Arranque suave de bricolaje de una bomba de pozo. Cómo hacer un arranque suave de agua de un pozo y proteger el sistema de suministro de agua

Todos saben lo genial que es tener un pozo en casa. Es conveniente y efectivo hasta que nada se rompe. Y los problemas tarde o temprano se harán sentir, y según la ley de la mezquindad, en el momento más inoportuno. Abandonar el pozo y cavar un pozo no es una opción. Es mejor prevenir posibles accidentes y protegerse de ellos con antelación.

¿Qué opción de suministro de agua es mejor para una casa privada?

El agua del pozo se eleva mediante una bomba especial para pozos profundos. Dependiendo del diseño del suministro de agua, se bombea a un tanque especial: un acumulador hidráulico o se alimenta directamente al suministro de agua.

El sistema de tanque es más adecuado para una casa privada. Por ejemplo, para una familia de 3-4 personas, una media de 70 litros al día es suficiente. Para dicho suministro de agua, necesitará: un acumulador de 50 litros para el volumen correspondiente, un interruptor de presión y una bomba con una velocidad de bombeo de 1 m3 / h. Todo junto costará $100.

Pero, para un hotel de 12 habitaciones, esta opción no es rentable, porque se necesita un tanque del tamaño de una habitación entera. Un acumulador de 500 litros costará $ 400 y ocupará mucho espacio utilizable. Es más barato y más eficiente comprar un convertidor de frecuencia por $150-200.

Suministro de agua con convertidor de frecuencia

El convertidor de frecuencia regula la velocidad del motor eléctrico en función de la presión del suministro de agua. Funciona así principio:

1. En la tubería de agua se coloca un interruptor de presión conectado a un convertidor de frecuencia;
2. El sistema está conectado a la red y el convertidor de frecuencia cambia suavemente las características de la corriente de la bomba;
3. Debido a esto el gradualmente alcanza la velocidad nominal;
4. Al llenar las tuberías, la presión aumenta y el relé envía una señal al convertidor de frecuencia, que reduce la velocidad de bombeo.

¿Cuáles son las ventajas de un sistema de este tipo?

La facilidad de uso

Por ejemplo, cuando un visitante en una habitación de hotel se ducha, la presión en las cañerías cae y la bomba funciona más rápido. Cuando se abre el grifo, el motor eléctrico funciona a baja velocidad para que el agua no se drene de las tuberías. Entonces, si desenrosca el grifo, instantáneamente comenzará a fluir bajo la presión requerida.

Seguridad de la red

Cuando se enciende, cada motor eléctrico consume 3-4 veces más electricidad: se produce una corriente de arranque. En este punto, la carga de la red es respectivamente del 300 al 400 % de la nominal. El pico dura una fracción de segundo hasta que el motor eléctrico alcanza la velocidad normal. ¿Por qué es peligroso?

Volvamos a nuestro hotel. Para garantizar que los cortes de energía no dejen a los visitantes sin los beneficios de la civilización, cualquier propietario responsable instalará un generador. Supongamos que la potencia de la fuente de respaldo será de 20 kW, de los cuales 10 kW se destinarán inmediatamente a iluminación, aires acondicionados, enchufes con laptops, etc.

La potencia de la bomba es de 5 kW, pero como su corriente de arranque es de 3 nominales, al arrancar tomará todos los 15 kW. El generador solo puede proporcionar 10 kW, pero esto no será suficiente para el motor eléctrico. Tal carga desactivará el generador y, como resultado, el hotel permanecerá sin luz y agua.

Convertidor de frecuencia elimina la corriente de arranque. Si en el ejemplo anterior hubiera un convertidor de frecuencia, la carga del generador no superaría los 15 kW y trabajaría en modo seguro.

Larga vida útil de la bomba

La corriente de arranque daña no solo la red, sino también el motor eléctrico. Cada vez que se enciende, funciona en modo anormal y soporta brevemente una carga para la que no fue diseñado. Los arranques y paradas bruscos aumentan el desgaste del motor eléctrico. El convertidor de frecuencia hace una parada suave que duplica la vida útil.

¿Qué sucede si el sistema de suministro de agua no está protegido?

Para que el suministro de agua de la casa sea ininterrumpido y eficiente, todavía necesita protección. Sin duda, la bomba es el elemento principal del sistema, pero por muy cara y de alta calidad que sea, nada la salvará de un cortocircuito.

Los accidentes ocurren no solo bajo el agua, sino también en el cable sumergible e incluso en la red de la casa. Es difícil predecir qué se romperá primero. Para no jugar a la lotería, es mejor protegerse de todo a la vez.

Arrancador suave ABB PSR-25-600

¡Hola a todos! Hoy habrá un artículo que muestra un ejemplo real del uso de un arrancador suave (soft starter) en la práctica. Instalé el arranque suave del motor eléctrico en un dispositivo real, se dan fotos y diagramas.

