23 julio 2012

Sistema de bombeo de lubricante incluyendo un controlador de frecuencia variable




Los sistemas de bombeo a menudo se usan para transferir y/o filtrar fluidos y lubricantes. Por ejemplo, los sistemas de bombas de lubricantes pueden usarse para transferir un lubricante desde el depósito de reparte de un suministrador al tanque de almacenamiento del cliente. Debido al amplio cambio de temperatura y al amplio rango de viscosidades presentadas por los lubricantes comunes, los sistemas de bombas de lubricantes eléctricos a menudo deben operar a bajos caudales para mantener las cargas de motores bajo los límites de los circuitos disponibles. Utilizando bajos caudales estos sistemas operan durante periodos de tiempo extendidos no deseables. Las bombas de lubricantes operadas por aire han sido desarrolladas para bombear más rápidamente lubricantes de bombas que tengan viscosidades variables. Sin embargo, a veces es deseable utilizar sistemas eléctricos de bombeo de lubricantes en vez de sistemas de bombeo operados por aire.

Una forma de operar estas bombas es utilizar motores eléctricos controlados por variadores de frecuencia variable (VFD) para actuar sobre la bomba. La velocidad rotacional del motor eléctrico es gobernada por la frecuencia con una señal de potencia proporcionada por el controlador VFD. El controlador VFD es operable para controlar la velocidad rotacional del motor eléctrico usando la frecuencia de la señal de potencia para evitar que la corriente utilizada por el motor eléctrico exceda un nivel máximo de corriente de un circuito que impulsa el sistema de bombeo.

El motor eléctrico puede incluir cualquier elemento o combinación de elementos operables para rotar basándose en la señal de potencia proporcionada por el controlador del VFD. En algunas configuraciones, el motor eléctrico puede incluir un motor (AC) de corriente alterna que tenga una configuración de inducción trifásica o monofásica. Sin embargo, en algunas disposiciones el motor eléctrico puede incluir un motor síncrono AC. El motor eléctrico puede también incluir un amperímetro operable para supervisar la corriente extraída del motor eléctrico. El motor eléctrico puede incluir o ser acoplado con un motor DC, tal como un motor sin escobillas.

En algunas configuraciones, el conector que adquiere la señal eléctrica de entrada puede ser asociado con un sensor de voltaje que opera para supervisar el voltaje proporcionado por el circuito eléctrico – tal como el voltaje de la señal de entrada. Por ejemplo, el sensor de voltaje puede adaptarse para detectar cuando el voltaje proporcionado por el circuito eléctrico cae para permitir al controlador del variador tomar acciones correctivas de potencia. El sensor de voltaje puede ser cualquier elemento o combinación de elementos operable para detectar el voltaje proporcionado por el circuito eléctrico al conector. Por ejemplo, el sensor de voltaje puede incluir un voltímetro que se acopla con el conector y/o controlador VFD para medir el voltaje suministrado. El sensor de voltaje puede incluir muchos componentes digitales y analógicos para medir voltaje, incluyendo potenciómetros, detectores de nulo, circuitos integrados y otros componentes digitales tales como los amplificadores operacionales, lógica analógica discreta y digital, y otras. En algunas configuraciones, el sensor de voltaje puede ser integral con el controlador VFD. El sensor de voltaje puede medir continuamente o periódicamente el voltaje proporcionado por el circuito eléctrico y proporcional una señal analógica y/o digital para ser usada por el controlador VFD.

