Muchas veces nos preguntan qué es un variador de velocidad y la respuesta pareciera estar en la misma pregunta: Un dispositivo electrónico que permite cambiar la velocidad de un motor. Sin embargo, el concepto va mucho más allá y por eso lo he querido resumir en seis aspectos fundamentales.
1. Control de Torque y Velocidad
Éste es el alma de los variadores y por esto fueron creados. Antes de que un variador de velocidad pueda ser un variador de velocidad, primero debe ser un controlador de torque. Sabemos que para acelerar un objeto se debe aplicar una fuerza; y no sólo durante la aceleración, también para sostener la velocidad o incluso para frenar; el objetivo será tener control sobre la velocidad logrando el comportamiento apropiado para cada tipo de máquina.
En la industria, a pesar que la mayoría de las máquinas se mueven con motores eléctricos, cada una de ellas exhibe una fuerza de oposición distinta ante el empuje que le aplica el motor, por lo que es deseable que éste pueda darles un trato personalizado.
Para lograrlo, los variadores de velocidad cuentan con un parámetro programable, conocido como Tipo de Control Motor, encargado de desarrollar la fuerza correcta en la medida en que la máquina cambia de velocidad. Se trata de un algoritmo matemático que puede ser Vectorial o Escalar, diferenciándose en tres aspectos: Precisión de velocidad, Desarrollo de Torque en bajas velocidades y el Tiempo de Respuesta Dinámica.
Los algoritmos vectoriales ofrecen el mejor desempeño, mientras que los escalares se usan cuando la placa del motor se ha borrado o cuando se alimenta más de un motor con el mismo variador. Por eso todos los modelos de variadores de velocidad Altivar de Schneider Electric disponen de ambos métodos.
2. Protección Integral
Un variador de velocidad además de protegerse a sí mismo contra eventos como sobretensión, subtensión, pérdida de fase, cortocircuito en los IGBTs, etc.; también protege al motor y a la máquina. Funciones como monitoreo térmico, reducir las sobretensiones o detectar un exceso de corriente de fuga a tierra, están disponibles para evitar daños en el motor.
Con respecto a la máquina, un variador es capaz de detectar una pérdida repentina de carga, un exceso de esfuerzo, el giro en reversa e incluso una condición de atascamiento. La familia Altivar Process 600 ofrece funciones de protección avanzadas para aplicaciones de bombeo, como detección de bomba seca, baja presión de succión, riesgo de cavitación y número elevado de arranques, entre otras funciones, mientras el Altivar Process 900 ofrece funciones como por ejemplo sincronizar el frenado eléctrico que desarrolla el motor, con un freno eléctrico externo en la máquina, entre muchas otras.
3. Interfaz Monitoreo
Cuando hablamos de variación de velocidad, nos enfrentamos al reto de controlar una máquina, por lo general mecánica o hidráulica, que no tiene posibilidad de comunicarse en nuestro idioma; sin embargo, en el momento en que instalamos un variador, estamos creando una interfaz que permite esa interacción hombre-máquina. Variables como velocidad, torque, temperatura, horas de operación, consumo de energía y muchas más, que antes no se tenían disponibles, ahora sí lo estarán.
En el caso de los Altivar Process 600, se da la posibilidad de personalizar las unidades de medida del proceso, mostrándolas directamente en su pantalla. Por ejemplo, ver la presión de la bomba en psi o el caudal en litros por minuto, así como definir la moneda de nuestro país y las unidades de temperatura; es información que se presenta de manera amigable. Además, ofrece ayuda inteligente en caso de falla, sugiriendo cuales son las posibles causas y soluciones, reduciendo los tiempos de parada de un proceso.
4. Automatización Lista para Usar
Los variadores de Schneider Electric incluyen de base funciones de automatización, como por ejemplo operación en velocidad automática, controlador PID, limitación de la fuerza del motor, definir la forma de la rampa de aceleración y los límites de velocidad; entre otras funciones, que facilitan la adaptación del comportamiento del motor, al requerimiento de cada máquina.
Los variadores Altivar Process 600 integran un excelente paquete de funciones para automatización de bombas ,que incluyen anti-atasco, estimación de caudal sin sensor, visualización de la curva cabeza-caudal de las bombas, seguimiento del punto de máxima eficiencia, control de nivel de tanques, multi-bombas con alternancia y adición, PID para presión o caudal; entre otras funciones.
Por otra parte, los Altivar Process 900 son más especializados en automatización de grúas con funciones cómo, sincronización con el freno mecánico, izaje de alta velocidad, medición del peso de la carga, posicionamiento por sensores, maestro esclavo sobre ethernet, compartir carga entre dos motores o compensación del juego mecánico de los reductores de velocidad. Así mismo, el Altivar Machine 320 viene con PLC embebido y funciones de seguridad certificadas para maquinaría, además de funciones dedicadas a aplicaciones de grúas y bobinadoras.
5. Conectividad a todo Nivel
La información de las variables y estado de la máquina en muchas ocasiones requiere ser procesada, almacenada o analizada en otro dispositivo, y para ello, es fundamental poder sacarla del variador a través de protocolos de comunicación.
De fábrica todos los variadores de Schneider Electric manejan comunicación ModbusRTU y los más sofisticados como el Process 600, manejan de base ModbusTCP sobre ethernet, además EthernetIP en la familia Altivar Process 900. Dado que estos equipos están hechos para operar en un entorno de industria4.0 cuentan con certificación de Cyber-Seguridad Aquiles2 así como Servidor Web personalizable.
6. Ahorro y Gestión de Energía
El ahorro de energía es uno de los argumentos más frecuentes de nuestros clientes para justificar la compra de un variador de velocidad. Existen dos poderosas herramientas para lograr ahorros muy importantes en un proceso. Éstas son: el uso del Control PID y la correcta programación del Algoritmo de Control Motor. La primera, induce variar la velocidad del motor, al tiempo que garantiza la correcta operación del proceso; mientras que la segunda, asegura que el motor desarrolle la fuerza correcta, en función del tipo de máquina que está siendo comandada.
Los variadores Altivar Process permiten realizar tareas de Gestión de Energía, entregando reportes de consumo energéticos por horas, días, semanas, meses y hasta años; generan KPIs, cálculos de ahorro de energía, de dinero y de CO2.
Finalmente, gracias al avance en los convertidores electrónicos de potencia, la tecnología de Schneider Electric, permite implementar otras funciones de ahorro como la función STOP&GO, compartir Bus DC, reinyectar energía de frenado a la red o implementar algoritmos de control motor, basados en la adaptación automática del torque del motor, para generar mayores ahorros.
Conclusión
Con esto terminamos la lista de las seis ventajas más importantes en el uso de variación de velocidad para control de motores. La gran invitación para los ingenieros de automatización es a experimentar la enorme funcionalidad que tiene esta tecnología; si eliminamos la práctica de usar únicamente la orden de arranque y cambio de velocidad, logaremos resultados fantásticos, tanto en el comportamiento de las máquinas, como en las características del producto final y en la continuidad del proceso.
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