Calculadora de Ahorro de Energia con Variador de Frecuencia

Que calcula esta herramienta

La calculadora responde una pregunta muy concreta: cuanto vas a ahorrar si le pones un variador de frecuencia a una bomba o a un ventilador que hoy trabaja a plena velocidad y regula su flujo con una valvula o una compuerta. La respuesta no es un porcentaje generico, sino un numero armado con tus datos: la potencia del motor, la velocidad media a la que de verdad opera, las horas que corre al ano, las eficiencias del motor y del variador, el precio de tu electricidad y el costo instalado del equipo. Con eso la herramienta compara dos mundos, el de hoy con estrangulacion y el de manana con velocidad variable, y te entrega la diferencia en kWh, en dinero y en CO2.

El resultado principal es el ahorro en dinero por ano, la cifra que casi siempre decide una compra. Junto a el, el panel muestra la energia ahorrada por ano en kWh, el porcentaje de energia que recortas frente al consumo con estrangulacion, el CO2 evitado en toneladas, el retorno simple de la inversion en anos, y las dos referencias que dan sentido a todo: la energia anual sin variador y la energia anual con variador. Ese par de numeros es la esencia del calculo, porque el ahorro no es mas que la resta de ambos, y verlos juntos te dice de un vistazo cuanto pesa la porcion que estabas tirando.

La grafica del panel pone las dos energias anuales lado a lado, la del sistema estrangulado y la del sistema con variador, para que la magnitud del ahorro entre por los ojos. En el caso por defecto, un ventilador de 30 kW a 80 por ciento de velocidad, la barra con variador es poco mas de la mitad de la barra estrangulada, y esa mitad recortada es dinero que hoy se va en calor y turbulencia inutil. Leer las dos barras juntas es la leccion central de la herramienta: un recorte de velocidad que suena pequeno produce un ahorro que suena imposible, y la razon es la ley del cubo.

Como se calcula el ahorro

El calculo se apoya en las leyes de afinidad y en un par de eficiencias. Para una carga centrifuga, la potencia de entrada con variador es la potencia nominal del motor multiplicada por la velocidad, expresada como fraccion de la plena, elevada al cubo, y dividida entre la eficiencia del motor por la eficiencia del variador. Es decir, potencia con variador igual a potencia nominal por velocidad al cubo, entre eta motor por eta variador. La potencia base, el mundo de hoy con estrangulacion o compuerta, es simplemente la potencia nominal dividida entre la eficiencia del motor, porque la valvula que estrangula deja al motor trabajando cerca de plena carga aunque el flujo baje.

La energia anual de cada mundo es su potencia multiplicada por las horas de operacion al ano. El ahorro en energia es la energia base menos la energia con variador, y el porcentaje de energia ahorrada es ese ahorro dividido entre la energia base. De ahi salen las tres cifras que interesan: el dinero ahorrado es los kWh ahorrados por el precio por kWh, el CO2 evitado es los kWh ahorrados por el factor de CO2 en kilos por kWh, convertido a toneladas, y el retorno simple en anos es el costo instalado del variador dividido entre el ahorro en dinero por ano.

Para una carga de par constante, un transportador o una bomba de desplazamiento positivo, la potencia no sigue el cubo. La herramienta cambia el modelo: la potencia varia de forma aproximadamente lineal con la velocidad, asi que la potencia con variador es la potencia nominal por la velocidad, no por la velocidad al cubo, entre las mismas eficiencias. Esto es clave, porque el mismo 80 por ciento de velocidad que en un ventilador ahorra casi la mitad de la energia, en un transportador de par constante apenas recorta una quinta parte. Elegir bien el tipo de carga antes de leer el numero es la diferencia entre una estimacion util y una fantasia.

Las leyes de afinidad

Las leyes de afinidad describen como se comporta una maquina centrifuga, una bomba o un ventilador, cuando cambias su velocidad de giro. Son tres relaciones sencillas y muy poderosas. La primera dice que el flujo es proporcional a la velocidad: si giras la bomba al 80 por ciento de sus revoluciones, entrega el 80 por ciento del flujo. La segunda dice que la altura, o la presion que genera, es proporcional al cuadrado de la velocidad: a 80 por ciento de velocidad, la altura cae a 64 por ciento. Y la tercera, la que manda para el ahorro, dice que la potencia es proporcional al cubo de la velocidad: a 80 por ciento de velocidad, la potencia cae a 51.2 por ciento.

