Los motores que alimentan múltiples aplicaciones generalmente están diseñados para funcionar a velocidades uniformes, independientemente de la aplicación en cuestión. Para cualquier máquina que funcione con un motor de corriente alterna, puedes ahorrar dinero en costes energéticos utilizando un Variador de Velocidad (VSD), que ajusta la velocidad del motor según las necesidades de cada aplicación. Convierte el voltaje de CA en DC y lo invierte de nuevo en AC con frecuencia y voltaje variables.

Con un variador de velocidad, las operaciones se desarrollan de forma fluida y eficiente porque los procesos se mueven según las demandas de una aplicación determinada. Por lo tanto, generalmente no encontrarás los siguientes problemas en instalaciones donde las máquinas están equipadas con VSD:

• Operaciones lentas que consumen demasiada energía. Si las exigencias de una aplicación son relativamente poco intensivas, la maquinaria que proporciona potencia debe ajustar la velocidad, la fuerza y el par en consecuencia.
• Las aplicaciones variables funcionan a velocidades vertiginosas. En aplicaciones que combinan movimientos rápidos y lentos, la maquinaria en cuestión debe adaptarse a estas necesidades — de lo contrario, los productos sufren daños y la energía se desperdicia.

Con los accionamientos de velocidad variable, los operadores de compresores de aire y otras máquinas industriales pueden alcanzar velocidades de precisión según sea necesario, pero también disfrutar de costes operativos significativamente reducidos.

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Par variable vs. par constante

Con la maquinaria industrial, hay piezas que requieren centrifugado constante y otras que es mejor hilar de forma variable. En términos de par — la fuerza detrás de la velocidad de rotación — los accionamientos de velocidad variable se dividen en dos tipos de carga:

• Par variable: Se aplica a la mayoría de aplicaciones HVAC, como ventiladores y bombas de aire.
• Par constante: Incluye herramientas y maquinaria industrial, como trituradoras y cintas transportadoras.

En la mayoría de los casos, las cargas de la primera categoría son más eficientes energéticamente que aquellas que emplean par motor constante. Al fin y al cabo, no todas las aplicaciones requieren velocidades de giro máximas o estables. Con algunas máquinas y herramientas neumáticas, es mejor que la pieza en cuestión gire a diferentes velocidades durante cada ciclo.

Par variable en el cuadrado de la velocidad

La potencia utilizada para mantener las piezas de la máquina girando es similar pero diferente a la potencia que aplica fuerza. Por ejemplo, la velocidad puede ser necesaria en diferentes niveles para aplicaciones que impliquen par en una sección y movimiento hacia atrás/adelante en otra. En cargas de par variable (par) variable, los requisitos de fuerza se correlacionan con la velocidad de la siguiente manera:

• Par motor = cuadrado de la velocidad
• Caballos de potencia = cubo de la velocidad

Cuando se va a media velocidad, las aplicaciones de par variable consumen solo una cuarta parte de la energía total consumida a máxima velocidad. En cierto sentido, es similar a cómo los objetos giratorios suelen moverse más rápido y durante más tiempo que los objetos hechos para rodar sobre superficies planas.

Relativamente hablando, los dispositivos HVAC suelen tener requisitos de carga a baja velocidad. Por ello, los operadores pueden ahorrar dinero en energía al utilizar variadores de velocidad variable para aplicaciones HVAC. En edificios públicos que dependen de grandes sistemas HVAC para calentar y enfriar cientos de habitaciones a lo largo y al otro de decenas de plantas, los propietarios podrían obtener grandes ahorros mes tras mes con sistemas controlados por VSD. Todos estos ahorros podrían trasladarse a los inquilinos e invertir en reformas y ampliaciones, lo que a su vez podría atraer a más inquilinos y compradores.

Control superior de procesos con accionamientos de velocidad variable

En comparación con otros tipos de controladores de motores de corriente alterna, los variadores de velocidad son los únicos que ofrecen velocidades precisas en todos los niveles de funcionamiento. En fábricas con procesos variables, la flexibilidad y precisión de la maquinaria alimentada por VSD es vital para producciones de bajo coste y alta calidad. Por ejemplo, si una aplicación requiere 840 rpm y otra 1120 rpm, sería un desperdicio y potencialmente dañino tener un disco que lo ejecute todo a 1400 rpm. Estas son solo más de las razones por las que los variadores de velocidad variable están ganando terreno respecto a los controladores de velocidad fija.

