TFM-2653 SÃnchez Abril

Vista previa del material en texto

1 
 
Equation Chapter 1 Section 1 
Trabajo Fin de Máster 
Máster universitario en Ingeniería Industrial 
 
Aplicaciones industriales de los variadores de 
frecuencia de motores eléctricos para el sector del 
agua y la climatización: diseño, funcionalidad y 
casos de estudio. 
Autor: Enrique Sánchez Abril 
Tutora: Begoña C. Arrue Ullés 
Dpto. Ingeniería de Sistemas y Automática 
Escuela Técnica Superior de Ingeniería 
Universidad de Sevilla 
 Sevilla, 2023 
 
2 
 
2 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
3 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
 
Trabajo Fin de Máster 
Máster universitario en Ingeniería Industrial 
 
 
 
 
 
Aplicaciones industriales de los variadores de 
frecuencia de motores eléctricos para el sector del 
agua y la climatización: diseño, funcionalidad y 
casos de estudio. 
 
 
Autor: 
Enrique Sánchez Abril 
 
 
Tutor: 
Begoña C. Arrue Ullés 
Profesor titular 
 
 
 
Dpto. Ingeniería de Sistemas y Automática 
Escuela Técnica Superior de Ingeniería 
Universidad de Sevilla 
Sevilla, 2023 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
 
4 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5 
 
5 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
 
Trabajo Fin de Máster: Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el 
sector del agua y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
 
Autor: Enrique Sánchez Abril 
Tutor: Begoña C. Arrue Ullés 
 
 
El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: 
Presidente: 
 
 
 
Vocales: 
 
 
 
 
Secretario: 
 
 
 
 
Acuerdan otorgarle la calificación de: 
 
Sevilla, 2023 
 
 
 
El Secretario del Tribunal 
 
6 
 
6 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A Manuel. 
A mis padres, a mi familia. Y al 
cielo, donde ya viven cuatro 
ángeles. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7 
 
7 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
 
 
 
Agradecimientos 
Está bastante claro que cada día que te levantas la vida puede darte un cambio tan brusco que hace que entres en 
una espiral de emociones encontradas que jamás pensaste sentir. Con este agradecimiento que ahora comienzo 
quiero demostrarle a quienes fueron y son partícipes de ese cambio que la vida bien fuerte, pero que, con 
esfuerzo, calma, pasión, ilusión y familia, todo es posible. 
El comienzo no fue certero, los cambios se ponían por delante, pero por fin podemos poner fin a esta etapa. Con 
inmensa alegría celebro la finalización con este texto que se presenta de mi etapa en la Escuela Técnica Superior 
de Ingeniería, la cual tiene gran culpa de lo que hoy me siento orgulloso de ser profesionalmente. Es por ello por 
lo que quiero agradecer encarecidamente a todos y cada uno de los profesores que me enseñaron sobre la 
ingeniería, desde la matemática aplicada hasta el cálculo computacional para desarrollar innombrables 
ecuaciones sobre los elementos finitos. Gracias, de corazón, por formarme, ayudarme y guiarme en esta bonita 
carrera universitaria. 
Con inmensa alegría doy gracias a personas muy especiales, que aportaron y mucho a este proyecto. Empiezo 
por mi compañera, paisana y amiga Marta, quien no dudo en invitarme a seguir la senda de la automatización y 
hoy tengo la suerte de poderme dedicar a ello. También de mis ‘jefes’ en mis proyectos profesionales, Javier e 
Inma, cada uno en su sector pero enseñándome la ingeniería y cómo esta les ha dado todo lo que hoy día son 
profesionalmente. Y por supuesto, a la directora de este proyecto doña Begoña Arrúe por acogerme en el 
desconcierto en el que me encontraba y darme todas las facilidades para poder desarrollar mi proyecto de fin de 
estudios. 
A las empresas que me guiaron, a los compañeros que me enseñaron y a los amigos que me apoyaron. Sin duda 
la vida está dispuesta en tiempo y forma, pero también en compañía. Las personas son claves y son el motor que 
mueve y nos mueve en este mundo. Muchísimas gracias. 
A mi familia y amigos, siempre cercanos, comprensibles, animadores y levantadores profesionales en momentos 
de bajón. Tengo mucha suerte y este proyecto es suyo. Sin ellos nada de esto tendría sentido. 
Y, por su puesto a mi madre y a mi padre. Pilares fundamentales, exigentes al máximo, incansables y las personas 
que, sin duda, han permitido que hoy esté donde quiero estar. Sin su insistencia, apoyo, involucración y 
generosidad infinita no sería lo que soy, para nada. Gracias, mamá. Gracias, papá. 
 
Enrique Sánchez Abril 
Sevilla, 2023 
 
 
 
 
 
 
 
8 
 
8 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
 
 
Resumen 
Inmersos en la era de la digitalización de la industria, las empresas se preparan para adaptarse a los continuos 
cambios que, gracias al desarrollo de la tecnología, están sucediendo en el mundo actual. Es por ello por lo que 
se entiende que, tanto empresarios como operarios de fábricas e industrias tienen la necesidad de formarse en 
estas tecnologías disruptivas. Las tecnologías nacen y crece, la industria se hace cada vez más fuerte en cuanto 
a demanda y la sociedad avanza a pasos agigantados con la necesidad de seguir siempre a la última, para no 
quedarse atrás. 
Debido a esta constante evolución, cualquier tropiezo u obstáculo supone un paso atrás que cada vez se hace 
más grande, pues el avance no cesa. Por eso hay que estar preparados, cubiertos y con la seguridad por bandera. 
Estos requerimientos son los que nos obliga la industria actual a mantener: seguridad en las personas y en la 
producción. Y este proyecto quiere poner en valor los avances tecnológicos que, en materia de automatización 
industrial, han permitido que la industria sea segura y que la capacidad productiva sea eficiente, efectiva y cuasi 
impermeable ante imprevistos, daños o amenazas que pongan en peligro la estabilidad de la fábrica. 
En concreto se estudia, analiza y configura un convertidor o variador de frecuencia para motores eléctricos. Los 
motores son ya parte indisoluble de la industria moderna, pues forman parte en mayor o menor tamaño de 
cualquier aplicación que requiera un movimiento, discreto o continuo. Y para garantizar la seguridad y la óptima 
operatividad de estos equipos se añade al elemento un variador de frecuencia. Concretamente, analizaremos un 
modelo adaptado a condiciones adversas en el sector del agua y aguas residuales. El modelo SINAMICS G120X 
del fabricante alemán Siemens. 
Se destacan sus funcionalidades y características específicas para este sector que es clave para el desarrollo de 
la sociedad pues trabaja un bien tan preciado como es el agua. Se verá como el variador G120X ofrece soluciones 
que garantizan la seguridad,la salud y el buen funcionamiento de las estaciones de bombeo y ventilación. 
Y como fin de trabajo, se presentan dos ejemplos de configuración típicos. El primero consiste en la 
parametrización del equipo para que, de forma autónoma, siga un control PID de los valores de presión 
registrados para el control de una bomba. El segundo ejemplo, por su parte, va a introducir el variador en una 
planta para que interactúe, gracias al programa de ingeniería de Siemens, con el resto de elementos y maquinas 
conectándose a los autómatas y siendo controlado desde la programación de la CPU. 
En resumen, este proyecto pretende acercar al lector la importancia y relevancia que, hoy en día, tienen los 
variadores de frecuencia en la industria, poniendo por ejemplo el modelo G120 de la marca Siemens como 
referente en el sector para la digitalización y para conseguir llegar una industria más contemporánea, segura y 
exigente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
9 
 
9 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
 
Abstract 
In the midst of the digitalization era in industry, companies are gearing up to adapt to the constant changes driven 
by technological advancements in today's fast-paced world. This is why it's important for both business owners 
and factory workers to get up to speed with these game-changing technologies. As technology keeps evolving 
and industries are in high demand, society is advancing rapidly, always striving to stay up to date and avoid 
falling behind. 
Because of this ongoing evolution, any hiccups or obstacles can set us back quite a bit, as progress never stops. 
So, it's crucial to be well-prepared, insured, and prioritize safety. The industry mandates these requirements: 
ensuring the safety of individuals and production processes. This project aims to showcase the technological 
advances in industrial automation that have made the industry safer and more efficient, even in the face of 
unexpected events, damages, or threats that could disrupt factory operations. 
We’re diving into the analysis and setup of a frequency converter or variable frequency drive for electric motors. 
Electric motors have become an essential part of modern industry, used in all sorts of applications requiring 
movement, whether it's continuous or sporadic. To ensure the safety and optimal performance of these systems, 
we introduce a frequency converter. In this study, we're taking a close look at a model designed for challenging 
conditions in the water and wastewater sector: the Siemens SINAMICS G120X model from Germany. 
We'll shed light on its special features tailored to this critical sector, dealing with the invaluable resource of 
water. You'll see how the G120X converter offers solutions to guarantee the safety, health, and efficient 
operation of pumping and ventilation stations. 
To wrap things up, we'll show you a couple of real-world setup examples. First off, we'll show you how to set 
up the equipment to do its own thing, following a PID control for pressure values when you're running a pump. 
Next up, we'll introduce this converter into a plant, where it can chat with other connected gear and machines 
thanks to Siemens' engineering know-how, linking up with those programmable logic controllers (PLCs) being 
controlled through CPU programming. 
In a nutshell, this project aims to highlight the importance of frequency converters in today's industry and uses 
the Siemens G120 model as a prime example in the sector, driving the push towards a more modern, secure, and 
demanding industry. 
 
