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.
| Source | Role | Share kW | Share |
|---|---|---|---|
| Grid 10 kV | base | 240 kW | 100% |
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.
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
El arranque de la bomba grande provoca caídas de tensión en la barra y dispara otros equipos
Arrancar la bomba de 132 kW mediante VFD, reduciendo la relación de corriente de arranque de 6,5 a 1,3
V5: caída con VFD 3,2% (DOL 12,6% falla, Y-Δ 4,7%, arranque suave 6,3%)
Las bombas funcionan estranguladas a baja carga, inflando la factura eléctrica
El control de velocidad con VFD reemplaza el estrangulamiento, ajustando la energía al caudal
V16: el VFD ahorra ≈243.360 kWh/año (≈$29.203) frente al estrangulamiento, 60% de ahorro
Los VFD están por todas partes y los armónicos queman el banco de condensadores
La compensación de potencia reactiva desintonizada de 75 kvar evita la amplificación; añadir APF cuando se supere el límite
V6: THDi ~20% > límite del 15% — se recomienda APF
El fallo de un transformador detiene el suministro de agua
Transformadores duales N+1; el superviviente soporta la estación
N-1: carga del 80% tras la pérdida de una unidad (aprobado), transferencia en 2 s ≤ 15 s
4 · Key Parameter Deep-Read
| Parameter | Value | Basis | Impact & Boundary |
|---|---|---|---|
| Capacidad del transformador | 315 kVA ×2 (N+1) | Sd=240/0.95≈253 kVA → nivel de 315 kVA; N+1 → 2 unidades | Carga del 80%, suministro de agua continuo Aumentar a 400 kVA si la demanda >270 kW |
| Método de arranque del motor | 132 kW · VFD | DOL cae 12.6% (sobre el límite); VFD 2.8% el más bajo | Caída 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 VFD | 243,360 kWh/año | Modelo 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 |
| THDi | 20% | Superposición armónica en escena con alta densidad de VFD | Supera el límite del 15%; se recomienda APF Reactores desintonizados solo previenen amplificación |
| Carga N-1 | 80% | Sd 253/315 tras pérdida de una unidad | Transferencia en 2 s ≤ 15 s, veredicto aprobado Una sola unidad puede sobrecargarse a medida que crece la carga |
| Cortocircuito | MV 28.9 / LV 11.2 kA | Nivel 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 |
| PFC | 75 kvar (4×19) | pf promedio 0.85 → brecha con pf objetivo 0.95 | PF conforme, menor carga del transformador Alta densidad de VFD — desintonizado para prevenir amplificación de 5º/7º |
5 · Drawing Deep-Read
The following drawings are shown for reference (full set in the configurator “View design document”):
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.
8 · FAQ
¿Qué tamaño de transformador para una estación de bombeo de 300 kW?
¿Por qué debe arrancar la bomba de 132 kW mediante VFD?
¿Cuánto ahorra una bomba con VFD?
¿Por qué transformadores duales N+1?
¿Cómo manejar los armónicos del VFD?
¿Qué ocurre si la caída de arranque supera el límite?
¿Cuánto cuesta la estación de bombeo?
¿Transformador de aceite o seco?
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.
Turn this into your project
Open this exact scenario pre-loaded in the Power System Configurator, then generate the full design document or the operation & techno-economic assessment.
Open in Power System Configurator →Related Scenarios
Suministro integral de equipos de energía solar y convencional
Desde el diseño del sistema de distribución de energía hasta la energía solar: transformadores, aparamenta, subestaciones y equipos solares, dimensionados y cotizados en un solo lugar. Utilice nuestras calculadoras para obtener una lista completa de materiales y el precio FOB.