Qué tipo de dispositivo es este, lo dije anteriormente en detalle. Te recuerdo que arranque suave y arranque suave la esencia del mismo dispositivo. Estos nombres están tomados del inglés Soft Starter. En el artículo llamaré a este bloque de esta manera, acostúmbrate). Hay suficiente información sobre arrancadores suaves en Internet, también recomiendo leer.

Mi opinión sobre el arranque de motores asíncronos, confirmada por muchos años de observación y práctica. Con una potencia del motor de más de 4 kW, vale la pena considerar garantizar una aceleración suave del motor. Esto es necesario con una carga de inercia pesada, que solo está conectada al eje de dicho motor. Si el motor se usa con una caja de cambios, entonces la situación es más fácil.

La opción de arranque suave más simple y económica es la que tiene el motor encendido a través del circuito estrella-triángulo. Las opciones más "suaves" y flexibles son un arrancador suave y un convertidor de frecuencia (popularmente llamado "chastotnik"). También hay un método antiguo que casi nunca se usa -.

Por cierto, una señal segura de que el motor funciona con un convertidor de frecuencia es un chirrido claramente audible con una frecuencia de aproximadamente 8 kHz, especialmente a bajas velocidades.

Ya he usado un arrancador suave de Schneider Electric, fue una experiencia muy positiva en mi trabajo. Luego fue necesario encender / apagar suavemente un transportador circular largo con espacios en blanco (motor de 2,2 kW con caja de cambios). Lástima que no tenía una cámara en ese momento. ¡Pero esta vez consideraremos todo con gran detalle!

¿Por qué necesita un motor de arranque suave?

Entonces, el problema es que la sala de calderas tiene bombas para alimentar la caldera con agua. Solo hay dos bombas, y se encienden mediante un comando del sistema de monitoreo del nivel de agua en la caldera. Solo una bomba puede funcionar a la vez, la elección de la bomba la realiza el operador de la sala de calderas cambiando los grifos de agua y los interruptores eléctricos.

Las bombas son accionadas por motores asíncronos convencionales. Motores asíncronos de 7,5 kW mediante contactores convencionales (). Y dado que la potencia es grande, la puesta en marcha es muy difícil. Cada vez que comienzas, hay un golpe de ariete notable. Los propios motores, las bombas y el sistema hidráulico se deterioran. A veces se siente como si las tuberías y los grifos estuvieran a punto de romperse.

¡Suscribir! Será interesante.

Además, cuando la caldera está fría y se le suministra bruscamente agua caliente (más de 95 ° C), se producen fenómenos desagradables que se asemejan a una ebullición explosiva. También sucede a la inversa, el agua con una temperatura de 100 ° C puede estar fría, cuando hay vapor seco en la caldera con una temperatura de casi 200 ° C. En este caso, también se produce un golpe de ariete perjudicial.

En total, hay dos calderas idénticas en la sala de calderas, pero la segunda tiene chastotniki para bombas. Las calderas (más precisamente, los generadores de vapor) producen vapor con una temperatura de más de 115 °C y una presión de hasta 14 kgf/cm2.

Es una pena que el diseño de la caldera en el circuito eléctrico no haya proporcionado un encendido suave de los motores de las bombas. Aunque las calderas son italianas, se decidió ahorrar en esto...

Reitero que para el encendido suave de los motores asíncronos, tenemos las siguientes opciones a elegir:

• sistema de arranque suave (arranque suave)
• convertidor de frecuencia (inversor)

En este caso, era necesario elegir la opción en la que hubiera una interferencia mínima en el circuito de trabajo del control de la caldera.

El hecho es que cualquier cambio en el funcionamiento de la caldera debe acordarse con el fabricante de la caldera (o una organización certificada) y con la organización supervisora. Por lo tanto, los cambios deben hacerse de forma discreta y silenciosa. Aunque no interfiero en el sistema de seguridad, así que no es tan estricto aquí.

Mis lectores habituales saben que ahora, después, tengo todo el derecho a realizar trabajos de instrumentación y automatización en la sala de calderas.

Selección de arrancadores suaves

Primero, echemos un vistazo a la placa de identificación del motor:

La potencia del motor es de 7,5 kW, los devanados están conectados en un circuito "triangular", la corriente nominal consumida en este caso es de 14,7 A.

Así es como se veía el sistema de lanzamiento ("duro"):

Les recuerdo que tenemos dos motores, y los arrancan los contactores 07KM1 y 07KM2. Los contactores están equipados con bloques de contactos adicionales - para indicación y control de encendido.

El arrancador suave ABB PSR-25-600 fue elegido como alternativa. Su corriente máxima es de 25 amperios, por lo que tenemos un buen margen. Especialmente cuando considera que tendrá que trabajar en condiciones difíciles: la cantidad de arranques / paradas, altas temperaturas. Foto - al principio del artículo.

Aquí hay una pegatina en el arrancador suave con los parámetros:

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Arrancador suave ABB PSR-25-600 - parámetros

• FLA - Amperios a plena carga - valor actual a plena carga - casi 25A,
• Uc - tensión de funcionamiento,
• Us es el voltaje del circuito de control.

