Variadores para Fluidos y agua

Estrangular una bomba es una forma de convertir energía eléctrica en ruido y calor. La bomba gira a plena velocidad y la válvula destruye la altura sobrante; un variador, en cambio, reduce la velocidad de la bomba hasta que produce solo la altura que el sistema necesita. Como la potencia de una bomba sigue el cubo de la velocidad mientras que el caudal sigue su primera potencia, el ahorro a caudal parcial es desproporcionadamente grande, y por eso el abastecimiento de agua es la modernización con variador más frecuente del mundo.

Pero el ahorro no es el único cambio y, en un sistema de agua, los demás importan más que la energía. Reducir la velocidad de una bomba modifica el perfil de presiones de toda la red, lo que puede trasladar un problema de sobrepresión de un punto a otro. Arrancar una bomba por rampa elimina la onda de presión que un arranque directo envía por la conducción. Pararla por rampa —en lugar de dejar que la válvula de retención golpee— elimina el golpe de ariete que rompe codos y agrieta juntas. Muchos proyectos se aprueban por la energía y se justifican después por la tubería que dejó de averiarse.

La aplicación clásica de abastecimiento de agua es un grupo de bombeo que mantiene presión constante en un sensor de impulsión. El variador lee la presión, la compara con la consigna y ajusta la velocidad mediante un lazo PID. Los sistemas de agua, sin embargo, tienen más elasticidad que el lazo estable que espera un PID sencillo, de modo que hay que ajustarlo con lentitud, con una función de sueño que detenga la bomba cuando desaparece la demanda y una de despertar que la arranque de nuevo ante una caída de presión.

Dos errores son habituales. El primero es hacer funcionar el variador en un modo de control que no mantiene par en el extremo bajo del rango de velocidad, lo que deja a la bomba incapaz de sostener presión cuando la demanda es pequeña. El segundo es dimensionar el variador por la potencia nominal de la bomba en lugar de por la corriente a plena carga del motor, lo que sobre el papel está bien y dispara la primera tarde calurosa.

Cuando varias bombas trabajan en paralelo, la función útil no es un PID más rápido sino un esquema de control escalonado: una bomba modula mientras las demás giran a velocidad fija o entran y salen, con rotación del servicio para que ninguna máquina acumule todo el desgaste. Esa lógica suele residir en el variador o en un controlador pequeño, y conviene decidir pronto si se implementará en el variador o por encima de él.

Cuando un proceso tiene un fluido que cae o se drena desde un punto alto a uno bajo, la energía de ese fluido suele desperdiciarse en una válvula reguladora. Un variador de cuatro cuadrantes puede, en cambio, dejar que la bomba funcione como turbina, manteniendo el caudal en el valor requerido y devolviendo a la red la energía recuperada. Esta es la lógica de la recuperación de condensados en sistemas de vapor y de las instalaciones de reducción de presión en conducciones de agua.

Diseñar uno de estos sistemas consiste en acertar con el balance energético. Hay que mapear el comportamiento de la turbina en el punto de funcionamiento, el generador debe poder girar en todo el rango de velocidad que exige el caudal y la vía regenerativa debe dimensionarse para servicio continuo y no para un transitorio de frenado. Es un proyecto de ingeniería genuino y no una selección de producto, y la amortización es correspondientemente larga; pero cuando la reducción de presión hace falta de todos modos, el coste marginal se limita al variador y a la máquina.

La otra forma de recuperación no necesita turbina alguna. Cuando una planta tiene varias bombas en una misma red, la energía recuperada en la deceleración de una puede alimentar la aceleración de otra mediante un bus de continua común. En una planta con muchos arranques y paradas, esto por sí solo elimina la mayor parte de las resistencias de frenado.

La mayoría de los fallos de bomba no son eléctricos. Una bomba sumergible que pierde su aporte de agua destruye sus cierres y su motor en minutos; una bomba de pozo que gira contra una válvula cerrada se sobrecalienta; una bomba de aguas residuales que arranca demasiadas veces desgasta su cierre mecánico años antes de tiempo. El variador puede proteger contra los tres, pero solo si la protección se configura en lugar de dejarse por defecto: umbrales mínimos de corriente o potencia para la marcha en seco, una velocidad mínima y un máximo de arranques por hora, y una entrada de nivel para un pozo de bombeo.

Las tiradas de cable largas entre el cuadro y la bomba son habituales y son un problema de especificación, no de ajuste. Por encima de una distancia publicada, la tensión en bornes del motor sobrepasa la salida del variador por la propia impedancia del cable, y el aislamiento del motor se degrada a lo largo de meses en lugar de fallar de inmediato. Los remedios —reactancias de entrada y salida, filtro dv/dt o filtro senoidal— se eligen a partir de la longitud del cable y de la clase de aislamiento del motor; el bastidor del variador debe prever el filtro desde el principio.

El último punto son los datos de puesta en marcha. La corriente de régimen sana de una bomba registrada el primer día es el diagnóstico más útil que tendrá nunca la instalación, y un variador capaz de almacenarla y compararla detectará un rodete desgastado o una válvula parcialmente cerrada mucho antes de que se conviertan en avería. Anotar esa línea base y fijar desde ella los umbrales de alarma es un trabajo de diez minutos que se amortiza una vez.