 
 
 
 
 
10 
 
10 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
Índice 
Agradecimientos 7 
Resumen 8 
Abstract 9 
Índice 10 
Índice de Figuras 12 
1 Introducción 14 
1.1 Contexto y justificación 14 
1.2 Fundamentación teórica 15 
1.3 Objetivos del Proyecto 16 
1.4 Motivación de este Proyecto 17 
2 Variadores de frecuencia en aplicaciones industriales 19 
2.1 Conceptos básicos sobre motores eléctricos 19 
2.2 Importancia de los variadores de frecuencia en la industria 22 
2.2.1 Arranque directo 24 
2.2.2 Arranque estrella-triángulo 24 
2.2.3 Arranque suave 24 
2.2.4 Variador de frecuencia 26 
2.3 Variador de frecuencia. Beneficios y aplicaciones. 27 
2.3.1 Componentes del variador de frecuencia 27 
3 Variadores de frecuencia G120X de Siemens 31 
3.1 Descripción general 31 
3.2 Características técnicas y especificaciones del variador. 33 
3.3 Funcionalidades del G120X. 36 
3.3.1 Fase de arranque 36 
3.3.2 Fase de operación 36 
3.3.3 Fase de parada 38 
3.4 Resumen 39 
4 Ejemplos de aplicación 41 
4.1 Regulación PID con consigna fija. 41 
4.1.1 Descripción del caso 41 
4.1.2 Configuración del G120X 41 
4.1.3 Resultados y mejoras 44 
4.2 Integración con PLC y ampliación de telegrama. 44 
4.2.1 Descripción del caso 44 
4.2.2 Configuración del G120X 44 
4.2.3 Resultados y mejoras 47 
5 Conclusiones 48 
5.1 Conclusiones 48 
5.2 Contribución a la industria 49 
 
11 
 
11 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
5.3 Desarrollo de nuevas funcionalidades en variadores de frecuencia 49 
5.4 Trabajos futuros 50 
Referencias 51 
Ecuaciones 54 
Glosario 55 
 
 
 
12 
 
12 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
 
ÍNDICE DE FIGURAS 
 
 
Figura 1.1. Industria de procesos [2]. 14 
Figura 1.2. Industria discreta [4] 15 
Figura 1.3. Parametrización de un variador [7] 16 
Figura 2.1. Estator y rotor de un motor eléctrico [9] 19 
Figura 2.2. Campo magnético generado por corriente alterna en el estator y mueve el rotor [8] 20 
Figura 2.3. Motor eléctrico [13] 21 
Figura 2.4. Ejemplo de aplicación de motor eléctrico [14]. 21 
Figura 2.5. Ejemplo de aplicación de motor eléctrico [15]. 21 
Figura 2.6. Consumo energético de motores frente a otros equipos en diferentes industrias [17] 22 
Figura 2.7. Gráfica corriente-velocidad del par motor y par resistente [18]. 23 
Figura 2.8. Curva de par de arranque según clase definida por el IEC [19]. 23 
Figura 2.9. Configuración de conexión del motor en triángulo [21]. 24 
Figura 2.10. Configuración de conexión del motor en estrella [21]. 24 
Figura 2.11. Arrancadores suaves de la marca Siemens [7]. 25 
Figura 2.12. Explicación del funcionamiento de un tiristor [22]. 25 
Figura 2.13. Curvas de arranque y parada suave gracias al soft-starter [23]. 25 
Figura 2.14. Reducción del par de arranque con cada tipo de arranque [24]. 26 
Figura 2.15. Curva del porcentaje de aumento de la intensidad nominal en cada tipo de arranque [21]. 26 
Figura 2.16. Variador de frecuencia G120 de la marca Siemens [5]. 26 
Figura 2.17. Rectificador de corriente alterna [26]. 27 
Figura 2.18. Filtro de continua [26]. 28 
Figura 2.19. Efecto de la etapa de filtrado [25]. 28 
Figura 2.20. Inversor [26]. 29 
Figura 2.21. Transistor IGBT [27]. 29 
Figura 2.22. Tren de pulsos que genera corriente alterna a determinada frecuencia [23]. 30 
Figura 2.23. Componentes del variador de frecuencia [23]. 30 
Figura 3.1. Familia SINAMICS de la marca Siemens [7]. 31 
Figura 3.2. Aplicaciones del G120X en el sector del agua y aguas residuales [5]. 32 
Figura 3.3. Tamaños de carcasa del G120X, tipo Blocksize y tipo Chassis [5]. 34 
Figura 3.4. Efecto de la interferencia de frecuencias distintas que provocan la distorsión armónica [30]. 34 
Figura 3.5. Sinamics Connect [31] 35 
Figura 3.6. Smart Access Module (SAM) [32] 36 
 
13 
 
13 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuenciade motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
Figura 3.7. Representación del sistema de control multibomba [5]. 37 
Figura 3.8. Modo parada inminente. 38 
Figura 3.9. Modo parada por inercia. 38 
Figura 3.10. Modo parada controlada. 39 
Figura 3.11. Sinamics G120X [5]. 40 
Figura 4.1. Control PID de proceso con retroalimentación (lazo cerrado) [33]. 41 
Figura 4.2. Macro de configuración para el control PID con consigna fija [7]. 42 
Figura 4.3. Configuración del variador en TIA Portal por comunicación PROFINET [35]. 44 
Figura 4.4. Conexión en red del variador a los PLC por PROFINET en TIA Portal [6]. 45 
Figura 4.5. Palabra de mando del telegrama 1 en formato binario de 16 bits [6]. 46 
Figura 4.6. Palabras del telegrama 1 y ampliación de palabras del telegrama 20 [6]. 46 
Figura 4.7. Conexión de los equipos de automatización: HMI, PLC y variador de frecuencia [6]. 47 
 
 
 
14 
 
14 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
 
1 INTRODUCCIÓN 
 
1.1 Contexto y justificación 
El contexto y la justificación de este proyecto se enmarcan en la necesidad imperante de garantizar la seguridad 
de las personas y las máquinas que operan y trabajan en la industria, así como optimizar y garantizar el buen 
desempeño de los motores eléctricos en aplicaciones industriales. Los motores eléctricos juegan un papel 
fundamental en la industria actual ya que se colocan como una de las máquinas eléctricas más versátiles y 
frecuentes para un sinfín de aplicaciones o como parte intrínseca de numerosos componentes, máquinas de 
producción, células de fabricación o incluso plantas enteras. Pero su eficiencia y el control regulado de su 
funcionamiento son aspectos cruciales que influyen directamente en la productividad y la sostenibilidad 
económica y medioambiental de las operaciones industriales que se llevan a cabo en las diferentes fábricas [1]. 
En este contexto, los variadores de velocidad, o variadores de frecuencia, se posicionan como una solución 
tecnológica esencial para cubrir y garantizar que el uso de los motores eléctricos se realiza de forma segura, 
eficiente y óptima. Estos dispositivos permiten el control preciso de la velocidad y el par de los motores, lo que 
a su vez ofrece la posibilidad de garantizar la seguridad y adaptar el rendimiento de los motores a las necesidades 
específicas de cada aplicación. Esta adaptabilidad es esencial en una amplia gama de industrias, ya sea de tipo 
discreta o de procesos. 
 
Figura 1.1. Industria de procesos [2]. 
En las industrias de procesos se enfoca en la producción de productos químicos, alimentos, bebidas, productos 
farmacéuticos y otros productos que se fabrican mediante una serie continua y repetitiva de operaciones que no 
cesan. Estos productos son a menudo líquidos, gases o polvos y pueden ser difíciles de distinguir visualmente. 
Por ejemplo, la producción de petróleo, el refino, la fabricación de productos químicos y la elaboración de 
bebidas son ejemplos de este tipo de industrias [3]. Los productos se fabrican a través de una serie de operaciones 
continuas y secuenciales programadas donde las materias primas o los productos se mezclan, reaccionan y se 
someten a cambios físicos y químicos a lo largo de un flujo constante. Los procesos de producción en este tipo 
de industrias suelen estar altamente automatizados y están diseñados para funcionar de manera continua, lo que 
va a requerir de un control y un mantenimiento correcto en el uso de los motores eléctricos. 
 
