¿Por qué debería usar un VFD en lugar de un arrancador suave para el bombeo en una estación de elevación?

A los responsables de los sistemas de bombeo de estaciones de elevación se les confía una decisión esencial: la elección entre un variador de frecuencia (VFD) y un arrancador suave. Ambos dispositivos controlan el funcionamiento de las bombas, pero lo hacen de formas diferentes y ofrecen ventajas distintas. Es importante determinar cuáles son sus objetivos operativos (es decir, aumentar la vida útil de la bomba, reducir el consumo de energía, evitar el tiempo de inactividad) antes de tomar esta decisión, para asegurarse de aprovechar al máximo su inversión. Este artículo explora los motivos por los que un VFD a menudo es la mejor opción para aplicaciones de bombeo de estaciones de elevación.

Entender los objetivos operativos de una estación de elevación

Antes de decidir si un VFD o un arrancador suave es más apropiado para el sistema de control de su estación de elevación, le recomendamos establecer un objetivo claro. El objetivo es...

1. 1. Reducir el consumo de energía
2. 2. Modernizar los controles obsoletos existentes
3. 3. Aumentar la vida útil de sus bombas
4. 4. Evitar las visitas de mantenimiento y el tiempo de inactividad asociado

Ahora que ha establecido sus expectativas, puede alinearlas con el control que le proporcionará el mejor ROI.

¿Qué son los VFD y los arrancadores suaves?

Los variadores de frecuencia (VFD) son dispositivos electrónicos que controlan la velocidad y el torque de los motores eléctricos mediante la variación de la frecuencia y el voltaje de la energía suministrada al motor. Hacen posible una aceleración y una desaceleración uniformes durante toda la operación, lo que prolonga la vida útil del equipo.

Los arrancadores suaves, por otro lado, reducen el torque durante el arranque del motor mediante un aumento gradual del voltaje que llega al motor eléctrico hasta que alcanza la velocidad máxima. El aumento gradual ayuda a minimizar la tensión mecánica en los componentes. [1]

Diferencias clave entre los VFD y los arrancadores suaves

1. 1. Control de velocidad:
• VFD: Ofrecen un control de velocidad continuo, lo que permite que el motor funcione a cualquier velocidad dentro de su capacidad.
• Arrancadores suaves: Solo controlan el motor durante las fases de arranque y parada. Una vez que el motor alcanza la velocidad máxima, se omite el arrancador suave y el motor funciona a una velocidad constante.
2. 2. Eficiencia energética:
• VFD: Puede reducir significativamente el consumo de energía mediante el ajuste de la velocidad del motor para que coincida con la demanda requerida de la carga. Esto es particularmente útil en aplicaciones con demanda variable, como las estaciones de elevación donde el caudal puede fluctuar y fluctuará.
• Arrancadores suaves: No ofrecen ahorros energéticos una vez que el motor alcanza la velocidad máxima, ya que solo reducen la corriente de entrada inicial.
3. 3. Flexibilidad operativa:
• VFD: Ofrecen mayor flexibilidad operativa al permitir un control preciso de la velocidad y el torque del motor.
• Arrancadores suaves: Se limitan a reducir la tensión mecánica y eléctrica durante la puesta en funcionamiento. No ofrecen ningún control sobre el motor una vez que funciona a máxima velocidad.
4. 4. Consideraciones de costos:
• VFD: Generalmente presentan un costo inicial más elevado, pero ofrecen ahorros a largo plazo en términos de reducción de energía y disminución en las visitas de mantenimiento.
• Arrancadores suaves: Aunque suelen tener un costo inicial más bajo, estos dispositivos no generan los mismos ahorros a largo plazo que se atribuyen a los VFV, debido al desgaste mecánico que causan.
5. 5. Mitigación de obstrucciones:
• VFD: Dependiendo del proveedor de VFD, le pueden ofrecer un VFD con funciones adicionales para bombeo, como la funcionalidad de antiobstrucción o desatascamiento. A través de una secuencia giratoria automática hacia adelante y hacia atrás, el VFD puede detectar y destrabar objetos extraños de la bomba antes de que se conviertan en un problema.
• Arrancadores suaves: No ofrecen una funcionalidad adicional una vez que el motor funciona a velocidad máxima.