Esa tercera ley es el corazon de todo. Como la potencia sigue el cubo, la fraccion de energia que ahorras al reducir la velocidad es 1 menos la velocidad elevada al cubo. Reducir la velocidad al 80 por ciento significa una potencia de 0.8 al cubo, es decir 0.512, asi que ahorras cerca del 49 por ciento de la potencia de flecha solo por bajar un 20 por ciento las revoluciones. Ese salto casi violento entre un recorte modesto de velocidad y un recorte enorme de potencia es lo que hace del variador de frecuencia una de las medidas de eficiencia energetica con mejor retorno en la industria.

Las leyes de afinidad valen para maquinas centrifugas de par variable, donde el par que la maquina pide crece con el cuadrado de la velocidad y la potencia con el cubo. Una bomba centrifuga que mueve agua contra friccion, un ventilador que empuja aire por un ducto, un soplador centrifugo: todos ellos obedecen el cubo con buena aproximacion mientras el sistema sea dominado por friccion. Cuando el sistema tiene un componente de altura estatica alta, o cuando la carga es de par constante en lugar de par variable, las leyes de afinidad dejan de aplicarse limpias y el ahorro real cae por debajo del cubo, un matiz que la herramienta te deja modelar.

Por que la potencia sigue el cubo

La ley del cubo puede sonar a magia, pero sale de multiplicar dos de las leyes de afinidad. La potencia hidraulica que una bomba entrega al fluido es el flujo por la altura. El flujo es proporcional a la velocidad, y la altura es proporcional al cuadrado de la velocidad, asi que su producto, la potencia, es proporcional a la velocidad por la velocidad al cuadrado, es decir a la velocidad al cubo. Lo mismo ocurre en un ventilador: el caudal de aire escala con la velocidad y la presion con el cuadrado, y su producto, la potencia, con el cubo. No hay truco, solo dos relaciones que se multiplican.

La consecuencia practica es enorme y poco intuitiva. Nuestra intuicion es lineal: si bajo el flujo un 20 por ciento, espero ahorrar un 20 por ciento de energia. Pero la fisica de las maquinas centrifugas no es lineal, es cubica, y por eso bajar el flujo un 20 por ciento ahorra casi el 50 por ciento de la potencia. Al reves, empujar una bomba un poco por encima de su velocidad nominal dispara el consumo, porque un aumento pequeno de velocidad se eleva al cubo. Esta asimetria es la razon por la que sobredimensionar una bomba y luego estrangularla con una valvula es tan caro: el motor gasta como si entregara todo, mientras la valvula quema el exceso en calor.

Comparar los dos metodos de control lo deja claro. Estrangular con una valvula reduce el flujo aumentando la resistencia del sistema, pero el motor sigue girando a plena velocidad y consume casi la potencia nominal; el flujo baja, no el consumo. Reducir la velocidad con un variador baja las revoluciones de la propia bomba, y ahi la ley del cubo recorta la potencia de forma brutal. La misma reduccion de flujo, un 20 por ciento, cuesta casi la potencia plena con valvula y poco mas de la mitad con variador. Esa brecha es el ahorro que esta calculadora cuantifica.

Velocidad media frente a perfil de carga

La herramienta ofrece dos formas de describir como opera tu equipo, y elegir bien entre ellas cambia la honestidad del resultado. El modo de velocidad media es el rapido: le das una sola velocidad promedio y las horas totales al ano, y la calculadora asume que el equipo trabaja siempre a esa velocidad. Es util para una primera estimacion o cuando el proceso es bastante estable, pero tiene una trampa: la energia sigue el cubo, y el cubo de un promedio no es igual al promedio de los cubos. Un equipo que pasa mitad del tiempo a 100 por ciento y mitad a 60 por ciento no consume lo mismo que uno que corre siempre a 80 por ciento, aunque su promedio sea el mismo.

El modo de perfil de carga resuelve esa trampa. En lugar de una sola velocidad, le das una tabla de renglones, cada uno con una velocidad en porciento y las horas al ano que el equipo pasa a esa velocidad. La calculadora eleva al cubo cada velocidad por separado, calcula la energia de cada renglon y las suma, de modo que las horas caras a alta velocidad y las horas baratas a baja velocidad quedan bien contabilizadas. La energia con variador es la suma sobre los renglones de horas por potencia nominal por velocidad al cubo, entre las eficiencias; la energia base es el total de horas por la potencia nominal entre la eficiencia del motor.

La diferencia entre los dos modos no es teorica. Un tercer ejemplo mas abajo muestra una bomba de 45 kW que corre 1,500 horas a 100 por ciento, 4,000 horas a 75 por ciento y 2,500 horas a 50 por ciento; el perfil real da un ahorro de 214,814 kWh al ano, un numero que una sola velocidad media no habria clavado. Siempre que tengas los datos, usa el perfil de carga: es la unica forma de capturar el hecho de que casi todo el ahorro de un variador se cosecha en las horas que el equipo pasa a baja velocidad, justo donde la ley del cubo trabaja mas a tu favor.

