Una parada suave - Contact ABB

Colaboración en los procesosLa mayoría de las bombas se siguenarrancando con métodos de arranqueelectromecánicos convencionales,tales como arranque directo en línea yestrella–delta, y ello significa que elriesgo de golpe de ariete siempre estápresente. Hoy día se dispone de diversassoluciones mecánicas, como válvulashidráulicas y tanques de presiónpara evitar dicho efecto. Aunque bienconocidas, estas soluciones son costosas,requieren un mantenimiento importantey, en el caso de los tanquesde presión, necesitan mucho espacio.El golpe de ariete en un sistema deabastecimiento de agua reduce de formaconsiderable la vida útil de las tuberías,válvulas y juntas, provocandointerrupciones del servicio no deseadasy unos altos costes de mantenimiento.El uso de arrancadores suaves Cuadro 1reduce por lo general la magnitud delos efectos del golpe de ariete, aunqueno los pueden evitar en todas las circunstancias.Una paradasuaveLos arrancadores suaves de ABB están equipadosahora con un nuevo algoritmo de control de parpara evitar el golpe de ariete en tuberías de agua.Jesper Kristensson, Sören KlingSi el motor de una bomba se para bruscamente, la brusca variación decaudal de agua que se produce provocará ondas de presión y golpe deariete en válvulas y tuberías. El golpe de ariete está presente a menudoen sistemas de bombeo con tuberías de gran longitud y en sistemas conpresión hidrostática alta y, con el tiempo, provocará desgastes y averíasen los equipos. La utilización de arrancadores suaves reduce por lo generallos efectos del golpe de ariete al producir una deceleración suave delmotor. Ahora, gracias a una excelente colaboración con ITT Flygt, ABB hadesarrollado su prototipo de arrancadores suaves proyectando una solucióninnovadora que elimina completamente el golpe de ariete controlando el paróptimo del motor en función del tiempo.Revista ABB 3/2007Los arrancadores suaves se usan normalmentepara arrancar y detenermotores en casi todas las aplicacionesde motores en corriente alterna [1] porquecontribuyen a minimizar el desgastey las averías mecánicas. ABB, porejemplo, ha desarrollado arrancadoressuaves que pueden controlar motores ybombas de hasta 1.000 kW, y más del40 % de los arrancadores suaves deABB se utilizan para arrancar y pararmotores de corriente alterna en aplicacionesde bombeo. Además de sus aplicacionesen sistemas de bombeo, losarrancadores suaves se pueden encontraren algunas otras aplicaciones, desdeimpulsores de proa en barcos hastacompresores en estaciones de llenadode gas natural o máquinas fabricantesde nieve, así como en aplicaciones industrialesmás comunes, como ventiladores,compresores y cintas transportadoras.Sin embargo, el diseño anterior,con sus incrementos lineales de tensiónpara arrancar el motor, no es el másadecuado y es necesario mejorarlo si sepretende eliminar completamente elgolpe de ariete.En busca de una solución inteligenteEn los arrancadores suaves convencionales,la tensión suministrada al motorse incrementa linealmente durante lafase de arranque (lo que significa que31

Una parada suaveColaboración en los procesosla intensidad de arranque es baja), o sedisminuye durante la fase de parada.Para la mayoría de motores, de estaforma se consigue una buena aceleracióny deceleración del motor.Aunque el golpe de ariete no es unproblema durante la fase de arranque,la situación es bastante diferente durantela fase de parada. En un sistema deabastecimiento y distribución de agua,con muchas válvulas y los motores correspondientes,el efecto de cerrar unaCuadro 1 Arrancadores suavesUn arrancador suave utiliza tiristores (SCR= rectificadores controlados de silicio)para controlar la tensión de entrada almotor durante el arranque y la parada.Así se reduce la intensidad y el esfuerzomecánico del motor en comparación conel arranque a plena tensión o con otrosmétodos electromecánicos de arranque.Sin la utilización de arrancadores suaves,es de esperar la aparición de problemaseléctricos, mecánicos y de operación:las perturbaciones transitorias de tensióne intensidad pueden sobrecargarla red local de alimentación y provocarvariaciones de tensión que tengancomo consecuencia oscilaciones deluces e interferencias