VFD en guardia para ahorrar energía

El contenido del artículo

• Principios del control de flujo de líquido sin VFEP
• El principio del control del flujo de fluidos usando VREP
• Aplicación de VREP para bombas de pozo
• Ventajas de VREP además del ahorro energético
• Empresas manufactureras y período de recuperación

El artículo hablará sobre cómo reducir el consumo de energía de una bomba de pozo ya instalada o que se planea instalar, explicará qué es un accionamiento eléctrico controlado por frecuencia, nombrará sus principales características, ventajas y aplicaciones..

Cuantos más beneficios aparezcan en nuestra casa, mayor será la carga que recaiga sobre los hombros del sistema energético. Como resultado, los pagos por la electricidad están aumentando y muchos propietarios están intentando de alguna manera reducir este elemento de costo, recurriendo a diversas tecnologías de ahorro de energía. Los electrodomésticos con una clase energética de al menos «A», dispositivos de iluminación económicos y mucho más se pueden ver en casi todos los hogares. Sin embargo, para viviendas suburbanas con suministro de agua autónomo, además de los métodos anteriores, se puede proponer un método más rentable de ahorro de energía..

Una gran parte de la electricidad se utiliza para mover agua y gases en dispositivos como bombas, ventiladores, compresores. Dichos equipos se utilizan para el funcionamiento del sistema de suministro de calor, el suministro de agua potable (y no solo centralizado, sino también individual), el funcionamiento del sistema de alcantarillado, el movimiento industrial de líquidos y gases. En la mayoría de los casos, aquí se desperdicia energía. Esto se debe a que el consumo en estos sistemas es desigual. Tiene picos con carga máxima, que ocupan una parte muy pequeña del tiempo de funcionamiento y rara vez superan un par de horas al día. Es para estos picos que se diseñan equipos como una bomba o un soplador. Básicamente, no se requiere un suministro de líquido o gas al 100%, sino en la región del 30-40% de la carga máxima posible. Es fácil ver esto en el ejemplo de los picos de ingesta de agua en los sistemas centrales de suministro de agua potable: los máximos de la mañana y la tarde se oponen al mínimo de la noche. Sin embargo, la bomba sigue funcionando a plena capacidad todo este tiempo y consume el 100% de la energía..

Hasta la fecha, ya existe una solución a este problema: un accionamiento eléctrico controlado por frecuencia (VREP), se discutirá a continuación..

Principios del control de flujo de líquido sin VFEP

Para evaluar los beneficios de la introducción de la regulación de frecuencia, recuerde los métodos comúnmente utilizados de reducción tradicional del suministro de líquido o gas. Por simplicidad, se darán ejemplos de un sistema de suministro de agua regular con una bomba estándar, dejando de lado el movimiento de aire, aceite, gases y todo tipo de fluidos industriales. Por cierto, los principios serán muy similares.

Uno de los primeros a considerar es la regulación con bypass. Se trata de una línea de derivación, que es un ramal de la tubería principal, que devuelve parte del fluido ya bombeado por la bomba al suministro de la misma bomba. A pesar de la posibilidad de un ajuste bastante preciso del sistema a los parámetros de flujo de agua especificados, su eficiencia es increíblemente baja.

El siguiente en esta lista se puede considerar regulación utilizando válvulas y otros dispositivos instalados aguas abajo de la bomba y limitando la sección efectiva de la tubería. Esta opción también puede considerarse como un desperdicio de una parte considerable de la electricidad desperdiciada, ya que estos dispositivos cortan la gran cabeza creada al nivel requerido.

Otra opción de control es el funcionamiento periódico de las bombas. Consiste en encender el equipo solo para llenar los tanques de almacenamiento con agua, luego de lo cual ocurre una parada automática. De los descritos anteriormente, tiene, quizás, la mejor eficiencia, pero no está exento de inconvenientes:

• los arranques / paradas constantes reducen la vida útil del equipo;
• existe el riesgo de golpe de ariete durante el próximo lanzamiento, que puede dañar la tubería;
• presión de red desigual.

