2. ¿Por qué fallan los motores estándar en los variadores de frecuencia?
3. IC416 vs IC411: Refrigeración a baja velocidad
4. Aislamiento de clase H para picos de tensión en variadores de frecuencia.
5. Protección contra sobrecorriente en los rodamientos
6. Especificaciones YVF2 para HVAC
7. Aplicaciones de climatización
8. Preguntas frecuentes
1. Ahorro de energía: La importancia de los variadores de frecuencia en los accionamientos de ventiladores y bombas de sistemas HVAC.
Los ventiladores de climatización y las bombas de agua fría en edificios comerciales e industriales suelen diseñarse para satisfacer las condiciones de carga máxima: el día más caluroso del año o la carga máxima del edificio ocupado. Durante el 70 al 90 por ciento de las horas de funcionamiento, la demanda real es significativamente inferior a la máxima; sin embargo, un motor de velocidad fija con compuerta o válvula funciona a plena potencia y desperdicia la capacidad sobrante al superar una restricción. El control de velocidad mediante variador de frecuencia elimina este desperdicio al ajustar la velocidad del ventilador o la bomba a la demanda real.
Carga promedio: 75% de pico
Consumo anual: 22 × 8.000 = 176.000 kWh
Coste anual a $0,13/kWh = $22,880
Potencia media: 22 × (0,85)³ = 13,5 kW
Consumo anual: 13,5 × 8.000 = 108.000 kWh
Costo anual = $14.040 — ahorro de $8.840/año
Este ejemplo ilustra por qué el control de velocidad mediante variadores de frecuencia (VFD) en ventiladores y bombas de climatización suele tener un periodo de amortización de entre 6 meses y 2 años, lo que lo convierte en una de las inversiones en eficiencia energética con mayor rentabilidad en instalaciones de edificios. La clave reside en combinar el VFD con un motor YVF2 para variadores de frecuencia, y no con un motor Y2 estándar, para garantizar un funcionamiento fiable a largo plazo.
2. ¿Por qué fallan los motores estándar en los variadores de frecuencia?
Un motor Y2 estándar (IC411 autoventilado, aislamiento de clase F) conectado directamente a un variador de frecuencia sin protección específica para motores experimentará tres mecanismos de falla que no ocurren con una alimentación sinusoidal de frecuencia fija:
La salida del variador de frecuencia (VFD) es una forma de onda modulada por ancho de pulso (PWM) con picos de tensión de conmutación de 1000 a 1600 V (según la longitud del cable y la frecuencia de conmutación del VFD) que se repiten a una frecuencia portadora de 2 a 16 kHz. El aislamiento del bobinado estándar de clase F, diseñado para alimentación sinusoidal, se degrada rápidamente bajo picos de tensión de alta frecuencia repetidos. Las descargas parciales en el aislamiento del bobinado erosionan progresivamente el aislamiento del conductor, lo que provoca cortocircuitos entre espiras en un plazo de 2 a 4 años de funcionamiento del VFD si no se cuenta con un aislamiento adecuado del motor.
Los motores IC411 estándar utilizan un ventilador montado en el eje para refrigerar el estator y el bobinado; el flujo de aire de refrigeración es proporcional a la velocidad del eje. A 25 Hz (50% de velocidad nominal), el ventilador proporciona aproximadamente 25% de flujo de aire de refrigeración a máxima velocidad. Sin embargo, a 25 Hz, el motor aún produce el par nominal y, por lo tanto, aproximadamente 50% de potencia nominal, lo que genera un calor considerable que el ventilador no puede disipar adecuadamente. La temperatura del bobinado supera el límite de la Clase F, acelerando el envejecimiento del aislamiento al doble por cada 10 K de exceso de temperatura (Regla de Montsinger).
La conmutación PWM del variador de frecuencia crea un acoplamiento capacitivo entre los devanados del estator y el eje del rotor, induciendo una tensión de modo común en el eje. Esta tensión se descarga a través de los cojinetes del motor (la ruta de menor resistencia a tierra), provocando un mecanizado por descarga eléctrica (EDM) de alta frecuencia en las pistas y bolas de los cojinetes. El daño causado por la corriente en los cojinetes produce patrones característicos de escarchado y estrías en la superficie de las pistas, lo que conlleva un aumento de la vibración y la falla de los cojinetes en un plazo de 6 a 18 meses en cojinetes estándar sin protección que funcionan con variadores de frecuencia de alta frecuencia portadora.
