Resumen
Un variador de velocidad (VFD) mal seleccionado es el error más costoso en automatización industrial: un equipo subdimensionado falla por sobrecarga en semanas; uno sobredimensionado desperdicia inversión y puede inestabilizar el control PID. La selección correcta sigue 5 pasos: (1) clasificar el tipo de carga, (2) calcular la corriente de operación, (3) definir el entorno, (4) elegir el protocolo de comunicación y (5) dimensionar los filtros y reactores asociados.
¿Cuál es el primer paso para seleccionar un variador de velocidad?
Clasificar el tipo de carga del motor es el primer paso, porque determina el perfil de corriente que debe manejar el VFD:
| Tipo de carga | Característica | Ejemplos | Clasificación VFD |
|---|---|---|---|
| Par variable | Par ∝ velocidad²; potencia ∝ velocidad³ | Bombas centrífugas, ventiladores | Normal duty (ND) |
| Par constante | Par igual a cualquier velocidad | Cintas transportadoras, extrusoras, compresores de tornillo | Heavy duty (HD) |
| Par alto al arranque | Par pico 150–200 % al arrancar | Trituradoras, molinos, grúas | Heavy duty con boost de par |
Un VFD clasificado Normal Duty puede manejar sobrecarga del 110 % por 60 segundos. Un Heavy Duty aguanta 150 % por 60 segundos. Instalar ND en una cinta transportadora provoca disparo por sobrecorriente cada vez que arranca con carga.
¿Cómo se calcula la corriente de selección del VFD?
El VFD se selecciona por corriente nominal del motor (A), no solo por kW. La razón: motores de igual potencia pero diferente tensión o eficiencia tienen corrientes distintas. Los pasos son:
- Leer la placa del motor: tensión, corriente nominal (FLA) y factor de servicio (SF).
- Calcular la corriente de diseño: Idiseño = FLA × SF (típicamente SF = 1,15 para motores estándar).
- Seleccionar el VFD con corriente nominal ≥ Idiseño. En aplicaciones HD, agregar 25 % de margen.
Ejemplo: Motor 15 kW, 440V, FLA = 24 A, SF = 1,15 → Idiseño = 27,6 A. Seleccionar VFD de ≥ 30 A nominal en 440V (equivale a 18,5 kW de VFD para motor de 15 kW — un paso de tamaño arriba).
¿Qué entorno de instalación afecta la selección del VFD?
| Condición | Requerimiento VFD |
|---|---|
| Temperatura ambiente > 40 °C | Desclasificar 2–3 % por cada °C sobre 40 °C o usar VFD con grado térmico superior |
| Altitud > 1.000 m.s.n.m. | Desclasificar 1 % por cada 100 m sobre 1.000 m. Medellín (1.495 m): desclasificar ~5 % |
| Ambiente con polvo o humedad | Grado de protección IP54 mínimo; IP65 en zonas de lavado |
| Ambiente con gases corrosivos | Tarjetas con conformal coating; VFDs con gabinete sellado |
| Armónicas elevadas en la red | Reactor de línea en entrada o VFD con rectificador 12 pulsos |
¿Qué protocolo de comunicación elegir?
- Sin comunicación: Control por señal analógica 4-20 mA o 0-10V + entradas digitales. Suficiente para aplicaciones simples.
- Modbus RTU (RS-485): El más común en Colombia para SCADA e integración con PLC. Económico y robusto. Hasta 247 direcciones por red; cada segmento RS-485 admite 32 cargas unitarias sin repetidores.
- Profibus DP: Industria automotriz y procesos continuos de alta velocidad de respuesta.
- EtherNet/IP o Profinet: Plantas modernas con Industria 4.0; permite diagnóstico remoto y predictivo.
¿Qué accesorios son obligatorios al instalar un VFD?
- Reactor de línea (inductancia de entrada): Reduce armónicas en un 30–40 % y protege el VFD de transitorios de red. Recomendado siempre; obligatorio si hay otros equipos sensibles en el mismo transformador.
- Filtro EMC: Obligatorio si el equipo debe cumplir normas CE/EMC o si hay instrumentación sensible cerca.
- Reactor de salida (dV/dt): Cables de motor largos (como referencia, desde 30–50 m según el fabricante) o motores sin aislamiento apto para variador (NEMA MG 1, Parte 31).
- Termistor PTC en motor: Protección térmica del bobinado — especialmente importante a bajas velocidades donde el ventilador del motor gira lento.
Preguntas Frecuentes
En la mayoría de los motores de jaula de ardilla estándar, sí. Motores de anillos rozantes, motores síncronos o motores de polos conmutados requieren VFDs especiales. Motores muy antiguos (>20 años) deben revisarse: el aislamiento puede no soportar los picos de tensión PWM del VFD.
Sí. El VFD tiene protección de sobrecorriente electrónica que emula la función del relé térmico. Además protege contra: baja tensión, alta tensión, cortocircuito en la salida, sobretemperatura interna y pérdida de fase.
Las pérdidas propias del VFD son del 2 % al 3 % de la potencia nominal. Un VFD de 15 kW consume ~300–450 W propios. Este consumo es ampliamente compensado por el ahorro en el motor cuando la aplicación es de caudal variable.
Un VFD sobredimensionado funciona correctamente pero es más costoso. El problema real ocurre con el control PID: en bombas pequeñas con VFD muy grande, la ganancia proporcional puede provocar oscilación de presión. Se recomienda no sobredimensionar más de un paso de tamaño.
El VFD presenta a la red un factor de potencia de desplazamiento cercano a 1,0 (porque su rectificador interno "ve" la red casi como carga resistiva). Sin embargo, genera corrientes armónicas que aumentan la distorsión THD. Para mejorar el factor de potencia total (incluyendo armónicas) se usan filtros activos o rectificadores de 12/18 pulsos.