No hay felicidad excepto en la comprensión de que 
hemos logrado algo. 
- Henry Ford - 
 
 
15 
 
15 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
 
Figura 1.2. Industria discreta [4] 
La industria discreta, por su parte, se centra en la fabricación de productos tangibles, generalmente en unidades 
individuales o en lotes pequeños. Estos productos suelen ser fácilmente distinguibles y no se mezclan con otros 
durante el proceso de producción. Ejemplos comunes son la industria del automóvil, electrodomésticos, 
productos electrónicos, muebles o maquinaria. Las industrias discretas son, en líneas generales, aquellas donde 
los procesos de producción suelen ser discretos y específicos para cada producto. La producción implica el 
ensamblaje, mecanizado, soldadura, corte y otras operaciones que transforman materiales en productos 
acabados. Los procesos de producción pueden ser personalizados para cada tipo de producto lo que nos lleva a 
necesitar de arranques y paradas frecuentes del motor y velocidades diferentes para cada tipo [4]. 
En definitiva, donde la diversidad de operaciones y las distintas necesidades durante la producción hacen 
necesario este tipo de equipos, un variador de frecuencia siempre será un elemento de seguridad y eficiencia 
para los motores eléctricos. 
El variador de frecuencia SINAMIC G120 de Siemens se presenta como un modelo destacado en este campo, 
ofreciendo características técnicas avanzadas y un rendimiento confiable. Su versatilidad y eficiencia energética 
lo convierten en una opción atractiva para diversas aplicaciones industriales. 
La justificación de este proyecto radica en la relevancia de comprender en detalle el funcionamiento y las 
capacidades de, en este caso, el modelo G120X, así como en la necesidad de evaluar sus aplicaciones prácticas 
en entornos industriales reales. La investigación de casos de estudio proporcionará valiosa información sobre 
cómo este variador específico puede mejorar la eficiencia, la productividad y la sostenibilidad especialmente en 
dos contextos industriales donde el modelo G120X juega un papel protagonista. 
Estos conocimientos contribuirán al avance de la tecnología de variadores de frecuencia y al mejor 
aprovechamiento de los recursos en cada tipo de industria. Es relevante esta información debido a que 
actualmente se mira con más cautela el consumo global de un bien tan preciado como el agua, y por ello, su 
control y tratamiento es fundamental para el desarrollo sostenible de las industrias y de la sociedad en general. 
Ser capaz de optimizar los recursos es uno de los principales cometidos de los equipos de automatización, por 
tanto, gracias al G120X en particular, se conseguirá reducir el derroche y ser más eficiente en la gestión del agua 
y en garantizar su sostenibilidad [5]. 
1.2 Fundamentación teórica 
Para el desarrollo de este proyecto es necesario tener en consideración una serie de conceptos previos 
relacionados con la electricidad, la automatización y la programación. 
El variador de frecuencia, como principal protagonista, es un equipo electrónico capaz de modificar la velocidad 
de rotación de un motor eléctrico mediante la variación de la frecuencia a la que le llega la corriente alterna la 
caja de bornes del motor. Este elemento, además de proporcionar control, proporciona protección frente a sobre 
intensidades, filtra frecuencias indeseables que perturban la alimentación y tiene la capacidad de controlarse 
automáticamente, de ahí que se considere una herramienta de automatización industrial. 
Los motores, como se verá más adelante, son motores eléctricos de corriente alterna asíncronos o síncronos. A 
diferencia de los motores de combustión que proporcionan el movimiento rotatorio gracias a la combustión de 
 
16 
 
16 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
un combustible y un comburente, estos motores toman su potencia directamente de la electricidad. Cuentan con 
una caja de bornes a las que se conecta una corriente,generalmente trifásica, y esta genera el movimiento. Por 
tanto, son elementos más respetuosos con el medio ambiente. También se verán los tipos de arranque de este 
motor, pues la condición de tener que vencer una fuerza en el momento de ponerse en marcha supone un esfuerzo 
extra en lo que a consumo se refiere, y dicho esfuerzo debe ser controlado para evitar daños en los equipos. 
Este proyecto se centra en la descripción del variador G120 de Siemens. Este variador es necesario conocer que 
es de tipo modular, es decir, cuenta con la unidad de control independiente al módulo de potencia el cual se va 
a emparejar con la potencia que tenga el motor a controlar. Las ventajas e inconvenientes de este variador van a 
ser peculiares respecto al resto, puesto que se cuenta con este equipo para situaciones específicas donde las 
condiciones ambientales y de operación no van a ser siempre idóneas y debe hacer frente a ellas y operar en 
perfecto estado. 
Es importante saber, que en lo que respecta a la automatización, los equipos se deben controlar, parametrizar y 
poner en marcha. De forma genérica, estas acciones se realizan a través de un controlador lógico programable, 
o PLC, que gracias a una herramienta de ingeniería se puede programar las acciones que queremos que cada 
equipo (por ejemplo, el variador) realice de forma automática gracias a las señales externas. Este programa va a 
correr dentro de una CPU interna que lee valores de entrada y escribe o activa valores de salida para que se 
ejecute una acción. Por ello, la peculiaridad del variador que se va a tratar va a estar en que contará con su propia 
unidad de control, y no será estrictamente necesario que reciba señales del PLC [6]. 
1.3 Objetivos del Proyecto 
El objetivo principal de este proyecto radica en conocer el porqué es tan necesario y fundamental el papel que 
juega un variador en la industria y, más en concreto, en realizar una exploración detallada y exhaustiva del 
variador de velocidad G120X del fabricante alemán Siemens dentro de las posibles aplicaciones industriales 
donde optimiza su rendimiento y su eficacia. Se busca obtener un entendimiento completo de las características 
técnicas, funcionalidades y ventajas competitivas de este variador de frecuencia frente a otros elementos de 
protección y control de motores. A través de un análisis minucioso, se pretende evaluar su capacidad para 
controlar con precisión la velocidad y el par del motor en dos escenarios industriales. Este análisis integral 
permitirá identificar las mejores prácticas en la configuración y utilización del G120X, así como comprender 
sus limitaciones y desafíos potenciales en entornos industriales reales. 
Además, el proyecto se enfoca en la identificación y documentación de dos ejemplos de configuración 
representativos que ilustren la aplicación práctica del G120X en la industria. Estas dos situaciones abordarán 
situaciones reales en las que el variador de frecuencia ha sido implementado con éxito para mejorar la eficiencia 
energética, optimizar la producción o resolver desafíos específicos de cada sector. A través de un análisis de 
estos casos, se intentará proporcionar una visión clara de cómo el variador puede contribuir a la mejora del 
rendimiento y la sostenibilidad en la industria. 
 
Figura 1.3. Parametrización de un variador [7] 
En última instancia, este proyecto aspira a contribuir a la divulgación científica y tecnológica en el campo de los 
variadores de frecuencia y su aplicación en la industria con la esperanza de que las conclusiones obtenidas sirvan 
de referencia a ingenieros, técnicos e integradores de sistemas. 
 
17 
 
17 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
1.4 Motivación de este Proyecto 
La motivación que ha llevado al autor a realizar este trabajo es doble. La primera es una motivación particular 
del alumno, ya que, gracias al desarrollo de este proyecto, se complementa la formación adquirida durante el 
máster universitario en Ingeniería Industrial, perfeccionando los conocimientos en el ámbito de la 
automatización industrial, los motores eléctricos, la industria digital y, más destacadamente en el mundo de los 
variadores de velocidad. Esta línea de aprendizaje supone un mejor y más detallado conocimiento de los equipos 
y de las características del comportamiento de los mismos, así como una aproximación a los casos de uso de este 
tipo de equipos en la industria moderna. 
Otra motivación parte por el desarrollo profesional que quiere desarrollar el alumno en conocimiento de este 
tipo de equipos. Con este trabajo se pretender potenciar la formación del alumno en automatización y más 
especialmente en la aplicación práctica del variador en la realidad, conociendo así sus ventajas e inconvenientes 
y datos a tener en cuenta para una posible aplicación futura durante la vida labora
 
19 
 
19 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
 
2 VARIADORES DE FRECUENCIA EN 
APLICACIONES INDUSTRIALES 
 
Para conocer bien el sentido de todo lo que engloba a los variadores de frecuencia es preciso conocer para qué 
fueron diseñados. El motor eléctrico es la máquina más utilizada en la industria contemporánea, y conocer la 
física que lo gobierna, su funcionamiento y por qué debemos protegerlo, es esencial. Los variadores suponen el 
elemento de protección de esos motores tan estandarizados, pero tan poco considerados hasta la aparición de la 
máquina de la automatización que se describe y estudia en este capítulo. 
2.1 Conceptos básicos sobre motores eléctricos 
Los motores eléctricos se presentan en la actualidad como un equipo fundamental en la industria contemporánea 
debido a su simpleza y fácil manejo, pero principalmente, se debe a su función esencial: convertir energía 
eléctrica en energía mecánica. Se suelen utilizar comúnmente en la generación del movimiento, a través de su 
eje de giro, en bombas, generadores, compresores, poleas, engranajes, etc. En esencia, funcionan mediante la 
interacción de campos magnéticos generados por corrientes eléctricas en bobinas de cobre en su interior, lo que 
provoca la rotación de un rotor alrededor de un estator y, en consecuencia, la generación de movimiento 
mecánico. Suelen contar con un ventilador en la parte trasera del motor y con aletas en la carcasa para que, si se 
calienta demasiado, el aislamiento con el que cuenta el devanado no se funda y pueda llegar a provocar un 
cortocircuito y un incendio [8]. 
 
