Funciones innovadoras en aplicaciones de bombeo con variadores de frecuencia www. insysacorp.com Ing. Guillermo Campos Automation Manager.

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1 Funciones innovadoras en aplicaciones de bombeo con variadores de frecuencia www. insysacorp.com Ing. Guillermo Campos Automation Manager

2 ¿Qué es un variador de frecuencia? Los variadores de frecuencia son dispositivos que permiten variar la velocidad en un motor controlando electrónicamente el voltaje y la frecuencia entregada al motor. www. insysacorp.com

3 Estructura interna de un VFD www. insysacorp.com

4 Selección del variador adecuado ¿Capacidad? ¿Voltaje? ¿Aplicación? ¿Corriente? ¿Consideraciones especiales? o Control o Comunicación o Frenado o Funciones www. insysacorp.com

5 Recomendaciones de instalación Elementos en la entrada: o AC reactor o Fusibles o Contactor (opcional) o Breaker o Supresor de voltaje Elementos de salida: o Load reactor o Filtros de salida www. insysacorp.com

6 Según su aplicación como se clasifican los VFD www. insysacorp.com Torque constante: aquellas aplicaciones conocida como alto torque o heavy duty (HD). Torque variable: aquellas aplicaciones conocidas como torque liviano o normal duty (ND).

7 Torque Variable Torque variable son aquellas aplicaciones donde el flujo tiene un comportamiento cuadrático, es decir que no necesita vencer grandes fuerzas al inicio del arranque, la resistencia aumenta de manera cuadrática de manera la velocidad aumenta hasta llegar al valor nominal. El torque disminuyen conforme lo hace la velocidad del motor. www. insysacorp.com

8 Ahorro de energía Un ejemplo: una aplicación de control de presión en un sistema de agua potable. El variador controla la velocidad del motor según la demanda de fluido. La Figura muestra la característica de estas cargas, donde la potencia demandada es proporcional al cubo de la velocidad (velocidad elevado a la 3era potencia). www. insysacorp.com

9 Sistemas convencionales vs sistema con variador Sistemas convencionales/antiguos: o Por estrangulación / damper o Por sistemas de recirculación www. insysacorp.com Damper Control Flow Power Energy save Inverter Control Q P Q-P Curve Motor & Pump Flow Drive Feedback Reference Controller Valve or Damper

10 Control de Lazo Cerrado en bombeo Transductor/transmisor Actuador Controlador www. insysacorp.com

11 Transductor/transmisor Elemento que convierte la variable física a medir en variable eléctrica capaz de ser medida con una lógica. www. insysacorp.com

12 Actuador y Controlador Actuador será el motor/bomba y el controlador el variador, esto será fijo en el sistema de presión constante con variador. www. insysacorp.com

13 Variables de medición Seleccione un transmisor adecuado a su proceso y a su tipo de conexión: o Transmisores NPT ½” (muy común) o Transmisores para brida (instrumentación más especializada) Depende del sistema donde se aplique el sistema de presión constante, deben tomar en cuenta el transductor correcto. Las entradas más comunes por defecto en los variadores son: Entrada analogica: o Voltaje o Corriente Por comunicación modbus (expandible a otras comunicaciones con tarjetas adicionales) Por pulsos www. insysacorp.com

14 Rangos de operación Elija su transmisor de acuerdo al rango de operación de su proceso, trate de dejar entre un 70 ̴ 80% la presión referencia (la referencia set point en el sistema de presión constrante). www. insysacorp.com

15 Salidas de transmisores / entradas de variador Las señales más utilizadas para sistemas de presión constante son: Por voltaje: o Rango -12 ̴ 12 VDC (por lo general) o Linealidad ajustada por defecto 0 ̴ 10 VDC (lo más común en el mercado) o Posibilidad de ajustar la linealidad Por corriente: o Rango 0 ̴ 20 mA (por lo general) o Linealidad ajustada por defecto 4 ̴ 20 mA (lo más común en el mercado) o Posibilidad de ajustad la linealidad www. insysacorp.com

16 Linealidad entrada de voltaje www. insysacorp.com

17 Linealidad entrada de corriente www. insysacorp.com

18 Configuración entrada corriente H100 El variador puede configurar el rango de entrada tanto para corriente como voltaje. Este ajuste puede ser fino y puede ayudar a ser más exacto en la medición de la variable en el VFD. www. insysacorp.com

