Transformador QDTB®
All figures are configurator-generated feasibility-level estimates; drawings are schematic deliverables pending refinement by a licensed design institute, not construction documents.
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Estación de bombeo de agua de 300 kW: Arranque con VFD de bomba de 132 kW + Transformadores N+1

2×S13-M-315/10 N+1 · VFD de bomba de 132 kW · PFC de 75 kvar · El VFD ahorra ≈$29,203/año

1 · TL;DR Conclusion

Conclusión: esta estación de bombeo de 300 kW utiliza una alimentación de 10 kV + 2 transformadores de aceite S13-M-315/10 (N+1). La bomba principal de 132 kW debe arrancar mediante VFD; el arranque directo (DOL) provocaría una caída de tensión en la barra del 12,6 % (superior al límite del 10 %), mientras que el VFD la mantiene en 2,8 %; el control de velocidad por VFD ahorra ≈243.360 kWh/año (≈29.203 USD) frente al estrangulamiento; total del configurador ≈62.257 USD (nivel de prefactibilidad).

  • •2 transformadores S13 de 2×315 kVA N+1; 80% de carga tras la pérdida de una unidad, suministro de agua continuo
  • •Arranque con VFD de bomba de 132 kW: caída de bus del 2,8% frente al 12,6% con DOL (no cumple el límite del 10%)
  • •El control de velocidad con VFD ahorra ≈243.360 kWh/año (≈$29.203), un ahorro del 60%
  • •THDi ~20% por encima del límite del 15% — se recomienda filtrado activo APF
  • •Cortocircuito de 28,9 kA (MV) / 11,2 kA (LV); el cable de 150 mm² supera el térmico (28 mm² mín)

2 · Solution Overview

Una estación de bombeo es una instalación de motores grandes de servicio continuo: carga de bomba de 270 kW (incluida una bomba principal con VFD de 132 kW) + 30 kW de iluminación/auxiliares. El esquema utiliza una alimentación de 10 kV, transformadores de aceite duales N+1, cuadro de distribución de baja tensión GGD y PFC de 75 kvar; los problemas principales son la caída de tensión durante el arranque de motores grandes y el ahorro energético del VFD de la bomba.

2×315 kVA (N+1)
Capacidad del transformador
S13-M-315/10
Modelo del transformador
10 kV / 0.4 kV
Voltaje
300 kW
Carga instalada
240 kW (kd 0.8)
Demanda
132 kW (VFD)
Motor más grande
75 kvar (4×19)
PFC
243,360 kWh/año
Ahorro del VFD
SourceRoleShare kWShare
Grid 10 kVbase240 kW100%

Calculadora del sistema de potencia de bombeo de agua

Dimensione y configure el sistema de distribución de energía para su estación de tratamiento y bombeo de agua: cargas de bombas, selección de arrancador suave y VFD, BOM y diagrama unifilar.

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Smart Monitoring & Control
Add the protection, metering and SCADA (monitoring & secondary) layer to the BOM and architecture diagram.

3 · Design Process & Rationale

1. Identificación de requisitos

Servicio continuo, carga de grado 2 (se permite una interrupción breve ≤15 s), una bomba principal de 132 kW con arranques frecuentes. El diseño depende de: método de arranque (caída de tensión en la barra) y control de velocidad con VFD (costo energético a largo plazo).

2. Factor de carga y diversidad

Con kd=0.8, la demanda es de 240 kW; aparente Sd=240/0.95≈253 kVA. Dimensione según la demanda, no según la carga instalada, para evitar el sobredimensionamiento.

3. Fuente y mix

Una única alimentación de la red de 10 kV es suficiente (no se requiere emergencia/respaldo); 100% red.

4. Dimensionamiento del transformador

Sd 253 kVA → nivel de 315 kVA; para continuidad del suministro seleccione N+1 → 2×S13-M-315/10 sumergidos en aceite, 80% de carga.