Par variable frente a par constante

No todas las cargas ahorran igual con un variador, y confundir el tipo de carga es el error mas costoso al estimar. Las cargas de par variable son las maquinas centrifugas: bombas centrifugas, ventiladores, sopladores. En ellas el par que la maquina pide crece con el cuadrado de la velocidad y la potencia con el cubo, asi que bajar la velocidad recorta la potencia de forma dramatica. Estas son las cargas donde un variador brilla, y donde la ley del cubo aplica con buena aproximacion.

Las cargas de par constante son otra historia. Un transportador de banda, una bomba de desplazamiento positivo, un compresor de tornillo o reciprocante, una banda o un elevador: todos piden mas o menos el mismo par sin importar la velocidad, porque mueven una carga fija o comprimen a una presion fija. En ellas la potencia varia de forma aproximadamente lineal con la velocidad, no cubica. Bajar la velocidad al 80 por ciento en un transportador recorta la potencia solo al 80 por ciento, un ahorro de alrededor del 20 por ciento, muy lejos del 49 por ciento que da el mismo recorte en un ventilador.

La herramienta te obliga a elegir el tipo de carga precisamente para no mentirte. Con la carga en centrifugo aplica el cubo; con la carga en par constante cambia a la relacion lineal y el ahorro se desploma a una fraccion. Un ejemplo mas abajo muestra un transportador de 15 kW a 80 por ciento de velocidad que ahorra apenas 17.5 por ciento, no 47 por ciento, exactamente porque es par constante y no un ventilador. Antes de confiar en cualquier numero de ahorro con variador, verifica que la carga sea de verdad centrifuga; si es de par constante, el variador puede seguir siendo util para control de proceso, pero el ahorro de energia sera modesto.

La altura estatica se lleva el ahorro

Las leyes de afinidad suponen que toda la altura que la bomba genera se gasta venciendo friccion, y esa friccion escala con el cuadrado de la velocidad. Muchos sistemas reales no son asi. Una bomba que sube agua a un tanque elevado, que llena una torre o que empuja contra una presion fija tiene una altura estatica, una componente de altura que no depende del flujo y que la bomba debe vencer siempre, incluso a bajo caudal. En estos sistemas de altura estatica alta, la ley del cubo pura sobreestima el ahorro, a veces por mucho.

La razon es geometrica. Si una parte importante de la altura es estatica, la bomba no puede reducir sus revoluciones tanto antes de que su altura, que cae con el cuadrado de la velocidad, quede por debajo de la altura estatica; en ese punto el flujo se detiene. Es decir, el rango util de reduccion de velocidad se acorta, y dentro de ese rango la potencia no cae tan rapido como el cubo sugiere. Una bomba con 70 por ciento de altura estatica puede ahorrar apenas la mitad de lo que ahorraria una bomba de pura friccion a la misma reduccion de velocidad.

La herramienta incluye una casilla para marcar los sistemas de altura estatica alta y tratar el resultado con cautela, y la mejor practica en estos casos es usar el modo de perfil de carga con velocidades realistas, medidas o estimadas a partir de la curva del sistema, en lugar de confiar en el cubo puro. Cuando tengas un sistema mixto, con friccion y estatica, el ahorro verdadero cae en algun punto entre la relacion cubica y la lineal, mas cerca del cubo cuando domina la friccion y mas cerca de lo lineal cuando domina la estatica. Trata la cifra optimista del cubo como el techo del ahorro, no como la apuesta central.

La eficiencia del motor y del variador

El variador no es gratis en energia: introduce sus propias perdidas, y el modelo las contabiliza con dos eficiencias. La eficiencia del motor, tipicamente entre 90 y 96 por ciento en motores modernos IE3 o IE4, describe cuanta de la potencia electrica que entra al motor se convierte en potencia mecanica en la flecha. La eficiencia del variador, generalmente entre 95 y 98 por ciento, describe cuanta de la potencia electrica que entra al variador llega al motor despues de las perdidas de conmutacion de la electronica de potencia. Ambas aparecen en el denominador de la potencia con variador.

Por defecto la herramienta usa 92 por ciento de eficiencia de motor y 97 por ciento de eficiencia de variador, valores razonables para un accionamiento industrial tipico. Su producto, cerca de 89 por ciento, es la eficiencia combinada del conjunto motor mas variador. Puede parecer que esa perdida del 11 por ciento borraria buena parte del ahorro, pero no es asi: la misma eficiencia del motor afecta tanto al mundo con variador como al mundo estrangulado, y la pequena perdida extra del variador es minuscula frente al enorme recorte que produce la ley del cubo al bajar la velocidad. El ahorro de bajar de plena velocidad al 80 por ciento supera con creces el costo energetico del propio variador.