Una opción más confiable es el funcionamiento simultáneo de un grupo de bombas. Este método implica la inclusión de una unidad de respaldo con un aumento en la ingesta de agua. Sin embargo, también tiene varias desventajas. Por ejemplo, cuando se utilizan bombas de diferente potencia y parámetros, el funcionamiento de todo el sistema será inestable. Y el costo de dicho método de regulación es bastante alto, ya que implica la compra no de uno, sino de varios equipos a la vez..

El principio del control del flujo de fluidos usando VREP

El control de flujo de fluido mediante un variador de frecuencia está diseñado para reducir el porcentaje de energía desperdiciada en todas las áreas donde se utilizan motores eléctricos, así como también hay una carga variable.

La composición de dicho equipo incluye no solo el mecanismo operativo de la bomba y el motor eléctrico. Aquí el papel principal lo juega el llamado «convertidor de frecuencia», también es un convertidor de frecuencia. Por medio de sensores instalados en la red, reacciona a todos los cambios y controla el flujo: se forma un voltaje dado con una cierta amplitud en su salida, que, a su vez, hace que el motor y, en consecuencia, el mecanismo de trabajo de la bomba gire a una cierta velocidad (más lenta). Entonces, cuando la tasa de flujo aumenta al máximo, la bomba funcionará con total eficiencia, pero inmediatamente cuando la entrada de agua disminuya, reaccionará reduciendo la velocidad de rotación del mecanismo de trabajo. Y, en consecuencia, consumo energético reducido.

En consecuencia, el mismo volumen de líquido entregado al grifo deseado por una bomba con VREP requerirá menos fondos que un esquema similar con una velocidad de rotación constante del mecanismo de trabajo del equipo. Esto elimina la necesidad de métodos de control ineficaces como el estrangulamiento o el uso de derivaciones..

Aplicación de VREP para bombas de pozo

Como se mencionó anteriormente, la tecnología de regulación de frecuencia también se puede aplicar en una casa de campo común. Es posible implementarlo en un sistema de suministro de agua caliente, calefacción o en una bomba de pozo. Consideremos la última opción con más detalle, ya que es allí donde la más pronunciada y comprensible para una persona común es la frecuencia de la carga:

• la noche es el mínimo, en la situación considerada suele ser igual a cero;
• mañana – máximo (lavarse, ducharse, cocinar el desayuno, etc.);
• día – medio (lavar, cocinar, limpiar);
• tarde – máximo (ducha, baño, cocina, etc.);
• la noche es otro mínimo.

La división, por supuesto, es condicional, pero los propietarios de viviendas suburbanas a veces sienten picos muy claramente cuando, debido a una disminución de la presión en la red, el agua del grifo fluye con una presión débil. Lo que no se observa en otros momentos del día..

Hoy en día, es posible no solo comprar una bomba lista para usar con un accionamiento variable, sino también actualizar un convertidor de frecuencia ya instalado. Este último, cuando se utiliza junto con una bomba sumergible, debe tener el siguiente conjunto de funciones:

1. Controlador PID incorporado (a veces PI, pero estos son menos comunes en el mercado).
2. Capacidad de optimización de energía que permite la reducción de voltaje normal con baja carga de transmisión.
3. Posibilidad de reiniciar la unidad después de cualquier falla o error de la automatización sin intervención humana..
4. Protección de sobrecarga del motor.
5. Protección de sobrecalentamiento del motor.
6. Protección contra cortocircuitos.
7. Protección de la bomba contra el funcionamiento en seco, es decir, contra el funcionamiento sin agua cuando el nivel en el pozo desciende por debajo de la tubería de succión. El líquido bombeado es un refrigerante y lubricante para la unidad, por lo tanto, su ausencia en una bomba en funcionamiento conduce a un sobrecalentamiento y una falla rápida..
8. Modo de «suspensión» cuando se utiliza el convertidor junto con una bomba que se limita a trabajar a velocidades muy bajas.
9. Archivo de accidentes. Esta opción es indispensable a la hora de aclarar las características del funcionamiento del dispositivo en circunstancias específicas con fallas repetidas (periódicas).
10. Control escalar (volt-hertz U / f) o vectorial para un ajuste más preciso del variador, asegurando un funcionamiento normal suave (sin sacudidas) del mecanismo.

