Batería de iones de sodio El sistema de almacenamiento solo puede soportar las cargas de arranque del motor de la bomba si está diseñado para la corriente de arranque, y no solo para la potencia de funcionamiento. Los motores de las bombas pueden necesitar varias veces su corriente normal durante el arranque, por lo que las estimaciones de «5–8 veces» solo son útiles para una selección inicial. El dimensionamiento definitivo debe basarse en los datos de la placa de características del motor, los datos de rotor bloqueado, los límites del variador y las pruebas de la aplicación.
Incluso con suficientes kWh, la bomba puede fallar si el inversor se desconecta, el BMS se desconecta o la caída de tensión supera el umbral de corte. La cuestión clave es si el sistema puede soportar la corriente de arranque, el tiempo de aceleración, la caída de tensión y los arranques repetidos sin sobrepasar un límite de protección.
Este artículo se centra en las bombas de CA alimentadas mediante un inversor. En el caso de las bombas de CC, compruebe también el rango de tensión del controlador, el límite de corriente del motor, las pérdidas en el cableado y la capacidad de corriente máxima del BMS.
Batería de iones de sodio Kamada Power de 48 V y 200 Ah
La puesta en marcha de una bomba es, ante todo, un problema de potencia, más que de energía
El funcionamiento de una bomba plantea dos requisitos distintos: el arranque y el funcionamiento. La potencia de funcionamiento determina cuánto tiempo puede funcionar la bomba, mientras que la potencia de arranque determina si la bomba puede arrancar. No se trata del mismo problema de diseño.
Una bomba puede funcionar a un nivel de potencia manejable una vez que el motor alcanza la velocidad, pero el par de arranque puede requerir una corriente mucho mayor durante un breve instante. La batería, el inversor, el sistema de gestión de la batería (BMS), los cables, los fusibles, los conectores y el controlador deben soportar ese breve episodio antes de que el tiempo de funcionamiento llegue a ser relevante.
En el caso del almacenamiento de iones de sodio, esto significa que la capacidad por sí sola no es suficiente. Aunque un paquete de baterías más grande puede aumentar la autonomía, si el límite de corriente máxima del BMS, la capacidad de picos del inversor o el recorrido del cable de CC no pueden soportar el arranque, es posible que la bomba siga sin arrancar.
Este es el error más común en los proyectos de sistemas de respaldo para bombas: que haya suficiente energía no siempre significa que haya suficiente potencia de arranque.
El tipo de bomba influye en las dificultades de puesta en marcha
No todas las bombas generan la misma carga de arranque. Una bomba de circulación pequeña, una bomba de riego, una bomba de pozo profundo, una bomba de refuerzo, una bomba de sumidero, una bomba de trasvase y una bomba de procesos industriales pueden ejercer una carga diferente sobre el sistema.
Algunas bombas arrancan con facilidad, mientras que otras deben hacerlo contra la presión, la altura de elevación, la resistencia de las tuberías, las válvulas de retención o una carga mecánica elevada. Una bomba que arranca fácilmente en una instalación puede tener dificultades en otra debido a que las condiciones hidráulicas son diferentes.
Por lo tanto, el motor y la bomba deben evaluarse conjuntamente. Un sistema de baterías que sea capaz de poner en marcha una bomba con poca carga puede que no consiga arrancar el mismo motor si este está conectado a un pozo más profundo, a una altura de elevación mayor, a una válvula de retención que se atasca, a un tramo de tubería largo o a un depósito de presión que aumente el par de arranque.
Si el motor tarda más en acelerar, la corriente elevada se mantiene durante más tiempo. El BMS, el inversor y los cables permanecen entonces sometidos a esfuerzo durante un periodo más largo. La batería no solo tiene en cuenta la potencia nominal del motor, sino también las condiciones reales de arranque.
El inversor debe resistir la sobretensión
En el caso de los motores de bombas de CA, el inversor suele ser el primer dispositivo limitante. Debe convertir la corriente continua de la batería en corriente alterna, al tiempo que soporta la sobrecarga de arranque de la bomba. Si la capacidad de sobrecarga del inversor es demasiado baja, puede fallar antes de que la batería sea realmente el problema.
Si el umbral de corte por baja tensión del variador es demasiado alto, este podría desconectarse cuando la tensión de entrada de CC sufra una caída durante el arranque. Si la lógica de reinicio es deficiente, la bomba podría encenderse y apagarse repetidamente, lo que generaría un mayor desgaste.
Aunque un paquete de baterías de iones de sodio pueda suministrar corriente, el inversor aún debe aceptarla. Por eso, el arranque de la bomba debe comprobarse en la entrada del inversor, y no solo en los terminales de la batería.
El inversor toma su decisión basándose en la tensión que detecta tras tener en cuenta la pérdida en el cableado, la caída de tensión en los fusibles, la resistencia de los conectores, la caída de tensión del BMS y la resistencia interna del paquete de baterías. Una batería en buen estado puede parecer débil al inversor si la sección del circuito de corriente continua es insuficiente.
El sistema de gestión de la batería (BMS) debe dimensionarse en función de la corriente máxima y la duración
El BMS no debe seleccionarse únicamente en función de la corriente de descarga continua. El arranque de la bomba puede requerir un pico de corriente breve. Si el límite de corriente máxima del BMS es demasiado bajo, el paquete de baterías podría desconectarse antes de que la bomba alcance la velocidad adecuada.
Si la duración del pico es demasiado corta, el motor puede empezar a girar y luego detenerse. Si la protección térmica del BMS está cerca de su límite, los arranques repetidos pueden provocar una acumulación de calor, incluso aunque cada arranque sea breve.
Es aquí donde el almacenamiento de iones de sodio se convierte en una cuestión de diseño del paquete final. Las celdas, la etapa de potencia del BMS, las barras colectoras, el cableado interno, los contactores o MOSFET, los terminales, los fusibles, los conectores y el recorrido del cableado externo forman, en conjunto, una cadena de corriente de arranque.
El punto más débil es el que determina si el sistema pone en marcha la bomba. Una mayor capacidad en amperios-hora (Ah) no resuelve automáticamente un problema de corriente máxima en el BMS. La capacidad influye en el tiempo de funcionamiento. El diseño del circuito de corriente es el que determina si el motor puede arrancar.
Las caídas de tensión suelen ser el desencadenante oculto
El arranque de la bomba suele fallar porque la tensión desciende demasiado durante un breve periodo de tiempo. Durante el arranque, la alta intensidad provoca caídas de tensión en las celdas, el BMS, las barras colectoras, los cables, los fusibles y los conectores.
Si la tensión de entrada del inversor cae por debajo del umbral de desconexión, el inversor se desconecta. Si el paquete de baterías supera un límite de baja tensión o de sobrecorriente establecido por el BMS, este puede desconectarse. Una vez que la bomba se detiene, la tensión puede recuperarse, lo que puede hacer que el fallo resulte confuso.
Una queja habitual sobre el terreno es: «La batería sigue indicando que tiene carga, pero la bomba no arranca». Puede que sea así. Es posible que la batería aún tenga energía, pero el sistema simplemente no puede mantener el voltaje lo suficientemente alto durante el arranque.
En el caso de las bombas, la tensión bajo carga es más importante que la tensión en reposo. Una comprobación de la tensión en vacío no equivale a una validación de la puesta en marcha.
Un nivel bajo de carga de la batería y las bajas temperaturas dificultan el arranque
Una bomba que arranca con la batería completamente cargada puede fallar cuando el nivel de carga (SOC) es bajo. A medida que la batería se descarga, el margen de tensión se reduce, y la misma corriente de arranque puede hacer que la tensión caiga por debajo del umbral de corte del inversor o del punto de protección del BMS.
Si el sistema funciona al aire libre o en entornos fríos, la resistencia interna y la caída de tensión pueden suponer un mayor problema, dependiendo del diseño final del paquete y de las condiciones de temperatura.
La química de iones de sodio puede ofrecer un potencial útil a bajas temperaturas, especialmente para aplicaciones de bombeo al aire libre y en lugares remotos. Sin embargo, la capacidad de descarga a bajas temperaturas no garantiza automáticamente la capacidad de arranque de bombas de alta corriente en invierno.
El arranque de la bomba sigue dependiendo de la validación de la corriente máxima del paquete de baterías, los límites del BMS, la capacidad de soporte de picos del inversor, la resistencia del cable, la caída de tensión con bajo nivel de carga (SOC) y la recuperación tras arranques repetidos.
Ya sea en sistemas de abastecimiento de agua, riego, bombeo solar remoto, maquinaria agrícola, sistemas de refrigeración para telecomunicaciones o sistemas de respaldo industrial, las condiciones más exigentes no suelen darse con un nivel de carga (SOC) completo en climas templados. Se dan cuando el nivel de carga es bajo, la temperatura es baja, el recorrido del cable es largo y la bomba se vuelve a poner en marcha bajo presión real.