con otros equiposeléctricos.se pueden producir roturas de cintas,grietas en los acoplamientos, chirridosen los rodamientos y desgaste de losmotores.también se pueden producir incrementosde presión en las tuberías, daños alos productos en las cintas transportadorase incomodidades en la utilizaciónde escaleras mecánicas.de dichas válvulas depende de la configuracióndel sistema. La dinámica delsistema puede variar de un arranque yparada a otro, dado que el caudal deagua o el número de bombas que esténfuncionando en el sistema puedenvariar. Por ello, aunque la modificaciónde la configuración de los parámetrospueda evitar en un caso determinado elgolpe de ariete, esto no significa quesuceda lo mismo con otros parámetrosdel sistema.Una solución más adecuada es teneren cuenta la dinámica del sistemahidráulico cuando se utilizan tiristoresen el arrancador suave para controlar laentrada de tensión al motor 1 . Si sedispone de más mediciones dentro delarrancador suave, es posible controlarmejor el caudal de agua. Al mismotiempo, es posible determinar en quémedida la tensión de entrada al motorafecta al caudal de agua. Controlandola tensión se puede controlar el par,que a su vez controla la velocidad delmotor y, en consecuencia, el caudal deagua 2 .Distintas mediciones permitirán establecerun algoritmo de bucle para controlarel par, cuya función es controlar ladeceleración del agua en las tuberíaspara evitar el golpe de ariete cuando separan las bombas.Éste es un ejemplo típico de tecnologíade bucles de control, pero con la necesidadañadida de que la misma solucióndebe poderse aplicar para todotipo de bombas y para toda configuraciónde tuberías, así como para todoslos motores entre 15 y 1.000 kW. Unescenario ideal sería una solución queno requiera el ajuste de los parámetros.Con objeto de comprender mejor lasdistintas necesidades, ABB se puso encontacto con la compañía sueca ITTFlygt Cuadro 2 .Colaboración con ITT FlygtITT Flygt y ABB habían colaboradoanteriormente en accionamientos develocidad variable y otros equipos dearranque. La experiencia de ITT Flygten sistemas de abastecimiento de agua,además de sus sofisticadas herramientasde simulación, convenció a ABB deque esta empresa era el socio ideal conel que se podría resolver el problemadel golpe de ariete.Desde el punto de vista de ABB, elllegar a dominar las herramientas desimulación proporcionaba un conocimientomuy valioso sobre la mejormanera de disminuir el par del motor ypor consiguiente el caudal de agua enCuadro 2 ITT FlygtITT Flygt fue fundada en 1901. Su sedecentral está situada a las afueras de Estocolmo(Suecia), y es líder mundial en bombassumergibles y agitadores. ITT Flygtparticipa en un amplio espectro de actividadesdirigidas a colaborar con administraciones,municipios y compañías paramejorar el manejo de las redes de saneamiento,control de inundaciones, conservaciónde energía, recuperación de tierrasy construcción de túneles. Sus productosse utilizan también en minería, procesosindustriales, agricultura y acuicultura.1 Control del motor a partir del feedback proporcionado por un sistemade flujo de agua2 Arrancadores suaves para controlar las bombas: una demostraciónde los efectos positivos sobre la intensidad, el par y el caudal deagua cuando se usa el arrancador PST de ABB control de parArrancador suave PST (B)Control de par arrancador PSTMIVαTDiagrama dearranqueP entrada- P perdidaP motorT motorT idealDiagramaocultoBucle decompensaciónCargaMotorRPM32 Revista ABB 3/2007

Una parada suaveColaboración en los procesosla bomba durante la fase de parada,con objeto de evitar el golpe de ariete.El que se produzca o no golpe de arietedepende de varios parámetros, queincluyen el sistema principal de tuberíasy sus componentes, el tipo detuberías utilizadas, la presión hidrostática,la longitud y el caudal de agua.También hay que tener en cuenta algunosotros parámetros, como el sistemainterno de tuberías de la estación debombeo. El cierre brusco de las válvulasde control es muy común, dado queel comportamiento dinámico de lasválvulas es demasiado lento.En la fase de parada, el problema esmucho más importante. El parámetromás crítico durante esta fase es la variaciónde la velocidad del agua. Esto,3 