Implementación de Eficiencia Energética en Sistemas de Bombeo para lograr Ahorros en la Industria

Implementación de Eficiencia Energética en Sistemas de Bombeo para lograr Ahorros en la Industria Ing. Ramón Rosas Moya San Salvador, El Salvador Julio 22 de 2016

CONTENIDO: 1. Introducción 2. Pérdidas en el motor 3. Pérdidas en la bomba 4. Pérdidas en el sistema de conducción 5. Uso de variadores de velocidad

Un sistema de bombeo es el conjunto de elementos necesarios para desplazar un fluido de un punto a otro. Lo que incluye: Sub-sistema de suministro energético Sub-sistema de transformación de la energía suministrada en energía hidráulica Sub-sistema de conducción hidráulica Sub-sistema de control del suministro energético Sub-sistema de control del fluido.

Energía Eléctrica Lo Tomemos En Porsiguiente primero último seguida como que será requiere ejemplo el necesitamos elsub-sistema sub-sistema trabajo es SISTEMA DE de el control suministro llevar transformación Luego de conducción agua del un dispositivo de suministro deenergía una hidráulica fuente la energético de eléctrica energía control (tanque) para a de energía llevar hasta flujo un hidráulica. del aldepósito fluido. hasta elevado su destino (tanque) BOMBEO Energía Mecánica Energía Hidraúlica

Pérdidas en la bomba 35% Pérdidas por fricción en tuberías 12% Pérdidas en el motor 10% Fugas de agua en distribución 16% Agua entregada 21% Pérdidas eléctricas 6% Fugas y usos dispendiosos del usuario 7% Trabajo útil 14% El 86% de la energía se perdió

La eficiencia energética en sistemas de bombeo consiste en: Reducir las pérdidas en el sistema eléctrico Reducir las pérdidas en el motor Reducir las pérdidas en la bomba Reducir las pérdidas en el sistema de conducción Evitar fugas y usos dispendiosos de los fluidos bombeados

1. Introducción 2. Pérdidas en el motor 3. Pérdidas en la bomba 4. Pérdidas en el sistema de conducción 5. Uso de variadores de velocidad

Energía eléctrica de entrada Energía mecánica de salida Pérdidas en forma de calor η m = Pm / Pe

Eficiencia de Motores Eléctricos Evolución de la Eficiencia de los Motores Eléctricos en los últimos años EFICIENCIA PREMIUM ALTA EFICIENCI A EFICIENCIA ESTÁNDARD Un motor de eficiencia premiun puede tener una eficiencia entre 4 y 6% superior a uno estándar.

Eficiencia de Motores Eléctricos EFICIENCIA PREMIUM EFICIENCIA ESTÁNDARD Un motor de eficiencia premiun tiene una eficiencia 8% ó superior a uno estándar que ha sido rebobinado. Un motor que ha sido reparado (rebobinado) pierde entre 2 y 3 % de su eficiencia en el proceso de reparación MOTOR REPARADO

Eficiencia de Motores Eléctricos Factores que afectan la eficiencia del motor eléctrico Rebobinado del motor Mantenimiento deficiente Alimentación eléctrica con voltaje desbalanceado Alimentación eléctrica con un voltaje diferente al nominal

Factores que afectan la eficiencia del motor eléctrico Mantenimiento deficiente ACCIONES PARA MEJORAR EL MANTENIMIENTO Revisar periódicamente las conexiones del motor, junto con las de su arrancador. Mantener en óptimas condiciones los sistemas de enfriamiento y ventilación de los motores Efectuar rutinariamente la limpieza del motor, con el propósito de eliminar la suciedad, polvo y objetos extraños, que impidan su óptimo funcionamiento. Implantar un programa de mantenimiento preventivo y predictivo.

Depreciación de la Eficiencia Factores que afectan la eficiencia del motor eléctrico Alimentación eléctrica con voltaje desbalanceado 10.0% Depreciación de la eficiencia del motor por desbalance de voltaje 8.0% 6.0% 4.0% 2.0% 0.0% 0.0% 1.0% 2.0% 3.0% 4.0% 5.0% 6.0% 7.0% 8.0% Desbalance de Voltaje

Depreciación de la Eficiencia Factores que afectan la eficiencia del motor eléctrico Alimentación eléctrica con un voltaje diferente al nominal Depreciación de la eficiencia del motor por voltaje diferente al nominal 10% 8% 6% 4% 2% 0% -30% -20% -10% 0% 10% 20% 30% Variación de Voltaje

Potencia Mecánica Potencia Hidráulica η b = P h / P m Pérdidas

Potencia Externa Potencia Interna Potencia Manométrica Pérdidas Mecánicas Fugas Externas Pérdidas por rozamiento interno Fugas Internas Pérdidas Internas Pérdidas de Carga Pérdidas Externas

Curvas de la Bomba Carga (mca) Potencia (HP) 75 60 45 30 15 0 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Gasto (l/s) Eficiencia (%)

PROBLEMÁTICA Muchas bombas se encuentran trabajando fuera de su zona óptima de diseño, lo que se traduce en bajas eficiencias de operación

PROBLEMÁTICA Un problema común es el sobredimensionamiento del equipo a la hora de hacer la especificación. Ejemplo: Para una aplicación específica se requieren 20 lps con una carga de 90 mca; pero la empresa ha solicitado una bomba para 40 lps.

