1107300335 variadores de velocidad

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1.TIPOS DE CONTROL DE CAUDAL EN SISTEMAS DE BOMBEO

2.AHORRO DE ENERGÍA EN SISTEMAS DE BOMBEO

3.VARIADORES DE VELOCIDAD COMO ELEMENTOS DE REGULACIÓN DE CAUDAL

4.EVALUACIÓN ECONÓMICA PARA UTILIZACIÓN DE VARIADORES DE VELOCIDAD

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La bomba y el equipo de la planta asociado a ella, como tuberías, válvulas y tanques, deben ser diseñados siempre para cubrir el volumen máximo bombeado. Para determinar la capacidad máxima de la planta se debe tener en cuenta lo siguiente:

Previsión de un posible aumento de la demanda.

Exceso de demanda de la capacidad de bombeo en circunstancias excepcionales, por ejemplo: en el vaciado y llenado de los tanques.

Consumos de energía. Casos de emergencia: fuego, fuerte lluvia, etc.

“La variación de la demanda requiere de mecanismos de control de caudal” Diagrama de requerimiento de bombeo

Q: Caudal en período de análisis t: Tiempo Qmax:Caudal máximo Qmin:Caudal mínimo

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Qm=Caudal medio

Qp=Capacidad máxima de la bomba

Q Qmax

Qp La estación de bombeo se diseña para capacidad máxima.

El sistema debe tener un control que regule el caudal en función de las variaciones de demanda

Cantidad bombeada media: (Qm) Puede ser solo una fracción de la capacidad máxima (Qp)

La curva de duración permite analizar los caudales y tiempos requeridos.

Período de análisis: Año, mes, etc.

1.CONTROL POR ESTRANGULAMIENTO MEDIANTE UNA VÁLVULA.

En la actualidad es el método más aplicado Su eficiencia es muy baja en comparación con el control de velocidad, que a menudo proporciona un ahorro de más del 50 %

2.CONTROL POR ARRANQUE-PARADA

Tienen aplicación generalmente en plantas de agua y tratamiento de aguas residuales Su rendimiento suele ser bajo y los continuos arranques y paradas desgastan tuberías y equipos auxiliares de la planta.

3.CONTROL DE VELOCIDAD MEDIANTE CONVERTIDORES DE FRECUENCIA.

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Pt= Control por estrangulamientoPss= Control por arranque -parada PR= Control de velocidad

Pt Pss

El control por estrangulamiento restringe el flujo de tuberías mediante válvulas. Esto conlleva a una pérdida de energía pues la bomba trabaja continuamente a alta presión impuesta por la válvula. Potencia consumida por la bomba:

⇒En el caso del control de velocidad, la demanda de potencia es menos

⇒La potencia P depende directamente del caudal Q y de la altura H. de la mitad de lo que requ9iere el control por estrangulamiento. ⇒El ahorro de energía depende esencialmente del caudal promedio.

P= potencia (kW) Q= caudal (m3/s) H= altura (m) r= densidad del liquido (kg/m3) g= aceleración de la gravedad (m/s2) h= rendimiento de la bomba.

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A= Punto de operación a caudal máximo Potencia requerida = 1x1 = 1

B= Punto de operación al 70 % de caudal Q=0.7 y H=1.25 Potencia requerida ~

H

Hnom

0.5Q

A= Punto de operación a caudal máximo Potencia requerida = 1x1 = 1

B= Punto de operación al 70 % de caudal Q=0.7 y H=0.6 Potencia requerida ~ 0.7x0.6 = 0.42 <

H

Hnom

Q

Qnom

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Caudal 50

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El control del caudal se lleva a cabo frecuentemente mediante dos o más bombas de diferentes tamaños conectadas en paralelo.

Accionando sucesivamente estas bombas se consigue un control paso a paso.

Si se dota a la bomba más grande de un control de velocidad, se consigue mejor control con menor inversión.

Además de bombas y motores se pueden eliminar muchas válvulas y parte del sistema de tuberías.f1

Al controlar la velocidad mediante un convertidor de frecuencia, no es necesario el uso de bombas de diferentes tamaños en paralelo

Para mantener una presión uniforme en las tuberías, en aplicaciones de carga intermitentes (plantas de agua) se utilizan depósitos de presión y tanques a distintos niveles.

Si se provee a la bomba de un convertidor de frecuencia, es posible reducir el tamaño de los depósitos y tanques o incluso eliminarlos.

Además de reducir los costos de inversión, se obtiene un mejor control.

Lo que se traduce en una presión mas uniforme para el consumidor.f1

Un depósito de presión, por ejemplo, puede ser sustituido por control de presión mediante un convertidor de frecuencia.