Figura 2.1. Estator y rotor de un motor eléctrico [9] 
 
El estator se encuentra en la parte más externa del motor, formado por seis bobinas de cobre esmaltado llamadas 
devanados, y dado que es un motor trifásico contará con tres pares de bobinas (uno para cada fase) que se 
conectarán a la caja de bornes o de terminales del motor, por donde entra la corriente eléctrica. Cuando se conecta 
al suministro eléctrico el estator produce un campo electromagnético giratorio. Dentro y acoplado a los 
rodamientos del eje se encuentra el rotor, que es el componente que va a adquirir el movimiento. Está compuesto 
por láminas de acero que ayudan a concentrar el campo magnético en las barras. En este tipo de motores, el rotor 
se conoce como “jaula de ardilla”, pues es similar a las ruedas de giro de este tipo de animales [8],[10]. 
 
‘Si lo que quieres es encontrar los secretos del universo, 
piensa en términos de energía, frecuencia y vibración’ 
Nikola Tesla 
 
20 
 
20 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
Los motores eléctricos industriales son lo que se conoce como motoresde inducción de corriente alterna. Su 
funcionamiento se explica de la siguiente manera; el flujo de corriente a través de un cable genera un campo 
electromagnético alrededor del cable y va directamente relacionado con el sentido de la corriente, que en caso 
de invertirse, el campo magnético también lo hace. Si en lugar de colocar un solo cable colocamos este en forma 
de espiral, el campo magnético se hace más fuerte [11]. 
Si, además, aplicamos una corriente alterna, donde la intensidad se hace negativa y positiva de forma periódica, 
generaremos fuertes cambios de polaridad en el campo electromagnético. Y, del mismo modo, una variación 
del campo magnético puede inducir corriente en una segunda bobina, que volverá a generar un nuevo campo a 
su vez, pero en este caso ese segundo campo interactuará con el campo magnético principal y mayor, y cada 
lado experimentará fuerzas opuestas provocando la rotación. Por tanto, nuestro estator serán las bobinas 
principales a las que se le conecta la corriente y el rotor, aquel circuito interno que genera un nuevo campo 
magnético que favorece el movimiento [8],[11]. 
 
Figura 2.2. Campo magnético generado por corriente alterna en el estator y mueve el rotor [8] 
Dado que la corriente es trifásica y las fases se encuentran desfasadas en el estator 120º, el efecto que la corriente 
alterna crea invirtiendo el sentido del campo se produce de forma secuencial entre cada par de bobinado, 
generando así un campo magnético giratorio y haciendo que el rotor gire de forma continuada, gracias a la 
interacción del campo del rotor y el del estator, y siempre en el mismo sentido. 
A la hora de entender los motores eléctricos, es importante destacar que esa interacción de los campos 
magnéticos se explica con la Ley de Faraday-Lenz [12] sobre la Inducción Electromagnética (formulada por el 
británico Michael Faraday en 1831 y por el germano Heinrich Lenz en 1834). Esta ley establece que la magnitud 
de la fuerza electromotriz inducida en un circuito (la intensidad de atracción o repulsión de este campo) es 
inversamente proporcional a la velocidad de cambio del flujo magnético que atraviesa el circuito. Esta ley se 
formula de la siguiente manera: 
 
𝜀 = −
𝑑∅
𝑑𝑡
 ( 2.1 ) 
Donde: 
• 𝜀 representa la fuerza electromotriz inducida (en voltios, V). 
• 
𝑑∅
𝑑𝑡
 es la variación del flujo magnético con el tiempo (en Weber por segundo, Wb/s). 
 
Esta ley es fundamental para comprender cómo funcionan los generadores eléctricos, pero también es relevante 
en la operación de motores eléctricos, ya que establece la base para la conversión de energía eléctrica en energía 
mecánica y viceversa. Por tanto, es necesario para el desarrollo de estos equipos la alimentación eléctrica 
controlada para que se garantice la seguridad y el correcto y óptimo funcionamiento de los motores. 
 
21 
 
21 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
 
Figura 2.3. Motor eléctrico [13] 
En la industria, los motores eléctricos se utilizan en maquinaria y equipos de diferente tamaño y variedad, desde 
sistemas de transporte como cintas y elevadores, hasta máquinas de producción que contienen como bombas, 
compresores y otro tipo de componente que requieran de energía mecánica para su funcionamiento. 
En lo que respecta a este proyecto, los motores eléctricos se han convertido en un elemento que necesita 
imperiosamente de la automatización industrial, ya que esta le va a permitir una operación eficiente y continua 
en las líneas de producción, sistemas de manejo de materiales y muchas otras aplicaciones. 
 
 
Figura 2.4. Ejemplo de aplicación de motor eléctrico [14]. 
 
Figura 2.5. Ejemplo de aplicación de motor eléctrico [15]. 
 
Algunos ejemplos de aplicaciones comunes de motores eléctricos en la industria [16]: 
• Maquinaria industrial: Los motores eléctricos se utilizan en máquinas industriales, como tornos, 
fresadoras, prensas, taladros o cortadoras, para proporcionar movimiento de las herramientas y energía 
para el mecanizado y tratamiento de materiales. 
• Transporte de materiales: En sistemas de transporte como cintas transportadoras, transportadores de 
tornillo, elevadores de cangilones y grúas, los motores eléctricos se encargan de mover productos y 
materiales de un lugar a otro en una planta de producción. 
• Bombas y compresores: En la industria química, petroquímica y de procesos, los motores eléctricos 
 
22 
 
22 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
se utilizan en bombas para transportar líquidos y en compresores para aumentar la presión de gases, 
como en la distribución de agua, el suministro de aire comprimido y la circulación de fluidos en sistemas 
de refrigeración. 
• Ventiladores y sopladores: Los motores eléctricos alimentan ventiladores y sopladores que se utilizan 
para la ventilación en edificios, sistemas de climatización, sistemas de refrigeración y procesos 
industriales. 
• Robótica y automatización: Los motores eléctricos se utilizan en robots industriales para controlar 
movimientos precisos en aplicaciones de ensamblaje, soldadura, pintura y manipulación de materiales. 
• Equipos de elevación y manipulación de cargas: Grúas, montacargas, ascensores y sistemas de 
manipulación de materiales confían en motores eléctricos para levantar y mover cargas pesadas de 
manera segura y eficiente. 
• Máquinas de alimentos y bebidas: Los motores eléctricos son esenciales en la industria de alimentos 
y bebidas para operar mezcladoras, envasadoras, cintas y máquinaria de procesamiento de alimentos. 
• Maquinaria textil: En la industria textil, los motores eléctricos se utilizan en telares, máquinas de teñir, 
máquinas de coser y otras operaciones relacionadas con la fabricación de textiles. 
• Motores para la automoción: Los motores eléctricos son parte fundamental en vehículos eléctricos e 
híbridos, y se encuentran además en funciones auxiliares como la dirección asistida y los sistemas de 
frenado regenerativo. 
• Bombas de agua y aguas residuales: En aplicaciones de tratamiento de agua y aguas residuales, los 
motores eléctricos se utilizan en bombas para mover agua a través de sistemas de distribución y 
tratamiento. 
Su influencia en la industria moderna se extiende más allá de los procesos de manufactura, abarcando sectores 
como la minería, la petroquímica, la generación de energía y la industria del transporte. En resumen, la 
comprensión de los conceptos básicos de los motores eléctricos y su aplicación en la industria es esencial para 
la mejora continua de los procesos industriales y la optimización de recursos en la actualidad. 
 
Figura 2.6. Consumo energético de motores frente a otros equipos en diferentes industrias [17] 
2.2 Importancia de los variadores de frecuencia en la industria 
En la Figura 2.7, donde se describe el comportamiento de un motor eléctrico, se observa cómo el proceso de 
arranque es un momento crucial y de especial atención durante la puesta en marcha del motor y por ende, de la 
función para la que se le aplique. Si el proceso que define el arranque del motor no está optimizado, se consume 
más energía y se podría hacer fallar a otros equipos. 
Dado que la máquina pasa de un estado de reposo a un estado de funcionamiento en régimen permanente, el 
régimen transitorio entre ambos estados lleva asociado un aumento considerable de fuerza aplicada para pasar 
de nada a todo. Por tanto, para poder satisfacer esa fuerza, en este caso llamado par o torque, se necesita un flujo 
 
23 
 
23 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio.de corriente mayor. Dado que el régimen de giro (ω) está definido, la tensión de la alimentación al motor es la 
tomada de la red (puede ser trifásica o monofásica) y teniendo el motor una potencia fija que lo caracteriza, si 
éste necesita más par para su arranque, necesitará valores mayores de intensidad durante su régimen transitorio. 
 𝑃 = 𝑀 · 𝜔 = 𝐼 · 𝑉 ( 2.2 ) 
Para ilustrar esa transición, en la Figura 2.7 se observa la curva temporal de cómo evoluciona el par de arranque 
y de cómo evoluciona con éste la corriente eléctrica que toma la máquina. 
 
