ES2552592T3 - Procedimiento de control para sistema multibomba y sistema multibomba - Google Patents

Procedimiento de control para sistema multibomba y sistema multibomba Download PDF

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Abstract

Procedimiento de control implementado en una unidad (UC) de tratamiento empleada en el control de un sistema multibomba, comprendiendo dicho sistema multibomba un conducto (IN) de entrada destinado a recibir un fluido, dos bombas (P1, P2) conectadas en paralelo a dicho conducto de entrada y un conducto de salida conectado a las salidas de las dos bombas (P1, P2), estando al menos una de las dos bombas controlada por un variador (VSD) de velocidad, estando dicho procedimiento destinado a determinar el caudal (Qtotal) total del fluido en dicho conducto (OUT) de salida, estando cada bomba (P1, P2) definida por una curva característica caudal-altura manométrica a la velocidad máxima, constando el procedimiento de control de las siguientes etapas: - determinación de una primera expresión de la altura (HMPS) manométrica del sistema multibomba a partir de las características del sistema multibomba, siendo dichas características del sistema: - la presión (POUT) del fluido, medida en un primer punto de medición situado en el conducto de salida; - la presión (PIN) del fluido, medida en un segundo punto de medición situado en el conducto de entrada; - el diámetro (DOUT) del conducto de salida en el primer punto de medición; - el diámetro (DIN) del conducto de entrada en el segundo punto de medición; - la diferencia (Z) de altura entre el primer punto de medición y el segundo punto de medición. - determinación de una segunda expresión de la altura (HMPS) manométrica del sistema multibomba en función del caudal (Qtotal) total a partir de la velocidad (Wn) de cada bomba, y de la curva característica caudal-altura manométrica (HQcurva_n) a la velocidad máxima de cada bomba; - determinación del caudal (Qtotal) total del fluido a través del conducto (OUT) de salida a partir de la primera expresión de la altura (HMPS) manométrica y de la segunda expresión de la altura (HMPS) manométrica, correspondiendo el caudal total a un punto de intersección de una primera curva correspondiente a la primera expresión y de una segunda curva correspondiente a la segunda expresión.

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento de control para sistema multibomba y sistema multibomba Campo tecnico de la invencion
La presente invencion se refiere a un procedimiento de control para un sistema multibomba. Antecedentes de la invencion
Un sistema multibomba consta al menos de dos bombas, siendo al menos una de estas dos bombas de velocidad variable controlada en velocidad mediante un variador de velocidad y la otra de velocidad fija o de velocidad variable. En el sistema multibomba, las dos bombas estan conectadas en paralelo a un mismo conducto de entrada y sus salidas se juntan en un conducto de salida comun.
Algunas soluciones de control de un sistema multibomba necesitan una medicion de caudal total en el conducto de salida. Para medir este caudal las soluciones actuales emplean un caudalfmetro o utilizan metodos poco satisfactorios. Es el caso en particular de las patentes JP 2004/124814 y WO 0057063. Existe, por lo tanto, en la actualidad la necesidad de poder estimar de manera simple, con los sensores mmimos, el caudal total de un fluido que circula en el conducto de salida del sistema multibomba.
El objetivo de la invencion es, por lo tanto, ofrecer un procedimiento de control implementado en una unidad de tratamiento, que permita poder determinar el caudal total de un fluido que circula a traves del conducto de salida, sin tener que emplear un caudalfmetro, siendo este procedimiento facil de implementar y requiriendo solo los sensores mmimos.
Descripcion de la invencion
Este objetivo se alcanza mediante un procedimiento de control implementado en una unidad de tratamiento empleada en el control de un sistema multibomba, comprendiendo dicho sistema multibomba un conducto de entrada destinado a recibir un fluido, dos bombas conectadas en paralelo a dicho conducto de entrada y un conducto de salida conectado a las salidas de las dos bombas, estando al menos una de las dos bombas controlada por un variador de velocidad, estando dicho procedimiento destinado a determinar el caudal (Qtotal) total del fluido en dicho conducto de salida, estando cada bomba definida por una curva caractenstica caudal-altura manometrica a la velocidad maxima, constando el procedimiento de control de las siguientes etapas:
- determinacion de una primera expresion de la altura manometrica del sistema multibomba a partir de las caractensticas del sistema multibomba, siendo dichas caractensticas del sistema:
- la presion del fluido, medida en un primer punto de medicion situado en el conducto de salida;
- la presion del fluido, medida en un segundo punto de medicion situado en el conducto de entrada;
- el diametro del conducto de salida en el primer punto de medicion;
- el diametro del conducto de entrada en el segundo punto de medicion;
- la diferencia de altura entre el primer punto de medicion y el segundo punto de medicion.
