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Oct 28, 2023

Cinco elementos esenciales del motor para aplicaciones de bombas sostenibles

La creciente urbanización, la industrialización y el uso industrial están impulsando el crecimiento del mercado de bombas de agua. Nuevos desarrollos en el sector industrial, particularmente en energía y electricidad, así como

La creciente urbanización, la industrialización y el uso industrial están impulsando el crecimiento del mercado de bombas de agua. Los nuevos avances en el sector industrial, particularmente en el sector eléctrico y energético, así como en la agricultura, han aumentado significativamente la demanda de bombas de agua.

Al mismo tiempo, los contaminantes emergentes, las advertencias y las regulaciones de la Agencia de Protección Ambiental (EPA) están impulsando la necesidad de producir agua más limpia y de mayor calidad de manera más sostenible. También se espera que el desarrollo de las industrias de reciclaje de agua genere un crecimiento sustancial para los participantes en el mercado de bombas de agua en los próximos años.

A medida que continúa el crecimiento en el mercado de bombas y se requiere más energía para alimentar un número cada vez mayor de sistemas de agua y aguas residuales, la eficiencia y la confiabilidad se están convirtiendo en criterios especialmente importantes en las operaciones de bombas. A través de una combinación de regulación e innovación, los motores eléctricos, que impulsan bombas transformando energía cinética o rotacional en energía hidrodinámica para el flujo de fluidos, continúan mejorando en eficiencia y ahorro de energía.

Se está utilizando una nueva generación de motores más pequeños, livianos, silenciosos y eficientes en bombas para agua/aguas residuales, así como en otras aplicaciones de agricultura, alimentos y bebidas y calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC). Los beneficios incluyen una menor demanda de energía, menos estrés mecánico y menos problemas de mantenimiento, entre otros. A continuación se presentan cinco elementos esenciales para mejorar la eficiencia y el rendimiento de los motores para sistemas de bombas.

Un variador de frecuencia (VFD) controla la velocidad de un motor produciendo su propia corriente alterna (CA), controlando en última instancia la frecuencia de CA suministrada al motor. Los VFD también ofrecen ahorro de energía. Un estudio reciente del Grupo Cadeo verificó el ahorro energético esperado de los sistemas de velocidad variable y estimó un ahorro energético entre el 19% y el 55%, con variación según la carga de trabajo.

Cuando un motor de CA se activa por primera vez para alimentar una bomba, es susceptible a un gran flujo de corriente eléctrica que excede el valor de corriente de estado estacionario (es decir, corriente de entrada). Algunos diseños de motores abordan este problema con un arrancador suave, como un arrancador suave de voltaje reducido (RVSS). Dado que un VFD puede controlar el tiempo de aceleración del motor hasta alcanzar la velocidad máxima, también puede minimizar las corrientes de entrada sin el riesgo de deslizamiento excesivo y sobrecalentamiento del motor, que son preocupaciones comunes asociadas con los arrancadores suaves.

El ruido y otros indicadores mecánicos pueden indicar condiciones inusuales o ineficiencias del sistema que requieren mantenimiento. El ruido puede deberse a diversos factores, incluida una carga anormal, un montaje incorrecto o un brillo bruñido.

Los motores que incorporan estatores de placa de circuito impreso (PCB) pueden eliminar dos problemas comunes en los motores eléctricos: el ruido acústico y la ondulación del par. Estos motores ofrecen un bajo ruido acústico debido a la ausencia de fuerzas magnéticas normales que actúan entre el rotor y el estator. Esto da como resultado un promedio de 3 decibeles (dB) menos de ruido de potencia sonora en todo el rango de frecuencia.

Los motores síncronos de flujo axial y de imanes permanentes (PM) también eliminan las pérdidas en el núcleo y las pérdidas por corrientes parásitas en el rotor. La ausencia de fuerzas magnéticas entre el rotor y el estator significa que no hay par dentado, menos vibración y, por lo tanto, menos ruido (y menos problemas de mantenimiento).

Los motores compactos pueden aportar muchos beneficios en las operaciones de bombeo. A menudo requieren menos estructura de soporte, lo que reduce aún más el costo de desarrollo e instalación de la bomba.

