Curso basico de Variadores de Velocidad

8/7/2019 Curso basico de Variadores de Velocidad

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CURSO: AHORRO DE ENERGAEN SISTEMAS OPERADORES DE AGUA APLICACIN DE VELOCIDAD VARIABLE

WATERGY / FIDE / ERGON PLUS INGENIERA 75

CURSO BASICO DEAPLICACIN DEVELOCIDAD VARIABLE EN SISTEMAS DE

BOMBEO

5.1GENERALIDADES

A medida que la electrnica avanza y la generacin de energa es cada vez ms costosa, se tornarentable y necesario hacer cada vez ms eficientes los procesos de produccin, ste es el caso deaquellos procesos que involucren bombas y que haciendo uso de los controles de frecuencia(variadores) pueden ser ms eficientes y por lo tanto ahorrar energa.Los sistemas de velocidad variables se pueden aplicar en aquellos sistemas en donde se requiere

regular el flujo a diferentes cargas.Los organismos operadores de agua potable tienen un gran potencial de ahorro de energa mediante laaplicacin de velocidad variable a sus sistemas de bombeo directo a la lnea, ya que ste es el casodonde la carga es variable.

5.2 REGULACIN DEL FLUJO EN BOMBAS CENTRFUGAS

En muchas ocasiones es preciso trabajar durante mucho tiempo en condiciones de caudal inferiores alnominal. En esta situacin se pueden realizar planteamientos que permitan ahorros energticosconsiderables, implantando el sistemas de regulacin de caudal ms apropiado.Los mtodos de regulacin de caudal se obtienen mediante:

Modificacin de la curva presin-caudal del sistema sobre el que trabaja la bomba. Modificacin de la curva presin-caudal de la bomba. Modificacin simultnea de ambas caractersticas (sistema y bomba). Arranque o paro de la bomba.


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5.2.1 Modificacin de la curva del sistema sobre el que trabaja la bomba

ste es el mtodo ms utilizado, se trata en esencia de regular el flujo mediante la actuacinde una o ms vlvulas, de tal forma que se modifique la curva de comportamiento del sistemade conduccin.

Figura 5.1. Control por modificacin de la curva del sistema.

Modificacin de la Curva del Sistema

0.0

100.0

0 100

Gasto (Q)

Carga(H)

Curva 2 Curva 1 Bomba

(Q1, H1)

(Q2, H2)

Q1Q2

H2

H1

Figura 5.2. Comportamiento de la curva del sistema de conduccin

Bomba

Succin

Descarga

Vlvula de control


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Ntese que al estrangular la vlvula de control para reducir el gasto de Q1, a Q2, la curva delsistema cambia de la curva 1 a la curva 2, (fig. 5.2), y la carga se ve incrementada de H1 a H2.Resultando una potencia hidrulica:

Ph2 = Q2 x H2

5.2.2 Modificacin de la curva de la bomba

Otra alternativa de control, consiste en variar la curva Carga-Capacidad, de la bomba. Esto selogra, variando la velocidad de operacin de la bomba, como se muestra en la figura 5.3.Ntese que ahora, variando la velocidad de la bomba de N1 a N2, podemos pasar de un gastoQ1 a un gasto Q2, sin incrementar la carga, por el contrario, la nueva carga H2, es menor a lacarga inicial H1 y mucho menor a la que se obtendra con la vlvula de estrangulacin H2.

En este caso, la potencia hidrulica ser:

Ph2 = Q2 x H2

la cual es mucho menor que Ph2.

Modificacin de la Curva de la Bomba

0.0

100.0

0 100

Gasto (Q)

Carga(H)

Curva 2 Curva 1 Bomba N1 Bomba N2

(Q1, H1)

(Q2, H2)

Q1Q2

H2

H1

H2'(Q2, H2')

N2

N1

Figura 5.3. Control de gasto por variacin de velocidad en la bomba.