El controlador del VFD se acopla con el conector y motor eléctrico para controlar su operación y velocidad rotacional. El controlador del VFD puede utilizar la señal de entrada eléctrica para generar una señal de potencia con una frecuencia particular para causar que el motor rote a la velocidad deseada.
El sensor de voltaje puede medir continuamente o periódicamente el voltaje proporcionado por el circuito eléctrico y proporcionar la velocidad deseada. Por ejemplo, la velocidad de rotación del motor eléctrico puede ser determinada por la frecuencia de la señal de potencia y el número de polos en el devanado del estator:


Donde RPM es la velocidad rotacional del motor eléctrico en revoluciones por minuto, f es la frecuencia de la señal de potencia en hercios, y p es el número de polos en el devanado del estator del motor eléctrico. Como p es constante, el controlador VFD puede variar la velocidad rotacional del motor eléctrico variando la frecuencia de la señal de potencia. Por ejemplo, un incremento en la frecuencia de la señal de potencia dará como resultado un incremento en la velocidad rotacional del motor eléctrico.

El controlador VFD puede incluir cualquier elemento o combinación de elementos operables para recibir la señal de entrada desde el conector y generar la señal de potencia con una frecuencia deseada. En algunas configuraciones, el controlador del VFD puede incluir varios dispositivos de estado sólido, tales como conmutadores de semiconductor, rectificadores, inversores, convertidores de fase, puentes de diodo o una combinación, para convertir la señal de entrada en la señal de potencia deseada. Por ejemplo, el controlador del VFD puede convertir la señal de entrada AC proporcionada por el conector en una señal DC intermedia para conversión en una señal de potencia cuasi-sinusoidal para su uso por el motor eléctrico. El controlador del VFD puede alternativamente o adicionalmente proporcionar una señal DC para impulsar el motor eléctrico.

En algunas configuraciones, el controlador VFD puede adicionalmente o alternativamente incluir un microcontrolador, microprocesador, dispositivo lógico programable, procesador de señales digitales, lógica analógica y digital, o una combinación, para generar la señal de potencia deseada para ser usada en el motor eléctrico. El controlador VFD puede ser implementado en hardware, software y una combinación. Por ejemplo, el controlador VFD puede comprender software operable que se ejecuta por uno o más dispositivos de procesado y/o control para hacer funcionar elementos de bombeo de la manera deseada.

En algunas configuraciones, el sistema de bombas puede incluir una pluralidad de entradas para facilitar la operación del controlador VFD. Por ejemplo, para adquirir el máximo nivel de corriente asociado con el circuito eléctrico, el sistema de bombeo puede incluir una entrada de corriente máxima operable que el operador hará funcionar para establecer el nivel de corriente máximo asociado con el circuito eléctrico. La máxima corriente de entrada puede comprender una o más entradas funcionales, tales como botones, diales, e interruptores.

Las entradas asociadas con el sistema de bombeo pueden adicionalmente o alternativamente incluir una entrada de velocidad rotacional y una entrada de modo. La entrada de velocidad rotacional es operable para funcionar según una velocidad deseada del motor eléctrico u otras características de rendimiento del sistema de bombeo, tales como la presión de salida deseada. La entrada de velocidad rotacional puede comprender una o más entradas funcional, tales como botones, diales y conmutadores. Por ejemplo, la entrada de velocidad rotacional puede incluir u dial operable que se haga funcionar por el operador para establecer la velocidad rotacional deseada, tal como entre 0 a la máxima velocidad rotacional operable que se alcanza por el motor eléctrico y la bomba. El controlador VFD puede utilizar señales proporcionadas por la entrada de velocidad rotacional para acoplar la velocidad del motor eléctrico a la velocidad seleccionada. En algunas configuraciones, la entrada de velocidad rotacional puede corresponder a la característica detectada del fluido viscoso bombeado por la bomba para permitir que el operador instruya al controlador del VFD para acoplarse a la característica indicada. Por ejemplo, la entrada de velocidad rotacional puede funcionar a la presión de salida deseada y/o porcentaje de presión de salida correspondiendo a la presión de salida del fluido viscoso bombeado.