Aun asi, conviene poner numeros honestos. Un motor viejo y sobredimensionado puede rondar 88 por ciento de eficiencia, y un variador economico quiza 95 por ciento; si tus datos son esos, cambialos en la herramienta y el ahorro estimado bajara un poco, reflejando la realidad de tu equipo. Al reves, si vas a sustituir un motor viejo por uno IE4 al mismo tiempo que instalas el variador, parte del ahorro vendra del motor nuevo y parte del variador, y conviene separar ambos efectos para no atribuir al variador un ahorro que en realidad dio el motor.

El dinero, el CO2 y el retorno

Los kWh ahorrados son el nucleo tecnico, pero la decision se toma en pesos y, cada vez mas, en toneladas de CO2. La herramienta convierte el ahorro de energia en dinero multiplicando los kWh ahorrados por el precio de la electricidad por kWh que tu ingreses. Ese precio deberia ser el costo marginal real de tu energia, incluyendo cargos por demanda si aplican, no solo la tarifa base, porque el ahorro de un variador suele recortar tanto la energia como la demanda pico. Un precio bien elegido hace que el retorno estimado sea creible.

El CO2 evitado sale de multiplicar los kWh ahorrados por el factor de emision de tu red electrica en kilos de CO2 por kWh, y la herramienta lo reporta en toneladas al ano. El factor por defecto es 0.4 kilos por kWh, un valor intermedio; una red muy cargada de carbon puede rondar 0.6 o mas, y una red muy limpia con mucha hidroelectrica o renovable puede estar por debajo de 0.2. Para reportes de sostenibilidad, usa el factor oficial de tu operador de red o de tu pais, porque el mismo ahorro de energia produce muy distintas toneladas de CO2 segun de donde venga la electricidad.

El retorno simple es el costo instalado del variador dividido entre el ahorro en dinero por ano, y da los anos que tarda el equipo en pagarse solo. Es una metrica cruda que ignora el valor del dinero en el tiempo, el mantenimiento y la vida util, pero es un excelente primer filtro: si el retorno simple es menor a un ano, como en la mayoria de los casos de bombas y ventiladores que corren muchas horas, la inversion casi siempre se justifica sin necesidad de un analisis financiero fino. Cuando el retorno pasa de dos o tres anos, como en cargas de par constante o de pocas horas, conviene un analisis mas cuidadoso antes de decidir.

Que cuesta un variador de frecuencia

El costo instalado de un variador es mas que el precio del equipo. El variador en si, para un motor de rango medio, suele costar del orden de decenas a algunos cientos de pesos por cada kW, con precio por kW mas bajo cuanto mas grande el motor. A eso hay que sumar la instalacion electrica, el gabinete o el espacio en tablero, los filtros de armonicos o los reactores de linea si el sitio los requiere, la programacion y la puesta en marcha, y a veces cambios en el cableado del motor para respetar las distancias que la salida del variador exige. Por eso la herramienta pide el costo instalado, no solo el precio de lista del variador.

Para las estimaciones de esta pagina se usan costos instalados de ejemplo, como 6,000 para el ventilador de 30 kW por defecto, 15,000 para la bomba de 75 kW o 3,000 para el transportador de 15 kW. Son cifras de orden de magnitud para ilustrar el retorno; para tu proyecto, pide una cotizacion real que incluya equipo, instalacion, filtros y puesta en marcha. Un costo instalado bien estimado es lo que separa un retorno defendible de una promesa que no se cumple cuando llega la factura del integrador.

Vale la pena recordar que el variador tambien trae beneficios que no aparecen en este calculo de energia: arranque suave que reduce el golpe mecanico y la corriente de arranque, mejor control de proceso, menos desgaste en la maquina, y a veces la posibilidad de quitar valvulas de control o compuertas que ya no hacen falta. Esos beneficios no entran en el ahorro de kWh, pero pesan en la decision, sobre todo cuando el retorno por energia es limite. Si el consumo energetico de tu sitio es un tema recurrente, la Gestion Energetica reune las herramientas para verlo de forma integral.