Ventajas de usar un VFD para el bombeo en una estación de elevación

1. 1. Mayor eficiencia energética:
• Las estaciones de elevación a menudo presentan caudales fluctuantes durante el día. Los VFD pueden ajustar la velocidad de la bomba para que coincida con la demanda, lo que genera ahorros energéticos significativos. Por ejemplo, en períodos de baja demanda, el VFD puede operar la bomba a una velocidad más baja para reducir los costos de energía y operativos.
2. 2. Reducción de la tensión mecánica:
• Mediante aumentos y descensos uniformes en la velocidad del motor, los VFD minimizan la tensión mecánica en la bomba y los componentes asociados. Esto puede prolongar la vida útil del equipo y reducir las necesidades de mantenimiento.
3. 3. Corrientes de entrada más bajas:
• Al igual que los arrancadores suaves, los VFD limitan la corriente de entrada durante la puesta en funcionamiento. Sin embargo, los VFD también pueden controlar la corriente durante toda la operación, para reducir el riesgo de problemas eléctricos y evitar el tiempo de inactividad en la estación de elevación.
4. 4. Adaptabilidad a los cambios del sistema
• Los VFD pueden adaptarse fácilmente a los cambios en el sistema, como a las variaciones en los caudales de entrada o los cambios en los requisitos de bombeo.
5. 5. Monitoreo de las características de la carga:
• La mayoría de los VFD modernos cuentan con una rutina para registrar las características de la carga con el fin de detectar el desgaste de la bomba por obstrucciones.

Estudio de casos: Implementación de un VFD en una estación de elevación

Piense en una estación de elevación municipal que presenta variaciones significativas en el caudal de entrada a lo largo del día. Durante las horas de máxima actividad, el caudal de entrada es alto, lo que requiere que las bombas funcionen a plena capacidad. Durante las horas de menor actividad, disminuye el caudal de entrada y las bombas pueden funcionar a menores velocidades.

Al instalar un VFD en el sistema de control de la estación de elevación, la velocidad de la bomba puede coincidir con el caudal de entrada. Esto no solo reduce el consumo de energía, también minimiza el desgaste de las bombas. Además, la estación de elevación municipal implementó un VFD de un proveedor con funcionalidad integrada para evitar obstrucciones y eliminar la acumulación de residuos. Esto significa que, a medida que la bomba presenta obstrucciones por pelusas, toallitas desechables y otros objetos extraños, el VFD detecta automáticamente la obstrucción y la elimina. Con el tiempo, el ahorro energético y la reducción de los costos de mantenimiento pueden generar ahorros significativos en los costos de la municipalidad.

Ahora imagine que la municipalidad ha optado por implementar arrancadores suaves en la estación de bombeo. Las bombas funcionarían a toda velocidad independientemente del caudal de entrada, lo que llevaría a un mayor consumo de energía y a una mayor tensión mecánica en las bombas. Si se les presentara una bomba obstruida, los motores seguirían funcionando a velocidad máxima, resultando en un exceso de energía consumida. Esto puede ocasionar costos operativos y de mantenimiento más altos, tanto para la municipalidad como para los miembros de la comunidad.

¿Qué debo buscar en un proveedor de VFD para estaciones de elevación?

Elegir un proveedor de VFD puede ser la decisión más difícil de todas, pero entender las características básicas que debe buscar facilitará enormemente esta elección.

1. 1. Durabilidad y confiabilidad:
• Busque un VFD que incluya un exterior duradero, construido para soportar entornos difíciles y aplicaciones exigentes. Características como sistemas de enfriamiento avanzados pueden asegurar la confiabilidad en condiciones extremas. [2]
2. 2. Garantías:
• La credibilidad de un proveedor se fortalece cuando puede avalar su compromiso con la calidad mediante una garantía robusta. Busque servicios de valor agregado, como puestas en funcionamiento y mantenimiento preventivo, para prolongar aún más la vida útil del sistema.
3. 3. Características avanzadas de control:
• Los VFD pueden ofrecer una amplia gama de características avanzadas de control, como control de PID, control de torque y control de múltiples bombas. Estas características permiten un control preciso y eficiente de la bomba de la estación de elevación. [2]
4. 4. Facilidad de integración:
• Para asegurar una puesta en marcha rápida de su sistema, busque un VFD que ofrezca opciones flexibles de comunicación, como Ethernet, Modbus y BACnet, lo que permite una integración perfecta con SCADA y otros sistemas de control. [2]

Conclusión

Aunque tanto los VFD como los arrancadores suaves tienen un lugar en las aplicaciones de control de motores, los VFD ofrecen varias ventajas que los convierten en la opción preferida para el bombeo en estaciones de elevación. La capacidad de controlar la velocidad del motor durante toda la operación, junto con una eficiencia energética mejorada, un mejor control del proceso y una menor tensión mecánica, hacen de los VFD una opción superior para manejar las bombas de las estaciones de elevación.

La inversión en VFD puede generar ahorros significativos a largo plazo y un mejor rendimiento, por lo que son una elección inteligente para las municipalidades y las organizaciones que buscan optimizar las operaciones de sus estaciones de elevación. Al entender los beneficios de los VFD sobre los arrancadores suaves, los responsables de la toma de decisiones pueden tomar decisiones informadas que mejoren la eficiencia y la confiabilidad de los sistemas de bombeo.

Referencias
[1] Arrancador suave: inicio eficiente de motores y ahorro energético - La nube de sostenibilidad
[2] FR-F800 VFD. Mitsubishi Electric Automation

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Colaboradores

Benjamin Strong

Gerente de Marketing de Productos (Servo)
Mitsubishi Electric Automation, Inc.

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