SISTEMAS DE BOMBEO ENERGÉTICAMENTE EFICIENTES 5 de mayo de 2011
Índice Introducción. Consumo energético Claves del ahorro. Eficiencia o rendimiento del motor Transmisión mecánica y eficiencia mecánica Calidad suministro eléctrico. Buenas practicas. 1. Fase arranque. 2. Fase funcionamiento. 3. Mantenimiento Miguel Ortega Donat Product Manager División de Medio Ambiente 5 de mayo de 2011
Introducción Las bombas centrifugas tienen un papel decisivo en el desarrollo de la humanidad. No es posible imaginar los modernos procesos industriales y la vida en las grandes ciudades sin la participación de estos equipos. Su participación es imprescindible en actividades básicas para el desarrollo de la calidad de vida como: Suministro de agua potable Evacuación de residuales Sistemas de riegos para la producción agrícola y piscícola de alimentos. Procesos industriales. Servicios (contraincendios, climatización, recreo, etc.).
Consumo energético Algunos datos importantes respecto al consumo energético y el cambio climático: El peso especifico de las bombas centrifugas en el consumo energético supone un 32% del total a nivel europeo. Para generar 1kWh se producen 0,59kg de CO2. En la U.E. se estima un potencial de ahorro de 200 TWh que equivalen a una disminución de 118 millones de toneladas de emisión de CO2, lo que supone un 25% del compromiso de reducción de Kyoto. En 10 años de vida útil, un motor podría acumular 100 veces su valor de venta en gasto energético. El rendimiento en los motores Standard se puede mejorar hasta el 8 % en motores de 1kW y hasta 1,5 % en los motores hasta 100 kw.
Claves en el ahorro El conjunto de claves que propician la eficiencia energética, tanto en nuevas instalaciones como en las ya existentes son las siguientes: Eficiencia o rendimiento del motor. Control de velocidad del motor. Transmisión mecánica y eficiencia mecánica. Buenas practicas de Diseño. Calidad del suministro eléctrico. Prácticas de explotación y mantenimiento.
Eficiencia o rendimiento del motor
Eficiencia o rendimiento del motor El principal consumo eléctrico de una bomba corresponde al motor. Con el objeto de promover el ahorro y mejora del medio ambiente, los diferentes países del mundo han desarrollado políticas energéticas para incentivar el uso de motores eléctricos de elevado rendimiento. En las nuevas instalaciones o adecuación de las existentes se sustituirán los motores poco eficientes por motores de mayor eficiencia probada y a ser posible con regulación de velocidad. En los casos que se requiera una reparación, el taller tendrá en cuenta la modificación del bobinado en función de las reglas anteriormente citadas así como de otros elementos de la instalación para mejorar el rendimiento del motor.
Eficiencia o rendimiento del motor Existe una nueva norma referente a la eficiencia de los motores eléctricos, la IEC 60034-30, la cual difiere de la anterior básicamente en que se introducen nuevos niveles de eficiencia energética (ver los nuevos niveles y su equivalencia con la antigua norma en la tabla siguiente: Nivel Nomenclatura según CEMEP Nomenclatura nueva según IEC 60034-30 Nomenclatura según NEMA Más bajo EFF3 Standard Efficiency No definida No definida Bajo EFF2 Improved Efficiency IE1 Standard Efficiency No definida Alto EFF1 High Efficiency IE2 High Efficiency EPAct Más alto No definida IE3 Premium Efficiency Premium
Eficiencia o rendimiento del motor APLICACIÓN Y EXCEPCIONES DE LA NORMATIVA: Aplica a todos los motores de 0,75 a 375kW, hasta 1000V, 50-60Hz, de 2-4-6 polos (ó 3000-1500-1000rpm bajo 50 Hz). Sin embargo hay excepciones para los países de la UE que afectan claramente a la línea de productos de Bombas Ideal: Motores sumergidos. Motores integrados en bombas*. Motores de 750 rpm. Motores ATEX antideflagrantes * Principalmente bombas de aguas residuales sumergidas, horizontales tipo monobloc y grupos de presión.
Eficiencia o rendimiento del motor NIVELES MÍNIMOS Y FECHAS DE APLICACIÓN: Según la directiva europea "Energy using Products" (EuP), ya recogida en las leyes nacionales de todos los países de la UE, a partir de Junio-2011 se exige un nivel mínimo de rendimiento IE2 (antes EFF1) para todos los accionamientos eléctricos. Otras fechas de interés aún no oficiales son: Enero-2015. Eficiencia mínima IE3 para los motores grandes, de 7,5 a 375kW y eficiencia mínima IE2 para la combinación de motor y variador de frecuencia. Enero-2017. Eficiencia mínima IE3 para todos los motores de 0,75 a 375kW y eficiencia mínima IE2 para la combinación de motor y variador de frecuencia. NOTA: para mayor detalle ver: http://www.energieeffiziente-produktion.siemens.com/en/new-energy-efficiency-classes.htm
Transmisión mecánica y eficiencia mecánica Los rodamientos energéticamente eficientes (E2) tienen potencial para contribuir significativamente a al ahorro energético. Los rodamientos E2 están diseñados especialmente para conseguir una reducción del 30% en el momento de fricción, en comparación con los rodamientos estándar. De hecho, si se usan en todos los motores industriales de la Unión Europea (suponiendo una disminución del 30% en el momento de fricción), los ahorros de energía potenciales equivaldrían a 2460 millones de kwh al año.
