sistemas de bombeo energéticamente eficientes - Aimme

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.).
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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.
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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.
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Eficiencia o rendimiento del motor
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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.
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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
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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«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
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