19 Conexión transmisores www. insysacorp.com

20 Interpretación de variable eléctrica en el VFD El rango de trabajo del variador esta sujeta al rango de trabajo del transmisor que estará midiendo la presión en el sistema. Algunos variadores tienen opción de modificar la unidad de entrada y el rango. Por ejemplo. o Transmisor de presión 0 ̴ 200 PSI con salida 4 ̴ 20mA o Variador entiende que el 4 mA = 0 PSI o 0% (si no trae opción para unidad) o Variador entiende que el 20mA = 200 PSI o 100% (si no trae opción para unidad) Tener cuidado al asignar la consigna en caso no tenga opción de unidad. www. insysacorp.com

21 Ingreso datos del sensor al variador H100 (PID Group) www. insysacorp.com

22 Selección de curva para bombeo y ventilación La mayoría de variadores por defecto de fábrica son controlados por modo de control Voltaje / Frecuencia, este modo de control es el más común dentro de industria y se utilizan otros modos de control únicamente para aplicaciones más especificas. Debe elegir el patrón cuadrático para aplicaciones de par variables si quiere obtener un optimo ahorro de energía, ya que si usted elige el patrón lineal, el ahorro será mucho menor. www. insysacorp.com

23 Selección de curva (patrón) ideal Patrón lineal vs patrón cuadrático www. insysacorp.com

24 Contabilización de ahorro y FP www. insysacorp.com

25 Consideraciones iniciales presión constante Definir de donde será el arranque. Definir tiempos de aceleración y desaceleración: se recomienda entre 2 a 5 segundos para presión constante. Conocer quien brindará el set point al variador: por lo general es desde la pantalla. Conocer que tipo de señal es el sensor y obtener el diagrama de conexión Conocer el rango del sensor Conocer la aplicación: ¿Necesita desactivar la bomba cuando el consumo sea nulo? ¿Necesita llenar suave la tubería? Etc. www. insysacorp.com

26 Parametrización funciones de Bombeo Parametrización del PID o Parametros P, I y D. Funciones de ahorro de energía o Sleep and wake up o Ahorro de energía por carga Función multimotores y alternación de bombas auxiliares Funciones para llenado de tubería o Pre PID + Soft Fill o Funciones de tubería rota Operación por horario (Real Time Clock – RTC) www. insysacorp.com

27 Introducción al PID Variable de Proceso PV: Es la variable medida que se desea estabilizar (controlar), Un ejemplo de variable de proceso es la presión, la cual se mide mediante algún sensor y su transductor adecuado que entreguen una señal de 4 a 20 mA proporcional a la presión. Set Point SP: Es el valor deseado de la variable de proceso, es el valor al cual el control se debe encargar de mantener la PV. Por ejemplo en una tubería la presión actual es 15 psi y el controlador esta programado de modo de llevar la presión a 20 psi. Tenemos: PV=15 y SP=20. www. insysacorp.com

28 Introducción al PID Error: Se define error como la diferencia entre la variable de proceso PV y el set point SP, E = SP - PV En el ejemplo anterior E = (SP - PV) = (20psi – 15psi) = 5 psi. Recuerde que el error será positivo cuando la presión sea menor que el set point, PV < SP. www. insysacorp.com

29 Introducción al PID: parámetro P En el algoritmo de control proporcional, la salida del controlador es proporcional a la señal de error, que es la diferencia entre el punto objetivo que se desea y la variable de proceso. En otras palabras, la salida de un controlador proporcional es el producto de la multiplicación de la señal de error y la ganancia proporcional www. insysacorp.com

30 Introducción al PID: parámetro I El modo de control Integral tiene como propósito disminuir y eliminar el error en estado estacionario, provocado por el modo proporcional. El control integral actúa cuando hay una desviación entre la variable y el punto de consigna, integrando esta desviación en el tiempo y sumándola a la acción proporcional. El error es integrado, lo cual tiene la función de promediarlo o sumarlo por un período determinado. www. insysacorp.com

31 Introducción al PID: parámetro I www. insysacorp.com

32 Introducción al PID: parámetro D Acción que pretende determinar el comportamiento de la variable de proceso de acuerdo a la pendiente de la derivada de la misma. Generalmente se programa el tiempo en que se toma la acción www. insysacorp.com