De acuerdo con la invencion, el procedimiento consta de una etapa de determinacion de una segunda expresion de la altura manometrica del sistema multibomba en funcion del caudal total. El procedimiento consta a continuacion de una etapa de determinacion del caudal total del fluido a traves del conducto de salida a partir de la primera expresion de la altura manometrica y de la segunda expresion de la altura manometrica.
De acuerdo con la invencion, la segunda expresion de la altura manometrica se determina a partir de la velocidad de cada bomba, y de la curva caractenstica caudal-altura manometrica a la velocidad maxima de cada bomba.
De acuerdo con una particularidad de la invencion, el procedimiento consta de una etapa de determinacion de la altura manometrica del sistema multibomba a partir de la primera expresion de la altura manometrica del sistema multibomba y del caudal total inyectado como parametro de retroalimentacion.
De acuerdo con otra particularidad, el procedimiento consta de una etapa de determinacion de un valor de caudal de cada bomba a partir de la curva caractenstica caudal-altura manometrica de cada bomba, extrapolada a la velocidad de cada bomba, y de la altura manometrica determinada.
De acuerdo con otra particularidad, el procedimiento consta de una etapa de determinacion del caudal total del fluido a traves del conducto de salida del sistema multibomba a partir de los valores de caudal determinado para cada bomba.
De acuerdo con otra particularidad, la velocidad de la bomba controlada por el variador de velocidad se determina a partir de una referencia de velocidad inyectada en un circuito cerrado de regulacion o de una medicion de velocidad.
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De acuerdo con otra particularidad, el procedimiento consta de una etapa de determinacion de la altura manometrica del sistema multibomba a partir de la primera expresion de la altura manometrica y de la segunda expresion de la altura manometrica.
De acuerdo con otra particularidad, para cada bomba, este consta de una etapa de determinacion del caudal en la salida de la bomba a partir de la altura manometrica determinada y de la curva caractenstica caudal-altura manometrica de la bomba, extrapolada a la velocidad de la bomba.
De acuerdo con otra particularidad, la velocidad de la bomba controlada por el variador de velocidad se determina a partir de la referencia de velocidad inyectada en un circuito cerrado de regulacion o de una medicion de velocidad.
La invencion tambien se refiere a un variador de velocidad que consta de una unidad de tratamiento dispuesta para implementar el procedimiento de control tal como se ha definido con anterioridad.
Breve descripcion de las figuras
Se van a mostrar otras caractensticas y ventajas en la descripcion detallada que viene a continuacion hecha en relacion con los dibujos adjuntos que se enumeran a continuacion:
- la figura 1 representa un sistema multibomba, estando una de las bombas controlada por un variador de velocidad;
- la figura 2 ilustra, de manera esquematica, el principio de funcionamiento de un procedimiento de control que no forma parte de la invencion;
- la figura 3 ilustra, de manera esquematica, el principio de funcionamiento del procedimiento de control de la invencion.
Descripcion detallada de al menos una forma de realizacion
En referencia a la figura 1, un sistema multibomba consta al menos de dos bombas Pi, P2 conectadas en paralelo. Cada bomba es, por ejemplo, de tipo centnfugo y esta destinada a aspirar un fluido por una entrada y a expulsarlo por una salida. Una bomba puede ser de velocidad variable (Pi), controlada por un variador VSD de velocidad, o de velocidad fija (P2) controlada por un simple arrancador ST. En un sistema multibomba, al menos una de las dos bombas es de velocidad variable, mientras que la otra puede ser de velocidad variable o de velocidad fija.
A continuacion en la descripcion, consideramos un sistema multibomba con solo dos bombas Pi, P2 (designadas Pn de manera general). Por supuesto, la invencion se puede aplicar perfectamente a un sistema que conste de mas de dos bombas.
En el sistema multibomba, las dos bombas Pi, P2 empleadas estan conectadas en paralelo. Se alimentan mediante una red RD de distribucion electrica. De este modo, el sistema consta de un conducto IN de entrada comun que une las entradas de las dos bombas Pi, P2 y de un conducto OUT de salida comun que une las salidas de las dos bombas Pi, P2. La bomba Pi esta controlada por un variador VSD de velocidad.
El sistema multibomba consta tambien de un primer sensor de presion situado en el conducto de entrada, con el fin de medir la presion Pin del fluido en la entrada y de un segundo sensor de presion situado en el conducto de salida con el fin de medir la presion Pout del fluido en la salida.
Por otra parte, de manera conocida, cada bomba Pi, P2 esta definida por una primera curva (HQcurva_i, HQcurva_2, designada de manera general HQcurva_n) caractenstica de bomba. Esta curva ilustra la relacion existente entre la altura H manometrica de la bomba y su caudal Q volumetrico a la velocidad maxima. La altura H manometrica de la
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bomba se expresa en metros mientras que el caudal Q volumetrico se expresa, por ejemplo, en m /h.
El procedimiento de control de la invencion se implementa en una unidad UC de tratamiento. Esta unidad UC de tratamiento esta, por ejemplo, incluida en el variador VSD de velocidad empleado para el control de una o varias bombas del sistema multibomba.
Este procedimiento de control pretende, en primer lugar, determinar una expresion de la altura Hmps manometrica (por “Multi-Pump System”) en funcion de caractensticas del sistema. En el punto de funcionamiento considerado, la altura Hmps manometrica del sistema multibomba es identica para todas las bombas Pn, ya sean de velocidad fija o de velocidad variable. Las caractensticas del sistema multibomba son las siguientes:
- la diferencia Dp de presion que corresponde a la diferencia entre la presion Pin medida por el primer sensor en el conducto de entrada y la presion Pout medida por el segundo sensor en el conducto de salida;
- el diametro Din del conducto IN de entrada en el punto de medicion de la presion;
- el diametro Dout del conducto OUT de salida en el punto de medicion de la presion;
- la diferencia Z de altura entre los dos puntos de medicion de presion.
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A partir de estos parametros caractensticos del sistema multibomba y del teorema de Bernoulli que se define a continuacion, el procedimiento de control puede expresar la altura manometrica:
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donde:
- p representa la densidad del fluido aspirado por el sistema multibomba;
- Dp representa la diferencia de presion;
- Hmps representa la atura manometrica buscada;
- Z representa la altura geometrica entre el punto de medicion de la presion en la aspiracion y el punto de medicion de la presion en la descarga;
- g representa la constante de gravedad;
- Qtotal representa el caudal total en el conducto de salida.
Se obtiene, entonces:
|hMPS =f(DP. Qtotal)
[Qtotal ~^Qpn
siendo Qpn el que representa el caudal de cada bomba del sistema multibomba.
En la forma de realizacion que no forma parte de la invencion ilustrada en la figura 2, el procedimiento de control consiste, en primer lugar, en determinar la altura H manometrica. Para determinar la altura manometrica Hmps, la unidad UC de tratamiento lanza un primer modulo M1 de software que recibe en la entrada las caractensticas del sistema multibomba, es decir:
- la diferencia Dp de presion que corresponde a la diferencia entre la presion Pin medida por el primer sensor en el conducto de entrada y la presion Pout medida por el segundo sensor en el conducto de salida;
- el valor de diametro Din del conducto de entrada;
- el valor de diametro Dout del conducto de salida;
- la diferencia Z de altura entre los dos puntos de medicion de presion por el primer sensor y el segundo sensor.
Tambien recibe en la entrada el valor del caudal Qtotal total como parametro de retroalimentacion, es decir el caudal total determinado en este caso n-1. El circuito cerrado asf formado permite converger de forma natural hacia un valor los mas exacto posible de la altura Hmps manometrica.
Una vez determinada la altura Hmps manometrica, la unidad UC de tratamiento lanza, para cada bomba Pn, un segundo modulo M10 de software que permite determinar el caudal Qpn en la salida de la bomba. Este modulo recibe en la entrada los siguientes valores:
- el valor de la altura Hmps manometrica determinada por el primer modulo de software;
- un valor de la velocidad Wn de la bomba considerada en el sistema multibomba;
- la curva (HQcurva_n) caractenstica caudal/altura manometrica de la bomba cuyo caudal se busca, que se extrapolara a la velocidad Wn de la bomba, utilizando las leyes de afinidad de las bombas centnfugas.