Instalación de arrancadores suaves

Intenté iniciar:

La altura se ajusta uno a uno, el ancho también, solo que el largo es un poco más largo, pero hay un lugar.

Ahora una pregunta sobre las cadenas de gestión. Los contactores del circuito original se encendían con 24 VAC, mientras que nuestros ABB se controlan con un voltaje de al menos 100 VAC. Existe la necesidad de un relé intermedio o un cambio en el voltaje de suministro del circuito de control.

Sin embargo, en el sitio web oficial de ABB encontré un diagrama que muestra que este dispositivo es capaz de funcionar a 24 VCA. Probé suerte, no funcionó, no arranca ...

Pues ponemos un relé intermedio que lleva la tensión al nivel deseado:

Aquí está desde un ángulo diferente:

Eso es todo. Relevos intermedios denominados 07KM11 y 07KM21. Por cierto, también son necesarios para circuitos adicionales. Los indicadores se encienden a través de ellos y secan los contactos para un dispositivo externo (aún no se usa, en el esquema anterior: cables naranjas).

Cuando quise usar el control directamente, sin relé (24 VAC), planeé encender los indicadores de energía a través de los contactos Com-Run, que ahora están sin usar.

Circuitos de arranque suave

Aquí está el diagrama original.

Y así es como cambié fácilmente el esquema:

Los ajustes son cortos. Hay tres ajustes: tiempo de aceleración, tiempo de desaceleración y voltaje inicial.

Sería posible utilizar un arrancador suave y contactores selectores de motor (cambiar un dispositivo a dos motores). Pero esto complicará y cambiará en gran medida el circuito y reducirá la confiabilidad. Lo cual es muy importante para una instalación tan estratégica como una sala de calderas.

Formas de onda de voltaje

La nuez del conocimiento es dura, pero aun así
¡No estamos acostumbrados a retroceder!
Ayúdanos a descomponerlo
noticiero "¡Quiero saberlo todo!"

Cualquiera puede armar un circuito con un destornillador. Y para aquellos que quieren ver el voltaje y entender qué procesos reales están teniendo lugar, un osciloscopio es indispensable. Publico oscilogramas a la salida del arrancador suave 2T1.

¿No es una inconsistencia lógica: el motor está apagado, pero hay voltaje en él? Esta es una característica de algunos arrancadores suaves. Desagradable y peligroso. Sí, hay 220 V en el motor incluso cuando está parado.

El hecho es que el control ocurre solo en dos fases, y la tercera (L3 - T3) está conectada directamente al motor. Y como no hay corriente, el voltaje de la fase L3 actúa en todas las salidas del dispositivo, que pasa a través de los devanados del motor. La misma tontería ocurre en los relés de estado sólido trifásicos.

¡Ten cuidado! Cuando realice el mantenimiento de un motor conectado a un arrancador suave, apague los disyuntores de entrada y verifique que no haya voltaje.

Dado que la carga es inductiva, la sinusoide no solo se corta en pedazos, sino que también se distorsiona en gran medida.

La interferencia se precipita, y esto debe tenerse en cuenta: puede haber fallas en el funcionamiento de los controladores y otras corrientes débiles. Para reducir esta influencia, es necesario espaciar y blindar los circuitos, instalar inductores en la entrada, etc.

La foto fue tomada un par de segundos antes de que se encendiera el contactor interno (bypass), que aplicaba voltaje completo al motor.

Foto del casco

Otra pequeña ventaja son algunas fotos de la apariencia del arrancador suave ABB PSR-25-600.

ABB PSR-25-600 - vista inferior

Opción: conector y soportes para conectar un ventilador de refrigeración, en caso de cargas pesadas

ABB PSR-25-600: terminales de alimentación de entrada y terminales de alimentación y control.

Eso es todo por ahora, ¡las preguntas y críticas en los comentarios sobre el arranque suave de los motores eléctricos son bienvenidas!

¡Felices fiestas de mayo!

¿Quién quiere esforzarse, gastar su dinero y tiempo en el reequipamiento de dispositivos y mecanismos que ya funcionan perfectamente? Como muestra la práctica, muchos. Aunque no todos en la vida se encuentran con equipos industriales equipados con potentes motores eléctricos, constantemente se encuentran, aunque no tan voraces y potentes, con motores eléctricos en la vida cotidiana. Bueno, todos usaron el ascensor, seguro.

¿Son los motores y las cargas un problema?

El hecho es que prácticamente todos los motores eléctricos, en el momento de arrancar o detener el rotor, experimentan grandes cargas. Cuanto más potente sea el motor y el equipo que impulsa, mayor será el costo de hacerlo funcionar.

Probablemente, la carga más significativa que recae sobre el motor en el momento de la puesta en marcha es un exceso múltiple, aunque a corto plazo, de la corriente nominal de funcionamiento de la unidad. Después de unos segundos de funcionamiento, cuando el motor eléctrico alcance su velocidad nominal, la corriente consumida por el mismo también volverá a los niveles normales. Para asegurar el suministro de energía necesario tienen que aumentar la capacidad de los equipos eléctricos y las líneas conductoras lo que hace subir sus precios.