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5.2.3 Modificacin simultnea de las curvas del sistema y la bomba

Uno de las casos ms frecuentes es aquel en donde por requerimientos del proceso, la curvaCarga-Capacidad del sistema vara, debido a que en el sistema existen varios usuarios y cadauno de ellos demanda ms o menos gasto como funcin de sus propias necesidades. Esto, vistodesde la bomba, representa variaciones en la curva del sistema, por lo que continuamente varael gasto y la carga.En sistema de control que garantice el mismo gasto a los usuarios a pesar de que algn otrousuario haya cambiado su rgimen de demanda, lo encontramos en la variacin de la curva dela bomba, simultneamente con la variacin de la curva del sistema, de manera tal que semantenga la carga del sistema en cualquier condicin de operacin. La figura 5.4 ilustra elproceso.Obsrvese como ante una variacin de la curva del sistema, el control ajusta la velocidad de labomba para mantener la carga H1, y suministrar el gasto Q2 que el sistema realmente estdemandando. La potencia hidrulica en este caso es:

Ph1 = Q2 x H1

Ejemplos de este tipo de aplicaciones los tenemos en: sistemas pblicos de aguapotable, sistemas de enfriamiento industriales y sistemas de aire acondicionado tipochiller.

Modificacin Simultnea de las Curvas del Sistema y la

Bomba

0.0

100.0

0 100

Gasto (Q)

Carga(H)

Curva 2 Curva 1 Bomba N1 Bomba N2

(Q1, H1)

Q1Q2

H1(Q2, H1)

N1

N2'

5.4.- Variacin simultnea de las curvas del sistema y la bomba.


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5.2.4 Arranque y Paro de la Bomba

Este es un sistema muy conveniente cuando se cuenta con un acumulador, tal comohidroneumtico o tanque elevado. As la bomba operar con vlvula de descarga siempreabierta y cuando se halla llegado a la presin nominal en el hidroneumtico o al nivel alto en eltanque elevado, la bomba parar, para volver a arrancar cuando la presin o el nivel, segn elcaso, halla llegado al nivel bajo.El sistema es energticamente eficiente. Tiene la limitante de que necesita del acumulador, y nosiempre es posible contar con l.

5.3 LEYES DE AFINIDAD

Las bombas centrfugas se comportan de acuerdo a las leyes de afinidad, las cuales se ilustranen la figura 5.5

Figura 5.5. Leyes de Afinidad en Bombas Centrfugas

Las leyes de afinidad nos indican que:

El flujo tiene un comportamiento lineal con la velocidad La presin tiene un comportamiento cuadrtico con la velocidad La potencia de entrada tiene un comportamiento cbico con la velocidad

Matemticamente:

0

20

40

60

80

100

0 50 100

Velocidad (%)

Flujo(%)

0

20

40

60

80

100

0 50 100

Velocidad (%)

Presin(%)

0

20

4060

80

100

0 50 100

Velocidad (%)

PotenciadeEntrada(%)


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Q NQo No

5.4COMPARACIN ENERGTICA ENTRE MTODOS DE REGULACIN DE CAUDAL

Figura 5.6 Comparacin entre mtodos de regulacin de flujo.

Ejemplo de Aplicacin:

Se tiene una bomba manejada por un motor estndar de 250 H.P. y que maneja un flujo del60% de la capacidad total durante 7200 horas/ao. Y al 100% de su capacidad 900 horas/ao.La instalacin se encuentra contratada en tarifa HM. La carga de la bomba al 100% est

H NHo = ( No )

2

P NPo = ( No )

3

0

20

40

60

80

100

120

0 20 40 60 80 100 120

% DE FLUJO

%DEENE

RGAREQUERIDA

Variador de velocidadde estado slido

Vlvula de

control

22

84


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constituida por: Hg = 16.5 m.c.a. y Hf = 32.2 m.c.a.Utilizando la grfica anterior, calcular:

a) El costo anual con la vlvula de estrangulacinb) El costo anual con variador de frecuencia.c) El ahorro anual en $d) El perodo de recuperacin si consideramos que el costo del inversor para esta

aplicacin es de $ 237,000 aproximadamente.

Solucin:

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