33 Parametrización del PID en H100 www. insysacorp.com

34 Parametrización del PID en H100 La selección del feedback corresponde el tipo de señal que ya hemos definido de parte del sensor. En caso más común es de corriente de 4-20mA. El variador al elegir I2, automáticamente tiene parametrizado que es una señal de 4-20mA aún cuando su rango es de 0-20mA. www. insysacorp.com

35 Parametrización del PID en H100 PID-25 al PID-27: Parametros P, I y D PID-30: Limite superior PID (velocidad máxima de la bomba) PID-31: Limite inferior PID (velocidad mínima de la bomba) o Considerar de acuerdo a cada aplicación y por experiencia la velocidad mínima. www. insysacorp.com

36 Parametrización del PID en H100 PID-50: Unidad a trabajar. PID-52 y PID-53: Valor al 0% y 100% del sensor respectivamente. www. insysacorp.com

37 Función sleep y wake-up Utilizada para ahorro de energía cuando el sistema esta en reposo y evita la necesidad de un presostato. Cuando la consigna es una vez alcanzada, la velocidad de la bomba baja. Programe una frecuencia a velocidad baja de la bomba y un tiempo de retardo para que el variador entre en modo stand-by. El variador inicia su control si la consigna cae un porcentaje determinado por el usuario. www. insysacorp.com

38 Funcionamiento sleep y wake-up www. insysacorp.com

39 Función multi-motor En los sistemas de presión constante, es común contar con bombas de refuerzo o bombas booster. Estas son utilizadas para elevar la cantidad de flujo en una tubería y de esa manera compensar la caída de presión en la misma. No todos los variadores tienen esta función, generalmente solo la tienen variadores dedicados para bombeo. El variador siempre controla un solo motor Los motores booster son controlador por señales digitales y arrancador de acuerdo a su capacidad como el cliente defina. www. insysacorp.com

40 Función multi-motor www. insysacorp.com

41 Función multi-motor La activación de las bombas booster es de manera gradual y suavizada. La bomba líder o master siempre queda controlada con el PID. Las bombas booster son por lo general bombas más pequeñas que la master. Para activar bombas booster: o Se programa frecuencia superior y tiempo de retardo Para desactivar bombas booster o Se programa frecuencia inferior y tiempo de retardo www. insysacorp.com

42 Alternación de bombas En muchas industrias, edificios y residenciales, es común que no todas las bombas booster trabajen en un día normal de operación, por lo que para un desgaste uniforme entre las bombas se hace una alternación automática. Se programa tiempo de operación de las bombas auxiliares y al cumplirse y ser apagadas, en la próxima operación de encendido cambia el orden de encendido de las bombas auxiliares. www. insysacorp.com

43 Función master/follower Drive líder: Es el variador con la mayor prioridad en un sistema múltiple en el cual se ejecutará un PID. Drive servidor: actuará conjunto con el líder para activar motores auxiliares dependiendo de su prioridad. www. insysacorp.com

44 Modo de operación Multi-master www. insysacorp.com

45 Modo de operación Multi-master Se basa en las frecuencias para determinar en que momento arrancar el refuerzo de la bomba auxiliar por medio del mismo valor de salida del PID. Las frecuencias para arrancar los auxiliares que se convierte en principales una vez va arrancando y modificándose la prioridad son “start freq” y para parar se utilizan las “stop freq” ambas con sus debidos tiempos de retardo. www. insysacorp.com

46 Función llenado lento de tubería: Pre-PID Pre PID es una función que hace trabajar el variador a una determinada frecuencia pre establecida por el programador la cual espera tener un feedback (una presión en tubería) ya conocida en un tiempo específico. o Ejemplo: Frecuencia Pre-PID = 35Hz, en 5 segundo alcanza 40PSI. El prorgamador puede colocar un máximo de 10 segundos para alcanzar los 40PSI a los 35Hz. Si no es alcanzado entonces reconoce que hay un problema en la tubería y desplega una alarma. www. insysacorp.com

47 Función llenado lento de tubería: Soft-Fill Soft-fill es una función utilizada en conjunto con la función Pre-PID, que es utilizada para incrementar la consigna en forma de pasos que el programador considere viables para el sistema. Los pasos se van dando a medida se alcance cada paso y se cumpla un tiempo de retardo que el programador coloca. Esta función es muy utilizada en sistemas de edificios ya que la tubería puede acumular aire, lo que incrementos muy brusco en la velocidad de la bomba genera cavitación y ese aire puede llegar a la bomba lo que genera daños en la misma. www. insysacorp.com