Cuando se pone en marcha un motor eléctrico potente, debido a su alto consumo, se produce una “caída” de la tensión de alimentación, lo que puede provocar mal funcionamiento o avería de los equipos alimentados con él desde la misma línea. Además, se reduce la vida útil de los equipos de suministro de energía.

En caso de situaciones de emergencia que provocaron la quema del motor o su sobrecalentamiento severo, las propiedades del acero del transformador pueden cambiar tanto es así que después de la reparación, el motor perderá hasta un treinta por ciento de potencia. En tales circunstancias, ya no es adecuado para una operación posterior y requiere reemplazo, que tampoco es económico.

¿Para qué sirve un arranque suave?

Parece que todo es correcto y el equipo está diseñado para esto. Pero siempre hay un "pero". En nuestro caso, hay varios:

• en el momento de arrancar el motor eléctrico, la corriente de alimentación puede exceder la nominal entre cuatro y media y cinco veces, lo que conduce a un calentamiento significativo de los devanados, y esto no es muy bueno;
• arrancar el motor por conexión directa provoca tirones, que afectan principalmente la densidad de los mismos devanados, aumentando la fricción de los conductores durante el funcionamiento, acelerando la destrucción de su aislamiento y, con el tiempo, puede provocar un cortocircuito entre espiras;
• las sacudidas y vibraciones antes mencionadas se transmiten a toda la unidad accionada. No es saludable en absoluto, porque puede causar daño a sus partes móviles: sistemas de engranajes, correas de transmisión, cintas transportadoras, o simplemente imagínese viajando en un ascensor que se mueve con espasmos. En el caso de bombas y ventiladores, este es el riesgo de deformación y destrucción de turbinas y álabes;
• no se olvide de los productos que pueden estar en la línea de producción. Pueden caerse, desmoronarse o romperse debido a tal tirón;
• Bueno, y probablemente el último de los puntos que merecen atención es el costo de operar dicho equipo. Estamos hablando no solo de reparaciones costosas asociadas con cargas críticas frecuentes, sino también de una cantidad tangible de electricidad gastada de manera ineficiente.

Parecería que todas las dificultades operativas anteriores son inherentes solo a equipos industriales potentes y voluminosos, sin embargo, esto no es así. Todo esto puede convertirse en un dolor de cabeza para cualquier profano promedio. En primer lugar, esto se aplica a las herramientas eléctricas.

Las especificaciones del uso de unidades tales como sierras caladoras eléctricas, taladros, amoladoras y similares implican múltiples ciclos de arranque y parada en un período de tiempo relativamente corto. Este modo de operación, en la misma medida, afecta su durabilidad y consumo de energía, así como sus contrapartes industriales. Con todo esto, no hay que olvidar que los sistemas de arranque suave incapaz de controlar la velocidad del motor o invertir su dirección. También es imposible aumentar el par de arranque o reducir la corriente por debajo de lo que se requiere para iniciar la rotación del rotor del motor.

Video: Arranque suave, ajuste y protección del colector. motor

Opciones para sistemas de arranque suave para motores eléctricos

Sistema estrella-triángulo

Uno de los sistemas de arranque más utilizados para motores asíncronos industriales. Su principal ventaja es la sencillez. El motor arranca cuando se cambian los devanados del sistema de estrella, después de lo cual, cuando se establece la velocidad nominal, cambia automáticamente a la conmutación delta. Este tipo de comienzo le permite alcanzar una corriente casi un tercio inferior que con arranque directo del motor eléctrico.

Sin embargo, este método no es adecuado para mecanismos con una pequeña inercia rotacional. Estos incluyen, por ejemplo, ventiladores y bombas pequeñas debido al pequeño tamaño y peso de sus turbinas. En el momento de la transición de la configuración "estrella" a la configuración "triángulo", reducirán drásticamente la velocidad o se detendrán por completo. Como resultado, después de la conmutación, el motor eléctrico esencialmente se reinicia. Es decir, al final, no solo logrará un ahorro en el recurso del motor, sino que, muy probablemente, obtendrá un exceso de electricidad.

Video: Conexión de un motor asíncrono trifásico con estrella o triángulo

Arrancador suave de motor electrónico

El arranque suave del motor se puede realizar mediante triacs incluidos en el circuito de control. Existen tres esquemas para dicha inclusión: monofásico, bifásico y trifásico. Cada uno de ellos difiere en su funcionalidad y costo final, respectivamente.

Estos esquemas suelen es posible reducir la corriente de arranque hasta dos o tres nominales. Además, es posible reducir el importante calentamiento inherente al mencionado sistema estrella-triángulo, lo que contribuye a aumentar la vida útil de los motores eléctricos. Debido al hecho de que el arranque del motor se controla mediante la reducción del voltaje, la aceleración del rotor se realiza de manera suave y no abrupta, como en otros esquemas.

