Como proveedor de unidades de frecuencia variable trifásica (VFD), he encontrado numerosas consultas sobre cómo operan estos dispositivos sofisticados en entornos corrosivos. Este tema es de suma importancia, ya que muchas aplicaciones industriales, como plantas de procesamiento químico, instalaciones de tratamiento de aguas residuales y plataformas petroleras en alta mar, exponen equipos a sustancias altamente corrosivas. Comprender los mecanismos operativos y los desafíos de los VFD trifásicos en condiciones tan duras es crucial para garantizar un rendimiento confiable y la longevidad.
Principios básicos de la operación VFD trifásica
Antes de profundizar en los detalles de operación en entornos corrosivos, es esencial comprender los principios fundamentales de unVFD trifásico. Un VFD trifásico es un dispositivo electrónico que controla la velocidad de un motor de CA trifásico variando la frecuencia y el voltaje suministrado al motor. Consiste en tres secciones principales: el rectificador, el bus de CC y el inversor.
La sección del rectificador convierte la potencia de CA trifásica entrante en potencia de CC. Esto generalmente se logra utilizando un conjunto de diodos o tiristores dispuestos en una configuración de puente. La potencia de CC se almacena luego en el bus de CC, que consiste en condensadores que ayudan a suavizar el voltaje de CC y proporcionar una fuente de alimentación estable para el inversor.
La sección del inversor es responsable de convertir la potencia de CC nuevamente en potencia de CA trifásica con una frecuencia y voltaje variables. Esto se logra utilizando dispositivos semiconductores de potencia, como transistores bipolares aislados (IGBT) o transistores de efecto de campo-óxido de metal-óxido-semiconductor (MOSFET). Al controlar la conmutación de estos dispositivos, el inversor puede generar un voltaje y frecuencia de salida que coincida con los requisitos del motor.
Desafíos en entornos corrosivos
Los entornos corrosivos plantean varios desafíos para la operación de VFD trifásico. La principal preocupación es la degradación de los componentes electrónicos debido a la presencia de sustancias corrosivas como ácidos, álcalis, sales y humedad. Estas sustancias pueden causar corrosión de las placas de circuito impreso (PCB), conectores y otros componentes de metal, lo que provoca fallas eléctricas, cortocircuitos y rendimiento reducido.
Otro desafío es la acumulación de polvo, suciedad y otros contaminantes en la superficie del VFD y dentro de su recinto. En entornos corrosivos, estos contaminantes pueden reaccionar con las sustancias corrosivas para formar rutas conductoras, lo que puede causar interferencia eléctrica y daño a los componentes electrónicos. Además, la presencia de humedad puede promover el crecimiento de moho y bacterias, lo que puede degradar aún más el rendimiento del VFD.
Medidas protectoras
Para garantizar la operación confiable de VFD trifásicos en entornos corrosivos, se pueden implementar varias medidas de protección. Estas medidas se pueden clasificar ampliamente en dos tipos: protección física y protección eléctrica.
Protección física
- Diseño del recinto: El VFD debe alojarse en un recinto adecuado que proporcione protección contra la entrada de sustancias corrosivas, polvo y humedad. El recinto debe estar hecho de un material resistente a la corrosión como el acero inoxidable o la fibra de vidrio y debe tener un alto grado de calificación de protección de ingreso (IP). Por ejemplo, un recinto con clasificación IP66 proporciona una protección completa contra la entrada de polvo y protección contra poderosos chorros de agua.
- Recubrimiento y revestimiento: Los PCB y otros componentes metálicos del VFD se pueden recubrir o chapear con un material resistente a la corrosión, como el recubrimiento conforme o el recubrimiento de níquel. El recubrimiento conforme es una capa delgada de material protector que se aplica a la PCB para evitar la entrada de humedad, polvo y sustancias corrosivas. El revestimiento de níquel es un proceso de depositar una capa de níquel en la superficie del componente metálico para proporcionar una barrera contra la corrosión.