Para permitir al controlador VFD acoplarse a las características establecidas por la entrada de velocidad rotacional a una o más características supervisadas por el sensor, el sistema de la bomba puede incluir un sensor de salida operable para sentir una característica del fluido viscoso bombeado. Por ejemplo, el sensor de salida puede ser operable para sentir la presión del fluido del viscoso bombeado para permitir al controlador del VFD controlar la velocidad rotacional del motor eléctrico para producir una presión del fluido viscoso bombeado que corresponde a la presión del fluido viscoso indicada por el operador utilizando la entrada de velocidad rotacional. Adicionalmente o alternativamente, el sensor de salida y la entrada de velocidad rotacional puede corresponder con otras características relativas al fluido viscoso bombeado, tal como el caudal, volumen de caudal, temperatura del fluido, densidad del fluido o combinaciones. Así, el operador puede fácilmente controlar la presión de salida, u otras características del fluido viscoso bombeado, haciendo funcionar la entrada de velocidad rotacional para facilitar la filtración y otras aplicaciones de bombeo a, por ejemplo, extender y/o optimizar la vida y funcionalidad del sistema de bombeo.

El sensor de salida puede incluir cualquier elemento o elementos operables para sentir una o más características del fluido viscoso bombeado. Por ejemplo, en algunas configuraciones el sensor de salida puede incluir transductores de presión operables para sentir una presión del fluido viscoso bombeado. Sin embargo, en otras configuraciones, el sensor de salida puede adicionalmente o alternativamente incluir un termómetro, una escala digital o analógica, un sensor de caudal, un sensor de densidad, o combinaciones.
En algunas configuraciones, el controlador VFD puede incluir una memoria con una tabla de consulta que correlaciona la corriente extraída con la velocidad rotacional para el motor eléctrico particular utilizado por el sistema de bombeo. Tales configuraciones permiten al controlador VFD determinar rápidamente la velocidad rotacional para prevenir que la corriente utilizada por el motor eléctrico exceda el máximo nivel de corriente asociado con el circuito eléctrico. Adicionalmente o alternativamente, el controlador VFD puede recibir información del amperímetro asociado con el motor eléctrico del motor para controlar la corriente utilizada por el motor eléctrico en tiempo real para incrementar o decrementar la frecuencia de la señal de potencia. En algunas configuraciones, el controlador VFD puede ser operable directamente para calcular directamente la corriente utilizada por el motor basándonos en la velocidad rotacional del motor sin usar la tabla de consulta.

Para identificar un nivel de corriente asociado con el circuito eléctrico, el controlador VFD puede usar información proporcionada por el sensor de voltaje. Por ejemplo, el controlador VFD y/o sensor de voltaje puede detectar una caída en el voltaje proporcionado por el circuito eléctrico que indica una caída en el nivel de corriente disponible asociado con el circuito eléctrico cuando los cambios en voltaje y corriente son proporcionales donde resistencia/inductancia es generalmente constante.

De esta forma, incluso donde la viscosidad del fluido varía notablemente, el sistema de bombeo puede ser utilizado para bombear el fluido sin sobrecargar el circuito eléctrico sin sobrecargar el circuito eléctrico o requerir una tediosa supervisión manual. El controlador VFD previene también que la corriente utilizada por el motor eléctrico exceda la corriente disponible en el circuito eléctrico.

El controlador VFD puede ser operable para supervisar las condiciones de sobrecarga asociadas con el motor eléctrico para prevenir que el motor eléctrico opere a altas cargas o velocidades excesivamente lentas durante periodos de tiempo extendidos que puedan causar el sobrecalentamiento del motor. Si una condición de sobrecarga se detecta por el controlador del VFD, el motor eléctrico puede apagarse para prevenir sobrecalentamiento y daño asociado al motor. El controlador VFD puede supervisar las condiciones de carga controlando la corriente, velocidad rotacional, temperatura del motor, caudal, densidad del caudal o combinaciones.

En algunas configuraciones, el sistema de bombeo puede incluir un elemento filtrante para al menos parcialmente filtrar el fluido viscoso bombeado.

Bibliografía

·         Pump system including a variable frequency drive controller. US 2009/0087319 A1
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