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