Arrancador suave mejorado de ABB concontrol de par (add torque control symbol)Los arrancadores suaves tienen que cubrir unaamplia variedad de aplicaciones, desde compresores,ventiladores y cintas transportadoras hastagrandes bombas en oleoductos y gasoductos.además del número real de bombas enservicio, afectará a la disminución de lademanda de cada bomba. Para tratarestas variaciones, ITT Flygt ya tiene enservicio una herramienta/método deanálisis. Para casos difíciles se utilizaesta herramienta, que puede llevar acabo un análisis transitorio del sistema,para diseñar configuraciones concretasde tuberías. Durante el proyecto proporcionóa ABB una valiosa informaciónsobre parámetros críticos decaudal de agua durante la parada delas bombas.A partir de una clara especificación deITT Flygt sobre cómo debe funcionaruna solución de control de par paraevitar el golpe de ariete y aumentar lavida útil y el tiempo de servicio de susbombas, el equipo de investigadoresde ABB se concentró en diseñar lasolución deseada. ITT Flygt demostróser un excelente socio al adoptar unenfoque más amplio de la cuestión decómo el uso de arrancadores suavespuede aumentar la fiabilidad de lasestaciones de bombeo, o de qué funcionesinteligentes se necesitan en eldispositivo de arranque para facilitar lautilización de arrancadores suaves enaplicaciones de bombeo.La solución diseñada por ABB para eliminarel golpe de ariete se centra encontrolar el par óptimo del motor enfunción del tiempo. Para determinar elpar necesario es preciso efectuar medicionesy cálculos avanzados. El par calculadose compara con una curva idealde par tanto durante el arranque comodurante la parada. Si el par es demasiadobajo se aumenta mediante los tiristoresla tensión de entrada al motor. Dela misma forma, cuando el par medidoes demasiado alto, se disminuye la tensiónde entrada. Durante las secuenciasde arranque y parada, tanto las medicionescomo el control se realizan entiempo real, y son lo suficientementerápidos y precisos para controlar el parpara todas las bombas y motores posiblesen todas las configuraciones detuberías.Los prototipos disponibles se sometieronen primer lugar a las pruebas internasde ABB y a continuación a pruebasen las instalaciones de investigación deITT Flygt en Estocolmo. Las pruebas decampo se realizaron en distintas estacionesde bombeo en las que ITT Flygtya estaba llevando a cabo pruebassobre nuevos modelos y prototipos debombas. Las pruebas en sistemas realescontribuyeron a validar tanto los resultadosde las simulaciones como el algoritmode control de par. Las estacionesde bombeo donde se realizaron laspruebas se utilizaron también parahacer demostraciones a los clientesfinales, permitiéndoles así observar losefectos positivos del control de par aldetener las bombas.La estrecha colaboración entre ABB yITT Flygt durante el período de diseñoinicial permitió efectuar modificacionesen el algoritmo de control en una faseinicial, reduciendo así de forma significativala fase de desarrollo del producto.Partiendo de esta provechosa colaboración,ambas compañías van a efectuardemostraciones de un sistema conjuntode bombeo en distintas feriaspara mostrar las ventajas de utilizar unabomba sumergible de ITT Flygt con unarrancador suave PST de ABB equipadocon el nuevo algoritmo de control depar 3 .Hacia aplicaciones más ambiciosasLa selección de un cliente líder comosocio en colaboración para satisfacerlas necesidades generales del mercadoha demostrado sus ventajas para ambaspartes. Entre otras, el intercambioabierto de datos e ideas fundamentalesde diseño no sólo lograron una solucióninnovadora para eliminar el golpede ariete, también proporcionó unosconocimientos de valor incalculableque se pueden utilizar para afrontarretos similares en otras aplicaciones enlas que haya que reducir al mínimo laintensidad de arranque y los esfuerzosmecánicos en, por ejemplo, compresores,ventiladores, impulsores de proa ocintas transportadoras.Jesper KristenssonSören KlingABB AB, Cewe-ControlVästerås, Sueciajesper.kristensson@se.abb.comsoren.kling@se.abb.comReferencias[1] Johansson, Helena M.; Kling, Sören; Funcionamientosuave desde el principio, Revistade ABB, número 3, 2004, páginas 22–26.Revista ABB 3/200733