Carga (mca) Eficiencia PROBLEMÁTICA 125 100 H = 90 75 50 Punto de operación seleccionado 150 120 90 η = 79% 60 25 30 0 0 10 20 30 40 50 60 0 Carga Caudal (l/s) Eficiencia

Carga (mca) Eficiencia PROBLEMÁTICA 125 Punto real de operación Punto de operación seleccionado 150 H = 100 99 H = 90 75 120 90 η = 79% 50 60 η = 51% 25 30 0 0 10 20 30 40 50 60 0 Carga Caudal (l/s) Eficiencia

Carga total Curva del sistema de conducción hidráulica h h f h g Caudal Q

Carga PUNTO DE OPERACIÓN: Punto de operación h Q Caudal

DETERMINACIÓN DEL DIÁMETRO DE LA TUBERÍA Del diámetro de la tubería dependerán las pérdidas de carga del sistema; a mayor diámetro menos pérdidas, pero mayor costo de inversión en la tubería, así es que se trata de determinar el diámetro económico de la tubería Velocidad entre 1 y 1.5 m/s

MODIFICACIÓN DE LA CURVA CARGA- CAPACIDAD DEL SISTEMA DE BOMBEO: Esta modificación se consigue mediante la actuación de válvulas principalmente

MODIFICACIÓN DE LA CURVA CARGA- CAPACIDAD DEL SISTEMA DE BOMBEO: Modificación de la Curva del Sistema 100.0 Carga (H) H2 H1 (Q2, H2) (Q1, H1) 0.0 Q2 0 100 Gasto (Q) Q1 Curva 2 Curva 1 Bomba

MODIFICACIÓN DE LA CURVA CARGA- CAPACIDAD DE LA BOMBA: También se puede presentar la modificación de la curva por otras razones, tales como: Cuando la altura geométrica varía con el tiempo, como en el caso del nivel dinámico de los pozos que varía entre la época de lluvias y el estiaje. Cuando se trabaja contra una carga variable como por ejemplo un filtro que al irse ensuciando ponen mayor resistencia la paso del fluido.

MODIFICACIÓN DE LA CURVA CARGA- CAPACIDAD DE LA BOMBA: Esta se logra variando la velocidad de operación de la bomba con un variador de velocidad de estado sólido.

MODIFICACIÓN DE LA CURVA CARGA- CAPACIDAD DE LA BOMBA: Modificación de la Curva de la Bomba 100.0 H2 N1 (Q2, H2) Carga (H) H1 H2' N2 (Q2, H2') (Q1, H1) 0.0 Q2 0 100 Gasto (Q) Q1 Curva 2 Curva 1 Bomba N1 Bomba N2

MODIFICACIÓN DE AMBAS CURVAS: En muchas aplicaciones, la operación de válvulas para controlar el proceso es indispensable, así es que la modificación de la curva del sistema de conducción se da por requerimientos del proceso. En este caso la variación de la velocidad de operación de la bomba es una buena alternativa para regular la presión en el cabezal.

MODIFICACIÓN DE AMBAS CURVAS: Modificación Simultánea de las Curvas del Sistema y la Bomba 100.0 N1 Carga (H) H1 N2' (Q2, H1) (Q1, H1) 0.0 Q2 0 100 Gasto (Q) Q1 Curva 2 Curva 1 Bomba N1 Bomba N2

MODIFICACIÓN DE AMBAS CURVAS: Modificación Simultánea de las Curvas del Sistema y la Bomba 100.0 N1 Carga (H) H1 AHORRO N2' (Q2, H1) (Q1, H1) 0.0 Q2 0 100 Gasto (Q) Q1 Curva 2 Curva 1 Bomba N1 Bomba N2

CONCLUSIONES: Para lograr ahorros en los sistemas de bombeo de la industria, se deben implementar al menos las siguientes medidas: Sustituir los motores antiguos que hayan sido rebobinados Corregir desbalances de voltaje Alimentar el voltaje nominal del motor Sustituir las bombas que se encuentren trabajando fuera de su zona de diseño Reducir pérdidas de carga incrementando el diámetro de los sistemas de conducción Instalar variadores de velocidad en aplicaciones de carga o gasto variable.

Muchas Gracias Ing. Ramón Rosas Moya Grupo Ergon Plus www.ergonplus.com E.mail: ramonrm@ergonplus.com Tel: +52 (229) 9803477 y 9218173