JUAN FELIPE MONSALVE LÓPEZ, INGENIERO VARIADORES S.A.S
Objetivo: Realizar pruebas de arranque con el motor PMM, establiendo un proceso de autoajuste al transformador SUT y conmutar los datos con los entregados por el fabricante del motor, pudiendo integrar todas inductancias del sistema para alcanzar una puesta en marcha optimas del motor. Actividades en pozo Chichimene 176 En atención al llamado por parte del del ingeniero Rafael Largo, son continuadas las actividades de arranque en el pozo, con el personal de la empresa Baker, es estableciendo un nuevo modelo de parametrización, para determinar los valores de las inductancias y las resistencias totales del sistema.
Datos del transformador para el Autoajuste. los datos entregados por el variador de velocidad con el primer autoajuste, estando el transformador SUT desconectado del motor y cortocircuitado a la salida, luego son conmutados con los datos de motor suministrados por el fabricante.
Tabla datos del transformador SUT y selección de TAP.
Diagrama de conexión para autoajuste con solo trasformador SUT
Datos promedio de autoajuste sin conexión de motor
Datos del motor entregados por el fabricante: Los datos suministrados por el fabricante, se integran a los datos arrojados del autoajuste con motor desconectado, integrando las inductancias del trasformador SUT a la programación.
Luego del cálculo para los valores totales del sistema, se programan en el equipo para su posterior prueba de arranque.
Luego del proceso de configuración y las pruebas realizadas al equipo, se puede tener el motor en operación a una frecuencia máxima de 120Hz, con unas condiciones de carga estables, una THV- menor al 4% y una THI menor al 4%.
El arranque del equipo es exitoso, sin embargo, por no alcanzar aporte del pozo, la variable por temperatura de motor, activa la protección por disparo de sensor de fondo.
El equipo a los 120Hz de operación, registra una condición de trabajo estable con la última configuración establecida.
Por Diego Armando Garzón, Asesor Técnico División Industrial
Fig. 1 Pantalla Principal del Drive Wizard
Drive Wizard es una herramienta de soporte desarrollada en el entorno de Windows para permitirnos una conexión al variador de velocidad a través del computador. Para esto es necesario tener el Software instalado, el cual se puede descargar de manera gratuita directamente de la página de Yaskawa www.yaskawa.com y el cable de comunicación adecuado para establecer la comunicación con el variador ya sea un cable USB tipo A/B o un cable conversor de RJ45 a RS232 con su respectivo conversor a USB.
Fig. 2 Cable USB tipo A/B
Fig. 3 Cable conversor de RJ45 a RS232 y conversor a USB
Drive Wizard nos proporciona herramientas fáciles de usar para realizar autoajuste del motor (Rotacional o estacionario) con la herramienta Motor Tuning, puesta en marcha del equipo permitiendo manipular en línea cada uno de los parámetros disponibles e intercambiar datos con otras unidades gracias al modo de lectura y escritura de la totalidad de los parámetros, gráficas de variables como corriente de consumo, frecuencia de salida, voltaje de salida y frecuencia de referencia, entre otros. Esto con el fin de dar solución de problemas presentes en las aplicaciones; estas variables se pueden graficar en dos dimensiones (Tiempo Vs Variable) con la herramienta Trender o solo observar el valor real con la herramienta Monitor Panel; además se puede verificar el historial de fallas o el estado de las entradas/salidas análogas/digitales con la herramienta Status Panel, realizar un control del equipo (Marcha, paro, variar la frecuencia de referencia) desde la herramienta Drive Control y realizar back ups de las programaciones en formatos Word, PDF, Excel, YDWIproj ETC. Según se requiera.
Fig. 4 Trender (Herramienta para graficar variables)
Fig. 5 Monitor Panel (Herramienta para graficar variables)
Cada variador de la marca Yaskawa que usted va a implementar en su aplicación, dependiendo de la familia para la cual fue específicamente diseñado tiene su propio Software especializado; sin embargo esto no varía su sencillez y versatilidad en el momento de navegar en las distintas herramientas que nos brinda el programa.
Gracias a esta herramienta es posible identificar problemas en el confort de un ascensor, verificar el estado de entradas/salidas digitales/analogas, revisar el historial de fallas del equipo y/o analizar curvas de las diferentes variables para la solución de problemas, verificar el funcionamiento del PID en los sistemas de bombas, realizar el control del equipo mediante el computador, modificar parámetros, escribir la misma programación en varios equipos, ETC.