 
Figura 2.7. Gráfica corriente-velocidad del par motor y par resistente [18]. 
La curva de par de arranque va a depender de la clase de motor que se disponga. Esta clasificación ha sido 
definida por la IEC (International Electrotechnical Commission) y resulta de gran ayuda a la industria a la hora 
de escoger los motores más apropiados para cada una de las aplicaciones. Según la gráfica que se ilustra en la 
Figura 2.8, se aprecia el comportamiento de la torsión en el régimen transitorio de cada una de ellas hasta que 
se alcanza el 100% de la velocidad de giro nominal. 
 
Figura 2.8. Curva de par de arranque según clase definida por el IEC [19]. 
Ahora bien, dependiendo del tipo de arranque, el valor de la intensidad suministrada al motor será mayor o 
menor. Tomando como referencia la intensidad nominal del motor (aquella necesaria para que, a par nominal y 
con la velocidad de giro preestablecida, el motor suministre la potencia deseada), se evalúa el valor de la 
intensidad de arranque como un múltiplo de la intensidad nominal. Se definen, por lo tanto, los siguientes tipos 
de arranques [20]. 
 
24 
 
24 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
2.2.1 Arranque directo 
El arranque directo es un arranque del motor que no requiere más que la conexión directa de los cables de 
corriente por un proceso de conmutación simple en el motor adecuándolos en la caja de bornas. Este tipo de 
arranque va a generar un pico de corriente de arranque entre 7 y 8 veces el valor de la intensidad nominal, 
llegando a alcanzar valores de entre 14 y 16 veces la nominal en cuestión de milisegundos. Por tanto, son valores 
que pueden generar sobreintensidades en el motor y producir daños (estrés térmico de los devanados del motor) 
y situaciones peligrosas (caídas de tensión) [20]. 
 
Este tipo de arranques demandan protecciones grandes, requiriendo interruptores de curva tipo D. Es por ello 
principalmente por lo que el arranque directo suele ser un tipo de arranque más propio de motores pequeños en 
potencia (menores de 7.5 kW), donde la intensidad nominal es baja y no provoca graves daños [20]. 
2.2.2 Arranque estrella-triángulo 
La puesta en marcha del motor se realiza mediante una transición entre las bobinas del estator. Con este método 
se afecta principalmente a la tensión aplicada. 
Si el estator se encuentra conectado en triángulo: 𝑉𝑓𝑎𝑠𝑒 = 𝑉𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎 
 
Figura 2.9. Configuración de conexión del motor en triángulo [21]. 
En cambio, si la conexión es en estrella durante el arranque, el valor de la tensión de fase se reduce a más de la 
mitad: 𝑉𝑓𝑎𝑠𝑒 =
𝑉𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎
√3
 
 
Figura 2.10. Configuración de conexión del motor en estrella [21]. 
 
Gracias a esto, en la configuración en estrella la corriente de arranque se reduce hasta situarse entre 1.5 y 3 veces 
la corriente nominal. No obstante, esta modificación afecta al par de arranque, por lo que la configuración 
estrella-triángulo es adecuada para motores con par de carga bajo. Generalmente suelen colocarse dos 
contactores en la entrada al motor para poder modificar la configuración de estrella a triángulo y viceversa. Para 
esta conmutación es necesario contar con un temporizador en el control del arranque y el tiempo necesario 
dependerá de la carga del motor, aunque generalmente se suele producir en el rango del 70-80% de la velocidad 
nominal de giro [21]. 
Es de advertir que, dado que esta configuración va a afectar al par de arranque, en caso de que este se sitúe por 
debajo de los valores del par resistente del motor, los valores de intensidad podrían alcanzar picos indeseables. 
2.2.3 Arranque suave 
Aquí se emplea un nuevo equipo electrónico, el arrancador suave (Soft starter). 
 
25 
 
25 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
 
 
Figura 2.11. Arrancadores suaves de la marca Siemens [7]. 
Compuesto por tres pares de SCR [22] (tiristores, rectificadores controlados por silicio) que mediante el control 
de disparo de los mismos generados un transformador de pulsos, la tensión aplicada al motor queda controlada 
por un sistema de control independiente al sistema de potencia del equipo. Así, el arranque o la parada quedan 
controlados, ajustando el tiempo de realización de ambos, y se realizan de forma suave sin experimentar picos 
de intensidad o tensión, aunque se necesite de aplicar tensión (y no trabajar bajo la inercia) y por tanto un 
consumo extra para el equipo. 
 
Figura 2.12. Explicación del funcionamiento de un tiristor [22]. 
 
Reducir de manera notoria el par de arranque del motor puede resultar beneficioso en aplicaciones mecánicas 
como cadenas de engranajes, cintas o poleas. 
 
Figura 2.13. Curvas de arranque y parada suave gracias al soft-starter [23]. 
En la Figura 2.14 se puede observar cómo se reduce considerablemente el par motor y por ende la intensidad de 
arranque ante la aplicación de las diferentes formas de arranque: 
 
 
26 
 
26 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
 
Figura 2.14. Reducción del par de arranque con cada tipo de arranque [24]. 
2.2.4 Variador de frecuencia 
Como principal protagonista de este proyecto, este equipo permite controlar todo el movimiento del motor y, 
por tanto, adquirir velocidades diferentes de manera controlada en cualquier momento y con valores de tiempo 
ajustados previamente. En definitiva, es un equipo programable cuyas funciones consiguen optimizar el uso de 
los motores en las diferentes aplicaciones, como las que se mostrarán más adelante en este proyecto. 
En lo que respecta al arranque, los valores de intensidad alcanzarán magnitudes no mayores a 1.5 veces la 
intensidad nominal del motor. Por tanto, es capaz de proteger la instalación de forma intrínseca a su 
funcionamiento. 
 
Figura 2.15. Curva del porcentaje de aumento de la intensidad nominal en cada tipo de arranque [21]. 
Lo hacen así el equipo más idóneo para el control de la velocidad y para la protección y seguridad de la 
instalación eléctrica, de las aplicaciones y maquinaria que controle y de las personas que operen cerca de motores 
eléctricos. 
 
Figura 2.16. Variador de frecuencia G120 de la marca Siemens [5]. 
 
27 
 
27 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
2.3 Variador de frecuencia. Beneficios y aplicaciones. 
Un variador de frecuencia es un dispositivo de control englobado en la familia de los actuadores en materia de 
automatización industrial, empleado en aplicaciones eléctricas, electrónicas o mecánicas que requieren de un 
motor eléctrico y sirve para regular su velocidad de operación. Su función consiste en modificar la frecuencia 
de la corriente eléctrica que se suministra al motor, permitiendo un control preciso y variable de la velocidad del 
rotor, lo que lo hace imprescindible en una amplia gama de aplicaciones industriales como, por ejemplo, el 
bombeo de líquidos o la impulsiónde gases [25]. 
Entre las principales características y funciones que rigen a un variador se encuentran las siguientes: 
- La modulación de la frecuencia. El variador ajusta la frecuencia a la que le llega la corriente alterna 
de la red antes de ser suministrada al motor, alterando por tanto su velocidad de rotación de forma 
proporcional a dicha frecuencia. En aplicaciones donde es necesario variar la velocidad es un elemento 
especialmente útil [25]. 
- Control de la tensión. Como muestra en el apartado anterior, una de las más destacadas características 
del variador es que consigue que la tensión sea controlada, y por tanto lo sea también la intensidad que 
llega, permitiendo así arranques suaves y protegiendo la instalación y el motor de sobretensiones y 
sobreintensidades [20]. 
- Arranque y parada suaves. Los arranques y paradas van a ser momentos donde puedan producirse 
desgastes mecánicos y eléctricos por sobreintensidades acusadas. Al realizar ambos procesos de forma 
suave se va a mejorar la eficiencia, reduciendo en aproximadamente un 40% su consumo energético y 
va a conseguir prolongar la vida útil del motor [20]. 
- Protección. Incorpora funciones de protección, como la detección de sobreintensidades y detección de 
temperaturas elevadas, y ofrece además capacidades de diagnóstico que ayudan a identificar problemas 
en el sistema [20]. 
2.3.1 Componentes del variador de frecuencia 
Un variador de frecuencia consta de varios componentes esenciales que trabajan en serie para lograr la 
funcionalidad del variador en la regulación de la velocidad del motor eléctrico. Estos componentes son 
principalmente el rectificador, el filtro de corriente continua y el inversor, además de otros elementos auxiliares 
que contribuyen en las prestaciones del convertidor de frecuencia [25]. 
 
2.3.1.1 Etapa rectificadora 
 
 
Figura 2.17. Rectificador de corriente alterna [26]. 
 
28 
 
28 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
La primera etapa a la que se encuentra la corriente eléctrica en la entrada al variador está compuesta por diodos 
semiconductores rectificadores de potencia que eliminan la parte negativa de la onda de corriente alterna que 
llega en las tres líneas y convierte la corriente alterna en corriente continua pulsante. Aunque estos rectificadores 
cuentan con niveles de rizado inferiores a los de los rectificadores convencionales, en numerosas aplicaciones 
afecta al factor de potencia y la distorsión armónica de la red eléctrica, es por ello que se requiere el uso de filtros 
de armónicos [25]. 
2.3.1.2 Etapa de filtrado 
 
 
Figura 2.18. Filtro de continua [26]. 
Compuesta por un banco de condensadores, o bus de corriente continua, sirve para eliminar el rizado y obtener 
así una señal continua, sin elementos pulsantes. Este bus almacena la energía y permita un suministro continuo 
de la energía pulsante que se inyecta en los condensadores, consiguiendo así la conversión completa de corriente 
alterna a corriente continua, como si de una fuente de alimentación se tratase [25]. 
 