En general, se asignan varias tareas clave a los sistemas de arranque suave del motor:

• el principal: reducir la corriente de arranque a tres o cuatro nominales;
• reducción de la tensión de alimentación del motor, en presencia de capacidades y cableado adecuados;
• mejora de los parámetros de arranque y frenado;
• protección de emergencia de la red contra sobrecargas de corriente.

Circuito de arranque monofásico

Este esquema está diseñado para arrancar motores eléctricos con una potencia de no más de once kilovatios. Esta opción se utiliza si es necesario suavizar el impacto en el arranque, y no importa el frenado, el arranque suave y la reducción de la corriente de arranque. En primer lugar, por la imposibilidad de organizar a estos últimos en tal esquema. Pero debido a la producción más barata de semiconductores, incluidos los triac, se descontinúan y rara vez se encuentran;

Circuito de arranque bifásico

Dicho esquema está diseñado para regular y arrancar motores con una potencia de hasta doscientos cincuenta vatios. Estos sistemas de arranque suave a veces equipado con un contactor de derivación Sin embargo, para reducir el costo del dispositivo, esto no resuelve el problema del suministro de energía asimétrico de las fases, que puede provocar un sobrecalentamiento;

Circuito de arranque trifásico

Este circuito es el sistema de arranque suave más confiable y versátil para motores eléctricos. La potencia máxima de los motores controlados por tal dispositivo está limitada exclusivamente por la máxima resistencia térmica y eléctrica de los triacs utilizados. Su la versatilidad le permite implementar muchas funciones tales como: freno dinámico, flyback o campo magnético y balanceo limitador de corriente.

Un elemento importante del último de los circuitos mencionados es el contactor de derivación, que se mencionó anteriormente. Él permite asegurar el correcto régimen térmico del sistema de arranque suave del motor eléctrico, después de que el motor haya alcanzado su velocidad normal de funcionamiento, evitando que se sobrecaliente.

Los arrancadores suaves de motores eléctricos que existen en la actualidad, además de las propiedades anteriores, están diseñados para su funcionamiento conjunto con diversos controladores y sistemas de automatización. Tienen la capacidad de encenderse por comando del operador o del sistema de control global. En tales circunstancias, en el momento en que se encienden las cargas, pueden ocurrir interferencias que pueden provocar fallas en el funcionamiento de la automatización y, por lo tanto, vale la pena cuidar los sistemas de protección. El uso de circuitos de arranque suave puede reducir significativamente su impacto.

Arranque suave de bricolaje

La mayoría de los sistemas enumerados anteriormente son en realidad inaplicables en condiciones domésticas. En primer lugar, por el hecho de que en casa rara vez utilizamos motores asíncronos trifásicos. Pero los motores monofásicos de colector son más que suficientes.

Hay muchos esquemas para el buen arranque de los motores. La elección de uno en concreto depende únicamente de ti, pero en principio teniendo ciertos conocimientos de ingeniería radiofónica, manos habilidosas y ganas, es bastante puedes armar un entrante casero decente que prolongará la vida útil de sus herramientas eléctricas y electrodomésticos en los años venideros.

¿Cómo conseguir un ahorro energético óptimo en sistemas hidráulicos con bombas centrífugas? Esta pregunta es planteada cada vez más por especialistas y líderes empresariales en la actualidad. Entonces, ¿qué dispositivos pueden acortar el período de recuperación y aumentar la eficiencia energética: arrancadores suaves, variadores de frecuencia o el uso de un esquema de control de bombas en paralelo? Los autores del artículo ofrecen un análisis exhaustivo de varias soluciones técnicas, ilustradas con ejemplos de implementación en producción, diagramas y tablas.

ABB LLC, Moscú

Garantizar la eficiencia energética es una de las tareas más urgentes ya la vez complejas en la actualidad. Reducir el costo del consumo de electricidad es uno de los métodos para aumentar la rentabilidad de la producción y el funcionamiento eficiente de las líneas de producción. Un análisis general de las empresas en una amplia variedad de aplicaciones muestra que los costos asociados con la compra de equipos y el tiempo de inactividad de producción debido al mantenimiento y puesta en marcha de nuevos equipos pueden compensarse parcialmente con ahorros en el consumo de energía.

Las tecnologías energéticamente eficientes son una de las prioridades de ABB. Los métodos y desarrollos más avanzados para garantizar el funcionamiento más eficiente han encontrado su camino en los equipos modernos de ABB: convertidores de frecuencia y arrancadores suaves *, que se utilizan ampliamente para controlar los mecanismos de accionamiento de las unidades de bombeo y pueden reducir significativamente el consumo de energía. en potabilizadoras y plantas potabilizadoras.

El método mecánico de uso frecuente para controlar el flujo de la bomba, o el método de estrangulamiento, es extremadamente ineficiente en términos de ahorro de energía. En este sentido, surge la pregunta: ¿cuál de las dos soluciones técnicas es el método más económico para reducir el consumo de energía: variadores de frecuencia o control cíclico (Fig. 1)? Por tanto, el rendimiento del sistema hidráulico con bomba centrífuga es el factor determinante a la hora de elegir uno u otro método de control.

