Guía de gestión energética de zonas verdes y campos de golf SISTEMAS DE IMPULSIÓN Normativa Eup Variadores y Comparativo energético
SISTEMAS DE IMPULSIÓN NORMATIVA Eup EFICIENCIA INTERNA DE UNA BOMBA CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA. VARIADORES DE FRECUENCIA O VARIADORES DE VELOCIDAD, EFICIENCIA DEL MOTOR. MOTORES DE ALTO RENDIMIENTO. COMPARATIVO ENERGÉTICO SISTEMAS DE IMPULSIÓN
En 2007, la Unión Europea acordó recortar las emisiones de CO₂ en un 20% para 2020. Los 27 miembros de la UE deben cumplir este objetivo. Esto, le dará a todos los propietarios de instalaciones comerciales una oportunidad para reducir sus emisiones de CO 2 en sus instalaciones. Reducción de costes Perfil sostenible Instalación de mayor eficiencia
EN LOS CAMPOS DE GOLF, LOS SISTEMAS DE BOMBEO PUEDEN SUPONER HASTA EL 75% DEL CONSUMO ENERGÉTICO DE LA INSTALACIÓN La EU ha reconocido este hecho en la aplicación de motores eléctricos y ha aprovado la normativa de motores eléctricos: EuP Directive on electric motors (EC640/2009)
Se pueden efectuar ahorros? En todos los sistemas de impulsión, las bombas son una parte importante. Se puede ahorrar energía? Como fabricante de bombas, nos centramos en la reducción del consumo energético de los equipos en sistemas como: Aire acondicionado Calefacción Equipos de presión Sistemas de ACS Aguas residuales
Por qué mirar a los equipos de bombeo? Un mínimo del 10% del consumo energético mundial está relacionado con equipos de bombeo. Los motores de las bombas representan el 24% de toda la energía usada por motores. 2/3 de todas las bombas instaladas actualmente funcionan a velocidad constante. Esto, sólo es necesario en un 4-5% de las horas totales de funcionamiento. Simplemente cambiando los equipos de velocidad constante a variable, se puede reducir su consumo energético entre un 20% y un 50%. Es posible mirar más detalladamente en todas las instalaciones
Nuevo enfoque Sustitución Medición Ident. Bomba Recomendación para nuevas bombas Energy Checks Measures Medición Multiple Varias bombas pumps Cálculo de: Consumo energético Auditoría bombeo Entrevista Customer con interview cliente Measures Medición Q, p, P Analysis Análisis of info. data Emisiones deco 2 Coste Ciclo de Vida Auditoría energética Entrevista Customer con interview cliente Measures Medición Q, p, P t, outdoor t, Calculation Cálculos Heat emission Pressure loss Control curves Analysis Análisis of info. data Retorno de Inversión Conducted by Grundfos
EN LOS CAMPOS DE GOLF, LOS SISTEMAS DE BOMBEO PUEDEN SUPONER HASTA EL 75% DEL CONSUMO ENERGÉTICO DE LA INSTALACIÓN La EU ha reconocido este hecho en la aplicación de motores eléctricos y ha aprovado la normativa de motores eléctricos: EuP Directive on electric motors (EC640/2009)
La clasificación energética Clase A Índice de Rendimiento Energético (EEI) EEI<0.40 B 0.40 EEI < 0.60 C 0.60 EEI < 0.80 D 0.80 EEI < 1.00 E 1.00 EEI < 1.20 F 1.20 EEI < 1.40 G 1.40 EEI
NORMATIVAS DEL PARLAMENTO EUROPEO RELACIONANDO MOTORES Y EFICIENCIA Bombas Grundfos España S.A. 2010
Novedades en la Normativa Europea DIRECTIVA 2005/32/EC EUROPEAN PARLIAMENT AND THE COUNCIL OF THE EUROPEAN UNION 2007 EC EuP
Novedades en la Normativa Europea COMMISSION REGULATION 640/2009 COMMISSION OF THE EUROPEAN COMMUNITIES CEC
La Comisión Reguladora implementa la directiva del Parlamento Europeo 2005/32/EC respecto a los requisitos de diseño ecológico para las bombas y motores.
Definición de EuP y ErP Productos que utilizan energía (EuPs), que utilizan, generan, transfieren o miden la energía (electricidad, gas, combustibles fósiles), tales como calderas, ordenadores, televisores, transformadores, ventiladores industriales, hornos industriales, etc. Otros productos relacionados con la energía (ErP) que no utilizan energía, pero tienen un impacto sobre la energía y por lo tanto pueden contribuir al ahorro de energía, tales como ventanas, material de aislamiento, duchas, grifos, etc.