Los invitamos a provechar todas las ventajas que ofrece el Drive Wizard.
Los IQPUMP de Yaskawa brindan la posibilidad de tener sistemas de riego con un menor consumo energético, lo que se traduce en ahorros en la factura de servicios hasta de un 20%.
Los variadores de frecuencia marca Yaskawa, son dispositivos que se utilizan para controlar la velocidad del motor de la bomba del pozo, con el propósito de mejorar la eficiencia del sistema y garantizando un flujo constante de agua con un menor consumo energético del motor de acuerdo a las características y comportamientos del pozo en el tiempo.
Yaskawa tiene en el marcado agrícola, un variador llamado IQPUMP, dedicado a sistemas de bombeo el cual tienen un lenguaje de programación que nos da información acerca de L/S, GPM, PSI, horas de trabajo y consumo en kW/h.
Ventajas:
Controla la corriente de arranque del motor, realizando una rampa de aceleración en un tiempo programado y así evita el excesivo consumo de corriente que se da con un sistema de arranque tradicional con contactores.
Al tener una rampa de aceleración en el arranque y en la parada, vamos a evitar el fenómeno de golpe de ariete y cavitación, permitiendo sacar el agua inicialmente a baja velocidad e ir incrementándola gradualmente hasta su velocidad nominal y de igual manera al momento de realizar la parada la cual se realiza gradualmente.
El variador permite tener un diagnóstico de la falla que se pueda presentar en el sitio (sobre voltaje, bajo voltaje, sobre corrientes, cortocircuito, pérdida de fase, sobrecarga del motor, detección de funcionamiento en seco de la bomba, entre otras) y siempre va a estar monitoreando el motor y protegiéndolo de cualquier evento.
Reduce la necesidad de utilizar válvulas de regulación de presión en las tuberías las cuales son costosas.
Garantiza un mejor factor de potencia en el punto de instalación del variador, ya que el variador cuenta con un banco de condensadores interno evitando tener un consumo de reactiva de la red y no ser multados por la empresa prestadora de energía.
Mayor ahorro energético debido al control de velocidad generado por el cambio del punto de ajuste programable en el variador para controlar el flujo constante a una menor velocidad y a un menor consumo de kw/h (hemos instalado estos sistemas con variador Yaskawa teniendo ahorros energéticos en la factura de servicios aproximadamente entre un 15 y 20% de acuerdo al comportamiento del pozo y obteniendo un retorno de la inversión inicial entre 7 y 8 meses para potencias entre 100 y 150 HP).
Como complemento tenemos un sistema de monitoreo vía GSM el cual se instala al variador como un opcional y nos brinda información del pozo (Caudal de la tubería, niveles del pozo, consumo de energía, velocidad del motor y corriente), llevando estos datos en tiempo real a un computador o dispositivo móvil.
Contamos con el respaldo de CENICAÑA los cuales conocen dicha aplicación y tienen un proyecto piloto para comprobar las características y ventajas de dicho sistema en los pozos agrícolas con muy buenos resultados. Tenemos instalados en el valle del cauca alrededor de 100 sistemas con variador en pozos de ingenio Central Tumaco, Ingenio Riopaila Castilla, Ingenio Mayagüez, Ingenio Pichichi, Ingenio Maria Luisa y algunos proveedores de caña.
Director Servicio técnico Energía Petróleo y Gas EPG
El sistema APC, es un logro obtenido por Variadores S.A y que representa un ejemplo de Innovación colombiana el cual se encuentra al nivel de la alta tecnología mundial.
“El sector minero – energético colombiano es una de las locomotoras definidas por el Gobierno Nacional como el principal motor de desarrollo para el país y busca generar buena parte de las rentas que se necesitan para el funcionamiento del Estado”. (ANH, 2018). Por esto, desde hace aproximadamente 13 años, Variadores S.A ha sido activa en la comercialización de variadores de frecuencia en el mercado de petróleo y gas en Colombia y la región andina.