En comparación, métodos de control competidores como los arranques completos y suaves presentan los siguientes problemas:

• Arrancadores de tensión completa: Solo ofrecen velocidades máximas, independientemente de si una aplicación requiere velocidad, media o lenta.
• Inicios suaves: Ya sea voltaje regular o reducido, estos solo harán que el motor se acelere a máxima velocidad y lo detenga.

En cambio, un accionamiento de velocidad variable está diseñado para proporcionar un par preciso, justo cuando sea necesario, y para detenerse en momentos específicos. Es cierto que los accionamientos de corriente continua también son conocidos por su precisión, velocidad y par motor de alta potencia, pero los motores de corriente alterna son más duraderos, generalizados y a precios razonables, lo que ha hecho que los controladores de corriente alterna sean el estándar preferido.

Aplicaciones de velocidad variable en plantas de prensado

Cuando un motor funciona con un controlador de una sola velocidad, la velocidad simplemente se catapulta de cero a 100 en una fracción de segundo. En consecuencia, los motores pueden soportar sobretensiones que a menudo superan peligrosamente las corrientes de carga. En cambio, los accionamientos de velocidad variable aumentan progresivamente hasta velocidades adecuadas, lo que evita al motor un esfuerzo excesivo. Esto, a su vez, conduce a menos reparaciones, menos necesidad de mantenimiento y una vida útil general más larga para el motor y el equipo de carga.

En un entorno de fábrica con máquinas que dependen de compresores de aire, el contraste entre aplicaciones de velocidad única y velocidad variable podría marcar una gran diferencia en la calidad de un producto terminado. Imagina los siguientes dos escenarios:

• Conjunto a velocidad fijada: Los paneles de madera se mueven a lo largo de una línea de montaje para recortar, lijar, pulverizar y montar. Cada herramienta y función requiere una velocidad, presión o par diferente (sin embargo), pero el sistema funciona con controles de conjunto que no reconocen estas variables.
• Conjunto de velocidad variable: Se podía aplicar un conjunto similar de procesos, ya fuera para construcción en madera o metal. Algunas herramientas requieren velocidades más rápidas que otras, mientras que ciertas aplicaciones requieren un enfoque variado en todo momento. Por suerte, el sistema está diseñado para entender estas variables.

Sin duda, la segunda planta de ensamblaje tendría la capacidad de producir productos de mayor calidad, conservando energía y maximizando la longevidad de cada herramienta en uso.

Aspectos técnicos de los variadores de frecuencia

Generalmente, un VSD de lazo abierto estará equipado para calcular su corriente de salida y aproximar la disparidad entre velocidad y punto de consigna, a la que el motor se alinea naturalmente. La mayoría de los accionamientos de par variable son compatibles con controladores de derivada proporcional-integral para aplicaciones que involucran sopladores y funciones de presión.

Las variaciones en diversos procesos — niveles de presión y líquido, caudales de aire y líquido — son leídas por un transmisor, que envía una señal a controladores lógicos programables, que a su vez actúan como intermediarios entre proceso y accionamiento. A partir de este feedback continuo, el VSD modifica las velocidades según sea necesario.

En el campo, la mayoría de los discos están emparejados con controles Volts/Hertz, que funcionan para la mayoría de aplicaciones que funcionan con variadores de velocidad.

Cuando un motor se pone en marcha por primera vez, la corriente de arranque es aproximadamente el 600% de la corriente normal a plena carga. Aunque la corriente disminuye a medida que el motor alcanza la máxima velocidad, el sistema sufre caída de voltaje, lo que puede provocar daños por descarga, desgaste del motor e impactos negativos en otras cargas. Un arranque de voltaje completo también podría restringir el rango de tamaño de los motores aceptables para ciertos sistemas de carga.

