Optimización de los sistemas de bombeo para ahorrar energía eléctrica
Debido al aumento global de los costos de energía, nunca ha habido un mejor momento para revisar y evaluar la eficiencia de los sistemas de bombeo, independientemente de su tamaño, complejidad o la aplicación de cada operación.
En este artículo, Steve Schofield, miembro del Consejo Ejecutivo de Europump y presidente del grupo de trabajo internacional responsable de la ISO 14414 (Evaluación de energía de los sistemas de bombeo), ofrece información básica y orientación sobre la compra, mantenimiento y diseño de los sistemas de bombeo para conseguir una eficiencia energética óptima, la máxima reducción de CO₂ y una reducción en el tiempo de recuperación de la inversión realizada.
Los sistemas de bombeo representan el 20% de la demanda mundial de energía eléctrica y entre el 25% al 50% del uso de la energía eléctrica en ciertas aplicaciones. Los equipos de bombeo son el mayor usuario de electricidad en toda la Unión Europea, consumiendo más de 300 TWhpa de electricidad, lo que a su vez representa más de 65 millones de toneladas en emisiones de CO₂.
También se ha podido documentar que los equipos de bombeo rotodinámicos representan el 80% de la base instalada y están sobredimensionados entre un 20-30%. Por lo tanto, se podría lograr un gran ahorro de energía si estos equipos de bombeo rotodinámicos tuvieran el tamaño y el funcionamiento adecuados.
Evaluación del potencial de ahorro
Lo primero es analizar el sistema de bombeo. Para identificar si un sistema de bombeo tiene el tamaño correcto, hay que realizar las siguientes comprobaciones:
¿Se está desperdiciando caudal de líquido?
¿Se está creando una sobrepresión adicional?
¿Cuál es la filosofía de funcionamiento y control?
¿Hay equipos de bombeo de gran tamaño dentro del proceso?
¿Podría haber equipos de bombeo sobredimensionados para el servicio requerido?
¿Hay equipos de bombeo anticuados?
¿Hay demasiado ruido en el sistema?
¿Hay válvulas de estrangulamiento en el sistema?
¿Se han instalado tuberías de un tamaño adecuado?
Un mantenimiento inadecuado reducirá la eficiencia del sistema de bombeo. ¿Qué procedimiento de mantenimiento está operativo?
¿Se ha adoptado un programa proactivo encaminado al reemplazo de equipos, de acuerdo con la legislación actual de la UE?
Tecnología disponible - Elección del equipo adecuado
Es importante analizar la tecnología de accionamiento y utilizar la última regulación de la UE para conseguir la mayor eficiencia posible en el accionamiento.
Variador de velocidad (VSD).
Control y monitorización integrado.
Tecnología de imanes permanentes.
Diseño del sistema - Tomar la decisión correcta
La gran mayoría de los sistemas de bombeo que operan hoy en día no han sido diseñados originalmente con un criterio de conservación de la energía, como un objetivo importante. Si los sistemas de bombeo se diseñan inicialmente sobre una base de eficiencia energética y los equipos de bombeo se aplican y dimensionan correctamente, el ahorro de energía podría superar el 50%.
Para diseñar un sistema de bombeo energéticamente eficiente se deben tener en cuenta todos los siguientes criterios:
Diseño base de la planta.
Tamaño de la tubería, configuración y restricciones por las pérdidas de carga.
Información sobre el fluido (viscosidad, densidad, agresividad, temperatura).
Características del sistema y selección de los equipos de bombeo.
Equipo de bombeo / sistema de control.
Evitar el sobredimensionamiento de las unidades de bombeo.
Seleccionar equipos de bombeo energéticamente eficientes en el mejor punto de eficiencia.
Adaptación de VSD para que coincida con el diseño y la demanda del sistema.
Conseguir bajos costos de energía es el resultado directo de conocer cuál es el caudal y la presión mínima que requiere el sistema para operar con éxito (demanda del sistema), y luego seleccionar el equipo de bombeo del tamaño correcto adaptándolo al sistema.