5. Método de arranque del motor

DOL en la bomba de 132 kW (corriente de arranque 6.5×) provoca una caída de tensión en la barra del 12.6% — supera el límite del 10% (falla); el VFD (1.3×) la mantiene en 2.8% y añade control de velocidad — dos pájaros de un tiro.

6. Ahorro energético con VFD

Las bombas funcionan ~70% del tiempo a caudal parcial; la estrangulación desperdicia energía. El control de velocidad con VFD ahorra ≈243,360 kWh/año (≈$29,203), un ahorro del 60% frente a la estrangulación a velocidad fija.

7. Reactivos y armónicos

75 kvar (4×19 kvar) elevan el PF a 0.95; el VFD produce un THDi ~20% por encima del límite — las reactancias desintonizadas evitan la amplificación, se recomienda un APF.

Pain Points → Solution → Evidence

Pain

El arranque de la bomba grande provoca caídas de tensión en la barra y dispara otros equipos

Solution

Arrancar la bomba de 132 kW mediante VFD, reduciendo la relación de corriente de arranque de 6,5 a 1,3

Evidence

V5: caída con VFD 3,2% (DOL 12,6% falla, Y-Δ 4,7%, arranque suave 6,3%)

Pain

Las bombas funcionan estranguladas a baja carga, inflando la factura eléctrica

Solution

El control de velocidad con VFD reemplaza el estrangulamiento, ajustando la energía al caudal

Evidence

V16: el VFD ahorra ≈243.360 kWh/año (≈$29.203) frente al estrangulamiento, 60% de ahorro

Pain

Los VFD están por todas partes y los armónicos queman el banco de condensadores

Solution

La compensación de potencia reactiva desintonizada de 75 kvar evita la amplificación; añadir APF cuando se supere el límite

Evidence

V6: THDi ~20% > límite del 15% — se recomienda APF

Pain

El fallo de un transformador detiene el suministro de agua

Solution

Transformadores duales N+1; el superviviente soporta la estación

Evidence

N-1: carga del 80% tras la pérdida de una unidad (aprobado), transferencia en 2 s ≤ 15 s

4 · Key Parameter Deep-Read

ParameterValueBasisImpact & Boundary
Capacidad del transformador315 kVA ×2 (N+1)Sd=240/0.95≈253 kVA → nivel de 315 kVA; N+1 → 2 unidadesCarga del 80%, suministro de agua continuo
Aumentar a 400 kVA si la demanda >270 kW
Método de arranque del motor132 kW · VFDDOL cae 12.6% (sobre el límite); VFD 2.8% el más bajoCaída de bus del 3.2% (V5 aprobado), sin parpadeo por DOL
VFD cuesta más que arranque suave; bombas pequeñas pueden usar suave/Y-Δ
Ahorro energético con VFD243,360 kWh/añoModelo de energía de bomba del configurador (2 bombas de 60 kW · 70% flujo promedio)≈$29,203/año ahorrados, 60% de ahorro
Verificar con número real de bombas/curvas de altura/caudal
THDi20%Superposición armónica en escena con alta densidad de VFDSupera el límite del 15%; se recomienda APF
Reactores desintonizados solo previenen amplificación
Carga N-180%Sd 253/315 tras pérdida de una unidadTransferencia en 2 s ≤ 15 s, veredicto aprobado
Una sola unidad puede sobrecargarse a medida que crece la carga
CortocircuitoMV 28.9 / LV 11.2 kANivel de falla de 500 MVA + uk=4%Capacidad de corte HV 31.5 / LV 25 kA (margen 1.1×/2.2×)
Confirmar nivel de falla real con la red
PFC75 kvar (4×19)pf promedio 0.85 → brecha con pf objetivo 0.95PF conforme, menor carga del transformador
Alta densidad de VFD — desintonizado para prevenir amplificación de 5º/7º

