Las pruebas comparativas han demostrado que el convertidor de frecuencia ACQ580 de armónicos ultrabajos (ULH) para la industria del agua reduce en gran medida la perturbación armónica, con una distorsión armónica total de tan solo 2,73%, en contraste con el 45% de un convertidor convencional. Esto se traduce en un mayor factor de potencia y eficiencia en la red.
Las molestas perturbaciones armónicas que se introducen en una red eléctrica pueden generar problemas tanto para las compañías eléctricas como para los usuarios del suministro eléctrico. Para disuadir a los usuarios de introducir armónicos en la red, las compañías eléctricas pueden imponer sanciones económicas a las empresas responsables de dichas perturbaciones.
Como muchas otras empresas de servicios públicos dedicadas al suministro de agua y al tratamiento de aguas residuales, Hamburg Wasser ha visto cómo la compañía eléctrica local le exigía la adopción de medidas para minimizar las distorsiones armónicas que causan sus equipos. Dominik Seebold, responsable de proyectos encargado de la ingeniería eléctrica en esta compañía de Hamburgo, Alemania, describe la situación: “Debemos tener en cuenta nuestra carga en la red eléctrica y, si nuestros equipos están aumentando el nivel de armónicos, lo normal es que tengamos que instalar más filtros para mitigar esas distorsiones”.
Hamburg Wasser ha visto cómo la compañía eléctrica local le exigía medidas para minimizar las distorsiones armónicas que causan sus equipos
Entre los dispositivos que pueden causar armónicos se encuentran los variadores de frecuencia, o también llamados convertidores de frecuencia, así como muchos otros tipos de equipos electrónicos. Para estudiar formas de minimizar los armónicos, pero sin recurrir a filtros externos complejos y caros, Hamburg Wasser decidió probar un convertidor de frecuencia de armónicos ultrabajos de ABB que se ha diseñado para la industria del agua y prácticamente no genera armónicos.
Pruebas en paralelo frente a un convertidor convencional
En abril de 2019 se instaló en la planta de tratamiento de agua de Großhansdorf un convertidor ACQ580-31 de armónicos ultrabajos de montaje en pared. Este convertidor está especialmente diseñado para aplicaciones de bombeo en el sector de aguas limpias y residuales. La variante del convertidor de armónicos ultrabajos reduce la distorsión armónica total de corriente (THDi) al usar una unidad de alimentación activa y un filtro de armónicos integrado, sin necesidad de equipos especiales ni filtros externos.
Se instaló el ACQ580-31 para controlar una bomba de alimentación con una salida de 450 m3 de agua por hora, a una altura de ocho metros, desde un depósito de agua en la parte antigua de la planta a otro depósito en la parte nueva. Otra bomba de alimentación, en este caso controlada por un convertidor convencional ya in situ, realiza exactamente la misma función en los mismos depósitos, y el funcionamiento de estas dos bombas va alternándose cada semana, lo que resulta perfecto para hacer pruebas comparativas.
El convertidor de armónicos ultrabajos ACQ580 conectado a una bomba de alimentación en la planta de agua de Großhansdorf. (Fuente: Hamburg Wasser)
La comparación deja patente los buenos resultados
Los resultados han demostrado las ventajas del convertidor ACQ580 de armónicos ultrabajos. Los armónicos suelen expresarse como una THDi porcentual; es decir, la cantidad de distorsión de forma de onda sinusoidal en comparación con la onda puramente sinusoidal. Los datos de las pruebas muestran que, al marchar cerca del punto de funcionamiento nominal, el convertidor ACQ580 registraba una THDi medida de 2,73 %, en contraste con el convertidor de 6 pulsos, que registraba una THDi muy superior: 45%. Esto significa que, en el caso del convertidor de armónicos ultrabajos, el contenido de armónicos es un 94% inferior al convertidor convencional.
Hamburg Wasser decidió probar un convertidor de frecuencia de armónicos ultrabajos de ABB que se ha diseñado para la industria del agua
Dominik Seebold se muestra satisfecho con los resultados, y está planteándose ampliar el uso de los convertidores ACQ580 para emplearlos también en bombas de mayor tamaño: “Nos interesa la manera de funcionar de este convertidor. Para nosotros, es fundamental que sea fiable, y el convertidor de frecuencia ACQ580 de armónicos ultrabajos lleva funcionando perfectamente desde su puesta en marcha. En el futuro, podremos estabilizar más la red de energía y, así, evitar las perturbaciones que causan los armónicos. Para probarlo, vamos a instalar los convertidores de frecuencia en nuestras bombas más grandes, con unos niveles de exigencia superiores”.
El equipo de armónicos ultrabajos: ACQ580 ULH
El convertidor de frecuencia ACH580 de armónicos ultrabajos también es compatible con los servicios de monitorización de ABB Ability™, lo que permite a los clientes obtener datos en tiempo real sobre el estado y el rendimiento del variador desde cualquier ubicación.
Los variadores de frecuencia ACH580 ULH están disponibles para montaje en pared y como variante para instalación en armario, con un rango de potencia y voltaje de 4 a 355 kW y 380 a 480 V. Esta gama dispone de servicios de ciclo de vida de ABB, que incluye soporte de ingeniería, reparaciones y planes de servicio proactivos.
El factor de potencia también es importante
Además de tener en cuenta los armónicos, es fundamental considerar el factor de potencia. Se trata de una medición muy utilizada en ingeniería eléctrica para determinar lo eficaz que es una red eléctrica usando la energía que consume de la red. Hay tres tipos de factor de potencia: el factor de potencia real, el factor de potencia de desplazamiento y el factor de potencia de distorsión.
El convertidor de frecuencia ACH580 de armónicos ultrabajos también es compatible con los servicios de monitorización de ABB Ability™
El factor de potencia real guarda relación con el impacto de armónicos del convertidor. Los convertidores que generan menos armónicos mejorarán el factor de potencia real en comparación con los convertidores con un mayor impacto de armónicos.
La fiabilidad de una planta puede mejorar prestando atención a los armónicos de los convertidores
En resumen, los armónicos generados por los convertidores de frecuencia pueden causar problemas significativos en las plantas de agua que dan lugar a un funcionamiento ineficiente, una baja fiabilidad y una posible pérdida de producción. La instalación de soluciones para mitigar los armónicos, como hemos visto en el caso de la planta de tratamiento de agua de Großhansdorf, tiene un retorno de la inversión gracias a la mayor fiabilidad y mayor vida útil de los equipos. La nueva generación de convertidores ULH supone una solución especialmente atractiva ya que puede mitigar los armónicos en origen.
