Bombas centrífugas y velocidad variable – Parte 1

Constantes del controlador

Las crecientes preocupaciones sobre el uso y la eficiencia de la energía han impulsado un uso más generalizado de sistemas de velocidad variable para impulsar bombas centrífugas. Hay varios factores en juego, pero la libertad de diseño que se permite al romper los enlaces a frecuencias eléctricas fijas puede ayudar a acercarse al punto de mejor eficiencia de la bomba, o BEP. Sin embargo, hay algunos tiburones matemáticos que acechan debajo de la superficie que deben tenerse en cuenta.

Los motores eléctricos son los dispositivos (electro) mecánicos más comunes utilizados en todo el mundo. En particular, los motores de inducción de corriente alterna (CA) son los impulsores de bombas más comunes y, afortunadamente, exhiben algunas características relativamente simples. Cuando se operan por debajo de la velocidad nominal, producen un par constante; por encima de la velocidad nominal, la potencia de salida es constante.

La relación entre la potencia de salida y el par se define como:

Por ejemplo, un motor de 75 hp / 1.750 rpm es capaz de generar 225 ft-lb de torsión. Del mismo modo, un motor de 55 kW / 1.450 rpm es capaz de generar un par de 362 Nm. Teniendo en cuenta los rasgos y la ecuación anteriores, la salida de un motor se puede demostrar gráficamente a continuación:

La mayoría de los fabricantes de bombas optan por fijar el diámetro de la bomba en valores máximos al dimensionar aplicaciones de velocidad variable para reducir el número de iteraciones y maximizar la eficiencia. Y lo que es bastante inconveniente, las velocidades resultantes rara vez caen a velocidades del motor de frecuencia fija o cerca de ellas.

Considere una bomba que requiere 67 hp (50 kW) a 1420 rpm, como ilustración. ¿Qué motor eliges? ¿El motor del ejemplo anterior proporcionaría suficiente potencia a la velocidad nominal de la bomba? Sabiendo que el par es constante por debajo de la frecuencia nominal, podemos usar la ecuación anterior para determinar si este motor funcionará.

Por lo tanto, un motor de 75 HP, 1750 rpm solo puede producir 60.9 HP a 1,420 rpm y no funcionará. Pero un motor de 100 HP y 1750 rpm es capaz de producir 81,1 HP a la velocidad nominal de la bomba y, por lo tanto, funcionará. A continuación se muestra una calculadora rápida y sencilla que le ayudará a seleccionar el motor correcto para su aplicación.

Notas:

• La clasificación mínima requerida se refiere al tamaño del motor requerido para entregar suficiente energía para operar las condiciones de la bomba como entrada. Tenga en cuenta que los requisitos de potencia de la bomba aumentan exponencialmente con la velocidad; considere todos los puntos de funcionamiento con cuidado.
• La clasificación de cobertura total se refiere al tamaño del motor requerido para adaptarse al rango de velocidad máxima (0-100%) del motor, mediante la aplicación de las leyes de afinidad para bombas centrífugas.
• Para la mayoría de las aplicaciones, se recomienda utilizar valores máximos de potencia (sin sobrecarga) para el diámetro y la velocidad nominales del impulsor.
• La mayoría de los motores clasificados con VFD son capaces de sobrevelocidad del 20% (consulte al fabricante del motor). Si la velocidad nominal de la bomba es superior al 120% de la velocidad máxima del motor, no se recomienda ningún motor.
• Aparecerá un mensaje de «No recomendado» si el requisito de potencia supera los 400 HP (300 kW), lo que supera los marcos estándar NEMA o IEC.
• Aunque las bombas centrífugas son cargas de par variable, los métodos de par constante se están aplicando por razones conservadoras.

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