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Mejoramiento de la eficiencia de los sistemas de bombeo existentes
Por: Amy Stone *
A medida que aumentan los gastos de una producción y los mercados se vuelven aún más volátiles, todos los productores buscan reducir costos. Si bien hay muchas formas de reducir los gastos, este artículo se centrará en alternativas para mejorar la eficiencia de los sistemas de bombeo existentes en las instalaciones acuícolas. Los sistemas de variación de frecuencia son una gran herramienta para optimizar los sistemas hidráulicos.
Los variadores de frecuencia / velocidad, o VFD / VSD por sus siglas en inglés respectivamente, a menudo se combinan con bombas de agua y aireadores para reducir / aumentar la velocidad del motor mientras optimizan el flujo y la presión para equiparar las necesidades del sistema con el punto de mejor eficiencia de estos equipos. Durante muchos años, muchos productores han sobredimensionado el funcionamiento de sus sistemas de bombeo y ventilación con la intención de usar una válvula para crear una presión de entrada artificial, alejando la curva de funcionamiento
del sistema del punto de mayor eficiencia.
Un VFD funciona manipulando la frecuencia de entrada proporcionada al motor que está controlando. Esta manipulación de la frecuencia también cambia las características de presión y flujo de la bomba o el aireador. Algunos VFD también
El mejor punto de eficiencia para una bomba es cuando toda la masa giratoria (rodamientos del motor, eje e impulsor) está perfectamente equilibrada mientras gira.
tienen un transformador interno que les permite convertir energía monofásica en energía trifásica en las aplicaciones de menor potencia.
Una pieza muy importante a considerar al agregar un dispositivo de variación al sistema es el tipo de motor que tienen las bombas, ya que no todos los motores se pueden utilizar con un VFD. El motor debe estar clasificado para voltajes trifásicos y para modo inversor. Si el equipo no está clasificado para aplicaciones de modo inversor, fallará prematuramente por sobrecalentamiento del bobinado del motor.
Bombas de agua Si bien el uso de una válvula de estrangulamiento para controlar el flujo y crear presión ha sido una práctica aceptada que ahorra costos de adquisición, a su vez se traduce en energía desperdiciada, mayores gastos eléctricos y desgaste indebido del equipo, ya que crea turbulencias en la salida de la bomba, lo que puede generar condiciones de cavitación que desgastan los cuerpos de las válvulas y reducen significativamente su vida útil. La cavitación en las bombas ocurre en el lado de succión y con frecuencia en motores de mayor velocidad (3500 RPM) en aplicaciones de succión de elevación que operan fuera del margen del punto de mejor eficiencia de las bombas (BEP, por sus siglas en inglés). La cavitación reduce la vida útil del motor, el impulsor y los sellos mecánicos, lo que genera un mantenimiento continuo más costoso.
El mejor punto de eficiencia para una bomba es cuando toda la masa giratoria (rodamientos del motor,
eje e impulsor) está perfectamente equilibrada mientras gira. Cuando una bomba funciona fuera de su punto BEP, hay deflexión del eje, calor y vibración que contribuyen a una vida útil más corta y una menor eficiencia, lo que a su vez se traduce en costos de operación.
En sistemas de tamaño adecuado, una bomba está diseñada conforme a los requisitos del sistema. El tamaño de la bomba se calcula en función del flujo de la presión de entrada dinámica total del sistema. Los fabricantes utilizan esta información para determinar el diámetro del impulsor, el tamaño de la conexión hidráulica y la frecuencia del motor, lo que permite que la bomba funcione en el punto de mejor eficiencia. A veces, ese punto requiere una frecuencia que está fuera de la velocidad sincronizada del motor sin un VFD, aquí es cuando entra en juego ese variador de frecuencia.
El VFD permite al usuario establecer la frecuencia / velocidad del motor al nivel óptimo que, en última instancia, permite que la bomba funcione de manera más eficiente.
La pérdida por fricción, la caída de presión y la carga estática son una parte dinámica de la presión del sistema. Esta dinámica cambia según la demanda de flujo, la carga del filtro, los niveles de almacenamiento del sistema, los volúmenes de agua cambiantes, etc. Los VFD pueden ayudar con estos cambios cuando se configuran con sensores.
Dependiendo de las características disponibles del sistema de variación, los controles y alarmas se pueden integrar fácilmente en el sistema para ayudar a mantener los estándares de calidad del agua que ayuden a maximizar el crecimiento y el rendimiento del cultivo. A medida que se carga el filtro y el flujo disminuye, el VFD puede aumentar la frecuencia del motor para adaptarse a la presión más alta y aún mantener el flujo objetivo. Hay características de seguridad en estos equipos para evitar sobre presurizar el sistema.
Algunos fabricantes han integrado el VFD en el motor de la bomba, mientras que otros prefieren aplicaciones independientes. Los sistemas de variación independientes suelen tener una programación más flexible y pueden conectarse a sistemas de control y alarma. Los VFD integrados generalmente son bombas de piscina reutilizadas que están destinadas a ser unidades independientes y no tienen todas las opciones de entrada y salida mencionadas anteriormente.
Aireadores Cada vez se ven más y más aireadores con VFD integrado en el mercado. Esta es una noticia fantástica dado que los aireadores suelen ser de gran tamaño para poder manejar la máxima biomasa de un sistema. Dado que a menudo estamos criando animales durante varios meses en el mismo sistema de agua, la demanda de oxígeno incrementa conforme a su crecimiento.
En los sistemas típicos que hemos analizado, los aireadores son de gran tamaño y se crea un bucle lateral para ventilar el exceso de aire. Esto es efectivo; sin embargo para lograrlo, el aireador está usando electricidad extra. El uso de un VFD permitiría que el aireador produzca la cantidad adecuada de aire
para los requisitos dados durante todo el ciclo de crecimiento de los organismos cultivados.
Si bien es posible que agregar o diseñar un sistema de variación de frecuencia / velocidad no sea lo primero que se piense al buscar un incremento en la eficiencia de las operaciones acuícolas, definitivamente es una opción a considerar para los productores.
Amy Riedel Stone, presidenta y propietaria de Aquatic Equipment and Design, Inc. Anteriormente colaboró como gerente en Pentair Aquatic Eco-Systems, y cuenta con estudios en Agricultura en Purdue University. Contacto: amy@aquaticed.com
