Cómo los variadores de frecuencia para compresores de aire ayudan a reducir el consumo de energía

En el entorno empresarial actual, las empresas necesitan minimizar los costes operativos para seguir siendo rentables y poder hacer frente a la competencia. En cualquier planta de producción, la factura de energía puede llegar a ser muy elevada debido a que se tienen equipos pesados que consumen mucha energía. Por ello, se ha de buscar soluciones  basadas en nuevas tecnologías avanzadas que puedan ofrecer no sólo un alto rendimiento y fiabilidad, sino también eficiencia energética y menores costes operativos.

En estos casos, una de las medidas que se puede adoptar es la instalación de variadores de frecuencia para compresores de aire o la adaptación de los compresores de aire existentes con VFD. El variador de frecuencia VFD es un módulo electrónico que se utiliza para cambiar la velocidad del motor variando la frecuencia aplicada al mismo. Como la velocidad del motor es directamente proporcional a la frecuencia, los cambios en la frecuencia afectan directamente a la velocidad del motor y a la cantidad de energía consumida. El Variador de frecuencia puede transformar los compresores de aire que tradicionalmente eran grandes consumidores de energía en equipos energéticamente eficientes. Hasta el 85% del coste total del ciclo de vida de un compresor de aire proviene de su consumo de energía. Una vez equipado con estos variadores de velocidad, el costo energético de un compresor medio se reduce en un 18% por lo que los compresores instalados con VFD ayudan a reducir el consumo de energía.

¿Cómo funciona el variador de frecuencia para el control de compresores?

El volumen de aire comprimido necesario para una aplicación cambia en función de las diferentes etapas de producción y de la demanda asociada de otros equipos conectados al compresor. En términos de compresores, existe una carga base, que es la demanda mínima durante un periodo de tiempo, y una carga de ajuste, que son picos de demanda durante un ciclo. Un variador de frecuencia para compresores es útil en el trabajo de gestionar el consumo de energía durante la carga de ajuste.

En el caso de un compresor de velocidad fija, el aire suministrado (también conocido como suministro de aire libre o FAD), es del 100% durante la carga de la máquina. Si la demanda es inferior a lo que se suministra, la presión aumenta hasta el punto de ajuste de descarga y el compresor se descarga. Durante la descarga, el compresor no suministra aire, pero sigue consumiendo aproximadamente un 25-30% de la energía.

Incluso cuando no hay suministro de aire desde el compresor, la aplicación sigue consumiendo aire y la presión en el sistema cae hasta el punto de ajuste de carga. En este punto de ajuste de carga, el compresor comienza a cargar de nuevo y produce el 100% del aire. Este ciclo de carga-descarga se repetirá en función de la demanda de aire de la aplicación.

En el caso de una máquina accionada por VFD, el FAD es directamente proporcional a la velocidad del motor. El variador de frecuencia altera la velocidad del motor del compresor y, por tanto, controla el FAD suministrado. Durante la carga de ajuste, el VFD suministra la demanda de aire variable requerida durante el tiempo exacto, sin alterar la presión, lo que se traduce en un menor consumo de energía.

Ahorro de energía con el uso de variadores de frecuencia en sistemas de aire comprimido

• Ahorro de energía del 25% gracias a la eliminación del ciclo de descarga

  En general, los compresores funcionan en modo carga-descarga. Cuando hay demanda, el compresor se carga y permite que la presión suba, y se descarga una vez que alcanza el punto de ajuste de la presión de descarga. El compresor no puede apagarse, ya que los motores no están diseñados para encenderse y apagarse con frecuencia. Durante el ciclo de descarga, la válvula de admisión se cierra y no hay flujo de aire, pero el motor sigue funcionando a la velocidad nominal. El compresor consume entre un 25 y un 30% de la energía. Con el uso de variadores de frecuencia para equipos de compresión, no hay ciclo de descarga y se sigue produciendo aire a la presión requerida.

• Ahorro de energía del 7% gracias a la reducción de la presión de funcionamiento

  Si una aplicación requiere una presión de funcionamiento de 6 bares, la máquina de velocidad fija funciona con puntos de ajuste de carga y descarga que son 6 y 7 bares, respectivamente. Para comprimir 1 bar más, se gasta aproximadamente un 7 por ciento de energía adicional, lo que supone un desperdicio. En un compresor accionado por Variadores de frecuencia, la presión se mantiene constantemente y se elimina esta pérdida.

• Ahorro de energía del 3% gracias a la reducción de las fugas y las caídas de presión

  Cuantificar y minimizar las fugas de aire comprimido industrial es una prioridad. Las fugas de aire y las caídas de presión son inevitables en cualquier sistema de aire comprimido. Por cada aumento de 1 bar en la presión del aire comprimido, hay un 3% más de fugas y caídas de presión en el circuito de aire comprimido, lo que requiere más energía. Dado que una máquina de velocidad fija requiere 1 bar más que la presión deseada, está destinada a perder energía por este motivo. En los compresores accionados por Variadores de Frecuencia, la presión se mantiene constante durante todo el ciclo y se eliminan las pérdidas por fugas debidas al aumento de la presión.

Los variadores de frecuencia para equipos de compresión son una forma muy eficaz de ahorrar energía durante la generación de aire comprimido. Si la necesidad es de 900 cfm, la carga base será compartida por el compresor de carga-descarga de 400 cfm y la carga de ajuste será compartida por el compresor VFD de 500 cfm. Con unos resultados tan convincentes, la demanda de reequipamiento con VFD no deja de aumentar.

Por tanto, como la velocidad del motor del compresor de aire es proporcional a la potencia real consumida por dicho compresor, la instalación de variadores de frecuencia para compresores de aire, puede realizar el control en tiempo real de la velocidad del motor (potencia de salida) sin cambiar el par del motor del compresor de aire a través de la coordinación precisa del control eléctrico y el control de frecuencia en el sistema de compresores de aire. Con ésto, las empresas consiguen no sólo ser más eficientes y ahorrar en consumo de energía sino que se ha comprobado que la inversión en variadores de frecuencia para compresores de aire se traduce en un retorno seguro de la inversión al cabo de pocos años.

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