Para la selección de un convertidor adecuado para accionamientos con par resistente cuadrático es importante considerar lo siguiente: la intensidad asignada del convertidor ha de ser por lo menos tan grande como la intensidad del motor a pleno torque en el punto requerido.

El torque cuadrático es un caso típico de resistencia sobre un fluido. Todo fluido genera sobre un cuerpo sólido en movimiento una resistencia que aumenta en forma proporcional al cuadrado de su velocidad relativa. Es el típico caso de la resistencia aerodinámica del automóvil: a 20km/h no tiene influencia, pero superando los 100km/h se convierte en la resistencia más importante al movimiento del vehículo. Este efecto es el mismo que se da en bombas centrífugas y ventiladores, que básicamente son sólidos moviéndose en fluidos (líquidos y gases, respectivamente), por lo tanto es de esperar que el torque necesario para vencer la resistencia del fluido a mover, aumente cuadrática-mente con la velocidad.

Las siguientes ecuaciones simplificadas nos indican:

Esta última ecuación nos muestra que la potencia crece cúbicamente con la velocidad.

¿Aumentemos la velocidad en un 10% sobre el valor nominal?

¿Cuántas veces hemos visto en una especificación o escuchado esta petición en un usuario?. Muchas, pero esto que parece muy simple no lo es. Analicemos la figura 1.

Parecería que en una bomba centrífuga el aumento de la velocidad no genera inconvenientes, sin embargo ese aumento del 10% en la velocidad significa un 21% más de torque y un 33% más de potencia del motor. Por lo tanto, debemos ser muy cuidadosos cuando consideramos aumentar la velocidad sobre el valor nominal en cargas cuadráticas. Tampoco debemos olvidar que al subir la velocidad sobre el valor nominal estamos trabajando en una zona de debilitamiento de torque, lo que sin duda empeora el panorama.

Otra característica de este tipo de aplicaciones es que aparentemente a velocidad cero (o casi cero), el torque necesario también es cero (o casi cero). En realidad esto no es así, porque no estamos considerando las resistencias mecánicas del sistema que en una bomba son aproximadamente de entre 10% al 15% del torque nominal.

¿Cuáles son las aplicaciones de torque cuadrático?

Básicamente, las ya descritas, es decir, bombas centrífugas, ventiladores, compresores, centrífugos, mezcladores, generadores eólicos, instalaciones de aire acondicionado, refrigeración, etc.

Debemos tomar en cuenta el sobretorque para la aceleración. Pero, recordemos que en una aplicación de torque cuadrático siempre estamos ubicados por debajo del nominal, es decir, no es necesario sobredimensionar el conjunto, ya que podemos hacer uso de la so-brecorriente transitoria del convertidor, como se muestra en la figura 2.

Podemos definir que una sobrecarga aceptable para este tipo de aplicaciones sería:

• Sobrecarga transitoria de un 50% por 1 segundo y de 10% por 60 segundos con un tiempo de ciclo de 300 segundos.

Ahorro de energía

Ahora bien, ¿qué pasa cuando conectamos un convertidor de frecuencia a una carga cuadrática?.

Supongamos que estamos trabajando a la velocidad nominal, por lo tanto a torque nominal, potencia nominal y consumo nominal. Entonces, bajamos la velocidad al 75% de las rpm del motor, 56% del torque, 42% de la potencia y del consumo. Luego bajamos al 50% de las rpm, 25% del torque, 12,5 de la potencia y del consumo. Y finalmente al 25% de las rpm, 6% del torque, 2% de la potencia y del consumo.

Como conclusión podemos decir, entonces, que el convertidor de frecuencia aplicado a cargas cuadráticas produce un importante ahorro de energía. Ahorro que puede ser muy significativo si consideramos que el 70% de la energía consumida en la industria es aplicada a cargas del tipo cuadráticas. Por lo tanto, la próxima vez que piense en incorporar un convertidor de frecuencia en una carga cuadrática, ya sabrá las ventajas en términos de ahorro en energía y por otro lado las restricciones que implica este tipo de procesos.