Para pequeñas instalaciones de fabricación o procesamiento, los sistemas de motor compactos integrados con una bomba pueden liberar espacio valioso en las instalaciones al adoptar una solución típica de patín de bomba empaquetada y reducir su huella en un 50 %. Un VFD montado directamente en un motor también puede ofrecer ahorro de espacio y requerir menos cableado en comparación con las instalaciones convencionales de motor más VFD para sistemas de bombas. Esto puede ofrecer ahorros de costos y pasar un sistema más manejable a integradores y fabricantes de equipos originales de bombas que buscan soluciones para instalaciones más pequeñas.

Muchos usuarios finales de bombas de velocidad fija reconocen los beneficios de agregar un VFD con capacidades de velocidad variable a sus sistemas de bombas. Los sistemas de bombas de velocidad variable permiten a los usuarios controlar la velocidad de la bomba en lugar de ajustar las válvulas para satisfacer la demanda. Esto reduce el consumo de energía y el estrés mecánico del sistema. Sin embargo, una barrera común para estos operadores son los costos asociados con la instalación de un VFD tradicional. Informan que los costos de ejecutar conductos adicionales y contratar ingenieros certificados para instalar y poner en marcha el variador pueden superar los beneficios energéticos y mecánicos. Los sistemas de motor compactos con VFD integrados resuelven este problema acoplando estrechamente el VFD al motor/bomba, lo que permite a los usuarios finales obtener beneficios sin costos superfluos.

Las instalaciones de tratamiento de agua y aguas residuales son infraestructura crítica, por lo que fallar no es una opción.

Los motores con tecnología de estator PCB son confiables debido a la reducción de la ondulación del par, la vibración y la fatiga. El uso de rodamientos del extremo de transmisión estándar de la Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos (NEMA) y rodamientos de gran tamaño para el extremo no impulsor también ofrece mayor durabilidad y confiabilidad.

Los motores que cumplen con los estándares internacionales de eficiencia (IE) 4 e IE5 ofrecen algunos de los niveles de eficiencia más altos y pueden ayudar a los fabricantes de equipos originales de bombas a alcanzar y mantener los requisitos de energía mientras maximizan la eficiencia del cable al agua.

Los sistemas de motor con tecnología integrada de Internet de las cosas (IoT) se pueden programar para proporcionar valiosos análisis de rendimiento en tiempo real que pueden mejorar su tiempo de actividad y eficiencia. Por ejemplo, en la agricultura, los agricultores pueden controlar eficientemente las bombas que impulsan las operaciones de riego, distribuyendo inteligentemente el agua en sus granjas, al tiempo que reducen el uso de energía y combaten los crecientes costos operativos.

Las capacidades de control MODBUS se pueden utilizar para transmitir información como velocidad y potencia a un controlador del sistema. Estos datos se pueden utilizar para determinar la presión y el flujo de una bomba y permitir que el sistema ajuste el rendimiento según sea necesario.

Con esta capacidad, se pueden eliminar del sistema funciones mecánicas como válvulas de control, medidores de flujo y manómetros, lo que ahorra costos de instalación y mejora aún más la eficiencia operativa. Los VFD también pueden transmitir lecturas de temperatura y vibración, de modo que los administradores y operadores de las instalaciones tengan información más útil para el mantenimiento preventivo.

Los motores avanzados están desempeñando un papel más importante a medida que los fabricantes de equipos originales de bombas se esfuerzan por lograr operaciones más sostenibles. Cinco elementos esenciales, que incluyen un VFD, tamaño reducido, bajo nivel de ruido, controlabilidad y cumplimiento de los más altos estándares de la industria, pueden contribuir a operaciones de bomba más eficientes y de mayor rendimiento.

El uso de motores que cumplan con estos criterios puede dar como resultado una menor demanda de energía, menos estrés mecánico y menos problemas de mantenimiento durante la vida útil del sistema de bomba, todo lo cual se suma a ser mejor para los operadores de bombas y el planeta.

Anthony Lou es gerente senior de desarrollo comercial de Infinitum Electric. Puede comunicarse con él en [email protected]. Para obtener más información, visite www.infinitumelectric.com.