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Las cargas de Torque o Par variable son aquellas que involucran la mayora de los casos de movimiento de fluidos, como aire y agua, con aplicaciones en bombas y ventiladores centrfugos. Existen tres leyes que gobiernan los sistemas de par variable, estas son:

El volumen de flujo es proporcional a la velocidad: Q1/Q2 = S1/S2

La presin es proporcional al cuadrado de la velocidad: H1/H2 = (S1/S2)^ 2

La potencia es proporcional al cubo de la velocidad: P1/P2 = (S1/S2)^3

Donde:

S1 = velocidad inicial del sistema.

S2 = velocidad final del sistema.

Q1 = volumen de flujo inicial.

Q2 = volumen de flujo final.

H1 = presin inicial.

H2 = presin final.

P1 = Potencia inicial requerida del sistema.

P2 = Potencia final requerida del distema

Figura 1 Leyes de las cargas de Par Variable

La Figura 1 muestra una comparacin de cada una de las leyes, indicando algunos relaciones entre las variables.

De las leyes se puede concluir que la demanda de potencia al motor aumenta al cubo de la velocidad, es decir, es una carga de arranque suave, y conforme el sistema toma velocidad, la demanda de potencia aumenta.

La Figura 2 presenta una comparacin de distintas cargas de par variable para el moviento de aire. Existen 7 categoras donde se toma en cuenta la presin y el volumen del aire. Algunas presentan alta presin con bajos volumenes desplazados; o baja presin con altos volumenes de fluidos. En este tipo de cargas el control de la succin es importante, ya que el permitir el ingreso de mayores volumenes de aire puede sobre cargar el motor. Para hacer una prueba de vaco es suficiente con cerrar completamente la entrada de aire, para que se evite el movimiento de aire, as el motor debera consumir la corriente de vaco.

Figura 2 Comparacin de cargas de Par Variable

Cargas de Torque Variable - Consideraciones

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La Figura 3 presenta un ventilador de tiro, el cual es usado en la expulsin de gases y humos producto de la combustin mediante la aspiracin de los mismos. Un tema importante a considerar en estos equipos es el arranque, ya que aunque es suave por definicin, el colocar un arranque a tensin reducida ayudar a controlar la vida til del sistema. El otro tema a cuidar es la entrada indeseable de aire, por aperturas no controladas, ya que provocar sobrecargas en el motor, al mover mayor cantidad de aire del normal.

Figura 3 Ventilador de tiro, un tipo Carga de Par Variable

Ahorro Energtico en Cargas de Par Variable

Una forma de controlar el flujo de aire en Abanicos Ventiladores es por medio de reguladores de salida o entrada, tipo celosas (Compuertas), segn lo requiera el proceso. Al restringir la entrada o salida, se reduce el flujo de aire, con el motor operado a frecuencia y voltaje constante. Una alternativa es el uso de Variadores de Velocidad Electrnicos, lo que permite el ahorro de energa, por el cambio de la velocidad real del ventilador, y la produccin de un flujo de aire diferente. Al cambiar el flujo de aire, o la velocidad del ventilador, la curva de operacin del ventilador se ve afectada, lo que produce un diferente punto de trabajo. Cuando se reduce la velocidad del ventilador, se consigue una reduccin de la necesidad de energa del motor.

En el caso de las Bombas Centrfugas, que son parte de un proceso que cambia continuamente, el uso de un mtodo para alterar el flujo de la bomba logra obtener ahorros de energa. Hay dos mtodos utilizados para variar el flujo, el primero es estrangulando la salida, lo que cambia la curva del sistema, mediante el uso de un control o vlvula, lo que no produce ahorro de energa. El otro mtodo es variar la velocidad de la bomba, por medio de un Variador de Velocidad Electrnica, que modifica la curva de la bomba. Al producir una variacin de la velocidad, se logran cambios en el consumo de energa. El ahorro de energa depender de la cantidad de tiempo que la bomba se hace funcionar en cada punto de velocidad reducida.

Figura 4 Bomba Centrfuga para circulacin de agua

Alimentacin a otra frecuencia en Cargas de Par Variable

Todo motor tiene una relacin Voltios por Hertz, que se calcula a partir de la placa de caractersticas. Por ejemplo: Un motor 460V - 60Hz, tiene una relacin: 460V 60Hz = 7.67V/Hz. La teora dice que cuando un motor se alimenta en otro sistema elctrico, distinto al indicado en la placa (con otros niveles de tensin y frecuencia), siempre que la Relacin Voltios por Hertz se mantenga constante, el motor entrega el mismo par (Torque) operativo en el eje a la carga. La potencia desarrollada cambia, ya que: Potencia=Par x Velocidad.

Por ejemplo: Al pasar de 50Hz a 60Hz, el motor desarrollar 20% ms de potencia. La corriente consumida se mantiene invariable en ambos sistemas. Para cargas de Par Variable NO se aplica lo explicado anteriormente, es decir: Aunque la Relacin Voltios por Hertz sea constante, se deben tener otras consideraciones antes de conectar. Esto es porque la demanda de potencia es proporcional a la velocidad al cubo (RPM^3), y la carga solicitar distinta potencia entre ambos sistemas.

Estudio de Caso: Una bomba centrfuga con motor 380V/50Hz, demanda 74% ms potencia al motor si se alimentara a 460V/60Hz, la cual NO podr ser entregada por el mismo, sobrecargndolo, con peligro de dao. La opcin para utilizar la misma bomba en el nuevo sistema a 60Hz sera cambiar la propela (Impeler), con esto se ajusta el punto de operacin de la bomba, sin ponerla en peligro.

La Figura 5 muestra una placa con la indicacin de 2 frecuencias, si sta fuera de un motor para ser usado con una bomba centrfuga o ventilador, no podra ser utilizado.

Figura 5 Placa con indicacin de 2 frecuencias