En cuanto a la elección del equipamiento, se pueden destacar los siguientes puntos:

1. Al elegir un «chastotnik», se debe prestar más atención no a la potencia, sino a la corriente nominal, y se debe proporcionar un cierto margen. Esto se debe al hecho de que la corriente nominal de los motores eléctricos sumergibles es ligeramente superior a la de los modelos estándar de motores..
2. La capacidad de sobrecarga de la «frecuencia» instalada debe ser lo suficientemente grande (más del 120%), de lo contrario este inconveniente debe ser compensado por la potencia del motor, que se incrementará ligeramente.
3. En los casos en que el transmisor deba colocarse en una habitación sin calefacción, debe tener un rango de temperatura de funcionamiento adecuado y una clase de protección adecuada..

Además del equipo principal, también debe prestar atención al cable: debe tener una sección transversal grande para evitar la pérdida de voltaje a lo largo. Como protección adicional, puede instalar un estrangulador de motor, además protege contra grandes fugas de corriente y protección contra sobrecargas. También se puede instalar una inductancia de línea frente al inversor (convertidor), que a su vez, elimina los problemas al operar desde un transformador de distribución..

Ventajas de VREP además del ahorro energético

Además de ahorrar energía, equipar bombas con accionamiento eléctrico variable tiene otros aspectos positivos..

En primer lugar, el recurso del equipo se duplica significativamente, casi al doble, ya que se reduce el número de arranques y paradas..

En segundo lugar, es posible reducir significativamente la capacidad del tanque de almacenamiento, ya que cuando aumenta el caudal, la bomba automáticamente comienza a funcionar con mayor eficiencia. Para que cualquier consumo máximo no conduzca a una disminución de la presión en la red, también se puede proporcionar una bomba con una potencia deliberadamente mayor para la instalación; el consumo de energía aumentará ligeramente.

Otro factor positivo son los arranques y paradas suaves, que anulan la probabilidad de un golpe de ariete en la red. Como resultado, no solo el equipo, sino el suministro de agua en sí durará más de lo habitual..

Empresas manufactureras y período de recuperación

Hay varios fabricantes de variadores de frecuencia en el mercado. Puede ver una variedad de productos de empresas de renombre mundial como ABB y SIMENS, y muestras de producción nacional. El costo de las marcas eminentes será apropiado, pero en cuanto a la calidad, es muy posible cubrirlo con empresas rusas..

En cuanto al período de recuperación, en cada caso se calculará individualmente. Por lo general, los fondos están completamente cubiertos por ahorros por un período de seis meses a dos años, pero puede haber excepciones aisladas..

Se puede distinguir el siguiente patrón: cuanta más potencia tenga la bomba, más costosa costará, respectivamente, y un accionamiento eléctrico controlado por frecuencia será más costoso que un análogo menos potente. Pero una bomba de este tipo también consume más electricidad; por lo tanto, el ahorro al usar la «frecuencia» será más significativo y se amortizará antes..

Otro hecho: la instalación de un accionamiento eléctrico controlado por frecuencia se justificará antes en la red, en la que el funcionamiento desigual es más pronunciado y los picos (carga máxima) ocurren raramente y son de corta duración..

En conclusión, me gustaría señalar que sería bueno aplicar este método de regulación no solo en casa. Para muchas empresas, esta medida de ahorro de energía ayudaría a reducir la intensidad energética de la producción. Las empresas de servicios públicos gastarían menos en el transporte de agua en los sistemas de calefacción y suministro de agua. Además, la tecnología VFD no solo se aplica a las bombas. Se puede utilizar con éxito en cualquier área donde se utilicen motores eléctricos: ascensores, montacargas, cualquier componente hidráulico de los mecanismos y otros. Al cambiar a un consumo racional de electricidad, reducimos la carga de CHP y NPP, lo que en última instancia tiene un efecto positivo no solo en la condición material del estado, sino también en la ecología de la región..