ESTADO DEL ARTE
Potencia Constante
2.4 VARIADORES DE FRECUENCIA EN CENTRALES TERMOELÉCTRICAS
Vázquez T. Martín, (1998);propuso el empleo de un variador de frecuencia en motores eléctricos de mediana y gran capacidad para variar su velocidad y con ello manipular el flujo requerido por los sistemas de condensado de Centrales Termoeléctricas; mediante un análisis basado en las curvas que señalan los ahorros en energía obtenidos por un bomba centrífuga al operar con velocidad
variable. Además, señala las experiencias y resultados obtenidos a través de una aplicación real en una bomba de condensado instalada en un Central Termoeléctrica, en la cual se presentan las condiciones operativas de los sistemas que fue necesario tomar en cuenta para la instalación del variador, y las modificaciones que sufrieron los esquemas de control.
Para lo cual el cálculo de la energía que se ahorra por la utilización de este tipo de equipos, se propone graficar el flujo requerido, la potencia en HP requerida y la presión de descarga, con lo cual se genera la curva del sistema; y en base al flujo determinar la velocidad necesaria para satisfacerlo así como la potencia requerida. En la figura 2.11 se muestra el caso de una bomba que trabaja a 5500 RPM, un flujo de 3000 GPM y presión de descarga de 7750 ft (Punto A). La intersección de la curva del sistema y la curva de la bomba son proyectadas hacia la curva de potencia (Punto A’), se tiene que para cubrir las necesidades de consumo de energía del sistema son necesarios 6500 HP. Si debido a las condiciones operativas de demanda es necesario disminuir la carga a un 70%, sería necesario disminuir el flujo mediante la válvula de control a 2000 GPM, lo cual hace que el sistema se comporte de manera distinta (Curva 2), generando un aumento en la presión de descarga a 8500 ft (Punto B), y el consumo de energía correspondería a 5300 HP, esto manteniendo la velocidad de la bomba en 5500 RPM, y estrangulando el flujo con la válvula de control.
Fig. 2.11 Curvas de diseño de una bomba de agua de alimentación para una velocidad de 5500 RPM [8].
Obteniendo así que el ahorro de energía aumenta cuando el sistema está operando a bajas cargas por lo que el tiempo de amortización del equipo dependerá básicamente de dos factores que son el régimen de carga al cual opere el equipo, y del costo de producción del kW en el sitio. Además también se
destaca que la eficiencia del conjunto motor bomba es afectada al operara con el variador de velocidad debido a que:
La eficiencia de las máquinas rotatorias depende en gran medida de su velocidad, por lo que desde su diseño se establece que la eficiencia dependerá de la velocidad de operación del equipo.
La eficiencia del grupo motor bomba es el cociente de la potencia hidráulica y la potencia eléctrica. A su vez la potencia hidráulica depende directamente de la carga dinámica y del flujo.
Algunos puntos obtenidos de la utilización de este tipo de equipos de control son a través de las mediciones de consumo de energía eléctrica sin el variador de velocidad, se observo lo siguiente:
Tabla 2.2 Comparación en el consumo de energía derivado del control a través del variador de frecuencia.
Control a través de Válvula de Estrangulación Control a través de Variador de Frecuencia Trabajo de
la unidad (%)
Consumo de potencia del motor
(kW) Variación en Consumo (%) Trabajo de la unidad (%) Consumo de potencia del motor
(kW) Ahorro (%)
90% 82.17
15%
90% 66.20 19.43%
40% 69.92 40% 20.19 71.12%
Al operar con el variador las vibraciones en el motor son de magnitud similar a las de su operación sin éste. En cuanto al contenido armónico en la alimentación que fue de 480 VCA en tensión fue bajo (1% a 2%), el de corriente mostró valores desde 53.6% hasta el 92.2%. Entre algunas de las características adicionales obtenidas están algunos de los principales puntos que se debe de tomar en cuenta para la implementación de los variadores de velocidad, así como los beneficios económicos generados por los mismos.
Condiciones de servicio
Para la apropiada operación de los variadores de velocidad es necesario tomar en cuenta las condiciones de servicio, entre las principales que se deben de tomar en cuenta para su selección están las siguientes:
Condiciones de alimentación principales.
Máximo desbalance entre fases.
Condiciones ambientales.
Altitud sobre el nivel del mar.
Características eléctricas y mecánicas del motor.
Beneficios adicionales
Con la aplicación de variadores de frecuencia se obtienen condiciones adicionales para el control de los equipos asociados, por lo que se logran beneficios como los siguientes:
Arranques suaves. Al mantener un control total sobre la frecuencia y la energía que se suministra al motor, se logran arranques suaves sin presentarse corrientes altas, por esta misma razón el número de arranque no se ve limitado, y así en más se generan grandes ahorros de tiempo al eliminar los lapsos de espera entre arranques.
Mejor comportamiento eléctrico. Al tener control sobre los motores asociados se reducen las variaciones bruscas de corriente, mejorando la regulación de tensión eléctrica de la instalación.
Reducción de fallas en interruptores. Al realizarse el control mediante el variador de velocidad, el cierre del interruptor principal se realiza prácticamente con corriente cero.
Mejor control para variación de carga de la unidad al haber un control total en todas las condiciones de flujo de trabajo, se obtendría una mejor respuesta dinámica del proceso en condiciones estables de operación o en condiciones de emergencia.