Es importante considerar, como se comprueba en la Figura 2.19, que la tensión de salida en continua del banco 
de condensadores crece, del entorno de un 35% más alta [25]. 
 
Figura 2.19. Efecto de la etapa de filtrado [25]. 
 
 
 
29 
 
29 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
2.3.1.3 Etapa inversora 
 
Figura 2.20. Inversor [26]. 
Esta etapa cuenta con seis transistores de potencia de tipo IGBT (a saber, Transistor Bipolar de Puerta Aislada). 
Los transistores bipolares de puerta aislada, comúnmente llamados IGBT’s, son el resultado de muchas 
investigaciones desarrolladas por fabricantes de componentes electrónicos, cuyo objetivo consistía en conseguir 
un dispositivo de gran velocidad de conmutación, mínimo consumo de corriente para el control y gran capacidad 
de soporte a voltajes y corrientes elevados. El símbolo del IGBT normalizado es el que se muestra en la Figura 
2.21: 
 
Figura 2.21. Transistor IGBT [27]. 
Es de considerar que los terminales C (colector) y E (emisor) se encuentran unidos mediante un diodo tipo 
Damper, instalado en dicha posición para proteger contra cargas inductivas. 
Para activar un IGBT se debe aplicar voltaje de un valor determinado a sus dos terminales de control Gate-
Emisor. El consumo de corriente de dicho terminal de control es prácticamente cero; por lo tanto, se dice que el 
IGBT no consume corriente. Esto evita que se produzcan retardos de tiempo asociados a aquellos dispositivos 
que consumen corriente para el control, como sucede por ejemplo con los transistores bipolares BJT [27]. 
Un transistor IGBT responde rápidamente a los cambios de señal, reduciendo los niveles de ruido en el motor 
eléctrico mientras se está controlando el par de fuerza y la velocidad de giro. A su vez, la gran frecuencia de 
conmutación del transistor (también conocida como frecuencia portadora) provee un control de corriente de gran 
respuesta dinámica. Respecto a las pérdidas de potencia en un IGBT estas son muy pequeñas debido a la 
disposición en encapsulados compactos dentro del variador [27]. 
El circuito que demuestra que un motor eléctrico puede ser controlado a velocidades diferentes a su valor 
nominal y aún conservar las características nominales de su torque o par. Esto es debido a que la única forma de 
poder conseguir una onda de corriente que cumpla con el requisito de cambiar proporcionalmente su voltaje y 
frecuencia al mismo tiempo es por medio de un circuito Inversor. 
Este circuito de transistores aplica lo que se conoce como una modulación por ancho de pulsos (PWM) a la señal 
continua, de forma que la recortan para obtener a la salida una señal pulsante o tren de pulsos, como se aprecia 
en la Figura 2.22. La anchura variable de los voltajes genera una intensidad que se expresa en forma sinusoidal. 
Dicha variación de ancho de los pulsos de voltaje hará que se varíe también la frecuencia de salida al motor, 
permitiendo por ende que este cambie de velocidad y sin pérdida de par de fuerza [25]. 
 
30 
 
30 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
El motor recibe dicha onda de voltaje por los bornes de salida y la filtra obteniendo corrientes senoidales. El 
promedio de voltaje eficaz “V” depende del ancho de los pulsos y la frecuencia efectiva “f” vista por el motor 
es 1/T, donde 1/T es la velocidad de conmutación de los transistores IGBT, denominada frecuencia portadora. 
 
Figura 2.22. Tren de pulsos que genera corriente alterna a determinada frecuencia [23]. 
 
Figura 2.23. Componentes del variador de frecuencia [23]. 
 
 
31 
 
31 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
 
3 VARIADORES DE FRECUENCIA G120X DE 
SIEMENS 
3.1 Descripción general 
El variador que engloba el caso práctico de este proyecto es el modelo G120X de la familia SINAMICS de 
Siemens. 
La familia SINAMICS de Siemens [7] representa una línea de variadores de frecuencia diseñados para mejorar 
el control de motores eléctricos en diversas aplicaciones industriales. En esta familia se incluyen varios modelos, 
cada uno con características específicas: 
❖ SINAMICS G120: Es un variador de frecuencia ideal para aplicaciones industriales en general, 
ofreciendo un control preciso de la velocidad y el par de los motores eléctricos. Se utilizan 
principalmente en sistemas de transporte y maquinaria [7]. 
❖ SINAMICS S120: Estos servoaccionamientosresponden a los más altos requerimientos dinámicos 
cuando se trata de aplicaciones de control discretas de un solo eje o de varios. Los especialistas en 
máquinas herramientas, máquinas de embalaje, bandas de material continuo, grúas, laminadores, 
bancos de pruebas, manipulación de materiales, robots y muchas otras aplicaciones en las que se exige 
un control de movimiento dinámico y de alta precisión son los principales demandantes de este producto 
[7]. 
❖ SINAMICS S120X: Son también servoaccionamientos, pero están diseñados para aplicaciones 
especiales con altos requerimientos de dinámica y precisión, como sistemas de manipulación y 
posicionamiento de alta precisión [7]. 
❖ SINAMICS DC: Convertidores de frecuencia para aplicaciones en corriente continua. Centrales 
térmicas o aplicaciones con redes inteligentes hacen que estos variadores presenten una alternativa de 
protección que garantizan un funcionamiento fiable y prolongan la vida útil [7]. 
 
 
Figura 3.1. Familia SINAMICS de la marca Siemens [7]. 
El SINAMICS G120X es una variante que se destaca por su resistencia y capacidad de operar en entornos 
adversos. Su diseño compacto y avanzadas características lo hacen adecuado para la industria de la construcción, 
el tratamiento de agua y aguas residuales, y maquinaria pesada. Estas diferencias hacen del G120X una solución 
ideal en aplicaciones que requieren durabilidad y control preciso en condiciones desafiantes [5]. 
 
32 
 
32 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
El variador G120X de Siemens representa una contribución significativa al ámbito de la automatización 
industrial y la gestión de motores eléctricos. Este dispositivo, que se ha destacado por su versatilidad y eficiencia, 
se ha posicionado en una amplia variedad de sectores, obteniendo beneficios en la eficiencia y la rentabilidad de 
los procesos industriales en los que se encuentra. En este proyecto, examinaremos detenidamente este variador 
de frecuencia, sus aplicaciones y las razones que fundamentan su utilidad. 
El variador G120X, como se ha indicado en apartados anteriores, es un componente clave en el control de 
motores eléctricos de corriente alterna. Este variador es capaz de controlar con precisión la velocidad y el torque 
de motores eléctricos, permitiendo un control más eficiente y seguro de la maquinaria y reduciendo el consumo 
de energía. Su diseño compacto y robusto lo hace adecuado para entornos adversos, y cumple con los estándares 
de seguridad industrial más estrictos (comunicación efectiva a largas distancias, aislamientos, funciones 
dedicadas, o filtros de protección electromagnética o ESM) [5],[28]. 
Una de las áreas en las que el SINAMICS G120X ha demostrado su utilidad es la industria manufacturera o 
industria pesada. En entornos de producción, es esencial mantener un control preciso sobre la maquinaria 
empleada para garantizar la calidad y la consistencia del producto final. El G120X permite ajustar la velocidad 
y el torque de los motores de acuerdo con las necesidades cambiantes del proceso de fabricación. Esto se traduce 
en una mayor eficiencia en la producción, una reducción de residuos y un ahorro significativo de energía [29]. 
El sector del agua y las aguas residuales es otro ámbito en el que el variador G120X brilla con luz propia. En 
plantas de tratamiento de aguas, es fundamental controlar con precisión las bombas y los ventiladores para 
garantizar un proceso de tratamiento eficiente, pues hablamos de un bien primordial para la vida de las personas. 
El variador G120X se utiliza para ajustar la velocidad de las bombas de acuerdo con la demanda de agua, lo que 
ahorra energía y prolonga la vida útil del equipo con funciones específicas como, por ejemplo, el deragging para 
la limpieza. Del mismo modo, en sistemas de ventilación de aguas residuales, el G120X va a permitir minimizar 
el impacto ambiental mediante el control de los impulsores de aire [5],[29]. 
 
 
Figura 3.2. Aplicaciones del G120X en el sector del agua y aguas residuales [5]. 
 