Cinco ejemplos resueltos

Ejemplo 1: ventilador al 80 por ciento, el caso por defecto

Un ventilador centrifugo de 30 kW corre 6,000 horas al ano y, con un variador, trabaja a una velocidad media del 80 por ciento en lugar de estrangular con una compuerta. Con una eficiencia de motor de 92 por ciento, una eficiencia de variador de 97 por ciento y electricidad a $0.12 por kWh, la herramienta calcula un consumo base sin variador de 195,652 kWh y un consumo con variador de 103,272 kWh, un ahorro de 92,380 kWh al ano. Eso son $11,086 ahorrados por ano y 37.0 toneladas de CO2 evitadas, un recorte del 47.2 por ciento de la energia del accionamiento. Con un costo instalado de 6,000, el variador se paga solo en cerca de 0.5 anos. La leccion es que un recorte modesto de velocidad, apenas un 20 por ciento, ahorra casi la mitad de la energia, porque la potencia sigue el cubo.

Ejemplo 2: bomba bajada al 60 por ciento

Una bomba centrifuga grande de 75 kW corre 8,000 horas al ano y opera a una velocidad media del 60 por ciento con variador. A $0.12 por kWh y con un costo instalado de $15,000, la herramienta reporta un ahorro de 506,948 kWh al ano, es decir $60,834 ahorrados por ano y 202.8 toneladas de CO2 evitadas, un recorte del 77.7 por ciento de la energia. El retorno simple es de apenas 0.2 anos. La leccion es que un recorte profundo de velocidad en una bomba grande que corre casi todo el ano es el premio mas grande de la planta: bajar al 60 por ciento significa una potencia de 0.6 al cubo, cerca del 22 por ciento, asi que ahorras casi cuatro quintas partes de la energia.

Ejemplo 3: perfil de carga real

Una bomba de 45 kW no corre a una sola velocidad: pasa 1,500 horas al ano a 100 por ciento, 4,000 horas a 75 por ciento y 2,500 horas a 50 por ciento, para un total de 8,000 horas. Usando el modo de perfil de carga, a $0.12 por kWh y con un costo instalado de $10,000, la herramienta suma la energia de cada renglon y reporta un ahorro de 214,814 kWh al ano, o $25,778 por ano y 85.9 toneladas de CO2 evitadas, un recorte del 54.9 por ciento. El retorno simple es de 0.4 anos. La leccion es que el numero honesto sale de las horas que el equipo pasa a cada velocidad, no de un solo promedio; el cubo de un promedio no es igual al promedio de los cubos, y el perfil real captura las horas baratas de baja velocidad donde vive casi todo el ahorro.

Ejemplo 4: transportador de par constante

Un transportador de banda de 15 kW, una carga de par constante y no una maquina centrifuga, corre 4,000 horas al ano y opera a una velocidad media del 80 por ciento con variador. A $0.12 por kWh y con un costo instalado de $3,000, la herramienta cambia al modelo lineal y reporta un ahorro de apenas 11,430 kWh al ano, o $1,372 por ano y 4.6 toneladas de CO2 evitadas, un recorte de solo el 17.5 por ciento. El retorno simple es de 2.2 anos, mucho mas largo que en los casos centrifugos. La leccion es que el mismo 80 por ciento de velocidad que en un ventilador ahorra 47 por ciento aqui ahorra solo 17.5 por ciento, porque un transportador es de par constante, no de par variable; el tipo de carga lo decide todo.

Ejemplo 5: bomba en unidades imperiales

Una bomba centrifuga se especifica en 50 HP, unos 37.3 kW, corre 5,000 horas al ano y opera a una velocidad media del 70 por ciento con variador. La herramienta acepta HP y trabaja internamente en kW. A $0.12 por kWh y con un costo instalado de $8,000, reporta un ahorro de 130,982 kWh al ano, o $15,718 por ano y 52.4 toneladas de CO2 evitadas, un recorte del 64.6 por ciento. El retorno simple es de 0.5 anos. La leccion es que la herramienta toma la potencia en HP y aun asi reporta el ahorro en kWh, dinero y CO2, para que puedas trabajar con la unidad de placa de tu motor sin convertir a mano.

Tres consejos de experto

El cubo es un regalo, pero solo para bombas y ventiladores

La ley del cubo hace que un recorte de velocidad del 20 por ciento en una carga centrifuga ahorre cerca del 49 por ciento de la potencia, un retorno casi increible. Pero ese regalo solo existe para cargas de par variable, las bombas centrifugas y los ventiladores. Un transportador o una bomba de desplazamiento positivo, cargas de par constante, al mismo 80 por ciento de velocidad ahorran apenas cerca del 20 por ciento, porque su potencia sigue la velocidad de forma lineal. Antes de confiar en cualquier cifra de ahorro, define el tipo de carga con honestidad: marcar centrifugo un transportador infla el ahorro a mas del doble de lo real y arruina el caso de negocio cuando la factura no baja lo prometido.

