Variador de frecuencia: en este artículo se explica cómo funciona y qué ahorro de energía podemos obtener con su aplicación en diversos equipos de instalaciones en los Edificios.

Para entender el funcionamiento de un variador, es necesario aclarar qué es la frecuencia en un suministro eléctrico. Observemos esta animación:

Si hacemos girar un arrollamiento (una espira de cable) por un campo magnético (imanes norte y sur), se genera una onda de corriente alterna (cambia el sentido de la corriente y el valor de la misma varía desde 0 al máximo). Esto es básicamente como funciona un alternador de una central eléctrica. En España, los alternadores generan una frecuencia de 50 Hz.

Por lo tanto, se repite la misma onda 50 veces por segundo. Para obtener esta frecuencia, deben girar a unas determinadas revoluciones por minuto, dependiendo del número de pares de polos magnéticos, entre otras variables.

Básicamente, un variador de frecuencia, es un dispositivo electrónico que permite variar la velocidad rotacional de un motor, actuando sobre la frecuencia de la corriente eléctrica.

Pero, ¿a qué es debido esto?. Pues sin meternos en muchas profundidades, hay unas fórmulas físicas, denominadas leyes de los ventiladores o de proporcionalidad, que relacionan el caudal, la presión y la potencia eléctrica con la velocidad rotacional del motor.

Como se observa en la tabla, si actuamos sobre la frecuencia, variaremos la velocidad de giro de los motores, y en consecuencia, variará también el caudal, la presión, y la potencia eléctrica. Para ello, será necesario realizar la programación del variador de frecuencia con las características del motor asociado.

Es fácil imaginar, que las aplicaciones principales, serán en los elementos que dispongan de motor eléctrico y cumplan con las leyes físicas descritas en el apartado anterior. Estamos hablando deVentiladores y Bombas Centrifugas.

En edificación, los ventiladores se utilizan en sistemas de climatización y ventilación, mientras que las bombas centrífugas, se utilizan en circuitos hidráulicos de calefacción, climatización, agua caliente sanitaria, grupos de presión de agua, etc. Se deduce, por lo tanto, la cantidad de elementos en los que se puede actuar con variadores de frecuencia y obtener un gran ahorro de energía.

Hasta ahora, hemos visto que con un variador de frecuencia tenemos la posibilidad de reducir la velocidad de giro de un ventilador o una bomba centrífuga. Pero, la pregunta que nos podemos hacer es clara; ¿cuándo conviene reducir esa velocidad?. Pues mostramos cuatro ejemplos de aplicaciones, de las varias que hay:
Calefacción – Climatización – Agua Caliente Sanitaria: Bombas de Circulación
El control de velocidad en bombas de circulación de agua para instalaciones de calefacción. climatización y agua caliente sanitaria implica una adaptación, en todo momento, a las condiciones de carga de la instalación, adecuando los caudales y presiones a la demanda de la instalación, garantizando la máxima eficiencia y ahorro energético.

El funcionamiento de un grupo de presión convencional, se regula mediante presostatos, que realizan arranques y paradas de las bombas según las presiones prefijadas.

Los consumos eléctricos son elevados, sin ajustarse su caudal a la demanda del sistema

Si disponemos de variadores de frecuencia, las bombas suministrarán el caudal de agua necesario, adaptándose a la demanda existente en cada momento, y regulando la velocidad de las bombas, con lo que el consumo disminuye considerablemente.

Imaginemos un local donde la ocupación de personas no siempre es la misma; por lo tanto, no necesitaríamos siempre el mismo caudal de aire de impulsión y extracción, ya que, como sabemos, la normativa fija un caudal por persona.

Si disponemos de variadores de frecuencia para los ventiladores, y un sistema de control automático de ocupación, podremos adecuar los caudales al número de personas presentes.

Como sabemos, la actividad metabólica de las personas, los humos, etc, influyen en la calidad del aire de un local, por lo que necesitaremos más o menos ventilación (más o menos caudal de impulsión y extracción), dependiendo del valor de esos parámetros.

Si disponemos de variadores de frecuencia para los ventiladores, y un sistema de control automático de calidad del aire, podremos adecuar los caudales a las necesidades ambientales del local.

Los variadores de frecuencia sacan partido de las leyes de proporcionalidad (leyes de ventiladores), para lograr la principal ventaja del uso de estos equipos, que es el ahorro energético. Si se comparan con sistemas de control alternativos, un variador de frecuencia es el sistema óptimo para el control de ventiladores y bombas.Consideremos un ventilador que, girando a 1.400 rev/min aporta un caudal de 15.000 m3/h, siendo la potencia eléctrica absorbida de 1.500 W. Veamos que caudal aportaría el ventilador, si con un variador de frecuencia fijamos un 20% menos de velocidad, es decir, 1.120 rev/min. Aplicando las leyes de proporcionalidad tendremos:

Caudal = 12.000 m3/h ( – 20% con respecto a caudal inical )
Potencia = 768 W ( – 48,8% con respecto a consumo inicial )

Por lo tanto, si reducimos la velocidad un 20% con respecto a la velocidad nominal, el caudal también se reduce un 20%; sin embargo, el consumo eléctrico se reduce aproximadamente en un 48,8%. Si el sistema en cuestión, sólo tiene que suministrar un caudal correspondiente al 100% durante unos días al año, mientras que el promedio es inferior al 80% del caudal nominal para el resto del año, el ahorro de energía puede fácilmente superar el 50%

Queda clara la gran eficiencia energética de estos equipos.

Además de la principal ventaja, que es el gran ahorro de energía, los variadores de frecuencia aportan otras ventajas, que no dejan de ser importantes: