Un variador de frecuencia es un dispositivo que regula la frecuencia y la tensión de alimentación de un motor eléctrico y, a través de ellas, su velocidad de giro. Amusement Logic aplica este tipo de dispositivos a las bombas hidráulicas centrífugas relacionadas con las piscinas y las atracciones de los parques acuáticos. Para comprender su funcionamiento, debemos conocer una serie de definiciones.
Curva resistente o característica de una conducción hidráulica
Se trata de una representación de las necesidades energéticas, en términos de altura de carga, para cada caudal que circule por una conducción concreta. Se trata de una relación cuadrática creciente, entre altura de carga (H) y caudal (Q), puesto que la energía varía con el cuadrado del caudal. La función es de tipo parabólico, con una expresión del siguiente tipo:
H = Hg + K·Q²
Curva resistente o característica de la conducción
Curva motriz de una bomba hidráulica
Esta representa gráficamente la capacidad que tiene una bomba para impulsar un caudal, en relación con la presión existente durante el funcionamiento de la misma. Se trata de una relación de tipo decreciente entre la altura de carga (H) y el caudal (Q).
Curva motriz de la bomba
Punto de funcionamiento de la bomba de agua
Este es el punto de corte P (Q,H) entre la curva característica de la conducción y la curva motriz de la bomba.
Punto de funcionamiento de una bomba
Ahora ya estamos en condiciones de comprender el efecto de los variadores de frecuencia en las bombas hidráulicas y, enseguida, las ventajas que ofrecen en la operación de parques acuáticos. Veamos:
Efectos de la variación de la velocidad de giro del motor de una bomba hidráulica
La curva característica de la bomba es única para cada modelo y la variación en la velocidad de giro del motor genera una curva motriz paralela. Un aumento en la velocidad de giro, se representa con una curva motriz H-Q paralela por encima de la curva original. Una disminución en la velocidad de giro, se representa con una curva H-Q, por debajo de la original. Por tanto, al aplicar un variador de frecuencia a una bomba hidráulica, no se dispone únicamente de una curva motriz, sino de un conjunto de curvas motrices concéntricas, cada una de ellas para una velocidad concreta de giro del motor.
Esto permite precisamente que una misma bomba hidráulica cuente con varios puntos de funcionamiento distintos. En el siguiente gráfico se representa el conjunto de curvas motrices de una bomba para distintas velocidades de giro (donde ω1 corresponde a una velocidad de giro mayor y ω4 a una menor), reguladas por el variador de frecuencia.
Curvas motrices de bomba para distintas velocidades de giro
Veamos ahora las aplicaciones que tienen los variadores de frecuencia en el caso particular de las instalaciones de un parque acuático:
Aplicación de variadores de frecuencia en bombas de filtración de parques acuáticos
Las bombas de filtración aspiran el agua de la piscina o del depósito de compensación, y la impulsan a través del filtro para devolverla a la piscina. En una situación en la que el filtro está limpio (representada en el gráfico por la curva característica de la conducción en color verde), el punto de funcionamiento será Pa (para Qa y Ha).
Sin embargo, a medida que el filtro se ensucia, la pérdida de carga que este genera será mayor. Por tanto, la curva de la conducción se desplazará hacia arriba (curva roja). En este caso, la bomba hidráulica tendrá que vencer una mayor pérdida de carga por lo que el caudal que bombeará será menor; es decir, el punto de funcionamiento se moverá hacia la izquierda, a la posición Pb (para Qb, Hb). Y tras la limpieza del filtro, se volverá a la curva de la conducción inicial (curva verde).
Puntos de funcionamiento con filtro limpio y sucio
Si en la situación descrita, en la que el filtro está sucio, empleáramos un variador de frecuencia, podríamos aumentar la velocidad de giro del motor de la bomba hidráulica para mantener constante el caudal de filtración.
Puntos de funcionamiento de bomba con variador de frecuencia
En ese caso, pasaríamos de la curva motriz ω2 a la curva de velocidad de giro ω1. Así conseguiríamos bombear a mayor altura (Hb), con el mismo caudal de filtración (Qa=Qb).
En otro caso, por ejemplo cuando el parque acuático esté cerrado, podemos disminuir el caudal de filtración (de Qa a Qb), ya que no es necesario, al no haber bañistas, que la filtración sea tan intensa. Así, si disminuimos la velocidad de giro del motor de la bomba hidráulica con el variador de frecuencia (ω2), disminuiremos también el caudal de impulsión (Qb).
Variación del caudal de filtración
En cambio, si empleamos la bomba hidráulica para el vaciado de piscinas, el agua no pasa por el filtro, sino que se desvía previamente. En este caso, la curva de la conducción (curva naranja en el gráfico) será distinta de la que teníamos durante la filtración, puesto que no existirá la pérdida de carga producida por el filtro, además de que el trazado de la conducción, su longitud, sus diámetros y sus accesorios serán distintos respecto de aquella.
Variación del punto de funcionamiento durante el vaciado de piscinas
Como se aprecia en el gráfico, podemos disminuir la velocidad de giro del motor de la bomba hidráulica (de ω1 a ω2) con ayuda del variador de frecuencia. En consecuencia, tendremos un nuevo punto de funcionamiento para el vaciado y el caudal bombeado será menor que el de filtración, lo que quizá sea conveniente para evitar sobrecargar la red de saneamiento.
Otros usos de variadores de frecuencia en bombas hidráulicas de parques acuáticos
-Los variadores de frecuencia en las bombas hidráulicas permiten ajustar el caudal de alimentación óptimo para los toboganes acuáticos, las cascadas, las cortinas de agua y los elementos de spa e hidroterapia.
-Al mismo tiempo, habilitan la variación de giro de las bombas en los momentos de arranque y parada, con lo que estas transiciones se producen de forma suave y se evita así el fenómeno de los golpes de ariete.
En definitiva, los variadores de frecuencia permiten la modificación de las velocidades de giro de los motores de las bombas hidráulicas, según sus puntos óptimos de operación para cada función y situación, y, por tanto, alargan su vida útil y contribuyen a la eficiencia energética.
Por Luis Llor, ingeniero hidráulico sénior en el Dpto. de Arquitectura de Amusement Logic