La altura estatica te roba el ahorro

Una bomba que levanta agua a una altura fija, con altura estatica alta, no puede bajar mucho sus revoluciones antes de que el flujo se detenga, porque su altura cae con el cuadrado de la velocidad y pronto queda por debajo de la altura que debe vencer. En esos sistemas el ahorro real esta muy por debajo del cubo puro, a veces la mitad. Usa el modo de perfil de carga con velocidades realistas y marca la casilla de altura estatica alta para tratar el resultado con cautela. Trata la cifra optimista del cubo como el techo del ahorro en sistemas de friccion, no como la apuesta central en sistemas donde la estatica manda.

Las horas y el perfil deciden el retorno

Un variador en un ventilador que corre 8,000 horas al ano a carga parcial se paga en meses; el mismo variador en una maquina que pasa casi todo el tiempo a plena velocidad apenas se paga. El ahorro es potencia por horas, y las horas a baja velocidad son las que llenan la alcancia. Mide el perfil real de operacion antes de comprar: cuantas horas al ano y a que velocidades trabaja de verdad el equipo. Un perfil medido convierte una corazonada en un caso con numeros, y evita tanto dejar pasar una bomba que ahorraria una fortuna como comprar un variador para una carga que nunca baja de velocidad y jamas lo justificara.

Donde encaja esta calculadora

Sirve a quien evalua, especifica o justifica un variador de frecuencia: ingenieros de energia que buscan proyectos de eficiencia con buen retorno, ingenieros de planta que dimensionan un accionamiento nuevo, tecnicos de mantenimiento que sospechan que una bomba estrangulada esta tirando dinero, integradores que arman el tablero de una linea y estudiantes que aprenden las leyes de afinidad con numeros reales. La idea es fijar el ahorro en kWh, en pesos y en CO2, mas el retorno simple, con cifras defendibles, antes de llevar el proyecto a aprobacion o de comprar el equipo.

Como la herramienta separa el tipo de carga, el modo de velocidad y las eficiencias, es facil probar escenarios. Puedes ver cuanto cambia el ahorro si el equipo corre mas horas, si baja mas la velocidad, si la carga resulta ser de par constante en lugar de centrifuga, o si el precio de la electricidad sube. Esa comparacion rapida convierte una decision de compra en una eleccion con datos. Encaja junto a las otras herramientas del silo de Automatizacion Industrial: la calculadora de velocidad de banda transportadora para el movimiento de la linea, la calculadora de fuerza de cilindro neumatico para el aire que consumen los actuadores, y la calculadora de tanque pulmon de aire comprimido para dimensionar el deposito de la sala de aire. El ahorro de energia que aqui estimas alimenta de forma natural la Gestion Energetica del sitio.

Preguntas frecuentes

Que hace esta calculadora de ahorro con variador de frecuencia?

Estima cuanta energia, dinero y CO2 ahorras al bajar la velocidad de una bomba o un ventilador con un variador de frecuencia, tambien llamado variador de velocidad, en lugar de estrangular con una valvula o una compuerta. Usa las leyes de afinidad, donde la potencia de una maquina centrifuga sigue el cubo de la velocidad, para comparar el consumo con estrangulacion frente al consumo con variador. El panel reporta los kWh ahorrados por ano, el dinero ahorrado, el CO2 evitado, el porcentaje de energia recortada y el retorno simple. En el caso por defecto, un ventilador de 30 kW a 80 por ciento de velocidad durante 6,000 horas ahorra cerca de 92,380 kWh, o $11,086 por ano, evita 37.0 t de CO2 y se paga en cerca de 0.5 anos.

Cual es la formula del ahorro con variador?

Para una carga centrifuga, la potencia con variador es la potencia nominal por la velocidad, como fraccion de la plena, elevada al cubo, entre la eficiencia del motor por la eficiencia del variador. La potencia base sin variador es la potencia nominal entre la eficiencia del motor. La energia anual de cada caso es su potencia por las horas de operacion, y el ahorro es la energia base menos la energia con variador. La fraccion de energia ahorrada es 1 menos la velocidad al cubo. El dinero ahorrado es los kWh ahorrados por el precio por kWh, el CO2 evitado es los kWh por el factor de CO2, y el retorno simple es el costo del variador entre el ahorro anual. Para una carga de par constante, la potencia sigue la velocidad de forma lineal en lugar del cubo.

Que son las leyes de afinidad?