- Filtrado y ventilación: El gabinete VFD debe estar equipado con filtros y sistemas de ventilación para evitar la acumulación de polvo, suciedad y otros contaminantes. Los filtros deben estar diseñados para eliminar los gases de partículas y los gases corrosivos del aire que ingresa al recinto. El sistema de ventilación debe estar diseñado para mantener una presión positiva dentro del recinto para evitar la entrada de sustancias corrosivas.
Protección eléctrica
- Protección contra el aumento: Los entornos corrosivos a menudo son propensos a las oleadas eléctricas debido a los rayos, perturbaciones de la red eléctrica y otros factores. El VFD debe estar equipado con dispositivos de protección contra sobretensiones, como varistores de óxido de metal (MOV) o tubos de descarga de gas (GDT) para proteger los componentes electrónicos de los daños causados por las oleadas eléctricas.
- Grounding y vinculación: La base y la vinculación adecuados son esenciales para garantizar la seguridad y la confiabilidad del VFD en entornos corrosivos. El VFD debe conectarse a tierra a un sistema de tierra de baja impedancia para evitar la acumulación de electricidad estática y proporcionar una ruta para las fallas eléctricas. El recinto y otros componentes metálicos del VFD deben unirse para garantizar la continuidad eléctrica y evitar la formación de diferencias de potencial eléctrico.
- Sistemas de monitoreo y diagnóstico: El VFD debe estar equipado con sistemas de monitoreo y diagnóstico para detectar y diagnosticar cualquier problema potencial antes de causar daños significativos. Estos sistemas pueden monitorear parámetros como temperatura, voltaje, corriente y frecuencia y pueden proporcionar alertas y advertencias cuando se detectan condiciones anormales.
Estudios de caso
Para ilustrar la importancia de las medidas de protección en entornos corrosivos, consideremos algunos estudios de caso.
Planta de procesamiento químico
Una planta de procesamiento químico estaba experimentando fallas frecuentes de sus VFD de tres fase debido a la naturaleza corrosiva de los productos químicos utilizados en el proceso de producción. Los VFD se alojaron en recintos estándar que proporcionaron protección limitada contra la entrada de sustancias corrosivas. Como resultado, los PCB y otros componentes metálicos de los VFD fueron corroídos, lo que condujo a fallas eléctricas y un rendimiento reducido.
Para abordar este problema, la planta reemplazó los recintos estándar con gabinetes de acero inoxidable con clasificación IP66 y recubrió las PCB con un recubrimiento conforme. Además, la planta instaló un sistema de filtrado y ventilación para evitar la acumulación de polvo y contaminantes dentro de los recintos. Estas medidas mejoraron significativamente la confiabilidad de los VFD y redujeron la frecuencia de las fallas.
Instalación de tratamiento de aguas residuales
Una instalación de tratamiento de aguas residuales estaba utilizando VFD de tres fase para controlar la velocidad de las bombas y sopladores en el proceso de tratamiento. Los VFD se ubicaron en un ambiente húmedo y húmedo, que conducía al crecimiento de moho y bacterias. La presencia de humedad y moho causó la corrosión de los PCB y otros componentes metálicos de los VFD, lo que provocó fallas eléctricas y un rendimiento reducido.
Para resolver este problema, la instalación instaló un sistema de deshumidificación para reducir la humedad dentro de los recintos VFD. Además, la instalación cubrió los PCB con un recubrimiento conforme fungicida para evitar el crecimiento de moho y bacterias. Estas medidas eliminaron efectivamente los problemas de corrosión y mejoraron la confiabilidad de los VFD.
Conclusión
En conclusión, operar un VFD de tres fase en un entorno corrosivo requiere una cuidadosa consideración de los desafíos y la implementación de medidas de protección apropiadas. Al comprender los principios básicos de la operación VFD, identificar los desafíos potenciales en entornos corrosivos e implementar medidas de protección física y eléctrica, es posible garantizar el rendimiento y la longevidad confiables del VFD.
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Referencias
- Dorf, RC y Bishop, RH (2016). Sistemas de control modernos. Pearson.
- Mohan, N., Undeland, TM y Robbins, WP (2012). Power Electronics: convertidores, aplicaciones y diseño. Wiley.
- Sen, PC (2010). Principios de máquinas eléctricas y electrónica de energía. Wiley.