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Control Industrial
Sistema de control de bombas:
Controlador en cascada

Una función muy usada en la industria consiste en la operación de varias bombas en paralelo, controladas por un sistema de control de bombas, lo que permite obtener aplicaciones de sistemas de control de presión constante, de nivel constante, y de caudal constante. El sistema se encarga de mantener una presión, nivel o caudal predefinido en forma automática. Para esto se requiere un variador de frecuencia, un controlador de bombas, un arreglo de contactores, un transmisor de presión, un indicador de nivel o medidor de caudal. En algunos casos el controlador de bombas está incluido en el propio variador y permite tres opciones de control para las bombas.

Funcionamiento del control escalonado

Con la tarjeta de opciones del controlador escalonado, la unidad de frecuencia ajustable del variador puede controlar automáticamente hasta cinco motores de ventiladores o de bombas. La activación y desactivación por etapas de los motores se puede realizar cíclicamente, según las horas de funcionamiento. Esta función asegura un uso igual en el tiempo y elimina el problema de arrancar un motor que se utiliza muy pocas veces. El controlador escalonado incluye cuatro relés de Forma C, 250V y 2A para la salida a los motores. La tarjeta de opciones del controlador se instala en el cassette de la tarjeta de control y se puede solicitar instalado ya de fábrica. El controlador escalonado es eficaz en la distribución de agua en sistemas de aire acondicionado y calefacción y sistemas de refuerzo de presión, instalaciones de bombas de agua secundarias, y para el control de ventiladores de torres de refrigeración de múltiples celdas.

 

Señales de retroalimentación

Una ventaja importante de la opción del controlador escalonado es que se basa en el controlador PID avanzado del variador de frecuencia. Esto significa que la programación se realiza en unidades seleccionadas de medida adecuadas a la aplicación y que se pueden mostrar la retroalimentación y los valores de referencia. A diferencia de las unidades que basan la activación por etapas en la frecuencia, la retroalimentación permite un control preciso en respuesta a la demanda real del sistema. El controlador PID del variador de frecuencia acomoda dos señales de retroalimentación y dos valores de referencia lo que permite controlar un sistema con zonas de valores de referencia distintas.

En las aplicaciones de bombeo, cuando no es posible una señal de retroalimentación de presión, dicha señal se puede tomar cerca de la bomba midiendo el flujo. Cuando el rango de flujo es bajo, la presión necesaria es baja. Con un flujo mayor, las bombas necesitan aportar más presión para compensar la mayor caída de presión en las tuberías. El valor de referencia debe ajustarse para que coincida con el flujo en estos casos. Pese a que es difícil de conseguir con los controladores PID estándar, el controlador escalonado ofrece una solución fácil. Al programar un valor de referencia para el flujo mínimo y el otro para el flujo máximo, el variador calcula los valores de referencia intermedios basándose en el flujo requerido.

El funcionamiento del control escalonado depende del diseño del sistema general. Hay disponibles dos modos de funcionamiento: Control escalonado estándar, con una bomba/ventilador de velocidad controlada y hasta cuatro bombas/ventiladores de velocidad fija, mientras que en el Control escalonado maestro/esclavo, la velocidad de todos los ventiladores y bombas se controla mediante la unidad maestra.

 

Control escalonado estándar

Control escalonado estándar

En el control escalonado estándar, una unidad de frecuencia ajustable con la tarjeta de opciones escalonada controla un motor de velocidad variable y se utiliza para activar y desactivar por etapas otros motores de velocidad constante. Variando la velocidad del motor inicial se aporta al sistema un control de la velocidad variable. Esto mantiene una presión constante mientras se eliminan las subidas de presión, lo que hace que el sistema funcione de una forma más suave.

Los motores pueden ser de tamaño igual o diferente. El controlador ofrece una selección de ocho combinaciones de bombas predefinidas. Las selecciones permiten combinar bombas con el 100%, 200% y 300% de capacidad. Esto ofrece un rango de capacidad dinámica que oscila entre 9 y 1. El controlador PID interno de la unidad VLT dirige la tarjeta de opciones escalonada según la señal de retroalimentación. El controlador escalonado continuará el funcionamiento de los motores de velocidad constante para responder a la demanda en caso de que la unidad se desconecte.

 

Temporizador de desactivación por etapas

El temporizador de desacti-vación por etapas afecta al control estándar cuando la unidad funciona continuamente a la mínima velocidad con uno o más motores funcionando a velocidad constante.

Como una bomba de velocidad variable a mínima velocidad añade muy poco o nada de flujo limitado al sistema, se recomienda parar un motor de velocidad constante y dejar que la unidad aporte el flujo necesario. El temporizador de desactivación por etapas se puede programar para evitar la activación frecuente por etapas de los motores de velocidad constante.