Por su naturaleza, este segmento de mercado se caracteriza por presentar desafíos tecnológicos, ambientales, de calidad, logísticos, entre otros. Los variadores de frecuencia por sí solos cumplen parcialmente con las especificaciones y atributos que esta industria demanda, por lo tanto deben ser integrados dentro de un sistema o solución, el cual deberá cumplir con atributos como grado de protección para intemperie, bajo aporte de distorsión armónica en corriente THID en la entrada de potencia, bajo aporte armónico en tensión en la salida THVD, compatibilidad con varios protocolos de comunicación simultáneamente, funciones automáticas especializadas para cada aplicación, entre otros.
Las mayorías de las aplicaciones en las que hemos participado han sido de bombeo, especialmente sistemas de levantamiento artificial, los cuales son básicamente diferentes tipos de bombas para la extracción del crudo desde los pozos. Entre los más usados encontramos ESP (electric submersible pump), PCP (progressive cavity pump) y Rod pump (bombeo mecánico con balancín). Durante los primeros años en los que logramos construir y poner en marcha soluciones en esta industria para aplicaciones de levantamiento artificial, se logró desarrollar un software CASE (Custom Application Software Enviroment) en conjunto con el fabricante, sin embargo las funciones que este mercado solicitaba eran cada vez más desafiantes y se llegó a un punto en el que este software no tenía la suficiente versatilidad para cumplir con dichas funciones, sumado a que los tiempos de desarrollo en la fábrica podían tardar hasta hasta un año para lograr cambios de baja complejidad.
En vista de las limitaciones a las que nos enfrentábamos y gracias a una oportunidad que se presentó con uno de nuestros clientes, tuvimos la posibilidad de iniciar a finales del año 2008, el desarrollo de un controlador para sistemas ESP. Este controlador debía ser el cerebro de todo el sistema, interactuando con el variador de frecuencia, los sensores de campo, un medidor de energía y el sistema SCADA del cliente, además debía contar con protecciones de proceso, del motor y del variador.
A partir de este momento se empezó a ver esta integración como un producto, en el cual el variador era solo uno de varios componentes.
A lo largo de 10 años el controlador APC (Advanced Pump Controller) se fue consolidando en el mercado, inicialmente cumpliendo con los requerimientos básicos de los clientes así como el estado del arte de los sistemas de control de los competidores. Luego, gracias a la identificación de oportunidades de mejora detectadas por nuestro personal de servicio en campo y los mismos clientes, el controlador APC actualmente sobresale dentro de este mercado por sus nuevas funciones y automatismos especializados, su adaptabilidad a múltiples escenarios en cuanto a marcas de bombas, tipos de sensores, rastreo de fallas, entre otros y especialmente por ser amigable con el usuario al ser totalmente en español y por ser muy intuitivo a la hora de interactuar con él, siendo este último atributo, desde su concepción, un criterio primordial durante todas las etapas del desarrollo.
Desde la óptica comercial, el sistema APC ha tenido un papel protagónico en el mercado de variadores para sistemas de levantamiento artificial en Colombia. Hace más de una década era común que los fabricantes de bombas para levantamiento artificial fuesen los que suministrarán también los equipos de superficie (variador y controlador), de marcas propias, en conjunto con las bombas; ofreciendo términos de garantía al cliente que lo supeditaban a la adquisición del conjunto completo. Variadores S.A. fue la primera empresa especialista en variadores de frecuencia en Colombia en vender a Ecopetrol y a otros clientes, variadores para sistemas de levantamiento artificial siendo de una marca diferente y sin estar ligados comercialmente a la bomba, rompiendo de esta manera uno de los grandes paradigmas de esta industria. Durante la última década, Variadores S.A. ha competido y ha logrado desplazar en varios campos petroleros colombianos a grandes marcas multinacionales, que dominaban el mercado de variadores para levantamiento artificial. El más claro ejemplo de su éxito son los campos Castilla y Chichimene en donde más del 90% de los variadores para bombas de levantamiento artificial son sistemas APC con variador Yaskawa.
Hoy en día los grandes competidores en fabricación de variadores a nivel mundial se han dado cuenta de la estrategia y el éxito de Variadores S.A. en el mercado de variadores para levantamiento artificial, por lo cual han decidido implementar estrategias como la de Variadores S.A., lo que les ha permitido vender sistemas similares a varios de nuestros clientes. Sin embargo el desarrollo e implementación de este tipo de sistemas tiene asociada una curva de aprendizaje que puede tomar varios años en los que tendrán que enfrentar diversos desafíos, los cuales Variadores S.A. ya ha logrado superar. Por esta razón y para mantener nuestra ventaja competitiva, debemos mantener y fortalecer la filosofía de innovación que ha surgido en la empresa durante la última década.