La velocidad Wn de la bomba puede derivarse de diferentes fuentes. Para una bomba de velocidad variable, esta velocidad se puede basar en la referencia de velocidad aplicada en la entrada del circuito cerrado de regulacion del variador de velocidad o en una medicion de velocidad. Para una bomba de velocidad fija, se trata solo de tener en cuenta la dinamica de funcionamiento de la bomba.
Una vez que la unidad UC de tratamiento ha determinado el caudal Qpn del fluido en la salida de cada bomba, solo hay que sumar estos caudales para obtener el caudal Qtotal total. El caudal Qtotal total determinado se envfa como parametro de entrada del primer modulo de software de determinacion con el fin de converger de forma natural hacia el valor mas preciso posible de la altura Hmps manometrica, y de este modo el del caudal total resultante.
La figura 3 ilustra la forma de realizacion de la invencion. En esta forma de realizacion, la altura Hmps manometrica se determina en particular a partir de su expresion definida con anterioridad, en funcion de las caractensticas del
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sistema. En la descripcion de esta forma de realizacion, se diferencia la altura Hmps manometrica del sistema multibomba de la altura Hn manometrica definida para cada bomba Pn.
La unidad UC de tratamiento lanza, en primer lugar, un primer modulo M2 de software de determinacion de esta expresion de la altura Hmps manometrica en funcion del caudal Qtotal total y de la diferencia Dp de presion. Las caractensticas introducidas en la entrada del primer modulo M2 son las siguientes:
- la diferencia Dp de presion que consiste en la diferencia entre la presion Pin medida por el primer sensor en el conducto de entrada y la presion Pout medida por el segundo sensor en el conducto de salida;
- el valor de diametro Din del conducto de entrada;
- el valor de diametro Dout del conducto de salida;
- la diferencia Z de altura entre los dos puntos de medicion de presion por el primer sensor y el segundo sensor.
De este modo, tenemos Hmps = f(Qtotal, Dp) siendo f una funcion.
En paralelo, la unidad UC de tratamiento determina una segunda expresion de la altura Hmps manometrica del sistema multibomba en funcion del caudal Qtotal total del sistema multibomba. Para ello, la unidad UC de tratamiento determina por medio de un modulo M21 de software, para cada bomba Pn, su curva (Hn = gn (Qpn, Wn)) caractenstica que expresa la altura Hn manometrica de la bomba en funcion del caudal Qpn de la bomba, extrapolada a la velocidad de la bomba considerada utilizando las leyes de afinidad de las bombas centnfugas. Una vez que la unidad UC de tratamiento ha recuperado todas las curvas de bomba, esta recompone por medio de un modulo M20 de software la curva (Hmps = g(Qtotal)) global del sistema multibomba.
Para determinar el caudal Qtotal total, la unidad UC de tratamiento lanza un modulo M22 de software de determinacion del caudal Qtotal total a partir de las dos expresiones. Dicho de otro modo, el caudal Qtotal total corresponde al punto de interseccion de una primera curva correspondiente a la primera expresion (Hmps = f(Qtotal, Dp)) y de una segunda curva correspondiente a la segunda expresion (Hmps = g(Qtotal)).
A partir de las dos curvas, la unidad UC de tratamiento tambien puede deducir, de manera opcional, el valor de la altura Hmps manometrica del sistema multibomba. Esta altura Hmps manometrica del sistema multibomba se puede emplear a continuacion para determinar (modulo M23 de software) el caudal Qpn de cada bomba Pn por medio de las curvas caractensticas de cada bomba, extrapoladas a la velocidad de cada bomba (Hn = gn (Qpn, Wn)), utilizando las leyes de afinidad de las bombas centnfugas.