Arroz. una. Control de caudal en el sistema mediante estrangulamiento, control cíclico y de frecuencia

En el campo del tratamiento de aguas residuales, el encendido/apagado de las bombas centrífugas suele estar controlado por el sistema de control de procesos. El agua residual (es decir, el agua proveniente de edificios residenciales o comerciales) generalmente se recolecta en sumideros o tanques de aguas residuales antes de bombearla a las plantas de tratamiento de agua municipales. Dada cierta periodicidad, el uso de arrancadores suaves reduce significativamente el riesgo de obstrucción de las bombas con residuos contenidos en el agua.

El control cíclico es una alternativa interesante a VFD, a pesar de la pérdida de flexibilidad en el control de flujo. En otras palabras, un arrancador suave se considera una tecnología adecuada y competitiva para proteger un motor asíncrono de sobrecargas eléctricas, choques mecánicos y vibraciones durante el arranque, así como golpes de ariete en el sistema de tuberías que se producen cuando se detiene una bomba. Además, el motor funciona en el punto de funcionamiento óptimo y se apaga el resto del tiempo.

Las siguientes secciones analizan el ahorro de energía y el ROI de las soluciones de control cíclico y control de frecuencia variable para dos bombas centrífugas (90kW y 350kW).

Sistema de bombeo típico

A la hora de diseñar un sistema de bombeo, la condición principal es garantizar el caudal requerido Qop [m3/h]. En un sistema ideal, la bomba seleccionada tiene una característica Qbep [m3/h] que coincide con la característica Qop [m3/h]. En la práctica, generalmente se selecciona una bomba más grande (Fig. 2). Como resultado, la bomba funciona con una eficiencia hidráulica reducida en la mayor parte del rango de rendimiento. Lo anterior se ilustra en la Fig. 3 para dos bombas centrífugas Aurora de 90kW y 350kW.

Tabla 1. Características comparativas de los parámetros de dos bombas.

Arroz. 2. Elegir una bomba para una instalación industrial

Arroz. 3. Disminución de la eficiencia hidráulica en bombas de 90 kW y 350 kW debido a cambios en los parámetros de los componentes del sistema en un 15 %

Para analizar las posibilidades de ahorro energético en estas bombas se consideraron tres sistemas hidráulicos diferentes: con predominio de la presión para vencer el rozamiento, es decir, la relación (?) de la altura estática Hst [m] a la altura hidráulica máxima Hmax [ m] es 5%; con predominio de la presión estática (? es 50%); con una cabeza combinada (? es 25%) (Fig. 4).

Arroz. cuatro Sistemas hidráulicos seleccionados para análisis de posibles ahorros energéticos

Características de rendimiento del convertidor de frecuencia, el arrancador suave y el motor

Los convertidores de frecuencia tienen una alta eficiencia (ηconv) que naturalmente disminuye cuando la potencia de salida se reduce del valor nominal. Cuando el arrancador suave funciona en régimen permanente, es decir, cuando se activa el bypass, la eficiencia de los arrancadores suaves es casi del 100 %. Cabe señalar que la eficiencia de los arrancadores suaves disminuye notablemente con un aumento en el número de arranques por hora y una reducción en los intervalos de tiempo de funcionamiento, lo que se debe a pérdidas de Joule adicionales durante el arranque y parada del motor eléctrico, así como a la funcionamiento de los tiristores (Fig. 5).

Arroz. 5. Cambio en la eficiencia eléctrica (%) del arrancador suave y convertidor de frecuencia con carga de bombeo

Los estándares más estrictos adoptados recientemente (clases IE) garantizan una mayor eficiencia del motor cuando funciona bajo carga (fig. 6 y 7). La eficiencia de un motor (en estricta relación con la clase) se ve afectada por el uso de un convertidor de frecuencia o de un arrancador suave: la eficiencia disminuye cuando se alimenta con un convertidor de salida de inversor rápido debido a la presencia de distorsión armónica en corriente y voltaje, pero no cambia cuando se alimenta con un arrancador suave después del final del overclocking transitorio debido al voltaje sinusoidal en la salida del dispositivo.

Arroz. 6. Influencia de la clase de eficiencia energética del motor eléctrico en la eficiencia de la bomba

Arroz. 7. Cambio de la eficiencia de un motor eléctrico con carga hidráulica

El efecto de cambiar las características de los componentes del sistema, la clase de eficiencia energética del motor eléctrico y las pérdidas armónicas en un sistema real se dan en la Tabla. 2.

Tabla 2. Influencia del tamaño del sistema, clase de motor y pérdidas armónicas
para consumo eléctrico (Pn =90 kW - frecuencia de conmutación 4 kHz)

El ahorro de energía

En la fig. 8 y 9. En sistemas con predominio de la presión para vencer la fricción (? = 5%), el control de frecuencia proporciona un mayor ahorro energético en casi todo el rango de operación (del 7 al 98%) para ambos sistemas de bombeo. En el caso de una bomba de 90 kW y en un sistema con predominio de altura estática (? = 50%), el control cíclico es la mejor solución técnica frente al uso de un convertidor de frecuencia para todos los puntos de funcionamiento. El convertidor de frecuencia proporciona un ahorro de energía ligeramente mayor para una bomba de 350 kW, pero solo en el rango del 75 al 92 % del rendimiento de la bomba. Al considerar un sistema hidráulico combinado (? = 25 %), el control VFD permite un mayor ahorro de energía solo para bombas con una capacidad superior al 28 % (para un sistema de 90 kW) y al 24 % (para un sistema de 350 kW). De hecho, los mayores ahorros de energía con el control de frecuencia se encuentran en el rango de rendimiento de la bomba del 15 al 20 %.