Las salidas repetidas pueden ser más difíciles que una sola salida
Una sola prueba de arranque es útil, pero puede que no sea suficiente para comprobar el funcionamiento de toda la aplicación. Muchas bombas no se ponen en marcha una sola vez y funcionan de forma continua, sino que funcionan por ciclos.
Una bomba de presión puede arrancar repetidamente. Una bomba de sumidero puede funcionar a intervalos. Un sistema de riego puede arrancar y parar por zonas. Una bomba de refrigeración o de proceso puede volver a arrancar tras recibir señales de control. Cada arranque genera otra oscilación de tensión.
Los arranques repetidos pueden calentar el inversor, el BMS, los cables, los fusibles, los conectores y el motor. También pueden poner de manifiesto problemas de recuperación. Es posible que un sistema ponga en marcha la bomba una vez, pero falle tras el tercer o cuarto arranque debido a la acumulación de calor, a una disminución del SOC o a que el inversor no se ha recuperado correctamente.
Por lo tanto, un sistema de almacenamiento de iones de sodio para bombas debe evaluarse en función del patrón de funcionamiento real de la bomba, y no basándose en un único arranque satisfactorio.
Los arrancadores suaves y los variadores de frecuencia pueden modificar los requisitos de la batería
Un arrancador suave o un variador de frecuencia puede reducir la sobrecarga en el arranque al controlar la forma en que acelera el motor. Esto puede hacer que el almacenamiento en baterías resulte más práctico para los sistemas de bombeo, especialmente en aquellos casos en los que un arranque directo requeriría una corriente de arranque demasiado elevada.
Sin embargo, estos dispositivos no eliminan la necesidad de adaptar el sistema. Un variador de frecuencia (VFD) o un arrancador suave sigue teniendo requisitos de potencia de entrada, pérdidas por conversión, comportamiento de control y ajustes de protección.
Aunque esto pueda reducir la corriente de arranque, la batería y el inversor deben seguir suministrando la potencia suficiente para que la bomba alcance la velocidad de funcionamiento. Si la bomba arranca contra una presión elevada o tarda demasiado en acelerar, el sistema podría seguir superando algún límite de corriente, tensión o temperatura.
El diseño de arranque progresivo no es un atajo para el dimensionamiento de la batería. Es una herramienta que permite gestionar el proceso de arranque.
El verdadero límite de la compatibilidad se encuentra a nivel del sistema
Que el almacenamiento de iones de sodio pueda alimentar un motor de bomba depende de varios factores que deben combinarse adecuadamente.
| Startup Boundary | Qué cambia en el sistema | Fracaso si se ignora |
|---|
| Corriente de arranque del motor y tiempo de aceleración | Capacidad de picos del inversor, corriente máxima del BMS, ruta de corriente continua | La bomba no arranca o se para durante la aceleración |
| Carga mecánica de la bomba | Par de arranque y duración | El motor consume una corriente elevada durante más tiempo del previsto |
| Nivel de carga de la batería y temperatura | Margen de tensión y caída de tensión | Arranca con la batería completamente cargada, pero luego falla o en condiciones de frío |
| Resistencia del cable y del conector de corriente continua | Tensión de entrada del inversor durante una sobretensión | El inversor detecta baja tensión aunque los bornes de la batería parezcan estar en buen estado |
| Límite máximo y recuperación del BMS | Comportamiento de protección tras una sobretensión | La batería se desconecta o hay que reiniciarla manualmente |
| Frecuencia de arranque | Acumulación de calor en el inversor, el sistema de gestión de la batería (BMS), los cables y el motor | Funciona la primera vez, pero falla tras varios ciclos |
Esta tabla no es una lista de comprobación mecánica. Muestra dónde se producen los cambios reales en el diseño. Si se subestima algún límite, el sistema podría fallar incluso aunque la capacidad nominal parezca suficiente.
El almacenamiento estándar de iones de sodio funciona cuando la carga de la bomba es predecible
Un paquete de almacenamiento de iones de sodio estándar puede alimentar los motores de una bomba cuando esta es de pequeño tamaño, la demanda de arranque es moderada, la capacidad de picos del inversor es suficiente, los tramos de cable son cortos, los arranques son poco frecuentes y el paquete ya ha sido validado para la carga del motor.
