Antecedente.
Se realiza una prueba eléctrica en un motor de inducción de un sistema de aires acondicionados para determinar el impacto técnico-económico de la contaminación por armónicos generado por un variador de velocidad (VDF).
Se evalúan los costos que produce este efecto, en un motor-compresor A.
Este trabajo va dirigido a ingenieros del sector industrial.
Breve descripción del sistema.
El sistema en análisis está formado por un motor-compresor de frío. La unidad es controlada por un variador de frecuencia (VDF).
La operación de la unidad es de 24 horas, 360 días al año.
Descripción del sistema mecánico.
La línea de frío consta de cuatro unidades compresoras, que están instaladas de dos en dos. Son dos unidades anteriores, y dos unidades posteriores. Los compresores operan de forma independiente.
Una línea de frio es suficiente para extraer el calor del edificio asignado.
Detalles.
La placa característica de los motores-compresores dispone de poca información, y en base a las pruebas, encasillamos sus valores de funcionamiento, normalizados según IEC – IE2.
Se ha utilizado un equipo para medición de Calidad de Energía, Fluke 434.
Los motores eléctricos utilizados en sistemas de frio, debido a la baja temperatura de su operación, pueden operar ¨sobrecargados¨.
Desarrollo del proceso
Iniciamos con la determinación de la potencia de la unidad a investigarse, que es el motor-compresor A, para lo que disponemos de la siguiente información:
- Voltaje del motor del compresor (460V)
- Corriente del motor del compresor (198 A).
De acuerdo a los valores de placa de motor del compresor y a los valores medidos en las pruebas realizadas, se determinan parámetros adicionales normalizados, en función de la eficiencia IE2 del motor.
En esta prueba se demuestra que los equipos instalados con variador de velocidad (VDF), sufren una contaminación de armónicos de corriente, y seguido, se evalúa su impacto económico.
De la medición de distorsión de armónicos de corriente, realizada en esta unidad, se obtiene el siguiente cuadro:
El cuadro muestra el espectro de las ondas armónicas de corriente que aparecen en la prueba:
La onda de corriente de la onda fundamental, y la de los armónicos presentes, se manifiestan con sus respectivas amplitudes senoidales en la figura siguiente:
En la siguiente gráfica se presentan tanto la forma de onda de la corriente, como la forma de onda del voltaje medidas. Ambas señales están distorsionadas por efecto de los armónicos explicados.
La curva con línea más gruesa y de mayor amplitud, es la onda distorsionada de voltaje, y la curva con línea más fina y de menor amplitud, es la onda distorsionada de corriente.
Determinación de costos por presencia de armónicos.
Por su naturaleza de motor eléctrico, aparecen dentro del mismo, campos rotantes creados por la corriente fundamental, y por las corrientes de los armónicos.
Todos estos campos rotantes presentan una secuencia de giro diferente:
- La onda fundamental y las h1+3 de corriente, presentan una secuencia Positiva
- La onda armónica 2da y las h2+3 presentan una secuencia Negativa
- La onda armónica 3ra, y las h3+3 presentan una secuencia Cero
- Y así sucesivamente, como se explica en el cuadro adjunto:
Cada campo adicional al de la fundamental, se traduce en una pérdida en calor dentro del motor.
Hemos desarrollado un algoritmo, con el que calculamos el impacto negativo de los armónicos adicionales, valor que se traduce como una reducción de su eficiencia. El motor tendrá, por lo tanto, más pérdidas.
Los valores máximos típicos de pérdida de eficiencia por este concepto varían en 4% – 4.5%.
Se presenta el cuadro del cálculo de la pérdida de eficiencia del motor, por armónicos.
Cálculo de pérdida de eficiencia por contaminación de armónico, en la unidad con VDF:
El valor hallado 3.92% deberá agregarse a la pérdida por eficiencia de la máquina.
Determinación de los costos de pérdidas del motor, por efecto del desbalance entre fases:
El desbalance entre las fases de un sistema se traduce en una pérdida adicional de la eficiencia, que además provoca anomalias en el mismo.
Tomando los voltajes medidos durante la prueba, obtenemos el porcentaje de desbalance normalizado:
Desbalance normalizado de voltaje = 0.46% Este desbalance ocasiona un factor de reducción en %, de 0.991% en su potencia.
Costos de la operación de motor-compresor, con VDF y con desbalances de voltaje:
Cálculo del costo de operación de motor-compresor:
Si Usted tiene dudas sobre el rendimiento y malgasto de motores debido a armónicos, no dude en contactarnos por email.