Cuando la unidad master es la única que está funcionando, el modo de reposo de la unidad puede detener el funcionamiento del sistema cuando no se necesite mientras permanece en espera para arrancar cuando sea preciso. El control de velocidad variable con motores de velocidad fija optimiza el consumo de energía y evita que se produzcan daños en una bomba que funcione prácticamente sin flujo

 

Modo de control de nivel

Control de nivel

Con el control de nivel, se pueden utilizar bombas múltiples para mantener un nivel constante en aplicaciones como un tanque de compensación. Normalmente, un sensor de nivel de agua aporta una señal de retroalimentación para el controlador PID integrado en la unidad. Se mantiene un control de nivel preciso en respuesta al valor de consigna del sistema. Con un controlador escalonado, las bombas de velocidad fija adicionales se activarán o desactivarán por etapas según sea preciso para mantener un control del nivel.

 

Modo de control escalonado maestro/esclavo

Modo de control escalonado maestro/esclavo

Los sistemas maestro/esclavo controlan varias bombas en paralelo a la misma frecuencia de salida. Las bombas se activan y desactivan por fases según lo requiera el sistema. Con el modo de funcionamiento de control maestro/esclavo se consigue la máxima eficiencia del sistema.

En el control maestro/esclavo, cada motor cuenta con su propia unidad de frecuencia ajustable que responde al control desde una unidad master que contiene la tarjeta de opciones escalonada. La unidad master envía una señal digital de referencia de velocidad a las unidades controladas, para garantizar que todas funcionen a la misma velocidad. Los motores deben tener el mismo tamaño. En algunas aplicaciones, es recomendable utilizar una segunda unidad con una tarjeta de escalonado que actúe como controlador auxiliar.

La unidad master proporciona el apagado o encendido secuencial de las unidades en respuesta a la retroalimentación del sistema, lo que mantiene un control preciso del valor de referencia. Se elimina así el aumento brusco de presión y los golpes de ariete. Como todas las bombas en funcionamiento lo hacen a la misma velocidad, la posibilidad de mantener una bomba en funcionamiento continuamente en una válvula de retención cerrada es prácticamente nula. Esto reduce el mantenimiento de la bomba al minimizar el desgaste de los sellos.

Al introducir datos del sistema y de la bomba, un programa incorporado proporciona al programador las frecuencias de activación y desactivación por etapas de la unidad master con la eficiencia óptima para cada bomba: por ejemplo, tres motores que aporten flujo a velocidad reducida en lugar de dos a velocidad máxima. Esto tiene un resultado entre un 10% y 15% de ahorro adicional con respecto a sistemas de control similares.

Se consigue una mejor eficiencia colocando un transmisor de presión en la carga significativa más alejada en el sistema. Si esto no es posible y el transmisor de presión se encuentra cerca de la descarga de las bombas, o si no se puede acceder a los datos de las bombas y características del sistema, se ofrecen métodos alternativos para la programación del controlador de escalonado.

El control maestro/esclavo se está convirtiendo en el estándar mundial para bombas en el sector del aire acondicionado y calefacción, y ofrece un mayor rendimiento, precisión del control y ahorro máximo de energía.