El efecto de la casa verde (The green house effect). En la actualidad la concentración de CO2 en la atmósfera es de alrededor de 385 ppm (partes por millón). Antes de la industrialización era de 280 ppm. Los análisis del aire contenido en el hielo de la Antártida muestran que hay mucho más CO2 en el aire hoy que en cualquier momento en los últimos 650.000 años. LA NUEVA OBLIGATORIEDAD EN LOS NIVELES DE EFICIENCIA PARA LOS MOTORES ELECTRICOS PROVOCARÁ UNA DISMINUCIÓN DE EMISIONES DE CARBONO Fuente : Ministerio de Clima y Energía de Dinamarca
Retos de EU - El cambio climático - Aumento de las emisiones de - La creciente dependencia de los combustibles fósiles de importación - Aumento de los costos de energía - Caída de la competitividad Objetivos EU 20/20/20 vs. 1990(and of course Kyoto, NEC, etc.) -20% Carbon energy target year -20% 2020
Demandas del Mercado. Características de producto, tales como la eco-amistad, la sostenibilidad y la eficiencia energética están creciendo en importancia como criterios de compra para sus clientes.
Clases de Eficiencia IE para motores eléctricos
Clases de Eficiencia Las nuevas Clases de eficiencia tienen nueva nomenclatura: IE3 NEMA Premium (IE3) IE1 (Eficiencia Estándar) IE2 (Eficiencia Alta) Nivel de Eficiencia 2 IE2 IE1 NEMA EPAct (IE2) IE3 (Eficiencia Premium) IE = International Efficiency.
Motores Eléctricos MESP IE2 IE3 Unos 30 millones de nuevos motores eléctricos son vendidos cada año con fines industriales, unos 300 millones de motores están en uso en la industria, infraestructuras y grandes edificios. Estos motores eléctricos son responsables del 40% de la electricidad mundial para manejar bombas, ventiladores, compresores y otros equipos de tracción mecánica. La tecnología de motor ha evolucionado en las últimas décadas. Los superiores son llamados «premium» y ya están disponibles, listos para el cambio del mercado hacia la eficiencia energética y contribuir en la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero en todo el mundo.
Ejemplo IE vs. Eff1 Como ejemplo, los valores de eficiencia de 3 motores de acuerdo con los nuevos y los viejos métodos de determinación de pérdidas se muestran en la tabla siguiente:
Coste vs. eficiencia 180 EuP Lote de 11 Motors Final Coimbra, 18 de Febrero 2008 El valor de un motor de IE2/EFF1, se estima un costo alrededor de 20-30% más que un motor EFF2, que representa la gran mayoría de las ventas en el mercado. Eff2 = index 100 160 140 120 100 80 60 100 100 130 120 160 140 Cost small Cost big Los precios de los motores IE3/Premium puede ser un 40-60% más alto que el precio de un motor de EFF2. La diferencia está atenuada cuando la potencia crece. (pagina 57) 40 20 0 Low kw High kw Low kw High kw Low kw High kw Eff2 / IE1 Eff1 / IE2 IE3
MEPS en EU 6 Julio 2005 EU adoptó la Eco-design Directiva (2005/32/EC) para Productos que utilicen Energía un marco general que se complementa con medidas de implementación (Ej. MEPS). 22 Julio 2005 Comisión de la UE adoptó un reglamento para aplicar los requisitos de eco-design para motores eléctricos (Reglamento 640/2009), con efecto a partir de mediados de 2011, dando a los fabricantes 2 años para garantizar que sus productos cumplen. 16 Julio 2011 Etapa 1: motores deben cumplir con el nivel de eficiencia IE2 1 Enero 2015 Etapa 2: Los motores con una potencia de salida 7.5 375 Kw. deben cumplir el nivel de eficiencia IE3 o el nivel de IE2 si esta equipado con un accionamiento de velocidad variable. 1 Enero 2017 Etapa 3: Los motores con una potencia nominal de 0,75 a 375 kw deberán cumplir con el nivel de eficiencia IE3 o el nivel IE2 si esta equipado con un accionamiento de velocidad variable