La industria de la construcción es otro sector que se beneficia ampliamente del uso del variador G120X. En 
grúas y maquinaria de construcción, la capacidad de controlar con precisión la velocidad y el torque de los 
motores es esencial para la seguridad y la productividad. El G120X permite ajustar la velocidad de elevación de 
una grúa de manera suave y controlada, lo que es esencial en la colocación de materiales pesados en obras de 
construcción. Además, la capacidad de reducir la velocidad de los motores cuando la máquina no está en uso 
ahorra energía y prolonga la vida útil de los equipos [29]. 
Los convertidores de frecuencia de Siemens no solo se destacan por su versatilidad, sino también por su 
capacidad de comunicación. Integrado con tecnologías de red, permite la monitorización y el control remoto o 
a largas distancias de los motores, lo que resulta fundamental en aplicaciones donde la disponibilidad y la 
eficiencia son críticas. Además, van a contar con unidades de control propias que evitan la necesidad de 
conectarse a un PC o a un autómata para su gestión [5],[28]. 
En resumen, el variador G120X de Siemens es una pieza fundamental en la automatización industrial y la gestión 
de motores eléctricos. Con su robustez, versatilidad y capacidad de comunicación, el G120X de Siemens se 
consolida como una herramienta esencial en la optimización de procesos industriales y en la reducción de costos 
operativos en sectores clave y con entornos desfavorables. 
 
33 
 
33 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
3.2 Características técnicas y especificaciones del variador. 
En este apartado se abordarán las características técnicas destacadas del variador G120X [28] que lo presentan 
como una solución sólida y competitiva en el sector del agua, la ventilación de túneles o el tratamiento de aguas 
residuales. Algunas de las características que sitúan al G120X en el mapa son las que se muestran a continuación: 
▪ Uno de los atributos destacados de este variador es su amplio rango de potencia, que va desde 0.75 
kW hasta 630 kW [5],[28]. Una ventaja significativa de este amplio rango de potencias es que la puesta 
en marcha y la configuración son consistentes, pues es la misma configuración sin importar si se trata 
de un equipo de 1.5 kW o uno de 630 kW. Esto simplifica y homogeniza el proceso, facilitando su 
utilización. 
▪ Otra mejora importante, relevante en aplicaciones relacionadas con infraestructuras, que abarcan 
industrias de tratamiento de aguas, túneles, ventilación de túneles, o la gestión de edificios, es la 
longitud de los cables [5],[28]. Por ejemplo, en túneles, se han manejado proyectos con cables de hasta 
un kilómetro o kilómetro y medio de longitud. Sin necesidad de accesorios de salida, es posible alcanzar 
hasta 450 metros de comunicación efectiva entre el variador y el motor. Es importante tener en cuenta 
aspectos como la compatibilidad electromagnética, el tipo de cable utilizado (si es apantallado o sin 
apantallar para evitar interferencias y ruidos) y la potencia, ya que la potencia determina el tamaño del 
equipo y su capacidad de alcance en términos de longitud de cable [28]. 
▪ El aislamiento 3C3 constituye otra característica importante en este tipo de aplicaciones. Normalmente, 
la mayoría de los accionamientos que ofrecemos se encuentran en la clase de aislamiento 3C2, que es 
la norma estándar de regulación. Sin embargo, en este equipo, se añade el aislamiento 3C3. Esto 
representa una protección adicional para las placas electrónicas, permitiendo su funcionamiento en 
entornos más agresivos, como aquellos con mayor presencia de partículasde polvo, niveles más altos 
de amonio, ambientes húmedos salinos, entornos marítimos o plantas de tratamiento de aguas y 
depuradoras [28]. Estos ambientes a menudo contienen sustancias corrosivas que pueden dañar los 
componentes electrónicos. Este equipo está disponible en dos versiones, la estándar y la versión con 
esta protección adicional. 
▪ También se incluyen funciones dedicadas, es decir, específicas para este tipo de aplicaciones. Por 
ejemplo, la función “deragging" se utiliza comúnmente en el contexto del bombeo para ejecutar ciclos 
de giro en ambos sentidos, evitando la acumulación de suciedad en los rodetes de la bomba [5],[28]. 
Además, se cuenta con un modo de llenado de tuberías, que permite prevenir golpes de ariete por 
acumulación de burbujas de aire. Esta función puede parametrizarse mediante un sensor o por señales 
de tiempo, permitiendo llenar la tubería de manera gradual y controlada, evitando alcanzar niveles de 
presión en el fluido que puedan provocar dichos golpes y contribuyendo así al mantenimiento 
preventivo. 
▪ En cuanto a las comunicaciones, este equipo está disponible en diversas opciones y protocolos de 
comunicación industrial. Inicialmente, se lanzó con soporte para protocolo PROFINET, que es la 
comunicación de referencia actualmente en la industria. Además, también se encuentra disponible en 
versiones compatibles con protocolos PROFIBUS y Modbus RTU/USS [28]. 
▪ Como característica destacada, cabe mencionar que nuestro equipo incluye la STO de emergencia 
(Safe Torque Off) que permite realizar una parada de emergencia. Esta funcionalidad se encuentra 
cableada directamente al módulo de potencia a través de terminales de color amarillo (propio para 
comunicaciones de seguridad) ubicados en la parte inferior del equipo. Es importante destacar que, al 
conectar una seta de emergencia en estos terminales, se cumple con el nivel de seguridad SIL 3, que es 
considerado muy alto, sin requerir elementos o accesorios de seguridad adicionales [28]. 
▪ Entre las funciones específicas para el sector de la ventilación, encontramos el modo de emergencia 
ESM [5],[28]. En este modo, el equipo continúa funcionando hasta su agotamiento (se quema), lo cual 
se reserva para situaciones críticas en las que la seguridad de las personas tiene prioridad sobre la 
maquinaria. Por ejemplo, este modo puede ser útil en la extracción de humos durante un incendio en 
edificios o en túneles. El equipo, aunque se hayan activado funciones de seguridad que cortan la 
alimentación, puede seguir funcionando para que se evacue el humo. 
También está disponible la función de reinicio automático. Esta función resulta beneficiosa en 
 
34 
 
34 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
aplicaciones con grandes inercias tras parada de alimentación al motor, ya que evita picos de corriente 
al arrancar el variador mientras el motor aún está en movimiento [5],[28]. 
Además, se ofrece la función de bandas de frecuencia inhibidas. Esta opción permite evitar trabajar 
en frecuencias que puedan provocar resonancias en la mecánica o el ventilador. Se pueden configurar 
estas frecuencias para preservar la integridad de la maquinaria [5],[28]. 
Para brindar una visión rápida de las opciones disponibles en términos de voltajes y potencias, hasta el momento 
contábamos con una versión en 400 voltios y otra en 690 voltios. No obstante, se dispone también de una nueva 
versión trifásica de 220 voltios, que abarca hasta los 55 kW [28]. Todas estas versiones ofrecen las características 
previamente mencionadas, como la opción de aislamiento 3C3, el módulo de ampliación de entradas y salidas, 
así como diversas opciones de comunicación. 
En la imagen se pueden apreciar todos los tamaños del equipo. A partir de los 250 kilovatios, en lugar de 
denominarlos "Blocksize", los referimos como "chassis", y todos mantienen el grado de protección IP20. 
 
Figura 3.3. Tamaños de carcasa del G120X, tipo Blocksize y tipo Chassis [5]. 
Entre las opciones adicionales que se encuentran a disposición, se destaca: 
- La tarjeta SD, que permite actualizaciones de firmware y copias de seguridad. 
- El "IO extension module", que amplía las entradas y salidas, incluyendo entradas digitales, salidas 
digitales y salidas analógicas. Esto es especialmente útil para el control de múltiples bombas, con 
capacidad de hasta seis bombas, como se explicará más adelante [28]. 
- En cuanto a los accesorios, se incluyen bobinas de salida y entrada, siendo importante mencionar que, 
hasta los 250 kilovatios, el equipo incorpora una bobina de red integrada debido a su tamaño 
considerable. 
- Se ofrece un filtro pasivo de armónicos que permite cumplir con una tasa de distorsión armónica por 
debajo del 5%. Esto resulta fundamental en instalaciones donde cumplir con dicho requisito sea 
imprescindible [30]. 
 
Figura 3.4. Efecto de la interferencia de frecuencias distintas que provocan la distorsión armónica [30]. 
 
 
 
 
 
35 
 
35 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
Aplicaciones del G120X 
El SINAMICS G120X encuentra aplicaciones en una amplia variedad de sectores, con un enfoque particular en 
el ámbito del agua y la ventilación. Aquí se presentan ejemplos de posibles aplicaciones, que abarcan desde 
sistemas de calefacción, torres de refrigeración, grupos de presión, sistemas de tratamiento de aire, bombas y 
compresores, incluyendo los compresores de tornillo. 
Es importante tener en cuenta que el equipo está diseñado para funcionar tanto en condiciones de alta sobrecarga 
como en condiciones de baja sobrecarga. Esto significa que puede manejar cargas que superen su capacidad 
nominal, llegando hasta el 150% de la corriente durante picos o arranques. Sin embargo, es esencial seleccionar 
la configuración adecuada y dimensionar cuidadosamente las aplicaciones que requieren un alto par durante el 
arranque. La elección debe basarse en la corriente necesaria por el motor en lugar de la potencia. Por lo tanto, es 
fundamental comprender y evaluar la corriente que el motor demandará en cada caso específico [28]. 
 