Los beneficios únicos de los accionamientos de velocidad variable

En la mayoría de las operaciones mecánicas accionadas por motor, los accionamientos de velocidad variable ofrecen un control preciso y eficiente energéticamente de la fuerza y el par. En cualquier operación dada, el principal beneficio de un VSD es doble:

• Control eléctrico preciso: Las velocidades del motor pueden acelerarse, ralentizarse, mantenerse indefinidamente o pararse bruscamente.
• Reducción de costes energéticos: Con los niveles de velocidad proporcionados según se necesite en lugar de a tarifas uniformes y arbitrarias, los operadores pueden reducir los costes energéticos hasta en un 70% con variadores de velocidad variable.

Además, los accionamientos de velocidad variable eliminan la necesidad de varios componentes mecánicos secundarios. Además, un VSD puede ayudarte a ahorrar espacio y reducir los costes de mantenimiento que suelen acumularse con el tiempo con las cargas de los motores.

Capacidad para controlar la corriente inicial. En situaciones donde un motor de corriente alterna se inicia a toda potencia, se necesita hasta ocho veces la corriente solo para arrancar el motor y la carga. Sin embargo, se necesita una corriente de arranque mucho menor con un accionamiento de velocidad variable, que en última instancia otorga al motor de CA una mayor longevidad. Si piensas en todos los mecanismos que alimenta esta corriente de arranque, es más crucial asegurarse de que las máquinas no se inicien con la aspereza que podría ocurrir con algunos de los controladores de peor velocidad fija del mercado.

Menos problemas con la línea eléctrica. El sistema eléctrico conectado al motor puede agotarse fácilmente por las siguientes dos causas:

• Iniciación motora de CA a través de la línea
• Demanda de corriente inicial

Cualquiera de los dos problemas puede causar caídas de energía, lo que a su vez podría afectar a otros equipos vinculados a la distribución, incluidos sensores, ordenadores y cualquier otra cosa sensible a los niveles de voltaje. Sin embargo, con un accionamiento de velocidad variable, no tienes que preocuparte por la caída de potencia ni por los daños que puede causar a maquinaria y electrónica caras.

Consumo de energía reducido al arrancar. Con un accionamiento de velocidad variable, el arranque de un motor de corriente alterna requiere menos potencia. Aquí es donde entran en juego algunos de los mayores ahorros, ya que los discos de velocidad fija suelen consumir grandes cantidades de energía al arrancar. En muchos sentidos, es muy parecido a las pantallas de ordenador y las bombillas, donde cuanto más las enciendes y apagas, más rápido se queman, debido a la energía extra que requiere la activación. Del mismo modo, el arranque es una de las cosas que más consume energía puede realizar un motor, y cuanta más energía se consuma en esos momentos, antes será necesario el mantenimiento.

Proceso de aceleración controlado. Un motor de corriente alterna y todos los dispositivos conectados pueden experimentar una descarga mecánica al iniciar el arranque a través de la línea. Cada vez que ocurre una descarga como esta, cada dispositivo sufre un impacto dañino. En cambio, los accionamientos de velocidad variable empiezan poco a poco desde cero y van aumentando gradualmente a velocidades más altas, lo que facilita el arranque en cargas completas.

Velocidades modificables. Con un variador de velocidad variable, puedes maximizar aplicaciones y modificar procesos a lo largo del proceso. Dependiendo de las necesidades de una aplicación, también puedes hacer los siguientes ajustes:

• Arranca a velocidades más bajas de lo normal
• Ajusta la velocidad remotamente a través del controlador de procesos

Para máquinas que necesitan un poco de tiempo de calentamiento al arrancar, la primera opción podría ser la opción ideal. En este sentido, algunas máquinas y aplicaciones son comparables a los aviones en que ambos necesitan tiempo para despegar y para elevarse hasta el modo de vuelo completo.

También hay ciertas máquinas que no necesitan tiempo extra para activarse, pero sí requieren algo de intervención humana debido a las exigencias variables de cada aplicación. Ya sea una máquina neumática o una herramienta neumática, puede que necesite programarse a distancia o manipularse manualmente. Para aplicaciones como estas, lo mejor es contar con un accionamiento de velocidad variable que pueda responder a las necesidades cambiantes de velocidad y par.

