14 abril 2012

Aplicación de los variadores de frecuencia a las bombas sumergibles (2ª PARTE)




Ver 1ª PARTE

Efecto de la velocidad en el rendimiento de succión de la bomba

La entrada del líquido al ojo del impulsor gira y se divide en chorros separados por los bordes principales de los vanos del impulsor, una acción que localmente cae la presión por debajo de la temperatura de entrada a la bomba. Si el líquido de entrada está a una presión con insuficiente margen encima de la presión de vapor, entonces las cavidades de vapor, o burbujas, aparecen a lo largo de las aspas del impulsor justo detrás de los bordes de entrada.  Estas colapsan más a lo largo de las aspas del impulsor donde la presión se ha incrementado. Este fenómeno es conocido como cavitación, y tiene efectos no deseables en la vida de la bomba.

Incrementando la velocidad de la bomba tendremos un efecto negativo en el rendimiento de succión y ese efecto debe ser estudiado minuciosamente. A la inversa, reduciendo la velocidad tendremos un efecto positivo.

Tipos de arranque en bombas sumergidas

a)      Arranque directo: Arranque del motor directamente de la alimentación.

b)      Arranque estrella – triángulo: El arranque del motor se produce en dos etapas. En algunas aplicaciones puede ser conveniente la conexión de un motor estrella-triángulo en estrecha. Por ejemplo para utilizar el motor 220/389 V ET  como 220 V AD, debería realizarse la conexión en triángulo de las conexiones del motor.

c)       Arrancador progresivoLas mangueras de impulsión de las bombas son flexibles hasta con un tamaño de 4”. Por ello y dado que las bombas pueden colgarse a una profundidad de más de 200 m el arranque provoca un golpe sobre la pared del pozo. Por ello, si la aplicación lo permite, es preferible arrancar la bomba de manera progresiva. El arranque y parada del motor se realiza progresivamente variando la alimentación. Las ventajas son un arranque y parada progresiva que minimizan el golpe de ariete. Como desventajas encontramos que no se pueden trabajar con sistemas de alimentación monofásicos. Su aplicación se aconseja para todas las potencias. En alguna aplicación tal como el riego por aspersión no es posible el arranque suave de la bomba ya que si se hiciera de esta manera el aspersor comenzará a regar con poca presión al principio y se encharcaría la zona cercana (esto también sucede con arranques estrella-triángulo de bombas trifásicas). Otra aplicación donde no es posible el uso de este tipo de arranque es el supuesto de que la bomba de pozo alimente a un grupo de presión constante que tenga un bajo volumen de acumulación de agua; al bajar la presión de la red por debajo del límite se requiere suministro de presión de manera inmediata, lo cual no se consigue arrancando la bomba de manera lenta. En el caso de que el grupo de presión tuviera un elevado pulmón de agua se podría jugar con el ajuste de la presión para arrancar de manera lenta.

d)      Variador de frecuencia (VDF). El arranque y parada del motor se realiza progresivamente variando la frecuencia de alimentación al motor. Las ventajas son que podemos regular el caudal y prefijar la presión. Permite controlar sistemas con alimentación monofásica. Está aconsejado para todas las potencias.

Arrancadores progresivos en motores sumergibles

La tensión de arranque debe ser al menos el 55 % de la tensión nominal de funcionamiento para asegurar el par de arranque adecuado.

El tiempo de la rampa de aceleración y de parada debe ser como máximo de 3 segundos.

Uso de variadores de frecuencia en motores sumergibles

La mayoría de los sistemas existentes que requieren un control del caudal hacen uso de líneas de bypass, válvulas de estrangulamiento, o ajustes de la velocidad de las bombas.  El sistema más eficiente es el control de la velocidad de las bombas. Cuando se reduce la velocidad de una bomba, menos energía se imparte.

El variador o convertidor de frecuencia es un aparato electrónico que nos sirve para variar la velocidad de los motores de inducción.

¿Para qué sirve?

Mejora el funcionamiento:

-          Arranque suave y controlado.
-          Eliminación del golpe de ariete.
-          No son necesarios los condensadores para la reactiva.

Ahorro energético.

Permite adaptar la velocidad del motor a las necesidades del proceso:

-          Control de la presión.
-          Control de nivel.
-          Control de caudal.

Soporta los microcortes.

-          Continua funcionando sin desconexión frente a pequeños fallos de red.

Reduce los golpes de ariete.

-          Paro controlado, disminución progresiva de la velocidad.

Sin condensadores.

-          No son necesarios para compensar la reactiva.

Reconexión automática

La intensidad del motor siempre debe estar por debajo de la indicada en la placa de características.

Verificar durante el funcionamiento que la velocidad del flujo de refrigeración es la mínima exigida:

-          Motores encapsulados 4”…8 cm/s, 6” y 8”…16 cm/s.
-          Motores rebobinables 8” (30 – 52 kW)… 20 cm/s, (55-93 kW)…50 cm/s
-          Motores rebobinables 10”…50 cm/s
-          Debido a las mayores pérdidas eléctricas del motor cuando éste trabaja con un variador de frecuencia, se debe incrementar un 10 % la potencia del motor requerida.
-          El variador debe ajustarse de forma que no se sobrepasen los valores límites de mínimo 30 Hz y máximo 50 Hz.
-          Entre 30 y 50 Hz hay que mantener la relación tensión/frecuencia constante (o sea 240V a 30Hz, 320V a 40 Hz, 400 V a 50 Hz (y de 50 Hz a 0).
-          Dejar un minuto entre varios arranques.
-          Es imprescindible limitar los picos de tensión a una rampa máxima de 500 V/𝛍s y a un pico de tensión máximo de 1000 V según norma EN 60034.

-          Utilizar filtros para disminuir los picos de tensión, especialmente cuando la longitud del cable entre el motor y el variador sea superior a 15 m.

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