Ese es un caso de uso válido. Un diseño de grupo o sistema más sofisticado resulta más seguro cuando la bomba presenta un par de arranque elevado, funcionamiento en pozos profundos, ciclos frecuentes, funcionamiento en exteriores a bajas temperaturas, tendidos de cable largos, reinicio a alta presión, recuperación solar remota o funcionamiento sin supervisión.
Estas condiciones no hacen que la tecnología de iones de sodio sea inadecuada. Lo que sí modifican es el nivel de validación y el diseño del sistema que se requieren. La diferencia no radica en si se trata de un sistema estándar o a medida. La diferencia radica en si los límites validados del sistema de baterías se ajustan al comportamiento real de la bomba en el momento del arranque.
Por ejemplo, una batería de iones de sodio que funciona bien para la iluminación, el respaldo de las comunicaciones o cargas ligeras de inversores puede que aún necesite un diseño de BMS con una corriente máxima más alta para poder alimentar de forma fiable el motor de una bomba.
Comprueba el momento del inicio, no solo el tiempo de ejecución
Un sistema de almacenamiento con baterías de iones de sodio no debe aprobarse para motores de bombas únicamente porque pueda alimentar una carga resistiva o superar una prueba de capacidad. La validación útil se centra en el proceso de arranque.
Esto implica comprobar o revisar la bomba real, el variador real, el recorrido real del cableado, las condiciones reales de presión, el rango de SOC previsto, la temperatura prevista y el patrón de arranques repetidos.
Un resultado correcto significa que la bomba se pone en marcha, la caída de tensión se mantiene dentro del margen del sistema, el inversor no se desconecta, el BMS no se desconecta de forma inesperada y el sistema se recupera con normalidad tras un ciclo de parada y arranque.
En el caso de las bombas remotas, la recuperación es tan importante como el arranque. Una batería que se protege a sí misma pero deja el sistema de bombeo fuera de servicio hasta que acude un técnico no constituye un sistema de alimentación fiable.
Antes de la aprobación, conviene verificar la tensión de la bomba, la potencia nominal o los caballos de vapor, la corriente a plena carga, la corriente de arranque o los datos de rotor bloqueado, el modelo del variador, la tensión de la batería, la longitud del cable, la frecuencia de arranque, la temperatura ambiente, el rango de SOC y si se utiliza un variador de frecuencia (VFD) o un arrancador suave.
Conclusión
Batería de iones de sodio El sistema de almacenamiento solo puede soportar las cargas de arranque del motor de la bomba si el sistema completo está diseñado para las condiciones reales de arranque, y no solo para la capacidad nominal.
Antes de dar el visto bueno, comprueba la corriente de arranque, el tiempo de aceleración, la carga de la bomba, la capacidad de picos del variador, el límite de corriente máxima del BMS, las caídas de tensión, la resistencia del cableado, el estado de carga (SOC), la temperatura y los arranques repetidos.
Si tiene proyectos de riego, de refuerzo de presión, de sumideros, de bombeo solar remoto, agrícolas, de refrigeración de telecomunicaciones o de respaldo industrial, póngase en contacto con Kamada Power y facilítenos los detalles sobre la bomba, el inversor, la batería, el cableado, la temperatura, la frecuencia de arranque y el tiempo de autonomía.
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PREGUNTAS FRECUENTES
¿Puede una batería de iones de sodio alimentar el motor de una bomba?
Sí, pero el sistema de baterías final debe estar diseñado para soportar la carga de arranque de la bomba, y no solo su potencia de funcionamiento. Los factores clave a tener en cuenta son la capacidad de picos de corriente del inversor, la capacidad de picos de corriente del BMS, las caídas de tensión, la resistencia de los cables, el estado de carga (SOC), la temperatura y el comportamiento en arranques repetidos.
¿Por qué no arranca mi bomba si la batería todavía tiene carga?
Es posible que la batería aún tenga suficiente energía, pero la corriente de arranque puede provocar una breve caída de tensión. Si la tensión de entrada del inversor desciende por debajo del umbral de corte, o si el BMS activa la protección contra sobrecorriente o baja tensión, la bomba podría dejar de funcionar antes de que el motor alcance la velocidad adecuada.
¿Necesito un arrancador suave o un variador de frecuencia para una bomba que funciona con batería?
No siempre. Un arrancador suave o un variador de frecuencia puede reducir el esfuerzo de arranque, pero no sustituye al dimensionamiento de la batería y el inversor. El sistema sigue necesitando una capacidad suficiente para soportar la corriente máxima, unos ajustes de protección correctos y una validación real del arranque en las condiciones reales de presión y ciclo de trabajo de la bomba.