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Arrancadores suaves en aplicaciones de bombeo

En las aplicaciones de bombeo las dinámicas del sistema juegan un papel clave para elegir el tipo necesario de control de la bomba.

El objetivo primordial de una aplicación de este tipo es mover el fluido, pero reducir los golpes de ariete y detectar cualquier incidencia en el sistema de bombeo también son cuestiones importantes.

Pero ¿cuál es entonces el modo más efectivo de diseñar el control de una aplicación de bombeo?

En el escenario que planteamos hay que bombear agua de una fuente a otra con una bomba centrífuga, reduciendo asimismo los golpes de ariete.

En este caso, la aplicación hace una llamada para iniciar la bomba de forma suave y pone el motor a máxima velocidad hasta que la aplicación envía un comando de parada.

Se trata de un escenario en el que un arrancador suave encaja mucho mejor que los variadores de frecuencia variable (VFD), porque no es necesario controlar la velocidad entre el inicio y la parada.

A continuación se detallan tres métodos habituales para el puerto de arranque:

El método de arranque suave se utiliza en aplicaciones con poca potencia en el origen en las que deben evitarse los picos de corriente en el arranque. Se trata del método tradicional para utilizar un voltaje reducido al arrancar una aplicación.
El método de control de bomba se utiliza cuando se desea seguir la curva en S propia de la bomba y proporcionar control y par suficientes cuando la aplicación lo necesite, pero conservando la energía. A veces, dependiendo de las dinámicas del sistema, la corriente necesaria para este método es mayor que en el método de arranque suave.
El método de aceleración lineal se utiliza para conseguir el arranque más suave de todos. Este método no depende de la carga como los dos métodos de arranque anteriores. La mayoría de las aplicaciones que lo utilizan requieren un tacómetro externo.

Los métodos de parada más comunes en estas aplicaciones son tan simples como los de arranque:

Parada suave para reducir el voltaje en la parada, que aumenta el tiempo de rampa para el resto de componentes más allá del tiempo necesario para alcanzar la inercia.
Parada de bomba, similar al arranque de bomba, que sigue las dinámicas del sistema en la parada.
Por último, está la desaceleración lineal, que proporcionaría una parada controlada y suave, e independiente de la carga, a la aplicación de bombeo.

La imagen que aparece a continuación ilustra el par y la velocidad de la carga de la bomba cuando se realiza la parada con los tres métodos descritos. El golpe de ariete se controla con el par del motor.

Comparación de pares [HAGA CLIC PARA AUMENTAR EL TAMAÑO]

Comparación de velocidades [HAGA CLIC PARA AUMENTAR EL TAMAÑO]

Ahora que el arranque y la parada funcionan y los golpes de ariete están controlados, pueden estudiarse otros aspectos de la información de diagnóstico de la aplicación.

Por ejemplo, ¿qué sucede con la cavitación de la bomba, con las admisiones y salidas conectadas o con los casos de bajo flujo?

Algunos dispositivos independientes de detección de cavitaciones en la bomba solo utilizan la corriente para detectar incidencias.

El problema que presentan estos dispositivos es que la corriente no es lineal en un motor, tal y como ilustra la siguiente curva de un motor de 150 Hp, con lo que la corriente por sí sola no ofrece toda la información necesaria.

Entonces, si el motor no presenta mucha carga, ¿es suficiente la corriente para detectar problemas en la bomba? No.

Para obtener una indicación de lo que está haciendo el sistema, es necesario utilizar, aparte de la corriente, medidas de potencia como el factor de potencia y la potencia real.

Rendimiento de la carga en un motor de 150 Hp [HAGA CLIC PARA AUMENTAR EL TAMAÑO]

Tanto el factor de potencia como la potencia real se mueven hacia el valor cero, mientras que la corriente del motor no lo hace.

Siempre existe una corriente que magnetiza el motor incluso cuando no existe carga.

Son los tres factores: el factor de potencia, la potencia real y la corriente los que pueden ayudar a señalar si está teniendo lugar algún problema en la bomba.

Por ejemplo, si la potencia real descendiera, podría ser síntoma de cavitación en la bomba o de un atasco en la entrada de la misma, lo que podría provocar que se quedara sin fluido.

Si la potencia real aumentara, tal vez podría tratarse de una sobrecarga, por deterioro de los cojinetes o rotura de la línea de descarga.

Otra manera de monitorizar una aplicación de bombeo es utilizar un medidor de flujo.

Normalmente, un dispositivo de este tipo puede realimentarse a través de una tarjeta analógica colocada en un rack de PLC que podría monitorizarse con un programa de control.

La cuestión es: ¿hay alguna manera de simplificar los diferentes métodos para controlar y monitorizar una aplicación de bombeo y de reducir el número de dispositivos necesarios?

La respuesta es afirmativa. Es posible utilizar un único dispositivo, un controlador inteligente de motores completamente funcional, capaz de:

Reducir los golpes de ariete durante el arranque y la parada incluyendo aceleración y desaceleración lineales sin necesidad de sensores, lo que hace innecesario el uso de un tacómetro externo
Proporcionar capacidades de monitorización de potencia
Ofrecer alarmas y disparos ante fallos programables
Incluir entradas/salidas analógicas ampliables que pueden conectarse a un medidor de flujo
Ampliar la comunicación

Puede obtener más información sobre el Arrancador suave SMC^TM-50 de Allen-Bradley.

Publicado 2 de octubre de 2017

Bill Bernhardt

Senior Commercial Engineer, Rockwell Automation

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