Arroz. ocho.
para bomba 90 kW

Arroz. 9. Ahorro de energía [%] con control de frecuencia y cíclico
para bomba 350 kW

A diferencia de los convertidores de frecuencia, que tienen pérdidas de semiconductores durante el funcionamiento nominal, los arrancadores suaves, en este caso, funcionan a través de un contactor de derivación, por lo que los tiristores no están involucrados (Fig. 10). Y por lo tanto, no hay pérdida de calor adicional. Las características operativas y del sistema, en las que es preferible la elección de uno u otro método de control para controlar el rendimiento de la bomba, se muestran en la fig. once**.

Arroz. diez. Eficiencia óptima para una bomba de 90 kW cuando se deriva a través de un arrancador suave
con cargas altas (90-100 % de la capacidad nominal)

Arroz. once. El punto de referencia en el que el ahorro cuando se utiliza el control cíclico se hace mayor,
que con una solución de variador de frecuencia

ROI

Uno de los factores más importantes para los clientes es el cálculo del retorno de la inversión, que incluye costos adicionales debido al tiempo de inactividad del equipo durante la instalación y puesta en marcha del arrancador suave.

El costo de un convertidor de frecuencia es tres veces mayor que el costo de un arrancador suave para bombas con una potencia nominal de hasta 25 kW y cinco veces para bombas de 350 kW. La inversión inicial total en velocidad variable o control cíclico se calcula como la suma del costo del convertidor de frecuencia o arrancador suave más el porcentaje de costos de tiempo de inactividad en relación con los costos gastados durante todo el ciclo de vida de la línea de proceso.

Para convertidores de frecuencia y arrancadores suaves, esta participación es del 7,5%.

El costo de los componentes individuales puede variar por varias razones. En primer lugar, debe tenerse en cuenta que los convertidores de frecuencia de bajo voltaje se usan con mayor frecuencia en el modo continuo de encendido del motor eléctrico, y no en el modo de arranque/parada, y brindan un control más preciso. Sin embargo, los transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) utilizados en los convertidores de frecuencia requieren mantener un cierto régimen de temperatura y enfriamiento, lo que los convierte en elementos bastante costosos y, en consecuencia, aumenta el costo de los convertidores de frecuencia en comparación con los arrancadores suaves de la misma potencia nominal. En los arrancadores suaves, los elementos de potencia de semiconductores (tiristores) solo resuelven los modos de arranque y parada con un tiempo promedio de cada modo de aproximadamente 15 segundos. Cabe señalar que los tiristores económicos y confiables no requieren enfriamiento forzado constante.

El periodo de amortización de los convertidores de frecuencia y el control de flujo cíclico se muestra en la fig. 12 y 13 para motores eléctricos de 90 kW y 350 kW para tres sistemas hidráulicos: ? = 5%, 25% y 50%.

Arroz. 12 Periodo de amortización de soluciones con control de frecuencia y cíclico (arrancador suave)
para bomba 90 kW

Arroz. 13 Periodo de amortización para soluciones con control de frecuencia y cíclico (arrancador suave)
para bomba 350 kW

Soluciones para control de bombas en paralelo

En muchos sistemas hidráulicos, se pueden obtener ahorros de energía óptimos con un buen retorno de la inversión mediante el uso de un esquema de control de bombas en paralelo*** que utiliza convertidores de frecuencia y arrancadores suaves.

Arroz. catorce. Solución para un sistema con cuatro bombas en paralelo
(sistema hidráulico con predominio de la presión para vencer la fricción)

Tabla 3 Esquema de control en un sistema con cuatro bombas en paralelo

Arroz. quince. Solución para un sistema con tres bombas en paralelo
(sistema hidráulico con cabeza estática / con predominio de la presión para vencer la fricción)

Tabla 4 Esquema de control de caudal en un sistema con tres bombas en paralelo
(sistema hidráulico combinado)

Tabla 5 Opciones

Arroz. dieciséis. Período de recuperación estimado para dos instalaciones,
con control paralelo de bombas desde convertidores de frecuencia y arrancadores suaves

¿La mejor solucion?

Se realizó un análisis de la efectividad de los sistemas de control de caudal cíclico y de frecuencia variable para dos bombas centrífugas (90 kW y 350 kW) con motores hasta 1000 V. Los resultados obtenidos indican que el control mediante control de frecuencia es la mejor solución en Sistemas hidráulicos con predominio de la presión para superar las pérdidas por rozamiento (transporte de líquido sin desnivel en el caso de utilizar bombas de circulación). En sistemas con predominio de altura estática, se recomienda utilizar control cíclico. Debe evitarse el uso de convertidores de frecuencia en sistemas con bomba plana y características de carga debido al riesgo de inestabilidad y rotura.

