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Martes, Agosto 20, 2019

Aplicando variadores de frecuencia (VDF) a motores existentes

Factores a considerar al agregar este equipo a los sistemas de la industria de proceso.

Cuando se agrega una unidad de frecuencia variable (VDF) a un sistema existente, pueden surgir muchos problemas potenciales. Este artículo detalla algunos de los factores que se deben tener en cuenta al instalar un VDF en un motor de media tensión (MV) existente, para garantizar operaciones seguras y eficientes.

Refrigeración reducida a velocidad reducida

Los motores que funcionan con conexión directo a la línea dependen de un ventilador impulsado por el eje, para proveer la refrigeración necesaria. Cuando el motor funciona con un VDF, la velocidad del eje del motor (velocidad del motor) cambiará, y cuando se disminuye causará una reducción del enfriamiento del ventilador. Si la carga es una carga de par variable estándar, como un ventilador o una bomba (la carga en el motor disminuye exponencialmente con la velocidad), es posible que no se necesite refrigeración adicional.

Sin embargo, si el motor existente se instala en una aplicación que tiene un par constante (como un compresor o bomba recíproca, fresadora o extrusora), la misma carga permanecerá en el motor a medida que se reduce la velocidad y el motor se sobrecalentará. Para este tipo de aplicación, agregar un ventilador externo (o ventilador auxiliar) proporciona suficiente refrigeración para que el motor funcione a una velocidad inferior a la nominal.

Si el motor tiene sensores de temperatura incorporados en sus devanados, como los detectores de resistencia por temperatura, estos pueden usarse para monitorear la temperatura y garantizar que la operación a velocidad reducida no esté causando daños en el aislamiento del motor.

Aumento del calentamiento debido a los armónicos

Todos los VDF producen un nivel adicional de calor en los motores. Sin embargo, muchos de los VDF de MV de hoy tienen formas de onda de salida armónicamente limpias. Si una aplicación utiliza uno de estos tipos de VDF, no se requerirá una reducción del motor, pero los usuarios finales deben verificar esto con su proveedor de VDF.

Tensión del motor

La tensión de salida está disponible para que los VDF coincidan con casi cualquier voltaje existente del motor. Sin embargo, muy pocos, o ninguno, VDF tienen una salida directa de 13.800 voltios para motores de muy alto voltaje. Para estos casos, a menudo es necesario utilizar un transformador elevador en la salida del VDF para que coincida con la tensión del motor. Este transformador representará aproximadamente un 1% más de pérdida en el sistema VDF, y esto debe evaluarse durante la etapa de análisis para determinar la rentabilidad.

Frecuencia del motor

Las frecuencias de salida de los VDF pueden coincidir con cualquier frecuencia motorizada. Como el VDF controla la velocidad y la frecuencia del motor, esto puede permitir que un motor con capacidad para un sistema de energía 60 Hz, por ejemplo, sea operado de manera efectiva y con una capacidad máxima en un sistema de energía de 50 Hz.

Velocidad del motor

Los cojinetes del motor pueden depender de la velocidad para la lubricación. Los cojinetes antifricción son adecuados para operaciones de velocidad variable, pero los cojinetes tipo descanso pueden necesitar una atención especial para asegurarse de que estén lubricados correctamente, a velocidades más bajas. Esto probablemente sería más crítico para operaciones de muy baja velocidad.

Se sabe que los motores de inducción de alta velocidad (aquellos con dos polos magnéticos diseñados para funcionar a 3600 rpm a 60 Hz) tienen una resonancia crítica de eje en el rango de 2200 a 2800 rpm. Para motores que funcionan a velocidad constante, esta resonancia no es importante porque el motor nunca opera allí. Sin embargo, dado que un VDF puede controlar un motor a cualquier velocidad dentro de su rango de velocidad permitido, se debe tener cuidado para evitar que el motor funcione a una velocidad cercana a su resonancia. La mayoría de los VDF de MV tienen la capacidad de "saltar" o no correr en ciertas frecuencias para evitar estas áreas de resonancia.

Aspectos positivos de los motores accionados por VDF.

El uso de VDF proporciona muchas mejoras en la producción, el uso de energía y el mantenimiento.

Producción

Dado que un motor con arranque VDF no tiene límite en el número de arranques permitidos por hora, si algo en el proceso detiene el motor, se puede reiniciar de inmediato. Para un motor de arranque directo a la línea, los operadores deben esperar a que los relés de protección determinen si es seguro reiniciar el motor grande afectado o dañar el motor. Si se opera con un VDF, la salida se puede variar para satisfacer las necesidades del proceso posterior.

Energía

Si el proceso requiere una operación a menos del 100 % de salida (flujo o velocidad), la diferencia de energía entre el máximo y los puntos de funcionamiento brinda la oportunidad de ahorrar energía. Un sistema VDF típico funciona con una eficiencia total de aproximadamente el 97 %.

Mantenimiento

El arranque con VDF reduce la tensión del motor y puede prolongar la vida útil del motor y reducir el mantenimiento. El funcionamiento del proceso industrial a una velocidad inferior a la máxima con un VDF reduce el desgaste mecánico de los componentes impulsados. Esto es particularmente obvio en aplicaciones que utilizan transportadores y trituradoras. Esto, por supuesto, depende de las necesidades de producción en el momento en que se satisfacen a una velocidad reducida.

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