Danfoss Group. Danfoss S.A. Argentina Martes, 12 de Octubre de

(1)

Casos de Ahorro de Energ

í

a mediante

el uso de Variadores de Velocidad

Danfoss VLT

50%

Ahorro de Energía

El control de velocidad de bombas y ventiladores puede en muchos casos generar un ahorro de energía significativo

1.000.000 Versiones de Hadware

Para tener un producto “personalizado” que cumpla perfectamente con los requerimientos de su aplicación, el VLT puede ser elegido dentro de una oferta de más de un millón de versiones de hardware diferentes

(2)

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

(3)

Danfoss Refrigeration & Air Conditioning Controls Danfoss Commercial Compressors Danfoss Heating Solutions Danfoss District Energy Danfoss Power Electronics VLT Drives Danfoss Development

(4)

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

(5)

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.

(6)

Soluciones Danfoss:

Danfoss VLT

®

_Drives

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

26

millones

De toneladas menos de CO₂

Gracias a los 2,4 millones de convertidores de frecuencia Danfoss VLT instalados globalmente.

(7)

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)

Centros de producción de

Danfoss VLT Drives:

(8)

La experiencia de

Danfoss VLT Drives

2005 1998 1993 1988 1983 1978 1973 1968

(9)

Pe Pc Pe Pc E v a p o r a d o r C o n d e n s a d o r Control convencional M P T+P I n te r c a m b ia d o r d e c a lo r VLT c/PID Bomba glicol P VLT c/PID T Tc VLT c/PID Compressor

Diagrama de refrigeración industrial típico

Bomba de glicol

modulada por capacidad (temperatura)

Compresor modulado en velocidad para mantener constante la

presión de succión de acuerdo a la demanda. (Pe)

Ventiladores de condensadores con variación de velocidad. Control por presión (Pc)

Consigna = Temperatura Exterior + 10°C Mín. 20°C

(10)

Compresor a pistón

Control de capacidad por válvulas solenoides

Control de capacidad tradicional:

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) 25% 50% 75% 100% 0% 20% 40% 60% 80% 100%

Piston 1 Piston 2 Piston 3 Piston 4

C a p a c id a d Pistones

Para un 76% de demanda se requieren los 4 pistones activos. Potencial de ahorro cercano al 25%

No es posible un control contínuo (control discreto)

(11)

Compresor a pistón

– Control de capacidad por variador

de velocidad

Control de capacidad por variación de velocidad:

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)

Para una demanda del 76% se modula la capacidad al 76% (no hay pérdidas de eficiencia) 100,0 87,5 75,0 62,5 50,0 37,5 25,0 12,5 0,0 750 1500 rpm C a p a c id a d r e q u e ri d a % 8 cil. 6 cil. 4 cil. 2 cil.

(12)

Compresor a tornillo

– Control de capacidad por válvula

deslizante (Slide valve)

Control de capacidad tradicional en un compresor a tornillo:

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)

Potencial de ahorro alrededor del 20%

60% de capacidad requiere 80% de la potencia nominal del compresor

0 20 40 60 80 100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Capacidad % P o te n c ia % Válvula slide Variador de velocidad Ideal Curva Real Curva Ideal Ahorro

(13)

Compresor a tornillo

- Control de capacidad por variador

Control de capacidad por variación de velocidad:

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 0 20 40 60 80 100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Capacidad % P o te n c ia % Válvula slide Variador de velocidad Ideal Curva Variador Zona de control variador Zona de control válvula slide

(14)

Configuraci

(15)

Cascade Control - 3 Drives

1

2

3

1

2

3

(16)

Cascade Control 1 Drive & 2 Soft starters

1

2

3

1

2

3

(17)

Caso 1

−

Fr

í

o para Cervecerí

o para Cervecer

í

a

Compresor a pistón Sabroe

SMS-8-180 300HP

(18)

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)

(19)

Análisis de la carga térmica requerida para las

diferentes situaciones de producción

Registro de consumo térmico

0 500.000 1.000.000 1.500.000 2.000.000 2.500.000 3.000.000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 Días C T ( k c a l/ h )

(20)

Ahorros estimados en base a las diferentes condiciones

de operación y de necesidad de frío

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% 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% 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% 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 ∆ (KWh) ∆ % cap % cap inv % cap comp $19.241,2 Ahorro anual estimado

− (US$)

0,09 Costo de la energía (US$) − KwH

(21)

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

(22)

Mediciones efectuadas

– KPI ABInBev (kWh/hl)

3,13 3,38 3,19 2,38 3,48 2,71 2,93 2,30 2,32 2,45 2,36 1,00 1,40 1,80 2,20 2,60 3,00 3,40 3,80

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sept Oct Nov Dec

Arranque del nuevo sistema con variación de

velocidad

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

(23)

Caso 2

−

Cervecer

ía en el sur de

í

a en el sur de

Brasil

Compresor de frío a tornillo

Mycom N-250 VMD 1000HP

(24)

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

(25)

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

(26)

Lecturas de índice de consumo energético – Compresor

NH

₃

– Tornillo 1000HP - (kWh/hl − Cerveza)

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

Implementación del proyecto

Promedio (Real) antes de la implementación = 8,96 kW/hl Promedio (Real) después de la implementación = 8,13 kW/hl Reducción del índice de consumo = 0,83 * 40% = 0,33 kW/hl

Representa el 40% del consumo total de la planta

7,00 7,50 8,00 8,50 9,00 9,50 k W h /h l 8,67 9,11 9,09 8,38 7,83 8,50 8,04 8,02 7,82 8,60 8,22 7,98

(27)

Caso 3

−

Compresores de aire

Compresor de aire a tornillo

Ingersoll Rand 250 HP

(28)

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

(29)

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.

(30)

Caso 4

−

Bombas de agua

Planta de tratamiento de

efluentes ( 4 x 370 KW)

(31)

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

(32)

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: