Curvas, VFD’s y Válvulas de Reducción de Presión

La comprensión de las curvas de las bombas es crítica para cualquier aplicación de sumergibles, ya sea que esté controlada por un interruptor de presión estándar, un dispositivo de frecuencia variable (VFD), o una válvula de reducción de presión (VRP). Además de ayudarle a producir la cantidad exacta de agua, evitar condiciones dañinas para la bomba (ej. Empuje ascendente) y maximizar la eficiencia, el entendimiento de las curvas de las bombas puede ayudarlo a visualizar y comprender las diferencias entre los sistemas estándar, sistemas con VFD y sistemas con VRP. Este número de Franklin AID lo guiará para que usted pueda lograrlo.

Antecedentes

Como usted sabe, las bombas vienen en una variedad de tamaños y por consiguiente, las características de sus curvas varían. En general, todas las curvas de las bombas describen la combinación de gasto y presión que una bomba puede generar. Por ejemplo, en la figura 1, una bomba de 3 hp de 10 gpm, genera 5 gpm y 900 pies de carga dinámica total (CDT) en el punto 1. En el punto 2, genera 9 gpm y 720 pies de CDT. En el punto 3, genera 13 gpm y 460 pies de CDT y así sucesivamente.

Al leer las curvas de las bombas debe tener en cuenta ciertos aspectos importantes. Primero, una bomba siempre operará de acuerdo a su curva pero nunca por encima o por debajo de la misma (eso quiere decir, nunca lejos de la línea). Segundo, generalmente las curvas de las bombas describen el rendimiento de la bomba a una sola velocidad, normalmente, 3,450 rpm para los motores de 2 polos.

curva-1

Ahora, imagine una aplicación que requiera una bomba de 10 gpm de 3hp, cuya curva se muestra abajo en la figura 2. La irrigación es parte de la instalación y durante el riego se requiere de 5 gpm. Tenemos 485 pies de elevación y pérdidas por fricción, además de tener que entregar una presión de 50 psi, para una carga dinámica total de 600 pies: 485 pies + (50 psi x 2.31) = 600 pies. 

Al usar un sistema convencional y un interruptor de presión de 30/50 psi, la bomba se activará a los 550 pies: 485 pies + (2.31 x 30 psi) = 550 pies. Como resultado, el sistema construirá la presión hasta que alcance la presión de desactivación de 50 psi. Este punto se muestra en la curva de abajo como presión de desactivación. En este punto la bomba se apagará, y el ciclo volverá a iniciar cuando la presión descienda a 30 psi.

Algo que es interesante resaltar es que para poder lograr la presión deseada, el sistema debe producir más gasto del necesario. En este caso, la bomba se enciende a los 12 gpm, 7 gpm más que los 5 gpm que el sistema en verdad requiere.

curva-2 

Debido a que un sistema de bombeo estándar entrega más agua de la necesaria, en este caso 7 galones más, el equipo frecuentemente se enciende y apaga. Como una alternativa, los dispositivos de frecuencia variable y las válvulas de reducción de presión pueden eliminar este ciclo y mantener la presión constante de 50 psi entregando 5 gpm. Aquí explicamos cómo funciona.

Dispositivos de Frecuencia Variable (VFD)

Un dispositivo de frecuencia variable como el controlador SubDrive de Franklin Electric, mantiene la presión constante modificando la velocidad de la bomba y el motor conforme cambia la demanda de agua. En vez de operar en una curva simple, una bomba con VFD opera en una infinidad de curvas que existen entre sus velocidades mínimas y máximas; 30 y 80 Hz, en el caso de un controlador SubDrive. Esencialmente, cada vez que cambia la velocidad de la bomba, el punto de operación de la misma se encuentra en una curva diferente dentro de su rango de rendimiento. La figura 3 ilustra cómo funciona un VFD con la misma aplicación mencionada anteriormente. En vez de que su ciclo funcione como en un sistema convencional, el VFD deberá operar la bomba a 2700 RPM aproximadamente, es así como se entrega una presión constante de 50 psi (600 pies CDT) con un gasto fijo de 5 gpm.

curva-3a

Válvulas de Reducción de Presión (VRP)

Las válvulas de reducción de presión ofrecen otra opción para mantener la presión constante del sistema y eliminar el ciclo. Tal como los sistemas convencionales, una VRP opera el motor y la bomba a una sola velocidad, 3450 rpm, pero de manera mecánica disminuye la cantidad de agua y presión que pueda sobrepasar a un punto asignado. Si utilizamos el mismo ejemplo, aunque sólo necesitemos generar un gasto fijo de 5 gpm con 600 pies de CDT, la bomba generará más de 11 gpm en el mismo punto de la curva. Para alcanzar los 5 gpm, debemos movernos a un punto diferente en la misma curva de la bomba. Con una VRP se puede lograr, restringiéndole flujo y forzando a la bomba para que opere a 900 pies de CDT, por lo tanto el sistema operará a 5 gpm sin estar encendiendo y apagando. Consulte la Figura 4.

curva-41 

Es importante entender que aún y cuando se requieran únicamente 600 pies de la CDT, la VRP crea una restricción para forzar a la bomba a operar a 900 pies de la CDT, para poder lograr un gasto fijo de 5 gpm. La diferencia entre estos dos puntos (600 y 900 de CDT) es qué tanta carga se desperdicia en esta aplicación. En este ejemplo desperdiciamos 300 pies de carga, o su equivalente de 130 psi.

Las restricciones de las VRP tienen implicaciones significativas en el consumo de energía y en el enfriamiento de la unidad de bombeo. Esto es, entre más se desaproveche la CDT (a mayor restricción del sistema), habrá más consumo de energía. Además, entre más se disminuya el flujo, es menor el flujo de enfriamiento que pasa al motor que requiere una cantidad mínima para una operación adecuada. Finalmente, en los casos en los que la VRP disminuya el flujo casi en su totalidad (flujo aproximándose a 0), el motor podría operar en una condición similar a la de válvula cerrada.

Resumen

El uso de las curvas para elegir qué bomba y qué motor se ajustan a los requerimientos de su sistema, le permitirá lograr una mejor eficiencia, menos desgaste y una larga vida de la bomba y del motor. Aunque hay diferentes tipos de sistemas que entregan la cantidad de agua que usted necesita, las curvas de las bombas lo ayudarán a comprender las ventajas y limitaciones de cada una. Cuando usted cuenta con todas las opciones disponibles, es fácil reconocer que un VFD le ofrece la forma más eficiente de combinar el rendimiento y demanda.

Para cualquier duda o aclaración puede contactarnos directamente:

México: 01 800 801 FELE
Latinoamérica: +52 (81) 8000 1000