Regulation of the network pressure

The regulation of the pressure of a fluent distribution network is an issue that happens in many different cases, such as; water, fuel, lubricant distribution networks.

With this post, we want to help you to learn the common difficulties that happen in the automation of a network pressure regulation process; the regular calculations to be made, the difficulties occur and the solutions that we provide in Wico technical department.

Dificultades para Calcular la Regulación de la Presión de Red

La dificultad para calcular la regulación de la presión de Red radica en varios factores:

• La relación entre presión, caudal y frecuencia de una bomba dista mucho de ser lineal.
• En una red de distribución las variaciones de caudal son muy bruscas
• Para dar servicio en un rango de caudales amplio se utilizan varias bombas en paralelo.
• La calidad de la red se basa en:
  1. que la presión se mantenga lo más constante posible y que, sobre todo, no se eleve por encima de un límite.
  2. que el tiempo durante el cual no se tiene la presión de consigna sea muy corto.

Regulación de la presión de Red: Modos de funcionamiento

Para regular la presión de impulsión que suministra un grupo de bombeo en una red se utiliza un algoritmo que se basa en las curvas que proporciona el fabricante para las bombas. Dentro de estas curvas se establecen diferentes zonas de funcionamiento en función de la presión y el caudal.

1. Caudal normal
2. Bajo caudal
3. Alto caudal

Asimismo, se tienen zonas en las que no está permitido el funcionamiento, esto es:

• Cuando el caudal es inferior al caudal mínimo
• Cuando la presión de aspiración es menor que el NPSH
• Cuando la frecuencia a la que habría que llevar a la bomba para un punto P,Q determinado es inferior a la frecuencia mínima.

A continuación os detallamos una gráfica de la regulación de la presión:

Se establece una consigna de presión constante a mantener en la red y el algoritmo se encarga de alcanzarla. Para ello se divide la secuencia en dos etapas bien diferenciadas, una primera etapa de regulación basta y otra de regulación fina.

Etapa de regulación basta

En la etapa de regulación basta se calcula el punto de funcionamiento deseado (Pcons,Q1) a partir del punto de trabajo en el instante actual (P0,Q0). De esta forma se alcanza muy rápido un punto de trabajo próximo al de consigna.

Etapa de regulación fina

En la etapa de regulación fina el control lo lleva a cabo un lazo cerrado de regulación, PID, cuyos parámetros se ajustan en función del punto de la curva de funcionamiento en el que esté la bomba. Gracias a ello se puede ajustar dicho PID de forma óptima para un rango pequeño de presiones.

Configuración del grupo de bombeo

Como en este tipo de instalaciones se suelen tener varias bombas en paralelo hay que resolver una serie de dificultades:

- Establecer un mecanismo de utilización alternando las bombas en funcionamiento para igualar el desgaste.
- Decidir el número óptimo de bombas a utilizar en función del punto de trabajo actual. Para ello se implementa un algoritmo de eficiencia energética basándose en el rendimiento de las bombas para diferentes puntos de trabajo (P,Q), así pues, es posible que energéticamente sea mejor trabajar con dos bombas a 46 Hz que con tres a 42 Hz por lo que se produciría el cambio de configuración.

- Gestionar la parada y arranque de bombas adicionales. Cuando se produce un cambio de configuración de un número de bombas inferior a uno superior la transición de la frecuencia de cada una de las bombas se hace de manera suave. Mientras la que estaba parada va acelerando hasta la frecuencia requerida, la que estaba arrancada irá disminuyendo su frecuencia de tal forma que aportaría el caudal que le falta a la que va acelerando para que no se produzca variación brusca en el caudal total aportado y, por consiguiente, en la presión. En régimen permanente, todas las bombas se encontrarán en un punto de frecuencia común. Para el caso de las paradas el funcionamiento es el mismo.

Modo bajo caudal

El sistema usa el caudal estimado para decidir el punto óptimo de funcionamiento a partir de:

• Las curvas de la bomba
• La presión de red y
• La frecuencia que indica el variador

En el caso de un caudal bajo, sea o no 0, la precisión del cálculo disminuye debido a que la curva P/Q es muy horizontal para dicho intervalo. A una misma frecuencia pequeñas variaciones de presión producen grandes variaciones de caudal y, por ello, hay que programar un algoritmo de vigilancia de caudal mínimo para determinar si realmente no existe consumo por parte de la red.

Modo alto caudal

En el caso de que se produzca un consumo tan elevado que el bombeo tuviera que trabajar por encima de la frecuencia máxima de las bombas la frecuencia de estas se limitará a la frecuencia máxima sabiendo que no se podría alcanzar la presión de consigna en la red sino que se bombeará a la presión máxima que den las bombas para la frecuencia máxima y el caudal consumido en dicho momento.

Caso especial: Regulación por presión de aspiración

Es posible que, para ciertos puntos de alto consumo, la presión de impulsión sea alcanzable pero la presión de aspiración quede por debajo del NPSH permitido. En este supuesto, la variable de proceso a controlar pasaría a ser la presión de aspiración y el caudal y presión de impulsión serían los máximos permitidos sin superar NPSH en la aspiración.

Esperamos que este post haya sido de vuestro interés y os haya resuelto algunas dudas técnicas sobre cómo regular la presión en una red de bombeo. Si te ha gustado este artículo, anímate y compártelo. Déjanos tus comentarios, nos ayudará a saber mejor qué temas te gustan y poder generar más contenido relacionado. Gracias

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