Eficiencia energética en fábricas de piensos con la aplicación de variadores de velocidad en molinos

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Eficiencia energética en fábricas de piensos con la aplicación de variadores de velocidad en molinos

Eficiencia energética en fábricas de piensos

En este post explicamos cómo la aplicación de variadores de velocidad al accionamiento de molinos ayuda a conseguir importantes ahorros energéticos y mejora la eficiencia energética en fábricas de piensos.

Uno de los principales retos del control de la producción en fábricas de piensos y harinas es moler, lo más homogéneamente posible y con el menor consumo energético. En una fábrica de piensos, el consumo eléctrico de los motores supone más de un 90% del consumo total. Sólo el 5% de todos los motores pueden consumir más del 70% del consumo eléctrico total. Este 5% corresponde a los motores usados en la molienda, granulación, extrusión, mezclado y sistema de ventiladores. La mayoría de los motores son de inducción y pocos utilizan variadores de velocidad.

Este post trata sobre las pruebas realizadas en cuatro molinos de pienso accionados con arrancador estático o con variador de velocidad. Con ello se pretende demostrar las ventajas obtenidas mediante el accionamiento con variador y el importante ahorro energético obtenido. Además se consigue incrementar o mantener la calidad del pienso obtenido.

Para realizar este estudio se realizaron una serie de medidas en campo. Se utilizó un analizador de redes de altas prestaciones certificado y homologado y se procedió a una toma y adquisición de datos mediante la conexión del variador de frecuencia a un PC portátil. Se realizaron sucesivas tomas de datos cada 2 segundos y en ciclos sucesivos de trabajo para cuatro molinos. Se hizo trabajar a los molinos a frecuencias de 50 Hz, 45 Hz y alrededor de los 40 Hz para realizar un análisis comparativo a diversas velocidades de molienda. También se tomaron muestras del pienso molido resultante para verificar que la calidad del producto final no se viera afectada.

Los molinos 1 y 2 tienen el mismo sistema de salida del producto, lo mismo pasa con los molinos 3 y 4 por lo que los cambios de velocidad tienen que hacerse por parejas. Los cuatro molinos se alimentan con el mismo material proveniente de una tolva donde se han mezclado los diferentes tipos de granos que forman los ingredientes de la fórmula. Es un sistema de fabricación con premezcla ya que los molinos reciben un producto compuesto por diferentes tipos de grano.

 

Resultados de la aplicación de variadores de velocidad en molinos para la eficiencia energética en fábricas de piensos

Cada molino está accionado, actualmente, por un variador de frecuencia y un motor de 75kW.

Para analizar los resultados tomamos de referencia los datos obtenidos a una velocidad nominal de 50 Hz de motor (aprox. 2980 rpm). Con ello se pretendía contrastar los resultados obtenidos a menores velocidades de molienda, con los obtenidos a 50Hz (como si el molino se accionase mediante arrancador).

Como mínimo se tomaron datos en dos series sucesivas de funcionamiento para cada molino. Normalmente se tomaron series largas de funcionamiento de una hora o más de duración y sometiendo a los molinos a diversos cambios de velocidad para observar el comportamiento.

Las variables registradas fueron:

  • Corriente (I).
  • Potencia eléctrica (P).
  • Par (T).
  • Coseno de phi.
  • Velocidad (rpm)/frecuencia (Hz).

Eficiencia energética en fábricas de piensos

Las siguientes gráficas son una muestra representativa de series registradas a diferentes velocidades del 100% (50Hz), 90% (45Hz) y el 80% (40Hz). De ellas podemos observar el comportamiento del molino y finalmente se harán unas tablas comparativas.

Eficiencia energética en fábricas de piensos 2

Interpretación de los datos para la eficiencia energética en fábricas de piensos con la aplicación de variadores de velocidad en molinos

Analizando las gráficas y las tablas resumen podemos afirmar del molino que:

  • Se trata de un tipo de carga de par constante, ya que el par se mantiene constante independientemente de la velocidad de trabajo. 
  • Como se trata de una carga de par constante la potencia crece proporcionalmente a la velocidad. Como el par es constante a mayor velocidad la potencia demandada crece.
  • La corriente de motor tiene una gráfica de variación temporal y en relación a la velocidad muy similar a la de par, con lo que podemos afirmar que tienen una relación de proporcionalidad.
  • Al ser una carga de par constante para una determinada condición de carga, el par se mantendrá invariable independientemente de la velocidad de máquina. La potencia demandada se reduce con la velocidad, de ello se deriva el consiguiente ahorro energético obtenido.

Como se puede apreciar el ahorro energético obtenido es muy importante. Podemos ver que el ahorro medio se sitúa en un 24% al pasar de 50 a 40 Hz.

De media estamos ahorrando de 15 a 20 kW instantáneos en cada ciclo de trabajo en carga del molino, que es una cifra muy elevada relativa a la potencia del molino. Por otro lado, el molino se queda en funcionamiento en condiciones de vacío, entre molienda y molienda, durante un tiempo medio de 1min 20s durante los cuales mediante el variador también estamos reduciendo el consumo energético.

Eficiencia energética en fábricas de piensos 4

Amortización de la inversión al aplicar variadores de velocidad en molinos para la eficiencia energética en fábricas de piensos

Se pudo reducir de media un 20% la velocidad, obteniendo un ahorro medio de más del 20% de energía del molino.

Horas de trabajo anuales = 7200 h/año (300 días al año)

Coste energía aproximado = 0,071 €/kWh (puede oscilar de 7 a 10 céntimos de € por kWh)

El ahorro energético es:

AE = AP • Horas trabajadas = 12,86 kW • 7200 h/año = 92.592 kWh/año

Siendo el ahorro económico anual aproximado de:

Ahorro = AE • coste kWh = (92.592) kWh/año • 0,071 €/kWh = 6.574 €/año

Con este ahorro anual se puede recuperar la inversión de los variadores para la eficiencia energética en fábricas de piensos rápidamente en menos de un año de funcionamiento.

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