Gestión de energía con variadores de frecuencia (VFD)

1 – ¿Qué es un variador de frecuencia (VFD)?

Son dispositivos electrónicos capaces de regular la frecuencia de la energía eléctrica de corriente alterna y por tanto la velocidad de rotación y el par de los motores eléctricos, según la demanda de un sistema determinado, ayudando en la gestión energética. También se les llama variadores de frecuencia o simplemente inversores.

2 – ¿Cuáles son los componentes de este dispositivo?

El VFD se puede separar en 5 componentes: un rectificador de red, que convierte la corriente alterna en corriente continua; reactores que filtran la tensión del circuito, aumentan el factor de potencia y pueden reducir los armónicos; un banco de condensadores; un circuito de control; y finalmente, un inversor, que convierte la corriente continua en corriente alterna para la entrada del motor.

Diagrama de bloques de un inversor de frecuencia. Fuente: Danfoss.

3 – ¿Cuál es la diferencia entre un inversor de frecuencia, un convertidor y un variador de frecuencia?

El nombre inversor de frecuencia proviene de los términos en inglés “Variable Frequency Drive (VFD)” o “Variable Speed Drive (VSD)”, mientras que convertidores de frecuencia y términos son las nomenclaturas usualmente usadas para estos dispositivos aquí en Brasil. Los diferentes nombres no representan diferencias técnicas en los productos.

4 – ¿Cuáles son las aplicaciones de los VFD en la construcción y/o la industria?

En la construcción, los dispositivos se utilizan normalmente en motores de bombas de agua fría secundarias (BAG), fan coils, torres térmicas y otros tipos de ventiladores y motores. En la industria, se utilizan ampliamente en diversos tipos de bombas, compresores, turbinas hidráulicas y motores de procesamiento de transporte de productos. El rango de aplicación es tan amplio que se pueden controlar, por ejemplo, bombas sumergibles de extracción de aceite.

5 – ¿Se pueden utilizar variadores de frecuencia en cualquier tipo de motor?

Dependiendo del caso, es posible equipar un motor para que funcione con carga variable con o sin el uso de variadores de frecuencia. Reductores mecánicos (reductores), reductores hidráulicos, cambio de diámetro de impulsores de bombas/ventiladores, entre otros, son opciones que también pueden utilizarse para mejorar la eficiencia energética en industrias y edificios. En cada caso se deben analizar los pros, contras, inversión y lo más importante, el potencial de reducción de costos a través del ahorro energético.

El variador de frecuencia con inversión debe estar asociado a motores asíncronos. Es decir, motores eléctricos de corriente alterna (CA) que aprovechan la corriente generada en su rotor.

6 – ¿Es posible mejorar la gestión energética y reducir el consumo energético con estos dispositivos?

Sí, en muchos casos, cuando no es necesario que el motor trabaje siempre a su máxima capacidad. Con este dispositivo es posible ajustar la velocidad del motor según las necesidades del sistema. Esto, por supuesto, se traduce en ahorro de energía.

En aplicaciones de bombeo de líquidos y ventilación de aire u otros gases, una reducción de, por ejemplo, el 30% en la velocidad del motor puede representar una reducción de potencia del 66% en el eje del motor. Esta relación está dada por las “leyes de capas”, conceptualizadas en mecánica de fluidos y probadas exhaustivamente por los fabricantes de equipos hidráulicos.

El funcionamiento de los variadores, junto con la instrumentación adecuada, permite obtener la mejor velocidad para las condiciones requeridas por el sistema en cada momento. Esto se traduce directamente en un ahorro energético siempre que la velocidad pueda ser inferior a la máxima.

7 – ¿Cuáles son los retos más comunes que encontramos a diario, relacionados con los variadores de frecuencia?

Un error muy común que vemos en nuestros auditorios energéticos es el uso inadecuado de la automatización de este sistema. Por falta de conocimiento, muchos operadores terminan “bloqueando” los variadores en la frecuencia fija de 60 Hz, o en la condición de diseño del motor, lo que es contrario a la lógica del VFD. Esta es una práctica inaceptable y demuestra una falta de gestión energética, lo que da como resultado que el inversor no ahorre energía.

También hemos visto casos de inversores que funcionan a frecuencias fijas de menos de 35 Hz. Este procedimiento es especialmente grave ya que puede dañar o reducir la vida útil del motor, además de reducir en gran medida la eficiencia de los sistemas de bomba, ventilador y compresor. Es necesario verificar el rango ideal de funcionamiento de cada motor según el manual del fabricante. Si un motor siempre está operando muy por debajo de su capacidad, es posible que haya sido sobredimensionado.

Conclusión: Un VFD no garantiza mayor eficiencia ni mejor gestión energética

De nada sirve comprar un VFD si su detección no funciona correctamente.

La combinación de inversores y una adecuada selección de equipos, diseño de protecciones del sistema, uso de motores de alta eficiencia, entre otras buenas prácticas de ingeniería, operación y mantenimiento, es lo que garantiza mejoras en la eficiencia energética de las instalaciones.

Un ejemplo práctico: en uno de nuestros clientes del sector comercial, con solo desbloquear los variadores de frecuencia en las Bombas de Agua Helada (BAGs), estimamos un ahorro de 47,910 kWh/año. Este valor equivaldría a R$ 27.472 al año, un ejemplo de medida de costo cero con ahorro inmediato.

Con la colaboración de André De Dominicis y Hamilton Ortiz