50%
1.000.000
Versiones de Hadware Para tener un producto “personalizado” que cumpla perfectamente con los
Ahorro de Energía El control de velocidad de bombas y ventiladores puede en muchos casos generar un ahorro de energía significativo
requerimientos de su aplicación, el VLT puede ser elegido dentro de una oferta de más de un millón de versiones de hardware diferentes
Casos de Ahorro de Energía mediante el uso de Variadores de Velocidad Danfoss VLT
Danfoss Group Danfoss es una empresa global con sede en Dinamarca Ventas estimadas 2010: >5000 MUSD Empleados: 26.152 a nivel global Producción: 290.000 ítems por día Millones de drives vendidos hasta el 2009 70 unidades de producción 113 Compañías de ventas
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Algunos de nuestros productos Danfoss Refrigeration & Air Conditioning Controls Danfoss Power Electronics VLT Drives Danfoss Heating Solutions
Danfoss Commercial Compressors Danfoss District Energy
Danfoss Development
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Soluciones Danfoss:
Nuestros clientes operan en un rango muy grande de industrias:
Calefacción, HVAC (Ventilación y Aire Acondicionado) Alimentos y Bebidas Agua y procesamiento de aguas residuales Industria (Química, Textil, Petróleo y Gas, Minería, Grúas) Automotriz Energía Solar y Eólica
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Danfoss Power Electronics Danfoss VLT Drives
Proveemos soluciones de electrónica de potencia de alta calidad y energéticamente eficientes que le ayudan a ahorrar energía y a optimizar los procesos.
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Soluciones Danfoss:
Danfoss VLT® Drives
26millones De toneladas menos de CO2
Un variador de velocidad permite controlar un motor eléctrico para que gire a la velocidad mínima necesaria para satisfacer los requerimientos del proceso El control de velocidad en bombas y ventiladores permite ahorrar típicamente la mitad de la energía consumida Hoy en día solo el 8% de los motores a nivel global está accionado por un variador de velocidad Productos:
Variadores de Velocidad (VLT® ) Arrancadores Suaves (MCD® ) Accesorios
Gracias a los 2,4 millones de convertidores de frecuencia Danfoss VLT instalados globalmente.
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Centros de producción de Danfoss VLT Drives: Graasten, Dinamarca Casa Matriz Producción de Drives hasta 75 KW Loves Park, Illinois, EUA Producción de Drives de más de 75 KW Milwaukee, Wisconsin, EUA Producción de tableros Haiyan, China Producción de Drives VLT® MICRO FC-51 Danfoss Silicon Power, Schleswig, Alemania Producción de Módulos de Potencia (IGBT)
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La experiencia de Danfoss VLT Drives
1968
1973
1978
1983
1988
1993
1998
2005
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Diagrama de refrigeración industrial típico Compresor modulado en velocidad para mantener constante la presión de succión de acuerdo a la demanda. (Pe)
Bomba de glicol modulada por capacidad (temperatura)
VLT c/PID
Ventiladores de condensadores con variación de velocidad. Control por presión (Pc)
VLT c/PID
Consigna = Temperatura Exterior + 10°C Mín. 20°C
P
T+P
Pc VLT c/PID
Compressor
Condensador
P
Evaporador
Intercambiador de calor
Bomba glicol
Pe
T
Tc
M
Control convencional
Pe
Pc | Danfoss S.A. Argentina | Martes, 12 de Octubre de 2010 | 9
Compresor a pistón Control de capacidad por válvulas solenoides
Pistones
Control de capacidad tradicional:
100%
100%
Capacidad
80%
75%
60%
50%
40%
20%
25%
La cantidad de pistones activos definen la capacidad (control discreto) El control se efectúa en base a la presión de succión Control lento debido a banda muerta de 150 segundos Los retardos del sistema causan pérdida de eficiencia (menor temperatura de operación que la requerida) No es posible un control contínuo (control discreto)
0% Piston 1
Piston 2
Piston 3
Piston 4
Para un 76% de demanda se requieren los 4 pistones activos. Potencial de ahorro cercano al 25%
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Compresor a pistón Estrategia de control para un compresor de 8 pistones 100,0
Control de capacidad por variación de velocidad:
87,5
Los pistones y el VLT actúan conjuntamente para conseguir la capacidad requerida La velocidad se define con un PID basado en la presión de succión No hay banda muerta (Rampas de menos de 30 segundos) Control lineal en un amplio rango Velocidad mínima a respetar (ventilación del motor, presión de aceite)
