Eco-turbina. Turbo ventilador eléctrico 220 (VAC) – 50 (Hz), de bajo consumo: eficiente energéticamente

Resumen

Según el WorldEnergy Outlook 2017[1]  publicado por la Agencia Internacional de la Energía (AIE)[2] se evidencian algunas tendencias en el sistema energético mundial, en donde los motores eléctricos representarán un tercio del aumento de la demanda de energía eléctrica. Este aumento significa que millones de hogares agregarán electrodomésticos y sistemas de refrigeración. Recientemente la Agencia publicó un muy completo estudio[3] sobre la situación del uso de aires acondicionados[4] en el mundo. En la República Argentina, informes anuales de CAMMESA[5]: 2007 y 2016 indican que en ese período hubo un aumento del 45% en el consumo eléctrico en todos los sectores, lo que significa un problema en la generación y transmisión de energía. Se tornó una necesidad todas las medidas que se puedan tomar en sentido de la Eficiencia Energética (EE); lo que por otro lado significa una oportunidad en el diseño y desarrollo de productos industriales más eficientes en el consumo de la energía eléctrica.

En clara orientación con esta línea ética de reducción de la huella de carbono[6] y sustentada científicamente en el impacto ambiental, se desarrolló una turbina eléctrica de 220 (voltios), 50 (Hz) de corriente alterna (AC), para ser aplicado a motores de ventiladores[7]. Reduce un 59% el consumo de energía eléctrica, medida en kWh (kilo-Watts-hora), que es el modo en que se factura el consumo de energía. Según la Norma IRAM 62480:2017 se obtuvo una EE Tipo: A. Con un consumo de energía inferior a 55% del valor nominal; lo que representa 15 kWh/mes, valor que se calcula durante una (1) hora por día a máxima potencia (25 vatios para el prototipo).

Cabe destacar queexisten normasIE[8] de eficiencia energética para motores eléctricos, que no se pudieron constatar, dado que exceden a los recursos disponibles para este trabajo.

El objetivo ha consistido en aproximarnos de un modo más simple (tecnología) y económico (costos) a los variadores de frecuencia (VDF)[9] o drivers, que son una tecnología que reduce la energía eléctrica, manteniendo constante la relación tensión/frecuencia (volts/hertz) con una electrónica compleja y costosa (como los transistores bipolares de puerta aislada: IGBTs). Aquí se ha resuelto el problema manteniendo no-constante la relación (V/Hz) con un Triac BT 137 para uso en motores de inducción monofásicos de 220 (V), 50 (Hz) de corriente alterna (AC).

Para construir esta tecnología menos costosa (económicamente) y menos compleja (electrónicamente), se analizó la existencia -probada en el mercado-de otras aplicaciones tecnológicas similares, que puedan ser adaptadas y ensambladas a otras tecnologías también existentes; y que este ensamble pueda ser realizado de modo barato y funcional.

Este control de potencia para motores a-sincrónicos fue utilizado en un motor sincrónico de tipo PMSM. Las actividades llevadas a cabo para la construcción del prototipo son: adoptar un motor sincrónico de tipo PMSM (con rotor de imanes parmanentes de ferrite) obtenido a partir del estator de una electrobomba de lavavajillas de 65 (watts) de potencia, acoplado a las paletas de un rotor de un motor a-sincrónico de espiras de sombra[10] de microondas; que se controla mecatrónicamente con un control de potencia de disparo por Triac BT137 atenuador de onda de tensión (Voltios) e intensidad de la corriente (Amperios).

[1] International Energy Agency. World Energy Outlook 2017 [On line]. Available:  https://www.iea.org/weo2017/ [Accessed: 25-jan-2019]

[2] International Energy Agency. Energy Efficieny. The global exchange for energy efficiency policies, data and analysis [On line]. Available:  https://www.iea.org/topics/energyefficiency [Accessed: 25-jan-2019]

[3] International Energy Agency. The Future of Cooling. Opportunities for energy-efficient air conditioning [On line]. Available: https://webstore.iea.org/the-future-of-cooling [Accessed: 25-jan-2019]

[4]El uso de aires acondicionados y ventiladores eléctricos para mantenerse fresco representa casi el 20% del total de la electricidad utilizada en los edificios de todo el mundo en la actualidad.

[5] CAMMESA, Compañía Administradora del Mercado Mayorista eléctrico [<en línea]. Disponible en: http://portalweb.cammesa.com/default.aspx [Accedido: 25-ene-2019]

[6]La huella de carbono se conoce como gases de efecto invernadero (GEI) emitidos por efecto directo o indirecto de un individuo, organización, evento o producto. Tal impacto ambiental es medido llevando a cabo un inventario de emisiones de GEI o un análisis de ciclo de vida (ACV), siguiendo normativas internacionales reconocidas, tales como ISO 14064, PAS 2050 o GHG Protocol entre otras. 

[7] Los motores consumen el 46% del total mundial de electricidad (Fuente IEA: Efficiency Series, 2011).

[8] La norma IEC 60034-30-1 es la que establece el Código IE de eficiencia en motores eléctricos.

[9] La IEC 61800-9-2 se focaliza en la interacción de motores con los variadores de frecuencia (VFD). El 40% y el 60% de todos los sistemas de motores se beneficiarían del uso adecuado de los drivers.

[10] Espira de defrager o espira de arranque (espira en cortocircuito).