Los arrancadores suaves son la solución técnica más prometedora para las instalaciones de tratamiento de agua y aguas residuales, en las que es necesario encender/apagar la bomba para bombear fluido desde los colectores y luego mover las aguas residuales a la planta de tratamiento. Los arrancadores suaves son altamente confiables y tienen funciones integradas para eliminar los golpes de ariete durante el arranque y el apagado del sistema. Sin embargo, se pueden lograr los máximos ahorros de energía y el mínimo tiempo de amortización para una amplia gama de sistemas hidráulicos con esquemas de control de bombas en paralelo utilizando una combinación de convertidores de frecuencia y arrancadores suaves. Aprovechando los conocimientos de automatización y una amplia gama de productos de automatización de baja tensión, ABB ofrece otras soluciones para la eficiencia energética en una amplia variedad de aplicaciones.

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* Los arrancadores suaves regulan el nivel de voltaje aplicado al motor para garantizar un arranque y parada suaves del variador.

** Cuando se convierte el porcentaje de ahorro de energía (para velocidad fija y estrangulamiento) en eficiencia económica, se supone que la bomba funciona 8760 horas al año (330 x 24) a un precio de $0,065 por kWh de electricidad.

*** Para un control de flujo óptimo en circuitos paralelos, una bomba funciona hasta alcanzar la capacidad máxima, después de lo cual la carga hidráulica se divide en dos bombas que funcionan simultáneamente. Cuando se alcanza el segundo punto de ajuste, se activan tres bombas, y así sucesivamente.

Literatura

1. Industrias ITT (2007). El lugar de ITT en el ciclo del agua: Todo menos las tuberías.
2. Aurora Pump (Pentair Pump Group) junio de 1994, Estados Unidos.
3. CEI 60034-31:2009. Máquinas eléctricas rotativas. Parte 31: Guía para la selección y aplicación de motores energéticamente eficientes, incluidas las aplicaciones de velocidad variable.
4. Brunner, CU (4 y 5 de febrero de 2009). Clases de eficiencia: Motores y sistemas eléctricos. Evento de estándares de desempeño energético de motores, Sydney (Australia). www.motorsystems.org.
5. Departamento de Energía (DOE). Agencia Internacional de Energía (EIA) (junio de 2009). Precio medio de venta al público de la electricidad a clientes finales.
6 Sagarduy, J. (enero de 2010). Evaluación económica de métodos de arranque a tensión reducida. SECRC/PT-RM10/017.
7. Instituto Hidráulico (agosto 2008). Bombas y sistemas, comprensión de los fundamentos de los sistemas de bombas para la eficiencia energética. Cálculo del costo de propiedad.
8.ITT Flygt (2006). Circulationspumpar med vet motor för värmesystem i kommersiella byggnader.
9. Vogelesang, H. (abril de 2009). eficiencia energética. Dos enfoques para el control de capacidad. Revista World Pumps.

La alta corriente de entrada es un problema para los sistemas con potencia máxima limitada. La máquina puede fallar, el sistema de alimentación ininterrumpida entra en modo de sobrecarga. ¿Cómo ser?

Una buena solución sería utilizar un arrancador suave (SCP). Por ejemplo, tenemos una bomba sumergible monofásica con una potencia de 1 kW, ubicada en un pozo a una profundidad de 50 metros. Para poner en marcha su motor, se requiere de 4 a 6 veces la corriente de arranque, es decir, el sistema debe soportar una potencia a corto plazo de unos 5 kW. Digamos que un inversor diseñado para 3kW simplemente no podrá arrancar. El momento del lanzamiento también estará acompañado por un fuerte aumento de la presión, lo que en realidad significa un golpe de ariete en el sistema de suministro de agua.

Inserte el arrancador suave en la línea que alimenta la bomba. El dispositivo, dentro de un tiempo específico (generalmente hasta 20 segundos), aumentará suavemente el voltaje, lo que permitirá que la bomba gire el impulsor con aceleración, sin sacudidas. Como resultado, igualamos la corriente de arranque al valor nominal, es decir ascendió a 1 kW y prolongó significativamente la vida útil de la bomba sumergible (la vida útil aumenta aproximadamente 2 veces, dado el costo de la bomba, la decisión de utilizar un arrancador suave, incluso en ausencia de un sistema de respaldo de energía, se vuelve obvia ):

Imagina un esquema de conexión que se pueda utilizar tanto con equipos monofásicos como trifásicos:

¿Hay restricciones en el uso del arrancador suave? Sí, los hay, y usted debe ser consciente de ellos:
1) Los arrancadores suaves no se pueden usar con refrigeradores. Se necesita una corriente de arranque alta para detener las válvulas del compresor.
2) De manera similar para acondicionadores de aire y otros equipos.

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