3. IC416 vs IC411: Refrigeración a baja velocidad
La norma IEC 60034-6 define las designaciones de los circuitos de refrigeración del motor. IC411 es el circuito de refrigeración estándar con ventilación natural: el motor se refrigera mediante un ventilador montado en el eje. IC416 es el circuito de refrigeración con ventilación forzada: un motor soplador independiente proporciona un flujo de aire de refrigeración constante, independientemente de la velocidad del motor principal.
| Propiedad | IC411 (Estándar Y2) | IC416 (Serie YVF2) |
|---|---|---|
| Ventilador de refrigeración | Montado sobre eje (depende de la velocidad) | Motor del ventilador independiente (constante) |
| Refrigeración a 25 Hz (velocidad 50%) | ~25% de flujo de aire nominal | 100% de flujo de aire nominal |
| Refrigeración a 5 Hz (velocidad 10%) | ~2% de flujo de aire nominal: crítico | 100% de flujo de aire nominal |
| Par nominal a baja velocidad | Reducir la potencia por debajo de 30 Hz | Par nominal completo desde 0 hasta la frecuencia nominal |
| Par de retención estático (0 Hz) | Sin refrigeración: no apto | Refrigeración completa: posibilidad de mantenimiento estático. |
| Idoneidad del variador de frecuencia | No se recomienda su uso por debajo de 50 Hz de forma continua. | Diseñado para funcionamiento con variador de frecuencia de 0 a 120 Hz. |
Para los variadores de frecuencia de los ventiladores de climatización que funcionan habitualmente por debajo de 40 Hz (velocidad nominal de 801 TP3T), que es el rango de funcionamiento normal para la mayoría de los ventiladores de unidades de tratamiento de aire y de torres de refrigeración controlados por variadores de frecuencia fuera de las condiciones de carga máxima, la refrigeración forzada IC416 no es opcional. Es un requisito fundamental para un funcionamiento seguro y fiable a largo plazo.
4. Aislamiento de clase H para picos de tensión en variadores de frecuencia.
La serie YVF2 utiliza un aislamiento de bobinado de clase H (temperatura máxima continua de 180 °C) con una formulación para variadores de frecuencia que incluye una mayor resistencia a las descargas parciales. El aislamiento de clase H en el YVF2 proporciona dos capas de protección adicional en comparación con el aislamiento de clase F en un motor Y2 estándar:
El aislamiento de clase H para variadores de frecuencia (VFD) del YVF2 está formulado con una rigidez dieléctrica y una tensión de inicio de descarga parcial superiores a las del aislamiento estándar de clase F. Está diseñado para soportar picos de tensión repetitivos de hasta 1600 V (dV/dt de hasta 5000 V/μs) sin ruptura progresiva del aislamiento, lo que coincide con las características de salida de los VFD modernos basados en IGBT que operan con cables de hasta aproximadamente 50 m sin filtrado de salida adicional.
Incluso con la refrigeración forzada IC416, operar un motor a baja velocidad con par máximo genera más calor por unidad de potencia de salida que a velocidad nominal. La reserva térmica de 25 K de la Clase H sobre la Clase F significa que el bobinado YVF2 funciona a una fracción menor de su límite térmico bajo las mismas condiciones de funcionamiento, lo que prolonga la vida útil del aislamiento de acuerdo con la Regla de Montsinger.
| Propiedad | Clase F | Clase H |
|---|---|---|
| Temperatura máxima | 155°C | 180°C |
| Reserva térmica* | 15 K | 40 K |
| Vida útil relativa a 40 °C de temperatura ambiente. | 1× | 8× |
| Clasificación de servicio del variador de frecuencia | Estándar | Servicio de variador de frecuencia |
5. Protección contra sobrecorriente en los rodamientos
La serie YVF2 aborda los daños por corriente en los rodamientos de los variadores de frecuencia mediante una combinación de selección de rodamientos, aislamiento y diseño de puesta a tierra. La gravedad de la corriente en los rodamientos depende del tamaño de la carcasa del motor, la frecuencia portadora del variador de frecuencia y la longitud del cable. Korea Ever-Power aplica las siguientes medidas de protección en la serie YVF2:
En los motores YVF2 con bastidor 180M y superiores, el cojinete del extremo opuesto al de accionamiento (NDE) está alojado en una carcasa aislada que interrumpe la trayectoria de la corriente entre el eje, el cojinete y el bastidor. La corriente del cojinete se ve obligada a buscar una ruta alternativa a tierra que no incluya las superficies de contacto, protegiendo así el cojinete del extremo de accionamiento de la mayor parte de la corriente circulante.
Un anillo de conexión a tierra de microfibra conductora para el eje proporciona una vía de baja impedancia para que la tensión de modo común del eje se descargue a tierra sin pasar por el rodamiento. Recomendado para motores YVF2 de más de 11 kW en variadores de frecuencia con frecuencias portadoras superiores a 4 kHz, o para instalaciones con cables de motor largos (más de 30 m). Disponible como opción de Korea Ever-Power.
Un filtro de salida dV/dt en el variador de frecuencia reduce la velocidad de aumento de voltaje de los pulsos PWM, limitando la sobretensión máxima en los terminales del motor. Para tendidos de cable entre el motor y el variador de frecuencia superiores a 50 m, un filtro dV/dt reduce la tensión máxima en los terminales del motor por debajo del límite de aislamiento YVF2, independientemente de la frecuencia de conmutación del variador de frecuencia. Korea Ever-Power recomienda filtros en el lado del variador de frecuencia para instalaciones de ventiladores de climatización con largos recorridos de cable desde los paneles centrales del variador de frecuencia hasta las unidades de tratamiento de aire remotas.
