I. Descripción general

El sistema de suministro de agua es un eslabón vital e indispensable en la producción y la vida cotidiana de la población. Los métodos tradicionales de abastecimiento de agua ocupan grandes superficies, son propensos a la contaminación del agua, requieren elevadas inversiones en infraestructura y, sobre todo, presentan el inconveniente de que la presión del agua no se mantiene constante, lo que puede provocar el mal funcionamiento de ciertos equipos. Con la maduración creciente de la tecnología de variadores de frecuencia, los equipos de suministro de agua con presión constante mediante variadores han resuelto fundamentalmente estos problemas. La tecnología de suministro de agua con presión constante mediante variadores es avanzada, ofrece una presión de agua estable, es fácil de operar, cuenta con un funcionamiento fiable, ahorra energía eléctrica y presenta un alto grado de automatización. Actualmente, esta tecnología se ha extendido ampliamente a diversos sectores industriales y comerciales.

II. Ámbito de aplicación

◆ Suministro de agua para uso doméstico en nuevos complejos residenciales, villas, edificios de oficinas y edificios mixtos.

◆ Suministro de agua para uso residencial en edificios altos, sistemas de extinción de incendios y hoteles y restaurantes de lujo, entre otros.

◆ Sistema de presurización para plantas de tratamiento de agua potable, riego agrícola, tratamiento de aguas residuales y fuentes artificiales

◆ Sistemas de suministro de agua fría para calderas de todo tipo, así como agua caliente para calderas.

◆ Estación de bombeo intermedia en la planta de tratamiento de agua potable y reforzamiento secundario del suministro de agua potable.

◆ Estabilización de la presión en las redes de suministro de agua para la producción y la vida en diversas empresas mineras e industriales.

III. Constitución del sistema

El equipo de suministro de agua con presión constante y control de frecuencia está compuesto principalmente por un grupo de bombas, un tanque estabilizador de presión, sensores de presión, una caja de control de frecuencia variable y accesorios de válvulas relacionados.

El variador de frecuencia de la serie PI500 de Powtran cuenta con un controlador PID integrado. En sistemas de suministro de agua a presión constante, basta con instalar un sensor de presión (un manómetro remoto o un transmisor de presión) en la red de distribución del usuario para configurar un sistema de control en bucle cerrado de presión. Este sistema compara la presión establecida con la presión real retroalimentada desde la red y ajusta automáticamente la frecuencia de salida del variador, modificando así la velocidad de giro de la bomba para mantener constante la presión en la red.

IV. Características del producto

◆ Alta eficiencia y ahorro energético. En comparación con los métodos tradicionales de suministro de agua, el sistema de bombeo con presión constante y variador de frecuencia ahorra entre un 30% y un 60% de energía.

◆ El equipo ocupa poco espacio, requiere una inversión mínima y cuenta con una alta eficiencia de operación.

◆ El sistema de control puede funcionar manualmente o automáticamente.

◆ Ajuste en línea de los parámetros PID, con función de suspensión y activación.

◆ Detección, alarmas y visualización de señales para la protección del grupo de bombas y las líneas.

V. Principios generales

El variador de frecuencia de la serie PI500 de Powtran cuenta con un controlador PID integrado. En sistemas de suministro de agua a presión constante, basta con instalar un sensor de presión (un manómetro remoto o un transmisor de presión) en la red de distribución del usuario para configurar un sistema de control en bucle cerrado de presión.

En el sistema de suministro de agua con presión constante basado en un variador de frecuencia, el sensor de presión instalado en la red de distribución recopila continuamente datos sobre la presión de la red y los convierte en señales eléctricas estándar que se transmiten al variador. El regulador PLC realiza operaciones lógicas entre la señal recibida (valor medido) y el valor de presión preestablecido (valor de consigna), y luego convierte el resultado de estas operaciones en una señal de ajuste de frecuencia, regulando así la velocidad de giro de la bomba. Cuando el consumo de agua aumenta y la presión en la red disminuye (valor medido inferior al valor de consigna), el regulador PID hace que la frecuencia de salida del variador aumente, lo que a su vez acelera la velocidad de giro de la bomba. Por otro lado, cuando el consumo de agua disminuye y la presión en la red aumenta (valor medido superior al valor de consigna), el regulador PID hace que la frecuencia de salida del variador disminuya, ralentizando así la velocidad de giro de la bomba. De este modo, se mantiene prácticamente constante la presión en la red.