Por Juan Carlos Abrigó,
Product Manager Danfoss de Electromática Ltda.
electromatica@electromatica.cl
Diciembre 2003
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Comentarios acerca de este artículo
Juan MECODISA (01/08/2018)
Muy buena la información tengo una consulta estoy reparando un tablero de presión constante con 04 variadores ABB y con PLC siemens quisiera conseguir el plano el tablero a sido manociado y no cumple la función de cascada solo arranca en manual
Erick Pinto UTFSM (06/09/2016)
Quisiera saber acerca del ultimo sistema y en cascada para implementarlo en un sistema de presion constante y consumo variable, con tres bombas de 110 kW y una señal de un transmisor de presión de 4-20mA DC
Eduardo G. Roché Fojo Empresa de Investigaciones y Proyectos Hidraulicos Holguin (06/06/2016)
Tengo tres Estaciones de Bombeo, cada una con 4 bombas. Deseo que 2 trabajen a velocidad fija y una con velocidad variable con el objetivo de mantener la presión en el sistema. Mi pregunta es: si habrá alguna dificultad hidráulica ya que en el momento de disminuir la velocidad se que disminuye la carga de la bomba puesta a menor velocidad. Me preocupa que a consecuencia de ésto, dicha bomba variable no aporte nada al sistema.
Soy especialista en Proyectos Eléctricos y quiero recomendar que estos equipos sean adquiridos a esta prestigiosa firma Danfoss.Pero antes preciso de la respuesta a la duda planteada. Gracias
Germán Moncayo INGENIEROS ASOCIADOS (20/01/2016)
gracias me ayudo mucho en la implementacion de un sistema en cascada
ing.martin savedra istp alm miguel grau (01/09/2015)
muy bueno me sirve para enseñarle a mis alumnos, gracias
nicolas donoso telcop (08/12/2013)
buenos dias. quisiera que me ayude en lo siguiente: estoy construyendo un hotel que tiene 16 baños, 8 en el segundo piso y 8 en el tercero. necesito instalar dos bombas de agua para alimentar el circuito, pero que partan en cascada es decir, que la segunda arranque cuando el consumo de los baños lo requiera. No tengo muy claro si existe un controlador electronico o mecanico. Si tiene algún antecedente le agradeceré. saludos y gracias...
Leonidas Nuñez LANZ (25/10/2013)
ME INTERESA CONOCER CUAL SERIA LA MEJOR OPCIN PARA EL ENCENDIDO ESCALONADO DE 40 UNIDADES TRIFASICAS DE CLIMATIZACION, DE TALFORMA QUE PERMITA EVITAR LOS RIESGOS CON EL ARRANQUE DEL GENERADODR DE EMERGENCIA.
roy jj servis (28/07/2010)
tengo un sistema de presion constante con variador de velocidad presion de 60 psi para un edificio lo que pasa es que el sistema trabaja de L a v normal pero quiero que los sabados i domingos donde el consumo es poco o nada practicamente quiero que se apage automaticamente i si hay un con sumo se prenda automaticamente pero no quiero que estee prendido porque consume corriente al apagarlo tengo el temor de desconfigurarlo ya nos ha pasado yo se que es un sistema de flujo constante pero si trabajaria asi como le digo los sabados i domingos seria genial como un sistema hidroneumatico de presion 20 a 40 psi cuando decae a 20 psi recien se activa i se apaga en 40 psi espero dependiendo del consumo otra pregunta los variadores se desconfiguran por un corte del suministro de
energia o un corto o apretar el stop o en todo caso como se desconfiguraria para poder tener cuidado al manipularlo i ala vez protegerlo gracias
Amable Fernandez Rodriguez Comunidad de Propieterios (20/03/2010)
desearia conocer el tipo de bombas y calderin de presión,para abastecer un edificio de 48 vecinos, 33 m altura, cada vivienda,un baño y un aseo,y presiónes,gracias.
Alejandro ASTE (09/12/2009)
Quiero manejar tres variadores de frecuencia para tres bombas para un sistema de presion constante flujo variable y los quiero controlar con un solo transmisor ( 4-20 ma ), colocandoles la señal del transmisor en serie para los tres variadores,, es decir lA SEÑAL DE 4-20 mA EN LAZO.
ME PODRIA DECIR SI NO TENDRE PROBLEMAS CON LA SINCRINIZACION DE LA VELOCIDA CON LA PRIMERA BOMBA CUANDO LA SEGUNDA Y TERCERA BOMABA ENTREN A FUNCIONAR
carlos estudiante (06/11/2009)
me gustaria obtener más informacion sobre control de bombas
saludo gracias
erika estudiante (29/09/2009)
muy buenas tardes, me encuentro interazadael la creacion de un control de nivel de agua implementado con pid, pero no he encontrado nada bueno en la red. espero me puedan colaborar. mil gracias.
Jose Luis La Orden Multicanal (21/11/2008)
Me gustaria disponer de mayor informacion tecnica de sistemas de control PID aplicada en sistema de nivel. Desde ya muchas gracias
armin seguel huber (07/11/2008)
necesito comandar una bomba de agua de 220volts, de 800w para llenar un estanque de agua comandarlo o que funcione mediante un sensor de nivel de agua,por su ayuda gracias
Leonardo Parada Leonardo Parada (24/07/2007)
Hola...me interesaría saber si hay comandos o tarjetas programables para equipos chiller de AA.gracias
ULISES MC X (17/04/2006)
DISCULPE ME GUSTARIA TENER SU APOYO PARA LOCALIZAR PAGINAS DONDE PUEDA YO ENCONTRAR UN JUEGO DE BOMBAS HIDRAULICAS QUE ME PERMITAN UN GASTO MINIMO DE 33L/S Y UN GASTO MAXIMO DE 350L/S ESTO LOGICAMENTE QUE SERIA CONTROLADO POR UN VARIADOR DE VELOCIDAD PARA QUE EL GASTO SEA CONSTANTE Y NO LLEGUE A CAERSE GRACIAS
fernando emmanuel estudiante (14/03/2006)
es un articulo muy interesante pero me gustaria saber algo del control de nivel como maestro y flujo como esclavo gracias
venancio domínguez lópez estudiante (27/02/2006)
Tengo que realizar un trabajo cuyo titulo es "CONTROL DE BOMBEO"; buscando en internet lo que encuentro son productos y yo lo que necesito es información. Me podria decir alguna dirección con información para un trabajo o enviarme usted algo?
Luis Henriquez estudiante (12/02/2006)
hola , me llamo luis, me gustaria si me pudiera enviar informacion sobre la funcion maestro/esclavo.
un saludo gracias
Diego Lobato particular (25/01/2006)
Hola, me llamo Diego, me ha parecido un articulo muy interesante, sobre todo porque estoy haciendo un proyecto sobre controladores industriales y la información me ha servido de ayuda. Seria posible que me enviase documentación sobre el tema? tipos de controladores, configuraciones de los controladores (cascada, de relación, de valor fijo...), etc
Un saludo. Gracias
jaime fugueroa san fernando (12/12/2005)
excelente sobre esta innovacion
Franciso González Hernández José Sánchez Peñate (27/10/2005)
Me gustaria disponer de algun programa para microcontroladoras de control de un variador con varias bombas
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