Al seleccionar un equipo de bombeo, es importante conocer el caudal y la presión requeridos para dicho equipo. El caudal puede estar determinado por un requisito del proceso, por el calentamiento o enfriamiento de un sistema o por la demanda máxima de agua para los servicios públicos. La presión requerida puede ser la necesaria para elevar el líquido dentro de un sistema o para superar las pérdidas de presión creadas en ese sistema a medida que el líquido pasa a través de él.
Es importante saber tanto como sea posible sobre el sistema de bombeo y crear un perfil de presión/caudal adecuado a ese sistema. La energía requerida para accionar el equipo de bombeo está directamente relacionada con el caudal y la presión requerida. Generar altas presiones podría conducir a diseños ineficientes y, por lo tanto, es importante que ni el caudal ni la presión estén sobredimensionados.
Los variadores de velocidad pueden ahorrar energía
Actualmente, ya se han logrado importantes ahorros de energía mediante el uso de variadores de velocidad y motores de alta eficiencia. Generalmente, los VSD se utilizan para ajustar continuamente la velocidad del equipo de bombeo a la demanda.
Los ahorros pueden ser determinados mediante las leyes de afinidad:
Q= Caudal, H= Altura de elevación, P = Potencia, N = Velocidad de rotación
Al diseñar un nuevo sistema de bombeo, la mayoría de los equipos se seleccionan con un "factor de seguridad". Se trata de un porcentaje para prevenir posibles tasas de aumento futuras o para compensar el desgaste del equipo de bombeo o el ensuciamiento del sistema. Habitualmente, hay muchas partes diferentes involucradas en la especificación y construcción de un sistema, por lo que el factor de seguridad puede crecer exponencialmente. Esto da como resultado que el equipo de bombeo impulse un caudal mucho más alto de lo requerido. También puede ser necesario variar el caudal debido a las condiciones del proceso o a las necesidades variables de calefacción y/o refrigeración dentro de los edificios.
Tradicionalmente, se utiliza el estrangulamiento como medio para regular el caudal en un sistema de bombeo. Cuando estrangulamos el paso del fluido reducimos el caudal, pero el motor sigue funcionando a toda velocidad y trabaja en condiciones más duras, debido a que tiene que trabajar contra una restricción. Al reducir la velocidad del motor, el variador de velocidad garantiza que no se utilice más energía de la necesaria para alcanzar el caudal requerido. Un equipo de bombeo centrífugo que funcione a la mitad de su velocidad de diseño consume sólo una octava parte de la energía en comparación con otro que funcione a plena velocidad. El uso de un variador de velocidad electrónico es la forma más sencilla y económica de controlar el equipo de bombeo y adaptarlo al sistema de bombeo diseñado.
Consideraciones para optimizar el uso de energía en los sistemas de bombeo
1- ¿Se ha considerado una configuración alternativa?
En algunos casos, pasar de un diseño con un equipo de bombeo existente a una alternativa nueva puede ofrecer posibilidades de ahorro de energía.
2- ¿Se supervisa el rendimiento del equipo de bombeo?
Buscar signos tempranos de desgaste en el equipo de bombeo como el aumento del nivel sonoro, la vibración o el consumo de energía puede llevar a importantes ahorros en energía y mantenimiento.
3- ¿Se ha tenido en cuenta la necesidad de mantenimiento?
Al diseñar o reemplazar un equipo de bombeo, se deben considerar los requisitos de mantenimiento futuro.
4- Instalación del variador de velocidad
Al instalar un VSD en un sistema de bombeo, se deben considerar los filtros en la alimentación de entrada y salida, así como el aislamiento de los cojinetes del motor.
5- Mantenimiento
Para el mantenimiento de los sistemas de bombeo es importante seguir las recomendaciones y utilizar piezas originales del fabricante.
6- Fiabilidad / Seguridad
Es más probable que los equipos de bombeo eficientes y bien mantenidos sean seguros y es poco probable que fallen prematuramente causando la pérdida de producción o servicios.