Sinamics Connect 
Nuestro SINAMICS G120X también es compatible con SINAMICS CONNECT, un componente de Internet 
de las Cosas (IoT) que se encuentra dentro del conjunto de herramientas de digitalización de Siemens. Este 
dispositivo permite la conexión Wireless de hasta 8 variadores para recopilar datos de funcionamiento y 
enviarlos a una plataforma en la nube. Estos datos incluyen información sobre corriente, temperaturas y otros 
aspectos críticos relacionados con la operación de la máquina, la bomba o la aplicación que corresponda [31]. 
 
Figura 3.5. Sinamics Connect [31] 
Mediante una aplicación específica de Siemens, es posible visualizar de manera gráfica y rápida todos los datos 
de funcionamiento que se están recopilando en el variador. Además, se pueden configurar alertas para recibir 
notificaciones por correo electrónico en caso de que ocurra algún evento inusual, como paradas inesperadas, 
incrementos de temperatura, o corrientes anormalmente altas, entre otras muchas situaciones. 
Este enfoque de digitalización apunta hacia el mantenimiento predictivo, permitiendo anticiparse a problemas 
potenciales y evitar paradas inoportunas en las máquinas o interrupciones en el suministro de bombas, 
contribuyendo así a una gestión más eficiente y confiable de los sistemas de accionamiento y variadores [31]. 
 
Smart Access Module (SAM) 
Uno de los accesorios destacados del SINAMICS G120X es el módulo WiFi. Este módulo es muy intuitivo y 
sencillo de usar; simplemente se conecta al variador y crea una red WiFi a la cual es posible la conexión con 
cualquierdispositivo electrónico que sea compatible (un teléfono móvil, una tablet, una PC o un iPad). No es 
necesario tener acceso a Internet, ya que el propio módulo proporciona dicha red WiFi [5]. 
Las ventajas de esta tecnología son notables, pues no necesitas descargar ninguna aplicación, evitando ocupar 
espacio de memoria en el dispositivo de visualización. Desde allí, se pueden llevar a cabo puestas en marcha, 
visualizar y configurar parámetros, y tomar el control del equipo de forma remota. También tiene acceso a un 
menú de monitorización en el que se ven los valores en tiempo real del motor. En caso de fallos o alarmas, se 
ofrece un menú de diagnóstico que permite enviar un correo electrónico con todos los detalles pertinentes, 
incluyendo la hora y el número del fallo [32]. 
 
36 
 
36 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
Una de las características más destacada es la capacidad de realizar copias de seguridad y restauraciones. Puede 
crear una copia de seguridad una vez que la máquina o variador esté completamente configurado y funcionando. 
Esto permite guardar la configuración y, si se dispone de equipos similares, descargarla para que todos queden 
configurados de la misma manera. Si surge algún problema o se reemplaza el dispositivo, se puede restaurar la 
configuración desde cualquier dispositivo móvil de manera sencilla y práctica [32]. 
 
 
Figura 3.6. Smart Access Module (SAM) [32] 
 
3.3 Funcionalidades del G120X. 
Dentro de las múltiples funciones que, de forma dedicada se encuentran en el G120X, hay que clasificarlas en 
relación a la fase en la que se encuentre el motor al que el variador en cuestión esté conectado. Se establecen las 
siguientes fases con las siguientes funciones: 
3.3.1 Fase de arranque 
- Encendido. 
- Limpieza o deragging. 
- Doble rampa. 
- Rearranque al vuelo. 
Resaltar en este apartado la función de la rampa doble, la cual se utiliza en aplicaciones con bombas sumergidas 
para lograr arranques rápidos hasta los 30-35 Hz al principio y, luego, una vez que se acerca al nivel de consigna, 
reduce la velocidad de subida. Esta función permite parametrizar dos rampas de subida y dos rampas de bajada 
[28]. 
El deragging, como se mencionaba anteriormente, va a permitir limpiar cualquier obstrucción en el impulsor, 
tuberías o válvulas de la bomba. Esta función consiste en hacer funcionar el motor hacia adelante y hacia atrás 
para limpiar el impulsor. 
3.3.2 Fase de operación 
- Modo ECO. 
- Soporte para PMSM. 
- Ahorro de energía. 
- Control PID. 
 
37 
 
37 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
- Control multibomba. 
- Modo hibernación. 
- Modo de servicio continuo. 
- Set-point para varias velocidades. 
- Servicio de emergencia. 
- Vigilancia de giro. 
- Protección contra bloqueo o por fugas. 
- Protección contra marcha en seco. 
- Protección contra cavitación. 
Las funciones de protección permiten definir una curva en par y velocidad basada en las características de 
funcionamiento de la bomba o el ventilador. Si el punto de trabajo se sale de ese rango definido, el sistema 
genera avisos. Por ejemplo, si se opera a baja velocidad, pero con un alto par, es posible que haya un bloqueo 
en la bomba. Por otro lado, si se está operando a alta velocidad, pero con un par bajo, podría indicar una fuga. 
Estas funciones son capaces de detectar estas situaciones durante la propia aplicación [28]. 
Dado que las aplicaciones principales que se van a tratar en este tema son respecto al control de aguas y 
ventilación, se destacan las funciones dedicadas específicas, como el control multibomba y el control de la 
ventilación. 
 
Control multibomba 
El control multibomba permite controlar hasta seis bombas utilizando el módulo de ampliación de entradas y 
salidas. Esta función ya viene integrada en el equipo de serie. 
El esquema de funcionamiento es el siguiente: se conecta a la primera bomba, que es la bomba regulada 
directamente por el convertidor de frecuencia. Cuando el punto de trabajo alcanza su velocidad nominal, por 
ejemplo, 50 Hz, y la aplicación requiere un mayor caudal, el variador detiene la primera bomba que opera a 50 
Hz y arranca la segunda bomba auxiliar, controlada por el accionamiento regulado mediante PROFIBUS o 
PROFINET. Este proceso continúa para arrancar y detener el resto de bombas de manera secuencial [5] [28]. 
 
Figura 3.7. Representación del sistema de control multibomba [5]. 
Este sistema de control de bombas auxiliares implica el uso de un conjunto de contactores considerable, ya que 
cada motor debe tener la capacidad de conectarse tanto al variador como a la red eléctrica. Sin embargo, es un 
control mucho más fino y preciso, que evita cambios bruscos en el caudal de la instalación. El arranque y el 
ajuste son más suaves y, además, se logra un ahorro significativo, ya que todos los motores arrancan regulados 
en lugar de directamente conectados a la red. 
 
 
 
38 
 
38 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
Control de la ventilación 
Dentro de las funciones específicas para el control de ventilación, se pueden destacar varias: 
1. Arranque al vuelo: Esta función permite iniciar el motor en pleno funcionamiento por inercia, evitando 
picos de corriente y asegurando un arranque suave. 
2. Reinicio automático: Permite que el variador reinicie automáticamente después de un fallo o parada no 
deseada, lo que puede ser útil para mantener la continuidad de la operación. 
3. Bandas de frecuencia críticas del ventilador: Esta función ayuda a evitar que el ventilador opere en 
frecuencias que podrían causar resonancias o problemas mecánicos. 
4. Reloj en tiempo real y programador horario: Permite programar horarios de encendido y apagado de 
acuerdo con las necesidades específicas de la aplicación. 
Estas funciones están diseñadas para mejorar el control y la eficiencia de los sistemas de ventilación y asegurar 
un funcionamiento suave y seguro dado que se trata de un sistema indispensable para asegurar la calidad del aire 
y que las condiciones de salubridad sean siempre óptimas [28]. 
3.3.3 Fase de parada 
- Safe Torque Off SIL 3 
- ON/OFF 
- Protección contra condensación 
- Protección frente a congelación 
Respecto a la función ON/OFF es importante reseñar que la función de parada del motor debe clasificarse según 
el tipo de parada que se quiera conseguir y, de pendiendo de ello, la rampa de desaceleración será de una forma 
u otra. A saber: 
• Parada en seco. El motor realiza una parada brusca y el valor de la velocidad pasa de todo a nada de 
forma cuasi inmediata. Este tipo de parada puede provocar daños en el elemento controlado (bomba, 
motor, etc) por lo que debe ser una parada muy controlada y siempre con cierta inercia permitida. 
 
Figura 3.8. Modo parada inminente. 
• Parada por inercia. Se corta la alimentación al motor y este se frena por si solo, por su propia inercia. 
En la gráfica tiempo-velocidad, es una curva cuadrática que desciende hasta velocidad cero. 
 
Figura 3.9. Modo parada por inercia. 
• Parada controlada. El variador va controlando la reducción de la velocidad del motor de forma que esta 
baja de manera lineal. 
 
39 
 
39 
Aplicaciones industriales de los variadores de frecuencia de motores eléctricos para el sector del agua 
y la climatización: diseño, funcionalidad y casos de estudio. 
 
 
Figura 3.10. Modo parada controlada. 
Todas estas paradas son parámetros ya definidos en el equipo por el fabricante y se indican durante la 
programación del mismo qué tipo de parada