Ver 2ª PARTE
Proceso de selección
Es esencial comenzar el dimensionado de un sistema
hidráulico de forma correcta, y para ello debe trabajarse sistemáticamente en
la selección de la bomba, motor y variador. Cuando se conoce el servicio máximo
de la bomba, las potencias y velocidades pico del variador deben estar claras.
Es común sobredimensionar los componentes del sistema (bombas, motores, y
variadores); sin embargo, esta práctica no es recomendada porque supone unos
costes iniciales de los equipos más altos y mayores costes en el ciclo de vida.
Cuando seleccionamos una bomba rotodinámica en combinación
con un variador de frecuencia para un sistema con alguna altura estática, se
elegirá una bomba tal que el caudal esté ligeramente al lado derecho del punto
de mejor eficiencia (BEP). La excepción la encontramos en un sistema regulado
de caudal constante, en cuyo caso la recomendación es seleccionar una bomba que
opere a la izquierda del BEP. Esta excepción es para un sistema regulado de
caudal constante, en cuyo caso la recomendación es seleccionar una bomba que
opera a la izquierda de BEP a máxima presión. Esta aproximación optimiza la
eficiencia de operación de la bomba.
Todas las condiciones de operación deben considerarse cuando
diseñemos el sistema. Algunos perfiles de operación deben satisfacerse mejor
instalando bombas múltiples, que pueden ser de velocidad fija o variable. El
control On/off puede usarse para variar el caudal para sistemas en los que es
aceptable un caudal intermitente. Esto puede ser una solución eficiente en
energía, pero estos sistemas a menudo requieren almacenamiento de líquido.
En la mayoría de los casos nos encontraremos con bombas
existentes que pueden ser modificadas para hacerlas más eficientes
energéticamente. Se estima que el 75 % de los sistemas de bombeo instalados
están sobredimensionados, mucho más de un 20 %. Es por ello que reacondicionar
bombas existentes puede suponer un ahorro considerable de energía.
Cuando consideremos añadir un VSD a un motor existente
debemos tener cuidado para acoplar las características eléctricas del motor y
del convertidor de frecuencia; si no se hace así, se introduce en el sistema un
riesgo de fallo prematuro. Los primeros convertidores de frecuencia producían
salidas con muy alto contenido de armónicos en la forma de onda, que causaba un
calentamiento adicional sustancial del devanado del motor, y por lo tanto los
motores fueron desclasificados para su uso con inversores. Los motores de alta
eficiencia son menos afectados por los armónicos que los de eficiencia
estándar.
Beneficio de usar variadores de frecuencia
Lis variadores de frecuencia ofrecen varios beneficios,
algunos de los cuales son relativamente fáciles de cuantificar, y otros son
menos tangibles, pero tienen algunas desventajas potenciales, que deben ser
eludidas.
·
Ahorro energético: Con
las instalaciones de bombas
rotodinámicas, se consiguen ahorros de entre un 30 y un 50 % en muchas
instalaciones instalando variadores de frecuencia.
·
Control de procesos mejorado: Acoplando el caudal o presión de salida de la
bomba a los requerimientos del proceso, pequeñas variaciones pueden corregirse
más rápidamente por un VSD que por ninguna otra forma de control, lo cual
mejora el rendimiento del proceso.
·
Fiabilidad del sistema mejorada:
Cualquier reducción en velocidad alcanzada usando un VSD tiene mayores
beneficios al reducir el desgaste de las bombas, particularmente en rodamientos
y sellos. Además, usando índices de fiabilidad, los periodos de tiempo
adicionales entre mantenimiento o averías pueden computarse con exactitud.
Desventajas potenciales de VSDs
Los VSDs también tienen desventajas potenciales, que pueden
ser evitadas con diseño y aplicación apropiada.
·
Resonancia estructural:
Las condiciones de resonancia pueden causar excesivos niveles de vibración, que
pueden ser potencialmente peligrosos para equipos y medio ambiente. Las bombas,
sus estructuras soporte, y las tuberías están sujetas a una gran variedad de
problemas de vibración estructural potencial (condiciones de resonancia). Las
aplicaciones de velocidad fija a menudo pierden estas situaciones de resonancia
potencial debido a los armónicos de excitación que se producen durante la
velocidad de funcionamiento, frecuencia de paso de aspas, etc., no coinciden
con las frecuencias estructurales. Para aplicaciones VSD, las frecuencias de
excitación son variables y la probabilidad de encontrar una condición de
resonancia dentro de un rango de velocidad de operación continua se incrementa
en gran medida. Los problemas de vibración de las bombas típicamente ocurren
con el alojamiento de los rodamientos y la estructura de soporte (placa base
para aplicaciones horizontales y motor).
Los pulsos de presión son el mecanismo de excitación común.
Estas pulsaciones de presión pueden amplificarse por resonancia acústica dentro
de una bomba o tubería adyacente. Hay numerosos análisis que pueden realizarse
para predecir y evitar situaciones de resonancia potencial, incluyendo:
·
Cálculos de resonancia hidráulica simple.
·
Análisis de frecuencia de paso.
·
Resonancia estructural, por ejemplo, utilizando
análisis de elementos finitos.
·
Ensayo modal de máquina actual.
El ensayo modal puede suplementar el ensayo de vibración regular.
Muy a menudo, una bomba prevista para operación de velocidad variable solamente
será ensayada a una velocidad simple.
·
Dinámica del rotor. El
riesgo de un elemento rotatorio encontrando una
velocidad crítica lateral se incrementa con la aplicación de un VSD. Las
velocidades críticas laterales ocurren cuando la excitación de la velocidad de
funcionamiento coincide con una de las frecuencias naturales laterales del
rotor. LA vibración del rotor resultante puede ser aceptable o excesiva,
dependiendo de la amortiguación modal asociada con el modo correspondiente.
Adicionalmente, los armónicos del par inducidos por el variador pueden causar
condiciones de resonancia con modos dinámicos del motor torsional. Sin embargo,
tales condiciones son usualmente corregibles o prevenibles.
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