Ajuste del límite de par. Con un control preciso del par a lo largo de un proceso dado, la maquinaria y los productos están más protegidos por accionamientos de velocidad variable, que pueden programarse para restringir el par y así evitar que el motor supere este umbral. Para herramientas y máquinas que solo necesitan potencia rotacional moderada, el accionamiento variable se ajusta en consecuencia — ahorrando energía en el proceso al retener el exceso de energía que un controlador de velocidad fija acabaría desperdiciando.

Parada controlada. El parado controlado reduce el número de mercancías que acaban arruinadas debido a roturas y deterioro mecánico causado por descargas eléctricas y interrupciones repentinas. De este modo, hay menos riesgo de pérdida de producto por impactos inesperados que de otro modo dañarían los mecanismos del motor. Además, teniendo en cuenta que no todos los daños causados a la maquinaria se producen externamente y que los daños a las piezas internas pueden ser a menudo más costosos, las máquinas que utilizan variadores de velocidad son mucho más seguras con esta característica.

Conservación de energía. Los accionamientos de velocidad variable reducen significativamente el consumo de energía en operaciones de carga centrífuga, como los ventiladores. Por ejemplo, si un ventilador funciona solo al 50% de su velocidad normal, la potencia necesaria para alimentar el dispositivo se reduce por un factor de ocho. Cuando se tiene en cuenta la tasa de energía que se invierte en un determinado proceso y la cantidad que representa en costes energéticos mensuales, el ahorro podría ser exponencial, especialmente cuando los niveles de consumo se reducen a la mitad.

Capacidad para operar en marcha atrás. En motores equipados con accionamientos de velocidad variable, no es necesario arrancar marcha atrás porque las salidas pueden cambiarse electrónicamente. Esto no solo facilita y hace que las operaciones inversas sean más fáciles y menos engorrosas, sino que también reduce los gastos de mantenimiento y conserva espacio que de otro modo podría ocupar un motor de arranque invertido.

No es necesario que los componentes mecánicos de la transmisión no fueran necesarios. Gracias a la capacidad de un variador de velocidad variable para ajustar las velocidades según se necesite según cada aplicación, no es necesario incluir un dispositivo variable en un sistema de accionamiento mecánico. Por lo tanto, no necesitas usar una caja de cambios ni lidiar con todos los problemas asociados, como el espaciado y el mantenimiento adicional. Teniendo en cuenta lo costoso que puede ser reparar los complejos mecanismos de una caja de cambios, la posibilidad de eliminar ese componente de tu arsenal podría ser uno de los mayores beneficios de los accionamientos de velocidad variable.

Opciones de movimiento únicas. Para reducciones aún mayores en la tensión mecánica o de potencia, un accionamiento de velocidad variable también es capaz de controlar el motor en patrones únicos. Por ejemplo: la curva en S puede utilizarse en transportadoras para facilitar comandos de aceleración/desaceleración, lo que reduce la posibilidad de retroceso de la cinta transportadora, que a veces resulta de saltos y caídas bruscas de velocidad.

El mundo adopta los accionamientos de velocidad variable

En la mayoría de las plantas industriales, más del 70% del coste de vida útil de un compresor es electricidad. Aunque muchas instalaciones nuevas han intensificado los esfuerzos para reducir este tipo de costes, el movimiento hacia la conservación ha sido en gran medida un esfuerzo conjunto entre fabricantes y el público que los apoya. Al fin y al cabo, la eficiencia depende tanto de la conciencia energética como de la reducción del uso innecesario. En el centro de estos desarrollos están las innovaciones tecnológicas como los variadores de frecuencia, que han hecho posible ser más eficientes.

Se pueden ahorrar cantidades considerables de dinero con la instalación de compresores de aire que funcionan con variadores de velocidad. Por ello, los países están promoviendo compresores VSD en todo el sector industrial con el fin de ahorrar energía y reducir el desperdicio. En algunos países, el gobierno ofrece incentivos en forma de préstamos y reembolsos fiscales para que las empresas actualicen los sistemas de aire comprimido.

