EBARA ens parla dels avantatges d’utilizar variadors de freqüència en bombes PCI.
Actualment l’ús de variadors de freqüència en bombes està molt estès. En algunes aplicacions de bombeig el seu ús està pràcticament generalitzat, com poden ser el subministrament d’aigua de consum en edificació residencial, edificació singular, recirculació en sistemes HVAC o xarxes agrícoles d’irrigació.
No obstant això, en bombes de PCI encara és molt escassa la seva utilització i fins i tot el variador és un gran desconegut.
Els principals avantatges a favor de l’ús dels variadors de freqüència, en aplicacions generalistes, que argumenten els fabricants dels mateixos solen ser:
-
-
- Estalvi d’energia i millora de l’eficiència dels sistemes que utilitzen motors elèctrics
- Reduir l’estrès mecànic de les màquines
- Ajustar la velocitat del motor als requeriments del procés
- Reduir nivells de pressió sonora, especialment processos on intervenen bombes i ventiladors
- Ajustar el parell o la potència del motor als requeriments del procés
-
El variador de freqüència és una solució en principi pensada per ajustar la velocitat del motor, sent l’arrencada d’aquest una característica secundària.
Per a aplicació en bombes de PCI ens fixarem en aquest últim aspecte de l’arrencada, per això ens detindrem a examinar una mica el seu funcionament.
Els variadors de freqüència actuals majoritàriament utilitzen tipus de control escalar i vectorial:
Control Escalar (també anomenat control de freqüència)
És el control per defecte de fàbrica en els variadors de freqüència.
Per alimentar correctament un motor asíncron a parell constant, sigui quina sigui la velocitat és necessari mantenir el flux (1) constant. Atès que el flux varia proporcionalment amb la tensió i inversament amb la freqüència, es necessita que la tensió i la freqüència variïn simultàniament i en les mateixes proporcions per mantenir el flux constant.
La velocitat de referència imposa una freqüència i el variador calcula la tensió per mantenir el flux constant. No obstant això, si no efectuem cap compensació la velocitat real varia amb la càrrega (lliscament), limitant l’exactitud de funcionament.
Control Vectorial (també anomenat control de velocitat)
Per corregir aquest problema la major part dels variadors funcionen mitjançant Control Vectorial de Flux. El variador treballa en bucle obert, però introduint els valors del motor:
-
-
- Tensió nominal.
- Intensitat nominal.
- Factor de potència.
- Velocitat nominal en r.p.m.
-
El variador elabora les informacions necessàries a partir de les mesures de les magnituds presents en els borns de la màquina, i calcula els valors del rotor. Inductància i moment del parell. En connectar el variador s’autoajusta calculant els valors de Rs (Resistència de l’Estator), i Lf (Inductància de l’estator). Per a aplicacions de sistemes contra incendis, el Control Escalar sol ser suficient, mentre que el Control Vectorial s’aplica per a control més precís quan la dinàmica del sistema és més àmplia.
En resum, la variació de la relació tensió/freqüència (U/f) és la que evita els pics de tensió en l’arrencada del motor, ja que en el moment d’arrencar la part inductiva del motor és 0, i per tant la impedància és molt baixa. Amb una arrencada directa la tensió sempre és 400VCA versus la impedància molt baixa, el que significa un corrent d’arrencada molt alta.
En canvi, amb variador la tensió a baixa velocitat és també baixa i conseqüentment la influència de tenir una impedància baixa no afecta a tenir un pic de corrent gran en l’arrencada.
Recordem que en bombes PCI l’habitual és l’ús de sistemes d’arrencada com l’arrencada directa, per a potències realment petites i estrella triangle que és el més comú.
Durant l’arrencada del motor, hi ha un consum de corrent molt elevat que pot provocar una caiguda en la tensió de la xarxa principal prou important com per a afectar al normal funcionament de la resta de receptors connectats a ella. En els casos més severs pot fer saltar les proteccions i inclús sobrepassar el que la mateixa xarxa pot aportar i fallar en l’intent d’arrencada del motor.
En una arrencada directa, es produeix un pic d’intensitat en l’arrencada de l’ordre de 5 a 10 vegades la In. En una arrencada estrella triangle aquest pic és de 2 a 3 vegades In, però poden aparèixer transitoris molt majors en la commutació a triangle. En l’arrencada per variador no hi ha pic d’arrencada.
Un altre dels grans avantatges de l’ús de variadors de freqüència en bombes és no provocar, l’indesitjat efecte, del cop d’ariet (2). La bomba té una rampa d’arrencada i aturada suau, no són maniobres brusques, per tant, no generen cop d’ariet.
Actualment hi ha fabricants de variadors que incorporen un denominat “mode incendi” en el que, queden desactivades les proteccions, com la tèrmica prohibida expressament per normativa, adequant el funcionament d’aquest dispositiu a la filosofia utilitzada en PCI de prioritzar el funcionament del sistema, proporcionant proveïment d’aigua respecte a la protecció de la mateixa màquina.
En altres mercats, com als EEUU on és imperatiu el compliment de l’estàndard NFPA i disposar de l’aprovació FM, ja hi ha fabricants de controladors que incorporen la solució del variador de freqüència amb el llistat UL i aprovat FM.
En particular per a mercats que es guien pels estàndards NFPA, a més dels avantatges esmentats anteriorment, s’afegeixen aquestes altres més específiques de PCI
-
- Limitació de la pressió de control
- Eliminació de les Vàlvules reductores de pressió (PRVs)
- Eliminació de les inspeccions i proves relatades per la NFPA 25 (per a les PRVs)
- Eliminació de dipòsits de proveïment, amb estalvi de cost i espai (per als casos en què estigui permès connectar bombes directament a l’escomesa si van proveïdes de variador)
- Eliminació de la vàlvula de control en aspiració (si és requerida)
- Reducció de sobrepressió en canonades
- Reducció del dimensionament del grup electrogen