Claims (5)

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    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento de control implementado en una unidad (UC) de tratamiento empleada en el control de un sistema multibomba, comprendiendo dicho sistema multibomba un conducto (IN) de entrada destinado a recibir un fluido, dos bombas (P1, P2) conectadas en paralelo a dicho conducto de entrada y un conducto de salida conectado a las salidas de las dos bombas (P1, P2), estando al menos una de las dos bombas controlada por un variador (VSD) de velocidad, estando dicho procedimiento destinado a determinar el caudal (Qtotal) total del fluido en dicho conducto (OUT) de salida, estando cada bomba (Pi, P2) definida por una curva caractenstica caudal-altura manometrica a la velocidad maxima, constando el procedimiento de control de las siguientes etapas:
    - determinacion de una primera expresion de la altura (Hmps) manometrica del sistema multibomba a partir de las caractensticas del sistema multibomba, siendo dichas caractensticas del sistema:
    - la presion (Pout) del fluido, medida en un primer punto de medicion situado en el conducto de salida;
    - la presion (Pin) del fluido, medida en un segundo punto de medicion situado en el conducto de entrada;
    - el diametro (Dout) del conducto de salida en el primer punto de medicion;
    - el diametro (Din) del conducto de entrada en el segundo punto de medicion;
    - la diferencia (Z) de altura entre el primer punto de medicion y el segundo punto de medicion.
    - determinacion de una segunda expresion de la altura (Hmps) manometrica del sistema multibomba en funcion del caudal (Qtotal) total a partir de la velocidad (Wn) de cada bomba, y de la curva caractenstica caudal-altura manometrica (HQcurva_n) a la velocidad maxima de cada bomba;
    - determinacion del caudal (Qtotal) total del fluido a traves del conducto (OUT) de salida a partir de la primera expresion de la altura (Hmps) manometrica y de la segunda expresion de la altura (Hmps) manometrica, correspondiendo el caudal total a un punto de interseccion de una primera curva correspondiente a la primera expresion y de una segunda curva correspondiente a la segunda expresion.
  2. 2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque consta de una etapa de determinacion de la altura (Hmps) manometrica del sistema multibomba a partir de la primera expresion de la altura manometrica y de la segunda expresion de la altura manometrica.
  3. 3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 2, caracterizado porque, para cada bomba (Pi, P2), consta de una etapa de determinacion del caudal (Qpn) a la salida de la bomba a partir de la altura (Hmps) manometrica determinada y de la curva (HQcurva_n) caractenstica caudal-altura manometrica de la bomba, extrapolada a la velocidad de la bomba.
  4. 4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la velocidad (Wn) de la bomba controlada por el variador de velocidad es determinada a partir de la referencia de velocidad inyectada en un circuito cerrado de regulacion o de una medicion de velocidad.
  5. 5. Sistema multibomba que comprende:
    - un conducto (IN) de entrada destinado a recibir un fluido;
    - dos bombas (P1, P2) conectadas en paralelo a dicho conducto de entrada; y
    - un conducto de salida conectado a las salidas de las dos bombas (P1, P2), estando al menos una de las dos bombas controlada por un variador (VSD) de velocidad, estando cada bomba (P1, P2) definida por una curva caractenstica caudal-altura manometrica a la velocidad maxima;
    - constando dicho sistema de una unidad (UC) de tratamiento que comprende:
    - un modulo (M2) de determinacion de una primera expresion de la altura (Hmps) manometrica del sistema multibomba a partir de las caractensticas del sistema multibomba, siendo dichas caractensticas del sistema:
    - la presion (Pout) del fluido, medida en un primer punto de medicion situado en el conducto de salida;
    - la presion (Pin) del fluido, medida en un segundo punto de medicion situado en el conducto de entrada;
    - el diametro (Dout) del conducto de salida en el primer punto de medicion;
    - el diametro (Din) del conducto de entrada en el segundo punto de medicion;
    - la diferencia (Z) de altura entre el primer punto de medicion y el segundo punto de medicion.
    - un modulo (M21) de determinacion de una segunda expresion de la altura (Hmps) manometrica del sistema multibomba en funcion del caudal (Qtotal) total a partir de la velocidad (Wn) de cada bomba, y de la curva (HQcurva_n) caractenstica caudal-altura manometrica a la velocidad maxima de cada bomba; un modulo (M22) de determinacion del caudal (Qtotal) total del fluido a traves del conducto (OUT) de salida a partir de la primera expresion de la altura (Hmps) manometrica y de la segunda expresion de la altura (Hmps) manometrica, correspondiendo el caudal total a un punto de interseccion de una primera curva correspondiente a la primera expresion y de una segunda curva correspondiente a la segunda expresion.
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