Son tres relaciones que describen como cambia una maquina centrifuga, bomba o ventilador, al variar su velocidad de giro. El flujo es proporcional a la velocidad, la altura o presion es proporcional al cuadrado de la velocidad, y la potencia es proporcional al cubo de la velocidad. La tercera es la que manda para el ahorro: como la potencia sigue el cubo, bajar la velocidad al 80 por ciento reduce la potencia a 0.8 al cubo, es decir 51.2 por ciento, ahorrando cerca del 49 por ciento. Las leyes de afinidad aplican con buena aproximacion a cargas de par variable dominadas por friccion; pierden precision en sistemas de altura estatica alta y no aplican a cargas de par constante.

Por que un variador ahorra tanto si solo bajo un poco la velocidad?

Porque la potencia de una maquina centrifuga sigue el cubo de la velocidad, no la velocidad de forma lineal. La potencia es el flujo por la altura; el flujo escala con la velocidad y la altura con su cuadrado, asi que el producto, la potencia, escala con el cubo. Por eso bajar la velocidad un 20 por ciento, al 80 por ciento, recorta la potencia casi a la mitad, cerca del 49 por ciento de ahorro. Nuestra intuicion es lineal y espera un ahorro del 20 por ciento, pero la fisica es cubica. Esa asimetria es la razon por la que estrangular una bomba sobredimensionada con una valvula es tan caro y por la que el variador brilla en bombas y ventiladores.

Cual es la diferencia entre estrangular con valvula y usar un variador?

Estrangular con una valvula o una compuerta reduce el flujo aumentando la resistencia del sistema, pero el motor sigue girando a plena velocidad y consume casi la potencia nominal; baja el flujo, no el consumo, y el exceso de energia se quema en calor y turbulencia en la valvula. Un variador de frecuencia baja las revoluciones de la propia bomba o ventilador, y ahi la ley del cubo recorta la potencia de forma dramatica. La misma reduccion de flujo del 20 por ciento cuesta casi la potencia plena con valvula y poco mas de la mitad con variador. Esa brecha entre los dos metodos de control es exactamente el ahorro que esta calculadora cuantifica.

Que diferencia hay entre par variable y par constante?

Las cargas de par variable son las maquinas centrifugas, bombas centrifugas, ventiladores y sopladores; en ellas el par crece con el cuadrado de la velocidad y la potencia con el cubo, asi que un variador ahorra mucho. Las cargas de par constante, transportadores, bombas de desplazamiento positivo y compresores de tornillo o reciprocantes, piden mas o menos el mismo par a cualquier velocidad, y su potencia varia de forma aproximadamente lineal con la velocidad. Por eso bajar al 80 por ciento ahorra cerca del 49 por ciento en un ventilador pero solo alrededor del 20 por ciento en un transportador. La herramienta te pide elegir el tipo de carga porque el ahorro depende por completo de esa distincion.

Cuando debo usar el modo de perfil de carga?

Usalo siempre que el equipo trabaje a distintas velocidades a lo largo del ano y tengas o puedas estimar las horas a cada velocidad. El modo de velocidad media asume una sola velocidad constante, y como la energia sigue el cubo, el cubo de un promedio no es igual al promedio de los cubos, asi que una sola velocidad puede errar el ahorro real. El perfil de carga eleva al cubo cada velocidad por separado, calcula la energia de cada renglon y las suma, capturando las horas baratas de baja velocidad donde vive casi todo el ahorro. En el ejemplo de la bomba de 45 kW con tres tramos de velocidad, el perfil da 214,814 kWh de ahorro, un numero que un solo promedio no habria clavado.

Como afecta la altura estatica al ahorro?

La altura estatica es la parte de la altura que la bomba debe vencer siempre, sin depender del flujo, como levantar agua a un tanque elevado. Las leyes de afinidad suponen que toda la altura es friccion y escala con el cuadrado de la velocidad, asi que en sistemas de altura estatica alta el cubo puro sobreestima el ahorro. La bomba no puede bajar mucho sus revoluciones antes de que su altura caiga por debajo de la estatica y el flujo se detenga, lo que acorta el rango util de reduccion. Una bomba con mucha estatica puede ahorrar apenas la mitad de lo que ahorraria una de pura friccion. Marca la casilla de altura estatica alta y trata la cifra del cubo como el techo del ahorro, no como la apuesta central.

Por que importan las eficiencias del motor y del variador?

Porque el variador introduce sus propias perdidas y el modelo las contabiliza. La eficiencia del motor, tipicamente 90 a 96 por ciento, es cuanta potencia electrica se convierte en potencia de flecha; la eficiencia del variador, 95 a 98 por ciento, es cuanta potencia llega al motor tras las perdidas de la electronica. Ambas aparecen en el denominador de la potencia con variador. Por defecto se usan 92 y 97 por ciento, una eficiencia combinada cercana al 89 por ciento. Esa perdida no borra el ahorro, porque la eficiencia del motor afecta por igual al mundo estrangulado y al mundo con variador, y la pequena perdida extra del variador es minuscula frente al recorte cubico de bajar la velocidad.

