Variador de velocidad en grupos de presión: ventajas, ahorro energético y cuándo instalarlo

En muchas instalaciones de abastecimiento de agua, el grupo de presión trabaja siempre a
plena velocidad aunque la demanda sea mínima. El resultado es un consumo eléctrico
innecesario, golpes de ariete, desgaste prematuro y una factura energética mayor de lo
que debería ser. Sin embargo, la solución es conocida desde hace décadas en la industria
y cada vez más extendida en edificación e instalaciones de todo tipo: el variador de velocidad,
también llamado variador de frecuencia o convertidor de frecuencia.
A lo largo de este artículo explicamos cómo funciona, qué ahorro energético real proporciona,
y en qué tipo de instalaciones resulta imprescindible frente a un sistema convencional
con presostatos.

Qué es un variador de velocidad y cómo funciona en un grupo de presión

Un variador de velocidad (o variador de frecuencia, VFD por sus siglas
en inglés) es un dispositivo electrónico que se instala entre la red eléctrica y el motor
de la bomba. Su función es regular la frecuencia y la tensión de la corriente que llega
al motor, controlando así su velocidad de giro en tiempo real en función de la demanda
de agua de la instalación.

El sistema funciona en bucle cerrado: un transductor de presión instalado
en la red mide continuamente la presión actual y la compara con el valor de consigna
prefijado. Si la presión cae por debajo del setpoint —porque se han abierto más grifos,
por ejemplo— el variador aumenta la frecuencia y acelera el motor. Si la demanda baja,
reduce la velocidad. De este modo, la presión se mantiene prácticamente constante
en todo momento sin necesidad de que la bomba trabaje siempre a máxima potencia.

Configuración con varias bombas y función modo dormir

En grupos de presión con varias bombas, el variador suele actuar sobre una bomba
regulada mientras el resto funcionan como auxiliares a velocidad constante, arrancando
en escalonado cuando la demanda supera la capacidad de la bomba regulada. Además,
muchos variadores modernos incorporan una función modo dormir: cuando la demanda
es nula durante un tiempo predefinido, el equipo se desconecta automáticamente y
reactiva en cuanto detecta una caída de presión en la red.

Ventajas principales frente a un grupo de presión convencional

Los grupos de presión convencionales controlados por presostato tienen una lógica
binaria: la bomba está encendida o apagada. Esto genera varios problemas en instalaciones
con demanda variable: arranques frecuentes y bruscos, fluctuaciones de presión perceptibles
por el usuario, golpes de ariete y un consumo energético que no se adapta a la demanda real.
El variador, por el contrario, elimina todos estos problemas de raíz, como muestra
la siguiente comparativa.

Ahorro energético real: cifras y leyes físicas que lo explican

El ahorro energético que proporciona un variador de velocidad no es solo una promesa
comercial: tiene una base física sólida en las leyes de semejanza de bombas
centrífugas, también conocidas como leyes de afinidad. Estas leyes establecen
que la potencia consumida por una bomba centrífuga varía con el cubo de la
velocidad. Dicho de otro modo: si se reduce la velocidad del motor a la
mitad (50 %), la potencia necesaria se reduce a la octava parte (12,5 %).

Ahora bien, ¿qué significa esto en la práctica? Los sistemas de bombeo rara vez trabajan
en condiciones de demanda máxima de forma continua. Tanto en edificios residenciales
como en comunidades de vecinos o instalaciones industriales con consumo variable,
es habitual que la demanda real se sitúe durante gran parte del día muy por debajo
del caudal nominal. Por tanto, la reducción de velocidad —y el ahorro energético
asociado— resulta muy significativa en el cómputo anual.

Rangos de ahorro energético

Los rangos de ahorro energético documentados en instalaciones reales se sitúan
entre el 30 % y el 60 % respecto a un sistema de velocidad fija,
dependiendo del perfil de demanda, el tipo de instalación y el tamaño del grupo.
En consecuencia, en instalaciones con muchas horas de funcionamiento a carga parcial,
el ahorro acumulado puede recuperar la inversión adicional del variador en un plazo
de entre dos y cuatro años.

Cuándo instalar un variador: casos de uso y criterios de decisión

El variador de velocidad es la solución adecuada en prácticamente cualquier instalación
con demanda variable, pero hay casos en los que su instalación es especialmente rentable
y recomendable. A continuación, los más habituales en los que trabaja Aycon:

En términos generales, cuanto mayor sea la variabilidad de la demanda y el número de horas
anuales de funcionamiento, mayor será el retorno de la inversión del variador. Por otro lado,
para instalaciones nuevas, incorporar el variador desde el diseño inicial supone un coste
adicional mucho menor que instalarlo de forma retroactiva sobre un grupo ya existente.

El papel del cuadro eléctrico en un grupo de presión con variador

El variador de velocidad no funciona de forma aislada: forma parte de un sistema más
amplio que integra y gestiona el cuadro eléctrico de control. En un
grupo de presión con variador, el cuadro es el elemento que aloja, protege y coordina
el funcionamiento de todos los componentes: el propio variador, los contactores de las
bombas auxiliares, las protecciones eléctricas, el transductor de presión y los elementos
de señalización y mando.

Aspectos clave del diseño del cuadro con variador

Un cuadro bien diseñado para un grupo con variador debe contemplar varios aspectos
que van más allá del simple alojamiento del equipo. En primer lugar, es fundamental
garantizar la ventilación adecuada del variador, que genera calor considerable en
operación. Además, resulta imprescindible la correcta separación entre el circuito
de potencia y el circuito de control para evitar interferencias electromagnéticas,
así como la instalación de filtros EMC cuando la normativa o el entorno así lo
requieran. Por último, la parametrización del variador —consigna de presión,
rampas de aceleración y deceleración, umbrales de alarma— se realiza en puesta en
marcha y queda documentada en la memoria técnica de la instalación.

Fabricación a medida y puesta en marcha

Por todo ello, en Aycon diseñamos y fabricamos
cuadros eléctricos para grupos de presión con variador de velocidad
adaptados a cada proyecto: potencia del motor, número de bombas, configuración de
alternancia y requisitos específicos. De este modo, cada cuadro sale de fábrica con
la parametrización del variador ya realizada y comprobada, lo que reduce
considerablemente el tiempo de puesta en marcha en obra.

Si quieres saber más sobre los distintos tipos de cuadros para grupos de presión —con
variador, con presostatos o multifunción—,
consulta con nuestro equipo técnico sin compromiso.
Analizamos las necesidades de tu instalación y te recomendamos la solución más eficiente.

Para ampliar información técnica sobre las leyes de afinidad y el comportamiento de
bombas centrífugas a velocidad variable, el
análisis de e-Zigurat sobre ahorro energético en grupos de presión
ofrece una explicación detallada con curvas características y ejemplos de cálculo.

Preguntas frecuentes sobre variadores de velocidad en grupos de presión