75,0 Capacidad requerida %
– Control de capacidad por variador de velocidad
8 cil. 62,5 50,0 6 cil. 37,5 4 cil. 25,0 2 cil. 12,5
0,0 750
1500 rpm
Para una demanda del 76% se modula la capacidad al 76% (no hay pérdidas de eficiencia)
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Compresor a tornillo – Control de capacidad por válvula deslizante (Slide valve) 100
Curva Real
Control de capacidad tradicional en un compresor a tornillo:
Potencia %
80
60
Ahorro
40
Curva Ideal 20
0 10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Capacidad del compresor definida por la válvula deslizante (slide) La posición de la válvula se define por un PID basado en la presión de succión Sistema de control lento por banda muerta de 300 segundos Los retardos del sistema causan pérdida de eficiencia (menor temperatura de operación) El COP del compresor disminuye con la capacidad (ver la curva)
Capacidad % Válvula slide
60% de capacidad requiere 80% de la potencia nominal del compresor
Variador de velocidad Ideal
Potencial de ahorro alrededor del 20%
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Compresor a tornillo Zona de control válvula slide
Zona de control variador
Control de capacidad por variación de velocidad:
100
80 Potencia %
- Control de capacidad por variador
60
40
20
Curva Variador 0 10
20
30
40
50
60
70
Capacidad % Válvula slide Variador de velocidad Ideal
80
90
100
El variador y la válvula cubren la totalidad del rango de capacidad La velocidad del variador está determinada por le PID de la presión de succión No hay banda muerta (Rampas de menos de 30 segundos) Tiempo cortos de respuesta permiten trabajar a mayor temperatura El COP es lineal hasta el 60% de la capacidad Velocidad mínima a respetar (ventilación del motor, presión de aceite) Eficiencia cercana a la ideal hasta 60% de la capacidad nominal
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Configuración de sistemas multicompresor
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Cascade Control - 3 Drives
3 3 2 2
1 1
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Cascade Control 1 Drive & 2 Soft starters
3 3 2 2
1 1
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Caso 1 − Frío para Cervecería Compresor a pistón Sabroe SMS-8-180 300HP
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Caso testigo en AB-InBev Compresor a pistón para NH3: 5 Compresores a pistón Proyecto: Sistema en cascada 1 Variador para el compresor maestro - 300HP 4 Arrancadores suaves (300HP) 1 Equipo de control UNISAB (existente) Implementación Q3 2006
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Análisis de la carga térmica requerida para las diferentes situaciones de producción Registro de consumo térmico 3.000.000
2.000.000
1.500.000
1.000.000
500.000
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
0 1
CT (kcal/h)
2.500.000
Días
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Ahorros estimados en base a las diferentes condiciones de operación y de necesidad de frío ∆ (KWh) 99,7 76,3 76,3 134,9 99,7 99,7 140,8 117,3 29,3 64,5 41,1 5,9 52,8 23,5 5,9 35,2 105,6 105,6 140,8 129,1 88,0 35,2 5,9 99,7 5,9 17,6
∆ % cap 17% 13% 13% 23% 17% 17% 24% 20% 5% 11% 7% 1% 9% 4% 1% 6% 18% 18% 24% 22% 15% 6% 1% 17% 1% 3%
% cap inv
% cap comp
83% 87% 87% 77% 83% 83% 76% 80% 70% 64% 68% 74% 66% 71% 74% 69% 82% 57% 51% 53% 60% 94% 74% 58% 74% 72%
100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 75% 75% 75% 75% 75% 75% 75% 75% 100% 75% 75% 75% 75% 100% 75% 75% 75% 75%
Costo de la energía (US$) − KwH Ahorro anual estimado − (US$)
0,09 $19.241,2
213.792,0 | Danfoss S.A. Argentina | Martes, 12 de Octubre de 2010 | 20
Los ahorros totales incluyen los debidos a la variación de carga y a los cambios de temperatura Ahorros estimados por variación de carga = 213.792 + Ahorros por cambio de temperatura =130.327 kWh/año Ahorros estimados totales: 344.119 kWh/año (22% de reducción) Valuación económica US$ 31.000/año Pay Back menor a 18 meses
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Mediciones efectuadas – KPI ABInBev (kWh/hl) Arranque del nuevo sistema con variación de velocidad
3,80 3,48
3,38 3,40
3,13
3,19
3,00
2,71
2,93
2,60
2,30
2,32
2,45
2,36
2,38
2,20 1,80 1,40 1,00 Jan
Feb
Mar
Apr
May
Jun
Jul
Aug
Sept
Oct
Nov
Dec