Como calculo el CO2 evitado?

El CO2 evitado es los kWh ahorrados por ano multiplicados por el factor de emision de tu red electrica, en kilos de CO2 por kWh, convertido a toneladas. El factor por defecto es 0.4 kilos por kWh, un valor intermedio; una red muy cargada de carbon puede rondar 0.6 o mas, y una red limpia con mucha hidroelectrica o renovable puede estar por debajo de 0.2. Para reportes de sostenibilidad, usa el factor oficial de tu operador de red o de tu pais, porque el mismo ahorro de energia produce muy distintas toneladas de CO2 segun de donde venga la electricidad. En el caso por defecto, 92,380 kWh ahorrados a 0.4 kilos por kWh dan cerca de 37.0 toneladas de CO2 evitadas al ano.

Que tan preciso es el retorno simple?

El retorno simple es el costo instalado del variador dividido entre el ahorro en dinero por ano, y da los anos que tarda en pagarse. Es una metrica cruda que ignora el valor del dinero en el tiempo, el mantenimiento y la vida util, pero es un excelente primer filtro. Si el retorno es menor a un ano, como en la mayoria de las bombas y ventiladores que corren muchas horas, la inversion casi siempre se justifica sin analisis financiero fino. Cuando pasa de dos o tres anos, como en cargas de par constante o de pocas horas, conviene un analisis mas cuidadoso. Recuerda ademas que el variador trae beneficios que no entran en este calculo, como arranque suave, mejor control y menos desgaste.

Puedo usar HP en lugar de kW?

Si. La herramienta acepta la potencia nominal en kW o en HP; solo cambia la unidad en el selector e ingresa el numero de placa de tu motor. Internamente trabaja en kW, convirtiendo 1 HP a cerca de 0.746 kW, y siempre reporta el ahorro en kWh, dinero y CO2, sin importar la unidad de entrada. En el ejemplo de la bomba de 50 HP, unos 37.3 kW, a 70 por ciento de velocidad durante 5,000 horas, la herramienta reporta 130,982 kWh ahorrados, $15,718 por ano y 52.4 toneladas de CO2 evitadas. Poder trabajar con la unidad de placa evita errores de conversion a mano y hace mas rapido armar el caso de negocio.

Un variador sirve para cualquier motor?

Un variador de frecuencia puede controlar la mayoria de los motores de induccion trifasicos, pero el ahorro de energia grande solo llega con cargas de par variable, bombas centrifugas y ventiladores. En una carga de par constante, como un transportador o una bomba de desplazamiento positivo, el variador sigue siendo util para control de proceso, arranque suave y flexibilidad, pero el ahorro de energia es modesto porque la potencia sigue la velocidad de forma lineal. Ademas hay que cuidar aspectos tecnicos: motores aptos para variador o con aislamiento reforzado, distancias de cable dentro de limite, y filtros o reactores segun el sitio. Verifica siempre que el motor y la instalacion sean compatibles antes de instalar un variador.

Cuanto cuesta instalar un variador de frecuencia?

El costo instalado es mas que el precio del equipo. El variador en si suele costar del orden de decenas a algunos cientos de pesos por kW, con precio por kW mas bajo cuanto mas grande el motor. A eso se suman la instalacion electrica, el gabinete o el espacio en tablero, los filtros de armonicos o reactores de linea si el sitio los pide, la programacion y la puesta en marcha, y a veces cambios de cableado. Por eso la herramienta pide el costo instalado completo, no solo el precio de lista. Para tu proyecto, pide una cotizacion real que incluya equipo, instalacion, filtros y arranque; un costo bien estimado es lo que separa un retorno defendible de una promesa que no se cumple.

Esta calculadora es gratis y guarda mis datos?

Si, la herramienta es gratis y sin registro, y todo el calculo ocurre en tu navegador. Los numeros que ingresas nunca se envian a un servidor, ni se guardan, ni se comparten. Ademas puedes descargar un PDF limpio, exportar un CSV o compartir el resultado por WhatsApp. Esta calculadora es para fines educativos y de planeacion; confirma cualquier cifra que respalde una decision de compra con el fabricante del motor y del variador, con una auditoria energetica de tu sitio y con un ingeniero calificado, sobre todo en sistemas de altura estatica alta o de par constante, donde el ahorro real puede alejarse del modelo simple del cubo.