6. Instalación y puesta en marcha 
Siguiendo las instrucciones, conecte el variador de frecuencia a componentes tales como el interruptor automático, el motor, el interruptor de encendido y apagado y el sensor de presión. El variador de frecuencia y el motor deben estar debidamente conectados a tierra; verifique cuidadosamente que las conexiones sean correctas. En particular, los cables de entrada y salida nunca deben invertirse. Los cables de señal, incluyendo los del sensor de presión, deben ser cables blindados con múltiples hilos para garantizar que la señal no se vea afectada por interferencias durante la transmisión. Todos los cables de potencia y los cables de señal deben instalarse por separado para evitar la diafonía entre señales.

Se selecciona un manómetro de tipo potenciométrico remoto modelo YTZ-150, el cual se instala en la tubería de salida de la bomba. Este manómetro es adecuado para entornos comunes y permite no solo medir visualmente el valor de la presión, sino también emitir una señal eléctrica correspondiente.

Parámetros técnicos eléctricos del manómetro:

Rango de medición de resistencia: 400 Ω (línea azul - línea roja); valor inicial de resistencia a presión cero: ≤20 Ω (línea amarilla - línea azul); valor máximo de resistencia a presión en rango completo: ≤360 Ω (línea amarilla - línea roja). Voltaje aplicado en los terminales de conexión: 10 V (línea azul - línea roja).

El manómetro de presión tiene tres cables de salida: rojo, amarillo y azul. El cable rojo se conecta al +10V del variador; el cable azul se conecta a la tierra (GND) del variador; y el cable amarillo se conecta a la entrada AI1 del variador.

Por lo general, los transmisores de presión de tipo corriente son de dos hilos. Si se utiliza la fuente de alimentación de 24 V del variador, es necesario conectar el terminal COM al terminal GND. La salida de 24 V del variador se conecta al terminal positivo del transmisor de presión, y el terminal negativo del transmisor de presión se conecta al terminal AI1 del variador (es decir, ajuste el puente AI1 de la placa de control a la posición de corriente).

Una vez completadas todas las conexiones de cableado, y después de verificar cuidadosamente según las instrucciones correspondientes para asegurarse de que no hay errores, podrá procederse a la puesta en marcha del equipo.

Cierre el interruptor de aire, energice el variador de frecuencia, haga funcionar el motor a una frecuencia más baja y verifique la dirección de giro de la bomba. Si la dirección es inversa, cambie el orden de las fases del motor.

Funcionamiento con frecuencia variable y presión constante:

Al cerrar el interruptor de encendido, la luz indicadora de funcionamiento del variador se enciende. La frecuencia de salida aumenta desde 0,0 Hz hasta alcanzar la frecuencia correspondiente según la presión en la tubería, y se ajusta automáticamente en función del consumo de agua, asegurando así que la presión en la salida sea constante y coincida con la presión establecida. Al aumentar el valor configurado del parámetro E2.01, la presión en la salida aumenta; al disminuir el valor configurado del parámetro E2.01, la presión en la salida disminuye.

7. Configuración de parámetros

Nota: En general, la frecuencia de activación debe ser mayor o igual a la frecuencia de suspensión. Si tanto la frecuencia de activación como la frecuencia de suspensión se establecen en 0,00 Hz, las funciones de suspensión y activación quedarán desactivadas. Cuando se habilita la función de suspensión y la fuente de frecuencia utiliza un control PID, el funcionamiento del PID en estado de suspensión quedará afectado por el código de función E2.27; en este caso, es imprescindible seleccionar «Funcionamiento del PID al detenerse» (E2.27=1).

