hospitales
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Eficiencia energética del convertidor de frecuenciaProtección en la instalación
Más beneficios de los convertidores de frecuencia:
Ahorro energético
Ampliación de la vida útil de las bombas y ventiladores
Protección y control de la bomba (golpe de ariete, bomba seca,
cavitación)
Protección y control del ventilador (Flystar, rueda libre, etc…)
Reducción del mantenimiento (la instalación padece menos stress
mecánico)
Reducción de ruido (Eléctrico & mecánico)
Menor maniobra eléctrica y menos elementos (térmicos, temporizadores,
etc)
Conexión con un SGE (Fácil interconexión)
42
Eficiencia energética del convertidor de frecuenciaAhorros del própio equipo
Control de flujo del motor (flujo/par)
Gestión de la ventilación del equipo
Adaptación de la frecuencia de conmutación en función de las
necesidades
Función Stand-by (70-80% ahorro) y desconexión inteligente
43
Eficiencia energética en el propio convertidorControl de flujo del motor f/V
Función de ahorro energético: El punto de operación está optimizado para
que el consumo de potencia se mantenga al mínimo posible.
Sa
ve
d P
ow
er
Con
su
mp
tio
n [
W]
Load [%]
Ejemplo: 3kW Motor (BN100LB4)
Ejemplo de ciclo de carga:
- Duty Cycle: 80%
- 10% sin carga
- 50% a 40% de la carga
~252kWh energía ahorrada x año
~ 50,- € ahorrado x año
~ 500,- € ahorrados en 10 años
44 Docum
ent
nam
e –
Auth
or
–D
ate
Funcionalidad:
El punto de operación del motor está optimizado así que el consumo de
potencia se mantiene a niveles mínimos y el ahorro de energía en
máximos.
Para operaciones con motores asíncronos
Para cargas parciales en convertidores
Para convertidores sin altas o frecuentes variaciones de carga.
Operativa:
Activación:
via digital input o señal lógica.
Grado de reducción:
se determina automáticamente o por un valor ajustado.
Eficiencia energética en el propio convertidorControl de flujo del motor f/V
Círculo de Heyland
i
Plena carga
T
TT
Carga parcial
Círculo de Heyland con ahorro de energia activado
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Eficiencia energética en el propio convertidorGestión ventilación equipo
Ventiladores controlados por temperatura:
Los ventiladores interiores del convertidor se controlan a 2 velocidades.
Si la temperatura máxima permitida se alcanza, los ventiladores interiores se activaran a la mitad de su velocidad.
Los ventiladores se desactivarán tan pronto como descienda la temperatura.
Si la temperatura interior se encuentra 5ºC por encima del programado, se activarán los ventiladores a plena velocidad.
46
Eficiencia energética en el propio convertidorAdaptación frecuencia conmutación según necesidades
Cambio automático de la frecuencia de conmutación:
Las pérdida de potencia de los componentes electrónicos dependen de la frecuencia de conmutación
En el caso de una alta corriente de carga, p.e. durante la aceleración de grandes cargas, la frecuencia de conmutación se reduce temporalmente.
Si la corriente desciende de nuevo, después de la fase de aceleración, el convertidor cambiará automáticamente la frecuencia de conmutación a una superior.
47 Docum
ent
nam
e –
Auth
or
–D
ate
Reduce el consumo de potencia en el convertidor de frecuencia.
El display se desconecta si no pulsamos ningún botón durante un tiempo
determinado.
El display se vuelve a activar:
Cuando se pulsa un botón
Cuando aparece un error o mensaje de alarma.
Desconexión
Switch-off
El convertidor de frecuencia reduce su propio consumo si
las entradas STOA y STOB están desconectadas.
Por programación los siguientes componentes pueden ser
desconectadas:
Panel de operación (keypad) display
Control entradas y salidas
Ventiladores
Modulos comunicación CM
Eficiencia energética en el propio convertidorFunciones Stand-by
48
Bonfiglioli vs otros:
D = 16W
18W
6W
2W
Ahorro de energía sobre el tiempo de vida:
16W * 12h * 365 dias * 10 años
Coste energía: 0,14€ / kWh
~ 100,- €
700kWh
Eficiencia energética en el propio convertidorConsumo en kWh de los convertidores Bonfiglioli
49
Ahorros típicos en aplicaciones:
Máquinas téxtiles: 80 – 90% 28,- … 56,- €
Madera - piedra- marmol: 55 – 65% 98,- … 126,- €
Calefac, ventilación, aire acond. : 15 – 20% 224,- … 238,- €
Cortadora de carne: 5 – 10% 252,- … 266,- €
Grúas, elevación: 4 – 8% 258,- … 269,- €
Puertas automáticas: < 1% > 277,-
Ciclo de trabajo AhorroAplicación
D = Horas trabajadasHoras operativo
* 100%
Eficiencia energética en el propio convertidorFunciones Stand-by
50
Instalaciones más eficientesUnir buses de corriente continua
Operativa
Compartir la energía generada
por una carga en deceleración o
arrastre con otra en modo de
arrancada
Compartir energía en el bus DC
Beneficios
Reducción de consumo en AC
Menor justificación del uso de
resistencias de frenado
AC
DC
Bomba Compresor AgitadorVentilador
51
Instalaciones más eficientesDC bus común + Módulo de regeneración
AC
DC
Bomba Compresor AgitadorVentilador
Operativa
Compartir la energía generada
por una carga en deceleración
o arrastre con otra en modo de
arrancada
Compartir energía en el bus
DC
Beneficios
Regeneración/inyección a red
del sobrante de energía
Reducción de consumo en AC
Menor justificación del uso de
resistencias de frenado
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Instalaciones más eficientesAlimentación por el DC bus
Operativa
Uso de aplicaciones, con difícil acceso a
AC de red
Beneficios
Uso de energía renovable
Posibilidad de conexión con alimentación
AC y módulo de regeneración AEC
DC
Bomba Compresor AgitadorVentilador
Batería
Condensadores
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Protocolos de comunicación
RS 432/485
54
El convertidor de frecuencia Bonfiglioli CONTROLA
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¿Incrementar ventas o disminuir costes?
Situación actual Reducción 1% costes Incremento ventas 8%
Facturación 100€ 100€ 108€
Coste 80€ 79,2€ 86,4€
Margen bruto 20€ 20,8€ 21,6€
S&A (otros costes) 10€ 10€ 10,8€
Beneficios 10€ 10,8€ 10,8€
Una reducción de costes de 1% supondría el mismo beneficio que un incremento de ventas del 8%.
57
Tu mejor y más optima solución
Mecatrónica Sostenible una sola solución, un solo interlocutor