48 Función llenado lento de tubería: Soft-Fill www. insysacorp.com

49 Función tubería rota Cuando la salida del PID esta en su máxima salida y no logra alcanzar el valor seteado en porcentaje en PRT-61 después de ocurrido el tiempo parametrizado en PRT-62. Se detiene y detecta problemas en la tubería (asume). www. insysacorp.com

50 Funcionamiento por horarios El variador H100 cuenta con un reloj de tiempo real para poder obedecer acciones por horario. Para habilitar esta función y no perder los datos de la fecha y hora retire la pestaña de la batería. Si no la utiliza, no es necesario retirarla. www. insysacorp.com Posibilidades de programación: -4 Time Period module(Weekly) -8 Exception Date module(Day) -8 Time Event module -29 Functions available (Fx, Rx, Step Freq., PID, etc.) -Summer Time available (Start/End date setting) -3 type of Date displaying available (EU / USA / ASIA)

51 Función RTC Para operaciones repetitivas en la semana con horario predeterminado. www. insysacorp.com SundayMondayTuesdayWednesdayThursdayFridaySaturday 00:00 08:00 04:00 12:00 02:00 06:00 10:00 14:00 22:00 18:00 16:00 20:00 24:00 Pre-Heat Fx Speed-L Speed-H Time Event

52 Función RTC www. insysacorp.com CODEKeypad DisplaySetting RangeFactory DefaultUnitsEdit Mode DRV-6Cmd Source5: Time Event1: Fx/Rx-1-X AP3-1Now Date2000/01/01~2099/12/312000/01/01DateO AP3-2Now Time0:00~23:590:00MinO AP3-3Now Weekday0000000~11111110000001BitO AP3-4Summer T Start01/01~11/3104/01DateO AP3-5Summer T Stop04/01~01/0111/31DateO AP3-11Period1 StartT00:00 ~ 24:0024:00MinO AP3-12Period1 Stop T00:00 ~ 24:0024:00MinO AP3-13Period1 Day0000000~11111110000000BitO AP3-14~22 Time Period 2~ Time Period 4 Parameter (Same as Time Period 1) AP3-30Except1 StartT00:00 ~ 24:0024:00MinO AP3-31Except1 Stop T00:00 ~ 24:0024:00MinO AP3-32Except1 Date01/01~12/3101/01DateO AP3-33~53 Exception Date 2 ~ Exception Date 8 Parameter (Same as Exception Date 1) AP3-70Time Event En 0 : Disable 1 : Enable 0 : NOMsgO AP3-71T-Event Status00000000~1111111100000000Bit

53 Función Pump Clean (Limpieza de bomba) www. insysacorp.com Dado a la suciedad acumulada en los impeles, las bombas reducen su eficiencia, por medio de una secuencias repetidas FWD/REV o ACC/DEC los residuos se eliminan. Incrementa la vida útil de la bomba e incrementa el efecto de ahorro de energía haciendo eficiente la operación de la bomba quitando suciedad en el impeler. FWD SteadyFreq REV SteadyFreq Clean Step DT 2 nd Cycle PC Step DT Clean Step DT Fwd SteadyTime Rev Steady T Time Frequency PC Start DT 1 st Cycle Pump Clean Activated

54 Conexión al software www. insysacorp.com

55 Equipos instalados en aplicaciones de bombeo www. insysacorp.com

56 Bomba sumergible 100HP en Bananera Esta controlando una bomba de sumergible en sistema de presión constante para sistema de riego. www. insysacorp.com

57 Bombas sumergibles 20HP Control de bombas sumergibles en sistema de presión constante y función Multi Master para alternancia. www. insysacorp.com

58 Bomba sumergible 100HP regadío de Caña de azúcar Esta controlando una bomba de sumergible en sistema de presión constante para sistema de riego. www. insysacorp.com

59 Bomba sumergible 300HP para Instituto de Acueductos Control PID de una bomba de sumergible para el Instituto de Acueductos y Alcantarillados de Costa Rica www. insysacorp.com

60 Gracias por su atención ¿Preguntas? www. insysacorp.com