Los variadores de velocidad para equipos de bombeo tienen muchas ventajas en comparación con las válvulas de mariposa, cuando se trata de la regulación del flujo. Es decir, ofrecen un buen control del caudal, grandes ahorros de energía y reducción del coste operativo si se aplican correctamente en todos los sistemas de bombas con alto nivel de carga estática relativa.
Sin embargo, la creciente popularidad de la unidad de velocidad variable ha traído consigo una gran cantidad de aplicaciones erróneas. En estos casos, el usuario final recibe mayores facturas de energía en lugar de ahorros como resultado de la instalación de una unidad de velocidad variable.
Esto se debe a que no hay un adecuado diseño y selección del sistema de bombeo. Para lograr la eficiencia energética en equipos de bombeo comienza con la correcta selección de la bomba con los variadores de velocidad. En este caso, lo primero es preguntarse acerca de la demanda del proceso que se espera que cumpla. Por ejemplo:
- ¿Necesitamos regular el caudal de manera continua o en pasos?
- ¿Podemos usar el bombeo por lotes?
- ¿Cuáles son los caudales necesarios y cómo se distribuyen en el tiempo?
Lo recomendable es realizar un diagrama de duración, el cual encapsula las respuestas a estas preguntas. En el mismo, se interpreta de manera diferente cada punto de la curva sólida, los cuales indican cuántas horas durante un año la tasa de flujo excede el valor en el eje. Este diagrama es fundamental para comprender las necesidades de bombeo que tiene su planta la mayor parte del tiempo sin instalar variadores de velocidad para equipos de bombeo.
Con esta información, puede continuar con el diseño del sistema de tuberías. Si, por ejemplo, la tasa de flujo máxima se produce solo durante cortos períodos de tiempo, puede que no sea conveniente instalar una tubería de gran diámetro. Por otro lado, si está operando a caudales máximos durante largos períodos de tiempo, debe tener en cuenta este hecho al especificar el diámetro de la tubería.
Luego de terminar el diseño del sistema de tuberías se debe calcular la curva del sistema, la cual indica la cantidad de cabezal o presión que necesita una bomba para impulsar un determinado flujo a través del sistema de tuberías. La cabeza tiene dos componentes:
- La cabeza estática, esta indica a qué distancia debe levantarse el fluido o, si debe bombear a un recipiente presurizado, el diferencial de presión estática a través de la bomba.
- La cabeza dinámica, es la fuerza de fricción y otras pérdidas de puntos que deben superarse al mover el fluido a la velocidad de flujo deseada.
Ahora bien, para ver en qué parte de la curva del sistema va a operar y durante cuánto tiempo se debe volver a la curva de duración, se debe especificar la bomba o bombas, más los medios adecuados para regular el flujo, si es necesario. Además, ahora es útil comprender cómo funciona una bomba junto con los variadores de velocidad para equipos de bombeo.
En sistemas sin cabeza estática, la curva del sistema sigue las líneas de eficiencia constante y la eficiencia de la bomba permanece esencialmente constante a medida que cambia la velocidad de la bomba.
Mientras que, en sistemas con cabeza estática, la curva del sistema no se inicia desde el origen sino en un valor distinto de cero en el eje, por lo tanto, la curva del sistema no sigue la curva de eficiencia constante, sino los intercepta. Lo que significa que la eficiencia de la bomba cambia cuando cambia la velocidad de la bomba.
El punto de operación en la curva de velocidad reducida, se mueve relativamente más alto y más alto en la curva de la bomba a medida que se reduce la velocidad. Finalmente, la bomba funciona en el cabezal de apagado, si la velocidad se reduce demasiado con los variadores de velocidad para equipos de bombeo.
Dificultades que se presentan en el sistema sino se implementan los variadores de velocidad para equipos de bombeo
- La eficiencia de la bomba va hacia cero cuando el punto de operación se mueve hacia el cabezal de cierre.
- La bomba opera entonces en un régimen de flujo en el que no debe ser operada. ¿Se produce un daño grave a la bomba si se opera cerca del cabezal de cierre durante períodos prolongados? incluso si esto tiene lugar a una velocidad reducida.
Es importante entender que estas dificultades siempre ocurren en un sistema que tiene cabeza estática. La velocidad a la cual la energía específica aumenta rápidamente es una función de la cantidad de cabeza estática. En los sistemas con baja carga estática relativa, todavía puede haber oportunidades para ahorrar energía al reducir la velocidad de la bomba.
En los sistemas con cabezal estático alto (más del 50 por ciento del cabezal total), existe una posibilidad clara de que el uso de variadores de velocidad para equipos de bombeo aumentará el uso de energía neta, en comparación con el bombeo de encendido y apagado a toda velocidad.
En la mayoría de los casos, las bombas se dimensionan y se eligen para entregar el caudal máximo con un margen superior. Por lo tanto, como las curvas de duración se parecen a la curva continua, es común que la tasa de flujo normal sea aproximadamente, o menos, del 50 por ciento del flujo nominal.
Si la curva del sistema muestra una cantidad considerable de cabezal estático y la bomba está sobredimensionada para la mayoría de las necesidades de bombeo, entonces pueden surgir problemas. No es raro encontrar en tales sistemas que el coste de bombeo aumenta considerablemente con respecto al bombeo de encendido y apagado a la velocidad máxima, cuando se utilizan variadores de velocidad para equipos de bombeo.
El hecho de que la eficiencia combinada de un paquete de motor de accionamiento de velocidad variable pueda disminuir considerablemente a medida que disminuye la carga no mejora la situación. ¡La aceleración del flujo, sin embargo, es aún peor!
Nuestra recomendación es que consideres la instalación de los variadores de velocidad para equipos de bombeo en un sistema con cabezal estático, ya que el rango útil de este equipo puede extenderse si se elige la bomba, de modo que la intersección de su curva del sistema y la curva de la bomba de velocidad completa estén a la derecha del mejor punto de eficiencia de la bomba.
Esto amplía el área en la que es útil el variador de velocidad, ya que la eficiencia de la bomba aumenta primero antes de que comience a disminuir, a medida que se reduce la velocidad. Para una mejor comprensión debes reconocer las necesidades de bombeo de tu planta y descubrir cómo ahorrar costes en el consumo de energía de bombas con la alineación de ejes.
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