7- Válvulas
Se considera que las válvulas desperdician energía dentro de un sistema de bombeo, sin embargo, si tienen que ser instaladas, deberán verificarse periódicamente para su correcto funcionamiento.
8- Equipos de bombeo de reserva
Las unidades que están instaladas como reserva o sin demanda deberán estar apagadas para ahorrar energía.
9- ¿El equipo de bombeo funciona la mayor parte del tiempo cerca de su mejor punto de eficiencia?
Los equipos de bombeo rotodinámicos que funcionan lejos de BEP no sólo desperdician energía, sino que también reducen su esperanza de vida.
10- Alteraciones del sistema
Al actualizar, cambiar o expandir un sistema de bombeo, la demanda puede haber cambiado y los equipos de bombeo existentes pueden no ser la solución más eficiente.
11- Comprar la combinación de equipos de bombeo correcta
Al comprar varios equipos de bombeo, el precio no debe ser el factor decisivo. Si un equipo de bombeo está bien dimensionado y tiene el tamaño correcto, el retorno de la inversión es más corto, del mismo modo, si ese equipo está sobredimensionado estará desperdiciando energía y tendrá ese costo adicional durante toda su vida útil.
12- ¿Se ha realizado una comprobación energética de los sistemas existentes?
El número de equipos de bombeo instalados es diez veces superior al número de equipos que se venden cada año. Realizar auditorías energéticas de acuerdo con la norma ISO 14414 puede conseguir identificar ahorros de energía sustanciales en los sistemas de bombeo ya existentes.
Recomendaciones
-Al especificar un equipo de bombeo nuevo es recomendable que se instale con un motor de alta eficiencia.
-Si hay que reemplazar o rebobinar un motor, se debe evaluar el costo de instalar uno de alta eficiencia.
-Hay que recordar que los ahorros de funcionamiento pagarán cualquier aumento en el costo.
-Revisar las facturas de servicios públicos y analizar la energía que se está utilizando.
-Llevar a cabo una auditoría en los siguientes casos:
Las facturas de energía son altas
Los equipos de bombeo están en funcionamiento continuo
Hay muchos equipos de bombeo en un mismo sistema
Hay procesos con caudales variables
Hay equipos de bombeo estrangulados
Hay equipos de bombeo de reserva
Se observan válvulas o tuberías ruidosas
Los sistemas críticos han estado sujetos a averías
El propósito de una auditoría energética es bajar los costos operativos reduciendo el consumo de energía. Algunos gobiernos estiman que la mayoría de las empresas podrían reducir su consumo de energía entre un 10 % y un 20 %. Las auditorías energéticas realizadas de acuerdo con la norma ISO 14414 han demostrado que los ahorros del 30 al 50 % no son tan inusuales.
A la hora de decidir si realizar o no una auditoría energética, un buen punto de partida es suponer que se conseguirá un ahorro de al menos un 10 % del consumo energético actual. Revisando las facturas de las empresas de suministros energéticos se puede obtener una indicación de los ahorros que se pueden conseguir y la inversión que se debe preparar para realizar las indicaciones del proceso de auditoría.
En la mayoría de las instalaciones industriales alrededor de dos tercios del consumo total de energía se utiliza para alimentar motores eléctricos. Además, el costo total asociado al funcionamiento de estos equipos esenciales a lo largo de toda su vida útil se puede desglosar como sigue: el 5% representa los costos iniciales de compra / instalación, el 10% para el mantenimiento continuo y un 85% para la energía utilizada para hacerlos funcionar.
Obviamente, es muy importante reducir la energía consumida por los motores eléctricos y con la aplicación de diseños modernos esa reducción puede ser de hasta el 30%. También es evidente que muchos equipos de bombeo y motores funcionan constantemente a plena potencia, independientemente de las necesidades del proceso, por lo que existe la posibilidad de un ahorro de energía muy significativo, ahorro que a su vez puede aumentar la rentabilidad de cualquier negocio.
Viernes, 26 de abril de 2024 
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