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¿Qué es y para qué sirve un variador de frecuencia?

Publicado por S&P el Jan 07, 2020
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Hoy es imposible entender la vida cotidiana sin las decenas de diferentes tipos de aparatos eléctricos que facilitan nuestras actividades, ya sea en nuestros hogares, en comercios, o en el entorno industrial. Todos estos aparatos, consumen energía y, para funcionar, necesitan de un motor eléctrico que se alimenta de la red de forma habitual.

Independientemente de cuál sea su función, es decir, si se destinan al ocio o al trabajo, estos motores eléctricos utilizan la electricidad para poder generar par y velocidad, siendo el objetivo último hacer funcionar el aparato al que estén conectados.

Básicamente, los motores eléctricos no siempre generan la velocidad o frecuencia necesitada por el aparato en cuestión al que sirven. Es aquí donde entra en juego el variador de frecuencia, que actúa como un intermediario para que se utilice únicamente la energía necesaria.

Además, tal y como explicaremos más adelante, los variadores o convertidores de frecuencia no solo sirven para mejorar la eficiencia energética de los aparatos conectados a la red, sino que colaborará a la reducción de costes de mantenimiento y de emisiones contaminantes (entre otras ventajas).

¿Qué es exactamente un variador de frecuencia?

Los variadores o convertidores de frecuencia son sistemas que se encuentran entre la fuente de alimentación eléctrica y los motores eléctricos. Sirven para regular la velocidad de giro de los motores de corriente alterna (AC).

Por sus siglas en inglés, solemos referirnos al variador de frecuencia como VFD, que viene de variable frequency drive, que se traduciría literalmente como “regulador/variador de frecuencia variable”. A pesar de ello, también están presentes en el mercado otras acepciones como puede ser VSD (variable speed drive o regulador de velocidad variable) o ASD (adjustable speed drive, conocido en castellano como “accionamiento de velocidad variable).

Regulando la frecuencia de la electricidad que recibe el motor, el variador de frecuencia consigue ofrecer a este motor la electricidad demandada, evitando así la pérdida de energía, o lo que es lo mismo, optimizando el consumo.

En lo referido a los ventiladores, lo que hace un variador de frecuencia es regular la velocidad rotacional de un motor, variando con el ello el caudal de aire, la presión y la potencia eléctricas. Debido a las llamadas “Leyes de la proporcionalidad”, variando las rpm (revoluciones por minuto) de un motor, cambiamos el caudal: lo más interesante de todo es que, reduciendo un 20% esa velocidad, el caudal se reducirá otro 20%, sin embargo, el consumo eléctrico caerá hasta un 50%.

Funcionamiento: ¿Cuáles son los principios básicos por los que se rige un variador de frecuencia?

Tal y como mencionamos arriba, un motor conectado a la red eléctrica cuenta con un par y una velocidad determinados. En el supuesto caso de que no se ajusten a lo requerido por un sistema concreto, podemos contar con un variador de frecuencia para ajustarlo a nuestras necesidades.

En definitiva, se trata de controlar la velocidad del motor. Los variadores o convertidores de frecuencia “convierten” (de ahí su nombre) la corriente alterna de la red eléctrica en corriente continua. Este es el primer paso del proceso y se lleva a cabo por una parte esencial del variador, llamada rectificador.

De aquí pasamos a la siguiente fase, de la que se encargan los condensadores del variador. Estos se cargan con la corriente continua transformada por el rectificador y suavizan la forma de onda de la corriente eléctrica resultante.

Finalmente, la última etapa es la del inversor, que convierte la corriente continua en corriente alterna, de nuevo. Así es como realmente el motor recibe el suministro ajustado a las necesidades de frecuencia y voltaje adecuados.

Diferentes tipos de variadores de frecuencia y usos

Para saber cuál es el variador de frecuencia que más se ajusta a los fines deseados, tendremos que conocer de antemano dos factores: cuál es el voltaje con el que estamos trabajando y cuál es el tipo de motor al que conectaremos el variador.

