¿Las unidades de frecuencia variable mejoran la eficiencia?

Comúnmente, el consumo de energía y la eficiencia se denominan indistintamente con las bombas, específicamente cuando se agrega un variador de frecuencia (VFD) para variar la velocidad del motor y la bomba. En realidad, la adición de un VFD, manteniendo todo lo demás constante, no cambiará la eficiencia de la bomba (η) y de hecho reducirá la eficiencia general (ηOA).

Representada en la Imagen 1 y la Ecuación 1, la eficiencia de la bomba es la relación entre la potencia de salida de la bomba (Pw, función del caudal y la cabeza) y la potencia de entrada de la bomba (P), que no se ven afectados por el VFD a menos que se aumente o disminuya la velocidad.

Ahora, si consideramos la eficiencia general, que en la Imagen 1 es la relación entre la potencia de salida de la bomba (Pw: flecha roja pequeña) y la potencia de entrada del control (VFD) (PDrive: flecha roja grande), podemos ver que la eficiencia general disminuirá debido a a pérdidas a través del VFD, lo que resulta en una mayor potencia en el VFD que en el motor. También habrá aumentos incrementales en las pérdidas del motor debido a la potencia del VFD, que generalmente son menores y no se muestran.

La eficiencia de los VFD es alta, por lo que las pérdidas suelen ser modestas (~3 %), que pueden compensarse en gran medida con las eficiencias de control del sistema. Sin embargo, la discusión anterior sobre la reducción de la eficiencia general al agregar un VFD no significa que el consumo de energía aumentará porque el propósito de un VFD es controlar la velocidad de la bomba y cambiar el punto de operación (altura y caudal), lo que cambiará la potencia de salida de la bomba y potencias de entrada.

El examen de la imagen 2 revela cómo cambia el rendimiento de la bomba (altura y potencia versus flujo) con la velocidad y por qué el uso de VFD para reducir la velocidad a menudo reduce el consumo de energía, incluso si la eficiencia de la bomba y la eficiencia general disminuyen.

La imagen 2 muestra un sistema de bomba de velocidad variable diseñado para un caudal máximo de 19,1 millones de litros por día (ML/d) y 95 metros (m) de altura al 100 % de velocidad, y un caudal mínimo de 10,4 ML/d y 66 m de cabeza al 80% de velocidad. La eficiencia de la bomba en realidad disminuye desde el punto de mejor eficiencia (BEP) del 84,5 % al caudal máximo de diseño hasta el 80 % al caudal mínimo de diseño.

Sin embargo, la potencia de entrada de la bomba en kilovatios (kW) disminuye de aproximadamente 245 kW a 100 kW. Por el contrario, si el propietario del sistema decidiera usar una válvula de control (en lugar de usar un VFD para reducir la velocidad) para reducir el caudal, el sistema operaría al 100 % del punto de cabeza de velocidad de 108 m (potencia = 175 kW) en comparación a 66 m (potencia = 100 kW) al 80% de la velocidad. Este ejemplo ilustra que hay más en el consumo de energía que en la eficiencia de la bomba.

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