Promedio (Real) antes de la implementación = 3,16 kWh/hl Promedio (Real) después de la implementación = 2,36 kWh/hl Ahorros reales totales = 25%
Ahorro medido 3% mayor que el estimado
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Caso 2 − Cervecería en el sur de Brasil Compresor de frío a tornillo Mycom N-250 VMD 1000HP
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Segundo caso exitoso en Brasil Compresor a tornillo NH3: 7 Compresores a tornillo en el sistema Proyecto: 1 Variador para el compresor maestro – 1000HP (-1 °C) 1 Variador para el compresor maestro – 1000HP (-10 °C) 1 Sistema de comunicación al UNISAB UNICOM con software ROTATUNE Implementación Q2 2008
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Ahorros totales estimados Los ahorros estimados totales son de 2.172.724 kWh/año 9,27% de reducción en la cuenta de energía eléctrica Ahorros de US$ 233.000/año Reducción del índice de consumo energético estimado en 0,32 kWh/hl Pay Back es menor a 13 meses
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Lecturas de índice de consumo energético – Compresor NH3 – Tornillo 1000HP - (kWh/hl − Cerveza) 9,50
Implementación del proyecto
9,11 9,09
kWh/hl
9,00
8,50
8,67
8,60
8,50
8,38
8,22 8,02
8,00
8,04
7,83
7,98
7,82
7,50
7,00 Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
Promedio (Real) antes de la implementación = 8,96 kW/hl Promedio (Real) después de la implementación = 8,13 kW/hl
Representa el 40% del consumo total de la planta
Reducción del índice de consumo = 0,83 * 40% = 0,33 kW/hl
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Caso 3 − Compresores de aire Compresor de aire a tornillo Ingersoll Rand 250 HP
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Primer caso exitoso en Argentina Compresor a tornillo aire 8 BAR Proyecto: 1 Variador para el compresor maestro – 250HP (8 BAR) Aprovechamiento de las capacidades de control dedicadas del VLT FC-202: PID avanzado incorporado Modo dormir y cambio automático de consigna Equipo HPD IP54 con desconector y fusibles de fábrica Implementación Q3 2008
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Ahorros totales medidos por el propio cliente: Energía consumida teórica sin Variador de Frecuencia: 1.195.980 kWh Energía real consumida en el periodo: 938.780 kWh Energía Ahorrada en el período (11 meses): 257.200 kWh Esto equivale a un 21,5% Al costo de la energía en Argentina el Pay back es menor a los 18 meses. Sancor dado el éxito alcanzado en este primer piloto, ya efectuó la modificación de dos unidades compresoras mas.
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Caso 4 − Bombas de agua Planta de tratamiento de efluentes ( 4 x 370 KW)
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40% de Ahorro en Colombia 4 Bombas HOMA (+ 1 Bomba reserva) Proyecto: 5 Variadores VLT AQUA dispuestos en sistema Maestro-Seguidor Las bombas deben asegurar una presión de 15 metros de columna de agua para garantizar un flujo adecuado para la planta de tratamiento. Aprovechamiento de las capacidades de control dedicadas del VLT AQUA: PID avanzado incorporado Función Master-Follower Implementación Q2 2008
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Ahorros totales en el proyecto: Costo de la energía consumida por el sistema de control convencional: 583.410 USD/año (0,12 USD/Kwh) Costo de la energía consumida por el sistema de control con velocidad variable: 328.170 USD/año Ahorro: 255.240 USD/año Esto equivale a un 43,7% Tiempo de Pay back = 6 meses. Otras ventajas: Menores costos de mantenimiento / mayor vida útil de las bombas. | Danfoss S.A. Argentina | Martes, 12 de Octubre de 2010 | 32
Conclusiones Se prueba la efectividad del control de capacidad por variación de velocidad La variación de velocidad puede usarse solo en el maestro o en todas las unidades para maximizar el ahorro y la versatilidad del sistema El análisis previo es muy útil para verificar el potencial de ahorro de la instalación Hacer mediciones antes y después de la implementación del proyecto permite verificar la veracidad de los estudios previos Este tipo de proyectos con Pay back menor a 24 meses resulta muy atractivo para el mercado La experiencia global de Danfoss drives en estos proyectos asegura un resultado positivo
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MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCION
2009.04.24