“La innovación constante es la única forma de mantenerse competitivo, porque ninguna ventaja es sostenible en el largo plazo.” Jorge González Moore
ANH. (2018). http://www.anh.gov.co. Obtenido de http://www.anh.gov.co/portalregionalizacion/Paginas/Historia-del-petroleo-en-Colombia.aspx
Los pozos agrícolas son comúnmente usados para obtener agua de un acuífero subterráneo o superficial que será usado para el riego de cultivos, este proceso se lleva a cabo con motores eléctricos AC que cumplen la función de bombear el liquido a las diferentes estaciones, puntos de trabajo o lugares destinados para el uso del agua; este proceso genera la necesidad de minimizar los costes que produce el uso de los motores eléctricos que en su mayoría son potencias que superan los 100Hp generando alto consumo en la facturación.
En la actualidad se encuentran instalados equipos eléctricos que permiten arrancar el motor tales como: arranques estrella – delta y Soft star, ante esto se propone instalar variadores de velocidad YASKAWA que ayuden a disminuir los costes energéticos logrando maximizar la productividad del proceso. Para obtener resultados cuantitativos es necesaria la medición mediante analizadores de red que permitan determinar si el variador efectivamente obtuvo menores consumos energéticos sin sacrificar la productividad y tiempo del proceso.
Con la instalación del variador Yaskawa logramos obtener una reducción del 22% del consumo energético del pozo; para obtener esta información fue necesario un analizador de redes donde se hizo un comparativo de consumos primero con el arranque directo existente vs variador de velocidad, a continuación se muestran los resultados matemáticos:
Consumo arranque directo en 60 minutos: 49.7 Kw
Consumo arranque con variador YASKAWA en 60 minutos: 38.7 kw
Ahorro estimado de aplicación en Kwdurante 60 min de trabajo continuo: 11.0 Kw
Para el proyecto se tenia el costo Kw en $ 300 pesos, durante el mes se operaba el pozo por 12 días
Consumo total del motor sin variador * hora: 50 Kw x hora = $15.000
Consumo total del motor con variador * hora: 38 Kw x hora =$11.400
Kilovatios hora * valor Kilovatio Valor hora * 24 horas = valor de ahorro por día
Valor día * 12 días al mes: Ahorro mes Valor mes (12 días) * 12 meses = Ahorro por año.
79.200 pesos * 12 días al mes = $ 950.400 $ 950.400 * 12 meses = $ 11´404.800
La grafica muestra un ahorro típico del 20%
El perfil de consumo se puede adaptar al nivel del pozo
Se ajustó el par del motor de acuerdo con las necesidades de la carga, esto mejora la eficiencia y el rendimiento del sistema
Al controlar la velocidad y el par de manera más precisa, el variador Yaskawa ayuda a reducir el desgaste mecánico en el motor, lo que puede prolongar la vida útil de los mismos y reducir los costos de mantenimiento.
Ingeniero especializado en la gestión de proyectos con variadores de velocidad Yaskawa; con 12 años de experiencia en el sector comercial e industrial aportando soluciones efectivas que permitan mejorar la productividad en plantas industriales, sector comercial y agrícola. Uso de herramientas tecnológicas para el análisis de la calidad energética que permitan el diagnostico de THDI, soluciones de mitigación y reducción de consumos energéticos.
El variador Yaskawa GA800 combina la potencia, facilidad de uso, flexibilidad y rendimiento. Adicional a una gran producción de torque y control de precisión, el usuario disfrutará de una configuración sin esfuerzo gracias a su pantalla más alta resolución y la conexión de su dispositivo móvil.
Para hoy y para el futuro
“Safe torque off”, características incorporadas que minimiza el tiempo de inactividad.
Visión de 12 pulsos minimiza los armónicos.
Tarjetas tropicalizadas, norma IEC 60721-3-3, resistente a la contaminación.
Cumplimiento RoHS amigable con el medio ambiente.
¡Es tan Fácil!
Pantalla de alta resolución con asistentes de configuración y registro de datos.
Bluetooth y DriveWizard Mobile para una interacción cómoda y fácil.
Alimente el variador GA800 con la energía de su PC o Dispositivo Móvil.
Almacene los datos de su variador localmente o gestiónelos desde la nube de Yaskawa.