A grandes rasgos, estas serían las diferentes tipologías:

  • Variadores de frecuencia de corriente alterna: generalmente, son los aquí explicados en este artículo.
  • Variadores de frecuencia de corriente directa: destinados a motores alimentados por corriente continua.
  • Variadores de frecuencia de voltaje de entrada: se encargan de generar una nueva onda sinusoidal de tensión, introduciendo una serie de onda cuadrada y mediante la variación del voltaje.
  • Variadores de frecuencia de fuentes de entrada: en este caso es el caudal de onda cuadrada el que se recibe de entrada. Requieren grandes invesores para mantener una corriente constante.
  • Variadores de frecuencia de ancho pulso modulado: llamado PWM (por sus siglas en inglés pulse-width modulation), mantiene el par motor  constante por medio de una serie de pulsos de voltaje constantes realizados por unos transistores.
  • Variadores de frecuencia de vector de flujo de ancho de pulso modulado: cuentan con un microprocesador que gestiona el proceso de la regulación o variación de la corriente al motor.

Existen otras formas de categorizar los variadores de frecuencia, pero están lejos de la temática que tratamos aquí hoy. Por ejemplo, están los variadores mecánicos, que como su nombre indica, utilizan poleas o rodillos metálicos. También el caso de los variadores hidráulicos, que para regular la velocidad del motor utilizan algún tipo de fluido.

Estas son las ventajas de contar con un variador de frecuencia

Si bien el ahorro energético es el mayor y más destacado atributo que supone la instalación de los variadores de frecuencia, este está lejos de ser el único.

Un variador de frecuencia es habitualmente fácil de instalar y no requiere ningún tipo de mantenimiento o éste muy reducido, lo que añade, además, una prolongación de la vida útil de los equipos a los que va destinado, que ya de por sí ganan longevidad por recibir la electricidad que demandan y no más (ni menos).

Obviamente, estos beneficios – ligados a que el variador ofrece la energía necesaria – también pueden extenderse a otros campos como los medioambientales (no hay exceso de esfuerzo en los equipos), financieros (no hay gastos extraordinarios de consumo), u operativos (por ejemplo, por sobrecalentamiento de los dispositivos).

En último lugar, la menor exigencia para los motores industriales, regulados por un variador de frecuencia, ayudará a reducir ostensiblemente el ruido generado.

Variadores de frecuencia en sistemas de ventilación

Un variador de frecuencia se puede poner al servicio de motores eléctricos que formen parte de diferentes tipos de aparatos o sistemas. Por ejemplo, bombas, compresores, ventiladores, elevadores de vehículos, etcétera.

En general, son aquellos entornos en los que el variador se encuentra directamente conectados al motor. Así es el caso de los sistemas de ventilación, para los que es especialmente interesante contar con un variador o convertidor de frecuencia.

Entre algunas de las ventajas de utilizar un variador de frecuencia destinado a un sistema de ventilación, encontramos las siguientes:

  • Evitamos complicar la instalación: el variador de frecuencia sustituye otros métodos tradicionales.
  • Desaparece la necesidad de utilizar las correas trapeciales de los reguladores mecánicos. El convertidor o variador de frecuencia puede ir conectado a varios motores directamente. Como hemos mencionado ya en varias ocasiones, la velocidad requerida será la recibida.
  • Al eliminar estos factores mecánicos, eliminamos también residuos generados y mantenimiento extraordinario. A la vez, este nuevo sistema ocupará menos espacio y será menos ruidoso.
  • Debido a que el caudal y/o presión se regulan mediante el variador o convertidor de frecuencia, ya no es necesaria la instalación de válvulas o reguladores de compuertas.
  • Reducción de costes: los variadores de frecuencia pueden tener fama de ser unos dispositivos poco económicos, pero ayudan en primer lugar a evitar una instalación de un sistema más grande y costos, aparte de garantizar ahorro energético y menor mantenimiento. En definitiva, la reducción de costes puede estar tanto al principio del proceso como en el largo plazo.

Los sistemas de ventilación en los que aparece un variador de frecuencia pueden adecuar el caudal del aire a las necesidades del habitáculo al que están destinadas. Mayor o menor ventilación colaborará a la renovación ambiental, crucial en el entorno comercial, así como en el industrial, donde las exigencias pueden llegar a ser máximas.

Asesoramiento técnico en ventilación

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