Cómo se marcará motores
GRUNDFOS SP Consumo global de potencia eléctrica: Se utiliza entre el 20% y el 25% para el funcionamiento de la bomba Se podría ahorrar entre el 30% y el 50% de la energía consumida por los sistemas de bombeo 25
SOLUCION utilización de energias alternativas y bombas con variador de velocidad
GRUNDFOS SP Coste inicial: 5% Coste mantenimiento: 10% Coste energía: 85% Initial cost: 5% 27
Curva típica bomba Altura/Caudal/Punto de trabajo/potencia
RENDIMIENTO, EFICIENCIA Potencia suministrada al motor Potencia suministrada a la bomba P4 Rendimiento del motor Rendimiento de la bomba Potencia eléctrica se transforma en potencia mecánica P1 P2 Potencia mecánica se transforma en potencia hidráulica P2 P4
Normas aplicables a las bombas Las curvas de las bombas centrífugas se han diseñado de acuerdo a la ISO 9906 Anexo A, en el que se especifica las tolerancias de las curvas. CAUDAL +/- 9 % ALTURA +/- 7 % POTENCIA +/- 9 % RENDIMIENTO +/- 7 %
Energía, Potencia y Rendimiento Proceso de transformación de la energía ENERGIA ELECTRICA ENERGIA MECANICA ENERGIA HIDRAULICA
Energía, Potencia y Rendimiento Pérdidas y rendimiento Rendimiento: P2 P1
Los diferentes niveles de potencia P 2 P 1 P1 : potencia eléctrica absorbida por el motor; P2 : potencia mecánica en el eje del motor; P3 : potencia absorbida por el eje de la bomba; P4 : potencia hidráulica entregada al fluido. P 3 P 4
Potencia eléctrica P1 P P η 2 1 = motor En función de la intensidad consumida la potencia eléctrica Monofásico Trifásico P1 ( watt ) = U ( volt )* I ( amperios )* cos Φ P1 ( watt ) = 3 * U ( volt ) * I ( amperios ) * cos Φ
Potencia mecánica P3 P3 = η P 4 ( eta) hidráulico H (m ) 3 2 η (% ) 6 8 P 3 (k W ) 2,3 1 8 Q (m 3 /h) Q (m 3 /h)
Rendimiento hidráulico H (m ) H (m ) η (% ) 6 8 1 8 Q (m 3 /h ) η (% ) 6 8 1 8 Q (m 3 /h ) H (m) 65 70 72 70 65 60 18 Q (m 3 /h)
Potencia hidráulica P4 P4 = r. g. Q. H 1. P4 : potencia en watios (W); 2. r (ro): densidad del líquido en kilogramos por metro cubico (kg/m3) 3. g: aceleración gravitatoria en metros por segundo cuadrado (m/s2); 4. Q : caudal en metros cúbicos por segundo (m3/s); 5. H : presión o altura manométrica total suministrada por la bomba (m). Q( m P = 4 3 / h)* H ( m) 367
Eficiencia o ETA Para agua a 20 C, Q medido en m3/h y H en m, la potencia hidráulica se puede calcular como: La eficiencia depende del caudal y de la altura Optimizar siempre el punto de trabajo
OPTIMIZACIÓN DEL PUNTO DE TRABAJO Utilización VDF
Arranque estrella-triangulo
Arranque con VDF
Variación de velocidad H(m) H1 P3 P1 Q2 Q1 Q (m 3 /h)
VENTAJAS EN "AGUA FRÍA" : - obtener una presión constante en la descarga - Para obtener un caudal constante - control por medio de una señal 4-20mA/0-10V Variación de velocidad
CÓMO VARIAR LA VELOCIDAD DE UN MOTOR ASÍNCRONO? Corriente alterna: + t - 1 periodo La frecuencia (Hz), és la cantidad de periodos o ciclos que hay en 1 segundo
Principio del variador de Frecuencia:. 1x230V ou 3x400V Filtro de corriente alterna Puente rectificador Filtro C.C. Inversor 3 M Motor
VARIACION DE FRECUENCIA VENTAJAS Sin limite de potencia Rendimiento elevado No afecta al rendimiento del motor de forma importante Flexible para utilizar en un amplio rango de velocidades INCONVENIENTES Electrónica más compleja Más caro
Los motores con variador pueden llegar a ahorrar el 5% del total de energia total electrica consumida, cumpliendo el objetivo Eup.
Consumo de energía
Ejemplo de perfil de carga Caudal [m³/h] 200 150 100 50 0 Horas Cuantas bombas en paralelo? > Cuales son los caudales annuales mínimo y máximo requeridos? > Cuales son los caudales diarios mínimo y máximo requeridos? > Cómo es el perfil diario?