5 · Drawing Deep-Read

Dwg 3/23Diagrama unifilar — Alimentación 10 kV → KYN28A-12 → 2×S13-M-315/10 → bus BT GGD → alimentadores de bomba / auxiliares
Why: El SLD muestra la estructura N+1: dos acometidas de MT alimentan dos transformadores, el bus de BT está seccionado mediante un bus-tie para que cualquiera de las unidades pueda desconectarse sin detener el agua; los alimentadores de bomba son independientes con el VFD en la bomba principal.
Dwg 12/23Evaluación de calidad de energía — THDi ~20% > límite 15% · reactores desintonizados + APF recomendado
Why: El dibujo de PQ cuantifica el riesgo de armónicos por alta densidad de VFD: THDi 20% sobre el límite del 15% significa que los reactores desintonizados solo detienen la amplificación y se necesita un APF — evidencia directa de que “los armónicos queman capacitores”.
Dwg 8/23Cálculo de cortocircuito — Nivel de falla 500 MVA · uk=4% · ikMv 28.9 kA · ikLv 11.2 kA · cable 150 mm²
Why: La corriente de cortocircuito define la capacidad de corte del interruptor, la sección transversal térmica mínima del cable (28 mm² vs 150 mm² seleccionado) y la base de protección — los datos cuantificados de “seguridad”.
Dwg 14/23Configuración de protección — 50/51 sobrecorriente · acometida 0.6 s → transformador 0.3 s → alimentador 0.1 s, 5 pares pasan
Why: El dibujo de protección ubica cada etapa y ajuste para que una falla de bomba solo dispare su alimentador — ninguna falla de una sola bomba detiene toda la estación.
Dwg 19/23Compensación reactiva y de armónicos — 75 kvar (4×19 kvar bancos desintonizados) · PF objetivo 0.95
Why: El PFC eleva el PF de 0.85 a 0.95, reduciendo la carga del transformador y las penalizaciones por PF; los reactores desintonizados (por debajo del 5º) evitan la amplificación en el escenario de alta densidad de VFD.

The following drawings are shown for reference (full set in the configurator “View design document”):

Dwg 1 · Base de diseño eléctricoDwg 2 · Leyenda de símbolosDwg 3 · Diagrama unifilarDwg 4 · Diagrama de topología del sistemaDwg 5 · Sistema de distribuciónDwg 6 · Sistema de distribución de MTDwg 7 · Sistema de distribución de BTDwg 8 · Cálculo de cortocircuitoDwg 9 · Códigos y normas aplicablesDwg 10 · Datos técnicos de equipos principalesDwg 11 · Requisitos de construcción y pruebasDwg 12 · Evaluación de calidad de energíaDwg 13 · Arquitectura SCADADwg 14 · Configuración de proteccionesDwg 15 · Curva de coordinación de protecciones TCCDwg 16 · Sistema de puesta a tierraDwg 17 · Protección contra rayos y sobretensiones (LPS/SPD)Dwg 18 · Plano de disposición de equiposDwg 19 · Compensación reactiva y de armónicosDwg 20 · Circuito de control y señalización secundarioDwg 21 · Regleta de terminales (tableros de protección y control)Dwg 22 · Disposición frontal del tablero y programa de tablerosDwg 23 · Sistema de alimentación auxiliar de CC

6 · Operation Demo (Deep-Read)

Flujo de energía

Demanda de 240 kW de la red → aparamenta de MT → dos transformadores S13 → barra de BT → alimentadores de bomba/auxiliares. Las unidades duales comparten la carga; ante la pérdida de una unidad, la superviviente asume el 80%.

Arranque del motor

Compare la caída de tensión en la barra de la bomba de 132 kW entre cuatro métodos: DOL 12,6% (falla), Y-Δ 4,7%, arrancador suave 6,3%, VFD 2,8% (mejor) — lo que demuestra por qué la bomba principal debe usar VFD.

