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Casos de Ahorro de EnergCasos de Ahorro de Energíía mediante a mediante el uso de Variadores de Velocidadel uso de Variadores de Velocidad

Danfoss VLTDanfoss VLT

50%Ahorro de EnergíaEl control de velocidad de

bombas y ventiladores puede

en muchos casos generar un

ahorro de energía significativo

1.000.000 Versiones de HadwarePara 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

| Danfoss S.A. Argentina | Martes, 12 de Octubre de 2010 | 2

Danfoss es una empresa global con sede en

Dinamarca

Ventas estimadas 2010: >5000 MUSD Empleados: 26.152 a nivel globalProducción: 290.000 ítems por día Millones de drives vendidos hasta el 200970 unidades de producción113 Compañías de ventas

Danfoss Group


Danfoss Refrigeration & Air Conditioning Controls

Danfoss Commercial Compressors

Danfoss Heating Solutions

Danfoss District Energy

Danfoss Power Electronics

VLT Drives

Danfoss Development

Algunos de nuestros productos


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


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.


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

26millonesDe toneladas menos de CO2

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


� 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:


La experiencia de La experiencia de

Danfoss VLT DrivesDanfoss VLT Drives

20051998199319881983197819731968


Pe Pc

Pe Pc

Evaporador

Condensador

Control convencional

M

PT+P

Intercambiador

de calor

VLTc/PID

Bomba glicol

P

VLTc/PID

T

Tc

VLTc/PID

Compressor

Diagrama de refrigeración industrial típicoBomba 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


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

Capacidad

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)


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

Capacidad requerida% 8 cil.

6 cil.

4 cil.

2 cil.

Estrategia de control para un compresor de 8 pistones


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 %

Potencia

%

Válvula slide

Variador de velocidad

Ideal

Curva Real

Curva Ideal

Ahorro


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 estádeterminada 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 %

Potencia

%

Válvula slide

Variador de velocidad

Ideal

Curva Variador

Zona de control

variador

Zona de control

válvula slide


ConfiguraciConfiguracióón de sistemas multicompresorn de sistemas multicompresor


Cascade Control - 3 Drives

1

2

3

1

2

3


Cascade Control 1 Drive & 2 Soft starters

1

2

3

1

2

3


Caso 1 Caso 1 −− FrFríío para Cervecero para Cervecerííaa

Compresor a pistón SabroeSMS-8-180 300HP


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


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

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

Días

CT (kca

l/h)


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%

99,776,376,3

134,999,799,7

140,8117,329,364,541,15,9

52,823,55,9

35,2105,6105,6140,8129,188,035,25,9

99,75,9

17,6

213.792,0

∆ (KWh) ∆ % cap % cap inv

% cap comp

$19.241,2Ahorro anual estimado− (US$)

0,09Costo de la energía (US$) − KwH


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


Mediciones efectuadas – KPI ABInBev (kWh/hl)

3,13

3,38

3,19

2,38

3,48

2,71 2,93

2,30 2,32 2,452,36

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% Ahorro medido 3% mayor que el estimadomayor que el estimado


Caso 2 Caso 2 −− CervecerCerveceríía en el sur de a en el sur de BrasilBrasil

Compresor de frío a tornillo Mycom N-250 VMD 1000HP


Segundo caso exitoso Segundo caso exitoso en Brasilen 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



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


Lecturas de índice de consumo energético – Compresor NH3 – 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

kWh/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


Caso 3 Caso 3 −− Compresores de aireCompresores de aire

Compresor de aire a tornillo Ingersoll Rand 250 HP


Primer caso exitoso en Primer caso exitoso en ArgentinaArgentina

� 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



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.


Caso 4 Caso 4 −− Bombas de aguaBombas de agua

Planta de tratamiento de efluentes ( 4 x 370 KW)


40% de Ahorro en 40% de Ahorro en ColombiaColombia

� 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



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.


ConclusionesConclusiones

�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 muyatractivo para el mercado

�La experiencia global de Danfoss drives en estos proyectos asegura un resultado positivo

2009.04.24

MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIONMUCHAS GRACIAS POR SU ATENCION

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