Bombas electrónicas
Curva de potencia P1 H P4 P2 P3 P4 P Q P2 Q P1= P2 x Motor h
1 : Punto de trabajo con η pobre H 1 2 2 : Punto de trabajo con η bueno % 0 0 0 0 η Q Q
Rendimiento - Fórmula P = Q H g D η P = 1 3600 1 9.81 1000 1 = 2.72 Q = m³/s m = H [m] g = 9.81 m/s D (densidad) = kg/m³ [ m] 3 m / h H 2.72 P = = η 1000 kw
Ejemplo: LP 100-125/137 P1 P2 P3 Capacidad: 130 m³/h Altura: 16 m P4 P4: ( ) 130m 3 / h 16m H 2.72 = 5.65kW 1000 H P4 P2: ( ) 130m 3 / h 16m H 2.72 = 7.53kW 0.75 1000 P Q P2 P1: ( ) 130m 3 / h 16m H 2.72 = 9.07kW 0.83 0.75 1000 Q P1= P2 x Motor h
Adaptación del rendimiento de la bomba al punto de trabajo del momento
Díametro cambiante del impulsor Fórmula teórica d 1 d 2 2 1 Q d = Q2 d 1 Ojo! El cambio de díametro cambia también el rendimiento Impulsor
Díametro cambiante del impulsor d = d 2 1 Q Q 2 1 H d = 216 1 d = 2 193 d 2 = 216 40 50 d 2 = 193 0 0 Q 2 Q 1 Q
Control de velocidad
El Concepto del Hydro MPC,
Ley de afinidad nx n H H x P P x Q = Q Q = Q Q = Q x x x 2 3 La velocidad n es proporcional al caudal Q La altura H es proporcional al caudal Q elevado al cuadrado La potencia de entrada P es proporcional al caudal Q elevado al cubo
Efectos de la velocidad variable n1 x (Q2/Q1) = n2 2900 x (12.5/25) = 1450 H1 x (Q2/Q1) = H2 2 10 x (12.5/25) = 2.5 P1 x (Q2/Q1) = P2 3 1.2 x (12.5/25) = 0.15 2 3 H 10 2.5 1.2 0.15 n1 = 2900 n2 = 1450 12.5 25 Q
Bomba estándar 24 20 H [m] 50% 60% 70% 75% TP 100-125/137 79% 16 12 75% 70% 60% 50% 8 4 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 Q [m³/h]
Cálculo con bomba estándar 1 4 3 2 [ ] kw m head h m P = = 1000 2.72 / 3 η 6.20kW 1000 0.76 2.72 16 110 = 5.71kW 1000 0.78 2.72 20 82 = 4.91kW 1000 0.67 2.72 22 55 = 3.05kW 1000 0.47 2.72 24 22 =
Bombas VFD / Presión constante H [m] 24 50% 60% 70% 20 TP 100-125/137 75% 79% 16 75% 70% 60% 12 50% 8 4 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 Q m³/h
Cálculo con bombas VFD Presión constante 1 4 3 2 [ ] kw m altura h m P = = 1000 2.72 / 3 η 6.20kW 1000 0.76 2.72 16 110 = 4.51kW 1000 0.79 2.72 16 82 = 3.28kW 1000 0.73 2.72 16 55 = 1.99kW 1000 0.48 2.72 16 22 =
Bomba VFD / Presión porporcional H [m] 24 50% 60% 70% 20 TP 100-125/137 75% 79% 75% 16 70% 60% 12 50% 8 4 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 Q m³/h
Cálculo con bomba VFD Presión proporcional 1 4 3 2 [ ] kw m altura h m P = = 1000 2.72 / 3 η 6.20kW 1000 0.76 2.72 16 110 = 3.75kW 1000 0.78 2.72 11 82 = 1.72kW 1000 0.785 2.72 9 55 = 0.65kW 1000 0.64 2.72 7 22 =
Cálculo, un año Bomba estándar Control de frecuencia Presión constante Presión proporcional Cauda l [m 3 /h] Cauda l [%] Horas P 1 [kw] Sum: [kwh] P 1 [kw] Sum: [kwh] P 1 [kw] Sum: [kwh] 110 100 380 6.20 2,356 6.20 2,356 6.20 2,356 82.5 75 1450 5.71 8,279 4.51 6,539 3.75 5,437 55 50 2850 4.91 13,993 3.28 9,348 1.72 4,902 22 20 4080 3.05 12,444 1.99 8,119 0.65 2,652 37,072 26,362 15,347 100% 71% 42%
GRACIAS POR SU ATENCIÓN