E2.01 Método de cálculo del valor de parámetro de señal dada por el teclado: E2.01 = Presión establecida / Presión de fondo de escala del manómetro × 100%. Por ejemplo: si la presión de fondo de escala del manómetro es 1,0 MPa y se requiere que la presión en la red de tuberías se mantenga constante a 0,5 MPa, entonces el valor establecido para el parámetro E2.01 será:

50. Si no se sabe calcular el porcentaje de presión dado, también se puede recurrir a un método sencillo: encender el variador y, al mismo tiempo, observar el valor mostrado en la función de monitoreo d0.16 y el indicador del manómetro remoto. Cuando el manómetro remoto alcance la presión solicitada por el usuario, el valor que muestre entonces d0.16 será el valor que debe establecerse en E2.01.

8. Suministro de agua con múltiples bombas

Lo anterior es un sistema de suministro de agua a presión constante con una sola bomba. Si el consumo de agua es muy alto y el sistema de una sola bomba no puede satisfacer las necesidades del usuario, será necesario recurrir a un sistema de suministro de agua a presión constante con múltiples bombas.

El esquema eléctrico principal para el suministro de agua con presión constante mediante múltiples bombas se muestra en la figura siguiente:

El circuito de control del sistema de suministro de agua a presión constante de la bomba se muestra en la figura siguiente:

Los contactores KM2 y KM4 se utilizan para la salida del variador, mientras que los contactores KM1 y KM3 se utilizan para la salida a frecuencia industrial; ambos están conectados a la bomba de agua.

M1 y M2: el variador de frecuencia puede realizar un control de presión constante sobre cualquier bomba. El interruptor automático (QL) desconecta automáticamente el motor de la red eléctrica en caso de sobrecarga; el relé térmico (FR) es un circuito de protección que funciona según el principio del efecto térmico de la corriente y se utiliza en el circuito como protección contra la sobrecarga del motor.

◆Proceso de añadir la bomba

En primer lugar, M1 funciona bajo control de frecuencia variable. Cuando el consumo de agua aumenta y la presión del agua disminuye, aunque la frecuencia de salida del variador asciende hasta 50 Hz, la presión del agua sigue siendo insuficiente. Tras un breve retardo, M1 se conmuta al funcionamiento a frecuencia industrial, mientras que la frecuencia de salida del variador disminuye rápidamente hasta llegar a 0. A continuación, M2 se pone en marcha en modo de frecuencia variable, manteniendo así la presión del agua constante en el valor establecido.()

◆Proceso de reducción de la bomba

Cuando el consumo de agua disminuye, la presión del agua aumenta y el controlador de suministro de agua a presión constante recibe una señal indicando que se ha alcanzado la frecuencia límite inferior. Tras un cierto tiempo de retardo, el contactor KM1 pierde energía y se restablece, desconectando así la bomba M1 de la red de corriente industrial y deteniéndola. El variador de frecuencia continúa accionando la bomba M2, manteniendo la presión del agua estable en el valor preestablecido.

Atención: Si la potencia del motor es muy alta, durante el proceso de conmutación de la frecuencia variable a la frecuencia industrial, si las fases de ambos sistemas no están alineadas, la corriente de conmutación será muy elevada, llegando en ocasiones a ser varias veces superior a la corriente nominal e incluso provocando la desconexión de la red eléctrica y el consiguiente mal funcionamiento. En estos casos, debería considerarse utilizar un método de conmutación suave sincronizada.