Un ejemplo claro: el Reino Unido depende del aire comprimido para gran parte de la energía nacional — el problema es que gran parte de esta energía se desperdicia. A medida que la adopción de compresores de aire de velocidad variable se vuelve más común en toda la isla, el gobierno británico espera reducir las emisiones y maximizar los ahorros entre los proveedores de energía.

¿Es un compresor de variación de velocidad la opción adecuada?

A pesar de las ventajas de los variadores de velocidad, los compresores VSD no son ideales para todas las aplicaciones industriales. Cuando un compresor de velocidad variable funciona sin parar a máxima velocidad, una fábrica podría consumir más energía debido a las pérdidas por conmutación del convertidor de frecuencia VSD.

Los sistemas de aire comprimido mal diseñados y mal mantenidos provocan pérdidas significativas de energía y desperdicio. Para evitar desperdiciar energía en la producción de aire comprimido, considera un compresor VSD del tamaño adecuado.

Aunque muchas plantas requieren operaciones continuas los siete días de la semana, las pausas en la producción suponen un ahorro energético. Por ejemplo, hay 168 horas a la semana. Muchos sistemas de aire comprimido solo requieren una capacidad total entre 60 y 100 horas, o aproximadamente la mitad del tiempo.

Cuando se produce esta carga de demanda parcial, la capacidad de salida del compresor de aire debe regularse o detenerse. Con unidades de 15 caballos de potencia o superiores, no es factible parar y arrancar el motor del compresor de aire varias veces por hora durante el día, por lo que las operaciones utilizan una forma de regulación del control de entrada. Ya sea que uses la unidad con un control de carga/no carga (entrada totalmente cargada o cerrada para descarga y purga) o modulación (reduciendo la placa de aceleración de admisión) para lograr un tiempo de funcionamiento parcial de carga, estos sistemas de control pueden no ser eficientes.

Una auditoría de energía de aire comprimido del perfil de demanda, patrones de uso de aire comprimido, capacidad de almacenamiento de aire disponible y red de tuberías, y entorno operativo determina si un compresor VSD puede proporcionar la eficiencia energética deseada.

Cuando un variador de velocidad tiene sentido

Los compresores VSD de tamaño adecuado permiten ajustar la salida del compresor a demandas fluctuantes de aire comprimido. Al variar la velocidad de su motor de accionamiento, el VSD reduce el flujo de aire y el consumo eléctrico de forma mayormente lineal a medida que disminuye la demanda.

Los compresores VSD minimizan el consumo energético cuando la demanda fluctuante es estándar. Debido a las corrientes de entrada comparativamente bajas inherentes a los diseños de motores de accionamiento de velocidad variable, algunos compresores VSD se detienen en demandas de aire comprimido más bajas en lugar de estar en ralentí en condiciones de carga. Incluso con varios arranques por hora, el tiempo de reposo prácticamente se elimina.

Los análisis de rendimiento de los sistemas de aire comprimido muestran que muchas aplicaciones de compresores de aire son ideales para la VSD. En comparación con un compresor de transmisión de velocidad fija, un compresor VSD puede suponer un ahorro de energía significativo cuando se dimensiona adecuadamente para el mismo uso final.

Los costes del aire comprimido pueden disminuir en un tercio según el perfil de demanda. Debido a los ciclos económicos y al traslado de la fabricación a otros países, muchas instalaciones han reducido significativamente el volumen de aire comprimido necesario y están operando compresores de aire sobredimensionados. Las instalaciones deberían revisar sus necesidades de aire comprimido cuando cambian significativamente los perfiles de producción y demanda de aire comprimido. Además, muchos municipios locales y compañías eléctricas estatales ofrecen incentivos de reembolso para soluciones de aire comprimido que ahorran energía como el VSD.

Los responsables de instalaciones deben buscar continuamente nuevas formas de reducir los costes energéticos. Muchas empresas han implementado políticas con objetivos agresivos de reducción anual de energía.