Ahorro energético con VFD

A un caudal promedio del 70%, el control de velocidad con VFD ahorra ≈243.360 kWh/año (≈$29.203) frente al estrangulamiento — un ahorro del 60% que cuantifica el retorno de inversión del VFD.

Pérdidas y costo de electricidad

Pérdidas en transformador de aceite p0=0,28 / pk=3,65 kW, ≈71.912 kWh/año (≈$8.629); el amorfo SH15 ahorra 1.752 kWh/año (≈$210), con retorno de inversión de 3,3 años.

Other views (shown): Operación 24h · Perfil de tensión · Características del esquema · Reducción por condiciones ambientales

7 · Economics & Payback

Equipo total del configurador ≈ $62,257 (nivel de viabilidad, incl. 2 transformadores S13-M-315/10, aparamenta de MT/BT, PFC de 75 kvar y cables). El aspecto económico destacado es el VFD: ≈243,360 kWh/año ahorrados (≈$29,203) frente al estrangulamiento — casi la mitad del coste del paquete; además, el amorfo SH15 ahorra $210/año con un retorno de 3.3 años. Un factor de carga alto + servicio continuo significa que el gasto en eficiencia energética se amortiza más rápido.

$62,257
Total de equipos
243,360 kWh/año
Ahorro VFD
$29,203/año
Ahorro VFD $
$210/año
Ahorro SH15
3.3 años
Retorno SH15

8 · FAQ

¿Qué tamaño de transformador para una estación de bombeo de 300 kW?
Con kd=0,8 la demanda es 240 kW ≈ 253 kVA → escalón de 315 kVA; para suministro continuo use 2×315 kVA N+1 (80% tras la pérdida de una unidad).
¿Por qué debe arrancar la bomba de 132 kW mediante VFD?
El arranque directo (DOL) consume 6,5× y provoca una caída de tensión en barra del 12,6% (supera el límite del 10%); el VFD consume 1,3× para una caída del 2,8% — evitando el parpadeo y añadiendo control de velocidad.
¿Cuánto ahorra una bomba con VFD?
Estimación del configurador: con un caudal medio del 70%, el VFD ahorra ≈243.360 kWh/año (≈$29.203) frente al estrangulamiento — un ahorro del 60%.
¿Por qué transformadores duales N+1?
Una estación de bombeo no puede dejar de suministrar agua por el fallo de un transformador; N+1 da un 80% de carga, transferencia en 2 s ≤ 15 s permitidos.
¿Cómo manejar los armónicos del VFD?
Reactores desintonizados de 75 kvar evitan la amplificación de 5º/7º; con THDi ~20% por encima del límite, añada un APF para eliminarlo.
¿Qué ocurre si la caída de arranque supera el límite?
Una caída de barra >10% dispara otros equipos, suelta contactores y hace parpadear las luces; V5 marca DOL 12,6% como fallo, VFD 3,2% pasa.
¿Cuánto cuesta la estación de bombeo?
Total del configurador ≈ $62.257 (nivel de viabilidad), cubriendo transformadores duales, aparamenta MT/BT y PFC; contacte con nuestros ingenieros para una cotización formal.
¿Transformador de aceite o seco?
Las estaciones de bombeo suelen ser exteriores/semi-exteriores, por lo que el tipo aceite S13 es más barato y refrigera bien; elija tipo seco para áreas interiores ocupadas (algo más caro).

Special Considerations

  • El nivel de falla del sistema se establece por defecto en 500 MVA — confirme con la empresa de red (toConfirm: ssc).
  • THDi ~20% por encima del límite; los reactores desintonizados solo previenen la amplificación — agregue un APF para eliminarlo.
  • El ahorro del VFD es la estimación de energía de bombeo del configurador (bombas típicas de 2×60 kW, 70% de flujo promedio); un estudio formal debe usar el número real de bombas, la altura y las curvas de flujo.
  • Estimación a nivel de factibilidad; los planos están pendientes de un instituto de diseño autorizado, no son documentos de construcción.

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