6. Especificaciones YVF2 para aplicaciones de climatización
La serie Korea Ever-Power YVF2 es un motor diseñado específicamente para aplicaciones de variadores de frecuencia en sistemas HVAC e industriales. El YVF2 está disponible en Sección de productos de motores para variadores de frecuencia En el rango de potencia de 0,75 a 200 kW, en configuraciones de 2 y 4 polos. La configuración de 4 polos (1450 rpm) es la estándar para ventiladores de unidades de tratamiento de aire (UTA), ventiladores de torres de refrigeración y bombas de agua fría; la configuración de 2 polos (2900 rpm) se utiliza para ventiladores centrífugos de alta velocidad y bombas de proceso donde la bomba o el ventilador están diseñados para funcionar a 2900 rpm.
| Rango de potencia | 0,75–200 kW |
| Enfriamiento | Ventilación forzada IC416 |
| Aislamiento | Clase H, apto para variadores de frecuencia |
| Rango de velocidad | Alimentación para variador de frecuencia de 0 a 120 Hz |
| Protección | Estándar IP54 |
| Termistores PTC | Estándar: conectar a la entrada PTC del variador de frecuencia. |
| Clasificación de picos de voltaje | Hasta 1600 V pico |
| Polos | 2P (2900 rpm) / 4P (1450 rpm) |
7. Aplicaciones de climatización
Bombas de agua fría y de condensación
Las bombas de agua fría primarias y secundarias en los sistemas centrales de climatización (HVAC) representan el mayor consumo energético en la mayoría de los edificios comerciales. El variador de frecuencia (VFD) YVF2 de 4 polos y 7,5 a 75 kW, junto con un sistema de gestión de edificios (BMS), proporciona un control de caudal primario variable (VPF), reduciendo el consumo energético de la bomba entre un 40 y un 60 % en comparación con los sistemas de caudal constante. El VFD modula la velocidad de la bomba para mantener el punto de ajuste de presión diferencial en todo el sistema de distribución a medida que cambian las posiciones de las válvulas de zona con la variación de la carga. |
Ventiladores de suministro y retorno de la unidad de tratamiento de aire (UTA)
Los ventiladores de impulsión y retorno en grandes unidades de tratamiento de aire (UTA) que dan servicio a oficinas comerciales, hospitales, centros de datos e instalaciones industriales son la principal aplicación de los motores YVF2 en climatización. Los motores de ventilador, con potencias de 7,5 a 90 kW, se controlan mediante variadores de frecuencia (VFD) desde un sistema de gestión de edificios (BMS) o un controlador de climatización independiente para mantener la temperatura del aire de impulsión y la presión estática de los conductos en los puntos de ajuste. Los sistemas de volumen de aire variable (VAV) reducen la velocidad del ventilador a medida que se cierran las compuertas de zona, lo que permite ahorrar energía del ventilador proporcionalmente al cubo de la reducción de velocidad. |
Los ventiladores de torres de refrigeración de tiro inducido utilizan motores YVF2 de 4 polos y de 3,0 a 30 kW. El control VFD modula la velocidad del ventilador para mantener la temperatura del agua de suministro del condensador, reduciendo el consumo energético entre un 50 y un 70 % en comparación con los motores de dos velocidades de velocidad fija. La instalación en exteriores requiere protección IP55; el aislamiento de clase H es importante, ya que el motor descarga aire cálido y húmedo de la torre.
Las bombas de alimentación de calderas en sistemas de vapor industriales utilizan motores YVF2 de 2 o 4 polos con potencias de entre 3,0 y 55 kW. El control por variador de frecuencia (VFD) modula el caudal de alimentación para adaptarlo a la demanda de vapor, sustituyendo la válvula de control de nivel del tambor por un control directo de velocidad y ahorrando entre un 20 y un 40 por ciento de la energía de la bomba en sistemas de vapor de demanda variable.
Los extractores de cocina, de campanas extractoras de laboratorio y de ventilación de aparcamientos utilizan motores YVF2 con variador de frecuencia (VFD) controlado por demanda de CO o CO₂. La velocidad del ventilador se reduce al mínimo durante los periodos de baja ocupación, lo que permite ahorrar entre un 40 y un 60 por ciento de la energía del ventilador en los sistemas de ventilación de edificios comerciales e instalaciones públicas.
Control de capacidad del compresor de enfriadoras centrífugas mediante motores actuadores de paletas guía accionados por variador de frecuencia (VFD) o accionamiento directo del compresor mediante VFD. Los motores YVF2 de 0,75 a 7,5 kW se utilizan para el accionamiento de las paletas guía. El accionamiento completo del compresor mediante VFD utiliza motores YVF2 con la potencia nominal del compresor, generalmente de 30 a 200 kW para enfriadoras de gran tamaño.
8. Preguntas frecuentes
Editado por Cxm
