Aplicación de los variadores de frecuencia en bombas sumergibles (4ª PARTE)

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En las bombas verticales de velocidad variable es más probable que se den zonas operacionales de excesiva vibración que en las máquinas horizontales. Esto se debe a que tales bombas tienen una frecuencia natural inferior que es más probable coincida con la velocidad de funcionamiento.

• Consideraciones adicionales para VFDs: La introducción de VFDs requiere consideraciones de aplicación y diseño adicionales. VFDs pueden ajustarse a la mayoría de los motores existentes en Europa y otras áreas, que usan redes de 400 V. Sin embargo, este no es el caso en Estados Unidos y otras áreas donde los voltajes de red exceden los 440 V. Aquí, a menudo son necesarios motores con aislamiento reforzado para servicio con inversor.

La alta tasa de conmutación en la forma de onda PWM puede ocasionalmente llevar a problemas. Por ejemplo:

• La velocidad del frente de onda puede causar  perturbaciones electromagnéticas, requiriendo un apantallamiento eléctrico adecuado (cables apantallados). Filtros en la salida del inversor pueden eliminar este problema.
• Los sistemas de aislamiento de los viejos motores pueden deteriorarse más rápidamente debido a la rápida velocidad del cambio de voltaje. De nuevo, los filtros pueden eliminar este problema.
• Los recorridos de cable largos pueden causar “efectos de la línea de transmisión”, y pueden causar un voltaje incrementado en los terminales de los motores.

Los voltajes pueden inducirse en los ejes de los motores más grandes, llevando potencialmente a corrientes de circulación, que puede destrozar los rodamientos. Se requieren las siguientes medidas correctivas.

• Se recomiendan rodamientos aislados en todos los motores de más de 100 kW.
• Los filtros de modo común pueden ser requeridos adicionalmente para potencias y voltajes más altos.

El convertidor tendrá pérdidas, y los requerimientos de ventilación para la electrónica puede ser un asunto importante. La esperanza de vida del convertidor está generalmente directamente relacionada con la temperatura de los componentes internos, especialmente condensadores.

El convertidor puede requerir instalación en un ambiente menos pesado que el engranaje de control del motor al que reemplaza. Específicamente:

• La electrónica es menos capaz de arreglársela con localizaciones corrosivas y húmedas que los arrancadores convencionales.
• La operación de un VFD en una atmósfera potencialmente explosiva usualmente no es posible.

Cables de alimentación

La sección de los cables prolongados debe calcularse, para fuera del agua, en función de la distancia existente entre el punto de entrada de alimentación de fluido eléctrico.

En el empalme de los cables pueden usarse cartuchos de resina, cintas vulcanizadas o funda termoretráctil para proporcionar la estanqueidad requerida.

Cable de tierra

El motor debe conectarse a tierra con un cable correctamente dimensionado, y éste, a una adecuada toma de tierra.

Al dimensionar el cable de tierra debemos tener en cuenta la potencia del motor.

La instalación de tierra es imprescindible para un correcto funcionamiento y eficacia de las protecciones, de los controles y de los pararrayos.

Cables

• Es recomendable utilizar cables apantallados simétricos con tierra concéntrico, EMC. Estos es más importante cuanto más grande es el motor (> 200 kW).
• El empalme cable motor /cable alimentación debe estar lo más próximo al motor.

Longitud de cables a motor

Debido al efecto capacitativo del cable sobre el convertidor de frecuencia debe considerarse la distancia máxima entre el convertidor y motor. Esta distancia vendrá dada por el fabricante y son comunes las que van de 30 a 300 m.

Otras consideraciones sobre las distancias son las siguientes:

• Si las distancias son superiores a las recomendadas e inferiores a 600 m se utilizarán filtros dU/dt de salida.
• Si las distancias son superiores a 600 m se utilizarán filtros senoidales.
• En instalaciones con red de 690 V se utilizan siempre filtros dU/dt hasta 300 m. Desde 300 m se utilizan filtros senoidales.

El efecto de un filtro du/dt podemos verlo en el siguiente ejemplo:

-          Tensión de salida sin filtro:

-          Tensión de salida con filtro:

Recomendaciones

-          Para motores sumergibles utilizar siempre filtros de salida entre motor y convertidor

Conexión de tierras

• El convertidor de frecuencia siempre debe estar conectado por tierras por un cable de la sección adecuada.
• El cable de tierras del motor debe conectar a la conexión de tierras del convertidor de frecuencia.
• La malla no se conecta a la tierra del filtro, sino a la malla del siguiente tramo del cable. Así, establece el paso más fácil para las corrientes de circulación parásitas.

Elementos asociados a la instalación

Los elementos asociados a la instalación son los siguientes:

• Manómetro de presión: Utilizar un manómetro preferentemente con indicación por aguja para detectar la presencia de golpes de ariete.
• Válvulas de regulación: Son válvulas de control que permiten la regulación del caudal de salida.
• Sondas de nivel: En pozos con gran variabilidad de entrada de agua se recomienda la instalación de sensores de nivel para evitar que el grupo hidráulico pueda funcionar en seco, lo cual dañaría de inmediato la bomba y el motor.

Picos de voltaje y sobretensiones

Las causas son:

•  Caída de rayos en las inmediaciones.
•  Conmutación de grandes cargas inductivas en la línea.
• Conmutación de equipos de potencia en la línea.

Estos picos y sobretensiones transitorias pueden transmitirse a los bobinados del motor y dañar la resistencia de aislamiento.

La solución pasa por la instalación de un pararrayos.

-          Lo más cerca posible del motor (boca del pozo).

-          Conectarlo al cable de tierra proveniente del motor.

-          Conectar éste a una buena toma de tierra.

Sin embargo, debemos tener en cuenta que es prácticamente imposible proteger al motor de la caída directa de un rayo de millones de voltios.

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