El posible ahorro de costes de los compresores VSD

Supongamos que el sistema de compresores de un fabricante está usando un compresor de aire de 200 caballos de potencia. La operación tiene demandas fluctuantes de aire comprimido las 24 horas del día a 3 céntimos por kWh. Estos costes energéticos se han duplicado en cinco años, aumentando en algunas zonas hasta 8 céntimos por kWh o más.

El coste anual de operar ese compresor a 3 céntimos por kWh era de 41.273 dólares. Hoy en día, ese mismo compresor cuesta 110.062 dólares anuales, o más de medio millón de dólares en cinco años.

Una evaluación detallada de la demanda de aire comprimido determina que las fluctuaciones estaban dentro del rango de control y promediaban un 35% menos que la capacidad total del compresor. Supongamos también que la fábrica tenía almacenamiento insuficiente. Cambiar a un compresor VSD del tamaño adecuado podría ahorrar potencialmente a esta instalación 38.521 dólares anuales, o más de 192.000 dólares en cinco años si las condiciones actuales se mantienen vigentes.

Si combinamos estos ahorros con la mayor eficiencia de reemplazar equipos antiguos, el ROI suele alcanzarse en menos de dos años. No todas las instalaciones pueden generar este retorno de la inversión, ya que ese es el propósito de una evaluación profesional de la demanda de aire y una selección adecuada del compresor, pero merece la pena considerarlo. Las auditorías son realizadas por especialistas de la industria del aire comprimido que pueden determinar si la VSD es el mejor medio de control del sistema.

Al variar la salida para satisfacer la demanda de aire comprimido, los fabricantes que añaden un compresor VSD del tamaño adecuado pueden lograr un ahorro energético inmediato que se acumula con el tiempo.

Quincy: El principal fabricante de compresores de aire de transmisión de velocidad variable

En todo el mundo, hay un movimiento creciente entre ingenieros y operadores industriales para sustituir los controladores de velocidad fija por variadores de velocidad. En las industrias que ya han dado este paso, las ventajas han sido sustanciales en términos de ahorro energético, vida útil de la máquina y calidad del producto. No obstante, con cada sistema impulsado por VSD que alimenta herramientas neumáticas y otras formas de maquinaria neumática, el éxito de cada aplicación depende principalmente de compresores de aire de alta calidad.

Desde los locos años veinte, el nombre líder en maquinaria e innovación de aire comprimido ha sido Quincy Compressor, fabricantes de los mejores compresores de aire y herramientas neumáticas para operaciones de todos los tamaños. En plantas de ensamblaje de automóviles nacionales y extranjeras, los compresores Quincy han alimentado las herramientas que convierten piezas de coches en hermosos y prestigiosos hot rods, compactos y furgonetas para autopistas. En fábricas que producen conservas y mobiliario, nuestra maquinaria ha dado energía de aire comprimido a los conjuntos que ponen comida en los pasillos de la compra y preparan camas y sofás para entrega a domicilio.

Desde el amanecer del siglo XXI, se ha apoderado de una nueva conciencia sobre el sector industrial. Quedaron atrás los días en que los fabricantes se conformaban con maximizar los beneficios con los menores gastos generales posibles; hoy, todas las empresas que prosperan hacen de la respetabilidad ecológica un pilar central de la identidad de marca. Como parte de ese objetivo, las innovaciones en la tecnología de aire comprimido han convertido el compresor de aire de velocidad variable en un estándar de la industria entre empresas de todo el mundo. Con innovación tras innovación, Quincy ha liderado el camino para que los compresores de aire accionados a velocidad variable sean más comunes en todas las industrias que dependen de la energía neumática.

Para una amplia variedad de aplicaciones, los mejores sistemas de aire comprimido son aquellos que funcionan con variadores de velocidad. No solo las unidades impulsadas por VSD ofrecen una de las mayores longevidades y eficiencia energética, sino que también se ajustan a los requisitos variables de velocidad y par de cada aplicación. Para usos comerciales, privados y públicos, Quincy fabrica compresores de aire equipados con los últimos controladores de velocidad variable. Para saber más sobre nuestro amplio inventario de compresores de aire y productos relacionados, visita nuestra página de ventas y servicios.