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ENERGÍA Y POTENCIA La corriente de arranque necesaria es solo una fracción de lo requerido mediante arranque directo. De esta forma el equipo de distribución eléctrica es más pequeño y económico. Una típica instalación para el ahorro de energía es el generador de emergencia para las bombas más importantes. Cuando usa un convertidor de frecuencia,el tamaño del generador se reduce a un 30 o 50 % del calculado originalmente.

IF: Corriente de arranque mediante

IN: Corriente Nominal del motor IS: Corriente de arranque directo un convertidor de frecuencia nN : Velocidad nominal del motor n n

Los motores de bombas consumen potencia reactiva que ha de ser generada de alguna forma. La compensación normalmente se lleva a cabo mediante condensadores situados cerca del motor. El control mejora el factor de potencia. No requiriéndose condensadores de compensación. Se reduce asíel costo de inversión y se alcanza un efecto de compensación optimo.

Los convertidores de frecuencia generan la potencia reactiva que requiere el motor y hacen innecesario el uso de condensadores de compensaciónf1

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Con control de velocidad se consigue mas fácilmente un mejor resultado que con otras formas de control no lineales. Una desventaja del funcionamiento intermitente es la discontinuidad de regulación. El parámetro controlado: caudal o presión, es variable. Con un convertidor de frecuencia se consigue un control exacto y lineal.

P1 y P2 P1, P2 y P3

3 bombas conectadas en paralelo: P1, P2 y P3

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REDUCCIÓN DE COSTOS Labomba, tuberías y válvulas experimentan un desgaste menor. Aumento de la vida útil mecánica. Menor costo de mantenimiento. •Se reducen las tensiones estáticas

•El sistema no esta forzado a operar con una alta presión de bombeo continuamente tal y como en el control por estrangulamiento. •La presión se adapta a la demanda.

•Menor esfuerzo dinámico con el control de velocidad en relación al control arranqueparada.

•Se evitan los golpes de ariete que soportan las tuberías.

Golpe de ariete en tuberías de plástico PVC ocasionado por la parada de la bomba

PN: Presión de servicio nominal
t: Tiempo
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Comparación de la necesidad de potencia con control por estrangulamiento P2y con control de velocidad P1mediante las curvas características de la bomba.

Cuando Qmy las curvas características del sistema son conocidas, se puede determinar las curvas de bombeo η1y η2, asicomolas correspondientes curvas de potencia P1y P2. Las diferentes demandas de potencia se representan en la intersección de Qmy las curvas de potencia.

H1= Altura de la bomba a velocidad n1 P1= Potencia requerida a velocidad n1 n1= Rendimiento a velocidad n1 H2= Altura de la bomba a velocidad n2 P2= Potencia requerida a velocidad n2 n2= Rendimiento a velocidad n2

Ejemplo de cómo se usan las curvas características de la bomba para el cálculo de los requerimientos de potencia

H1= Altura de la bomba a velocidad n1 P1= Potencia requerida a velocidad n1 n1= Rendimiento a velocidad n1 H2= Altura de la bomba a velocidad n2 P2= Potencia requerida a velocidad n2 n2= Rendimiento a velocidad n2

HN:50mρ:1Kg/dm3

Datos : Bomba de circulación de agua QN:100m3/h ta:8000 h/a

Qmin:0 m3/hPM :200 kW
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H1 = 65 mn1 = 0.75

Intersectandolas curvas características del sistema con las curvas de la bomba: H2 = 12.5m n2 = 0.85

Potencia con control por estrangulamiento:

Potencia con control por velocidad:

CALCULO DEL AHORRO Ahorro de Potencia:Ahorro de Potencia:

Ahorro de EnergAhorro de Energíía:a: Ahorro de Dinero:Ahorro de Dinero:

akWhE ahkWEss

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Control de velocidad P2:

Si no se dispone de las curvas completas, P1 y P2 se hallan con la ayuda de las siguientes formulas:

Control por estrangulamiento P1:

aaSs t PPtPE * donde el divisor 0.9 es el rendimiento aproximado del motor.

Calculo del ahorro de energía.

El ahorro de energía se obtienen multiplicando el ahorro de potencia por las horas de operación, es decir:

Calculo del ahorro de potencia

El ahorro de potencia que se obtiene con control por velocidad es:

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Ahorro de dinero

El ahorro de dinero se halla multiplicando el ahorro de energía por el precio de la unidad de energía k.

Tiempo de recuperación de la inversión

Comparando la diferencia de costo Kpentre el control de la velocidad y el control por estrangulamiento en relacioncon el ahorro anual Ks, se obtiene el tiempo de recuperación de la inversión:

[ ] [ ] [ ]kWhpreciokakWhWdineroenanualahorroK Ss /*/=

[ ] [ ]dineroenanualahorroK toK t s pt cos =

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