Calidad suministro eléctrico Esta en función de los siguientes parámetros: Frecuencia Tensión Armónicos (THD) Factores de potencia - Huecos de tensión - Microcortes - Fluctuaciones de tensión Un suministro eléctrico de calidad deficiente es un foco potencial de problemas para motores, variadores de frecuencia, etc. La localización y resolución de este problema puede ahorrar tiempo y dinero en: Paradas no programadas. Productos defectuosos. Facturas eléctricas elevadas. Sanciones por contaminar el punto de suministro.
Buenas practicas En una Estación de Bombeo de aguas residuales, uno de los mayores gastos es el consumo de energía eléctrica. Por una parte tenemos los arranques cíclicos de las bombas, los consumos de las impulsiones de bombeos, la falta de un efectivo mantenimiento preventivo, la necesidad de mantener una agitación en los pozos de gran tamaño y otros consumos que podemos reducir, sin afectar al proceso.
Buenas practicas 1. Fase arranque. El mayor consumo de las bombas centrifugas se produce durante el arranque, disminuyendo arranques/h ora lograremos un menor consumo. Boya Buena Practica: Mantener las bombas funcionando en continuo el máximo tiempo posible que permita la capacidad de la instalación. Reemplazar los nivel de boyas por niveles ultrasónicos o de presión, ya que en algunos casos las boyas son bloqueados con residuos que evitan su flotación, provocando arranques y paros continuos e innecesarios. Nivel Ultrasónico Transmisor de presión
Buenas practicas 2. Fase funcionamiento. Regulando la velocidad de las bombas en función del caudal. Mayor demanda de caudal de entrada más velocidad y menos caudal menos velocidad. Buena Practica: Una bomba centrífuga funcionando a media velocidad sólo consume 1/8 de la energía si se compara a su funcionamiento a plena velocidad, porque el par necesitado por una bomba guarda una relación cuadrática con el volumen. La explicación radica en la diferencia de presión en el rodete. Cuando se produce una disminución de la presión, se requiere una disminución de la aceleración del fluido a través del rodete. Esta reducción simultánea de la aceleración y la presión multiplica el ahorro energético.
Buenas practicas Ejemplo: Reducir la velocidad de una bomba al 80% solamente requiere el 64% del par (0,8 0,8). Para producir el 64% del par sólo se requiere el 51% de la potencia (0,64 0,8), debido a que el requerimiento de potencia se reduce en el mismo sentido.
Buenas practicas 2. Fase funcionamiento (continuación). En la fase de diseño es básico dimensionar correctamente tanto el tamaño del pozo de bombeo como el nº de bombas que debe tener la Estación de Bombeo. Un tamaño pequeño provoca excesivo nº arranques/hora, lo que provoca un consumo elevado de energía. Es recomendable que la elección del nº de bombas que componen la Estación se repartan el caudal de servicio de forma proporcional, en lugar de que una sola eleve la totalidad del caudal.
Buenas practicas Buena Practica: Las bases teóricas para determinar las condiciones de funcionamiento de la bomba, y también para evaluar las medidas de ahorro de energía. Curva característica. Curva de operación del sistema. Puntos de operación. Determinación de la eficiencia. Leyes de semejanza. Consumo de energía. Costos de operación. Ahorros de energía. Ahorros económicos.
Buenas practicas Buena Practica: Una optima elección desde el punto de vista del funcionamiento de la bomba es determinante en lo que a la vida útil de la bomba se refiere. Zona 1. Si el punto de trabajo esta a la izquierda de la curva, se producen vibraciones, que pueden llegar a causar la rotura del eje. Zona 2. Este rango indica el punto de funcionamiento optimo de la bomba. Zona 3. Si el punto de funcionamiento esta cerca de la derecha de la curva, existe el riesgo de cavitación, a demás, el motor consumirá un exceso de energía provocando un calentamiento excesivo del mismo.
Buenas practicas Buena Practica: Empleo de motores de alta eficiencia energética, aunque de momento la Legislación no es aplicable a las bombas sumergidas de aguas residuales. Un motor eléctrico durante su vida útil cuesta el 2-3% como inversión inicial, 1,5% costo de mantenimiento y el 95% para la respectiva factura eléctrica, por lo tanto es fácil hacer un negocio comprando una bomba con un motor de alta eficiencia energética. El menor coste de la electricidad consumida puede pagar mucha veces el coste adicional de compra, por lo que ahorra mucho dinero y ayuda a reducir el impacto ambiental.
Buenas practicas Ejemplo: Opción 1 Estación de bombeo de aguas residuales tiene que bombear 560 m3 a 11,5 m.c.a. Opción 1. Tres bombas de 9,5 kw que se reparten el caudal a lo largo de la curva resistente o del sistema. Opción 2 Opción 2. Una bomba de 30 Kw que funciona en el punto de trabajo de la curva resistente o del sistema y con variador de frecuencia.
Buenas practicas Buena Practica: Realizar mantenimiento preventivo, reemplazando los elementos en mal estado y haciendo especial incidencia en los siguientes puntos de inspección: Rodamientos Corrosión en terminales de equipos Impulsores*, Refrigeración en motores. Seguimiento periódicos de consumos y de caudal. *El deterioro de los impulsores provocan una disminución del caudal, por ello las bombas necesitan estar más tiempo en marcha
«El ahorro energético no sólo significa disminuir el gasto de un país sino que hay una relación directa con el impacto medioambiental que se produce.» Muchas gracias por su atención Miguel Ortega Donat Product Manager División de Medio Ambiente