9. Controlador de suministro de agua a presión constante 
Diagrama de conexión de terminales del controlador modelo VC-3200

Instrucciones para la indicación del panel de control y la configuración de parámetros

1. Panel y botones:

La ventana PV es la ventana de visualización de los valores medidos, y la ventana SV es la ventana de visualización de los valores establecidos. La tecla «S» es la tecla para configurar parámetros; las teclas «▲» y «▼» son las teclas para aumentar y disminuir los números, respectivamente. En el estado de configuración de parámetros, las teclas «M» y «

2. Indicador de estado de funcionamiento

Las luces indicadoras de estado de funcionamiento P1, P2 y P3 corresponden a las tres bombas. Cuando la luz indicadora es verde, significa que la bomba correspondiente está operando en modo de frecuencia variable; cuando la luz indicadora es roja, indica que la bomba correspondiente está operando en modo de frecuencia industrial. Cuando el sistema opera en el segundo nivel de presión (presión para incendios), la luz indicadora AL se ilumina en color verde. En caso de que se active la terminal de falta de agua (parada del equipo), la luz indicadora AL se ilumina en color rojo, y todas las salidas de control del controlador se detienen hasta que se elimine la condición de falta de agua (parada del equipo) y el controlador vuelva a ponerse en funcionamiento. OUT es una luz indicadora de reserva.

3. Configuración de parámetros

En estado de funcionamiento normal, mantenga presionado el botón «S» durante 3 segundos. Cuando la pantalla muestre «-.-.- -.-.-», suelte el botón «S» para entrar en el modo de configuración de parámetros. En este momento, la pantalla PV mostrará el parámetro P00, y la pantalla SV mostrará el valor actual del parámetro seleccionado. Los botones «M» o espacio son los botones de navegación entre parámetros, que permiten visualizar diferentes parámetros de configuración. Pulse las teclas «▲» o «▼» para cambiar el valor del parámetro actual; el valor modificado se almacenará automáticamente en la memoria del instrumento. Una vez completada la configuración de parámetros, pulse nuevamente el botón «S» para que el instrumento vuelva al estado de funcionamiento normal. En este punto, si P00 = 18, al pulsar las teclas «▲» y «▼» se modificará directamente el valor de presión actual (valor establecido en P01). Cuando el segundo interruptor de presión (para incendios) —DI1 y CM2— esté cerrado, la pantalla SV mostrará la segunda presión de ajuste. Al pulsar las teclas «▲» y «▼», se modificará directamente el valor actual de la segunda presión de ajuste; además, la segunda presión también puede configurarse en P02.

X. Precauciones 
◆ La bomba de agua no debe funcionar ni por encima de la velocidad nominal ni por debajo de una cierta velocidad. El exceso de velocidad puede causar daños mecánicos en los rodamientos, las tuberías y otros componentes; mientras que, al operar por debajo de una cierta velocidad, la eficiencia de la bomba disminuirá rápidamente. Por lo tanto, el variador de frecuencia debe configurarse con límites superior e inferior adecuados para la frecuencia de operación.

◆ Cambio de suministro de agua a presión constante: cuando el motor está controlado a frecuencia industrial, es imprescindible instalar un relé térmico adecuado para proteger el motor.

◆ Entre la derivación de frecuencia industrial en el lado del motor y la salida del variador, se debe utilizar un contactor de corriente alterna provisto de un dispositivo de interbloqueo mecánico, y se deberá implementar un interbloqueo lógico en el circuito de control eléctrico para evitar que la fuente de alimentación de frecuencia industrial y la salida del variador causen un cortocircuito que dañe el variador y los equipos relacionados.

◆ La secuencia de fases de la fuente de alimentación de frecuencia industrial a la que está conectado el motor debe coincidir con la secuencia de fases de la salida del variador. Para evitar accidentes por inversión del sentido de giro del motor, confirme la secuencia de fases antes de poner en marcha el motor.

◆ Al realizar la conexión de las señales de control del variador, asegúrese de separarlas de los cables de potencia y de no colocarlas en el mismo conducto de cableado; de lo contrario, podría producirse una operación errónea. Los cables de señal de ajuste de presión y los cables de retroalimentación de presión deben utilizarse con cables apantallados.