eficiencia energética bombas centrífugas

EELLAABBOORRAADDOO PPOORR::

UUNNIIVVEERRSSIIDDAADD DDEELL AATTLLÁÁNNTTIICCOO

GGRRUUPPOO DDEE GGEESSTTIIÓÓNN EEFFIICCIIEENNTTEE DDEE EENNEERRGGÍÍAA,, KKAAII::

DDRR.. JJUUAANN CCAARRLLOOSS CCAAMMPPOOSS AAVVEELLLLAA,, IINNVVEESSTTIIGGAADDOORR PPRRIINNCCIIPPAALL..

MMSSCC.. EEDDGGAARR LLOORRAA FFIIGGUUEERROOAA,, CCOOIINNVVEESSTTIIGGAADDOORR..

MMSSCC.. LLOOUURRDDEESS MMEERRIIÑÑOO SSTTAANNDD,, CCOOIINNVVEESSTTIIGGAADDOORR..

MMSSCC.. IIVVÁÁNN TTOOVVAARR OOSSPPIINNOO,, CCOOIINNVVEESSTTIIGGAADDOORR..

IINNGG.. AALLFFRREEDDOO NNAAVVAARRRROO GGÓÓMMEEZZ,, AAUUXXIILLIIAARR DDEE IINNVVEESSTTIIGGAACCIIÓÓNN..

UUNNIIVVEERRSSIIDDAADD AAUUTTÓÓNNOOMMAA DDEE OOCCCCIIDDEENNTTEE

GGRRUUPPOO DDEE IINNVVEESSTTIIGGAACCIIÓÓNN EENN EENNEERRGGÍÍAASS,, GGIIEENN::

MMSSCC.. EENNRRIIQQUUEE CCIIRROO QQUUIISSPPEE OOQQUUEEÑÑAA,, CCOOIINNVVEESSTTIIGGAADDOORR..

MMSSCC.. JJUUAANN RRIICCAARRDDOO VVIIDDAALL MMEEDDIINNAA,, CCOOIINNVVEESSTTIIGGAADDOORR..

MMSSCC.. YYUURRII LLÓÓPPEEZZ CCAASSTTRRIILLLLÓÓNN,, CCOOIINNVVEESSTTIIGGAADDOORR..

EESSPP.. RROOSSAAUURRAA CCAASSTTRRIILLLLÓÓNN MMEENNDDOOZZAA,, CCOOIINNVVEESSTTIIGGAADDOORR..

AASSEESSOORR

MMSSCC.. OOMMAARR PPRRIIAASS CCAAIICCEEDDOO,, CCOOIINNVVEESSTTIIGGAADDOORR..

UUNN PPRROOYYEECCTTOO DDEE LLAA UUNNIIDDAADD DDEE PPLLAANNEEAACCIIÓÓNN MMIINNEERROO

EENNEERRGGÉÉTTIICCAA DDEE CCOOLLOOMMBBIIAA ((UUPPMMEE)) YY EELL IINNSSTTIITTUUTTOO

CCOOLLOOMMBBIIAANNOO PPAARRAA EELL DDEESSAARRRROOLLLLOO DDEE LLAA CCIIEENNCCIIAA YY LLAA

TTEECCNNOOLLOOGGÍÍAA.. ““FFRRAANNCCIISSCCOO JJOOSSÉÉ DDEE CCAALLDDAASS”” ((CCOOLLCCIIEENNCCIIAASS))..

____________________________________________________________________________________________________________

AAHHOORRRROO DDEE EENNEERRGGÍÍAA EENN SSIISSTTEEMMAASS DDEE BBOOMMBBAASS CCEENNTTRRÍÍFFUUGGAASS

i

CCOONNTTEENNIIDDOO

Pág.

IINNTTRROODDUUCCCCIIÓÓNN……………………………………………………………………………………………………………………………….. 11

11.. RREECCOOPPIILLAACCIIÓÓNN DDEE DDAATTOOSS……………………………………………………………………………………………….. 22

11..11 DDAATTOOSS DDEE PPLLAACCAA DDEE LLAASS BBOOMMBBAASS…………………………………………………………………….......................... 22

11..22 IINNFFOORRMMAACCIIÓÓNN DDEELL FFLLUUIIDDOO DDEE TTRRAABBAAJJOO…………………………………………………………………….......... 22

11..33 MMOOTTOORR AACCOOPPLLAADDOO…………………………………………………………………….................................................................... 22

11..44 IINNFFOORRMMAACCIIÓÓNN GGEENNEERRAALL DDEE LLAA EEMMPPRREESSAA EE IINNFFOORRMMAACCIIÓÓNN PPAARRTTIICCUULLAARR

DDEE LLAASS BBOOMMBBAASS CCEENNTTRRÍÍFFUUGGAASS..………………………………………….................................................................... 22

22.. MMEEDDIICCIIOONNEESS………………………………………………………………………………………………………………………………...... 33

22..11 PPAARRÁÁMMEETTRROOSS DDEE MMEEDDIICCIIÓÓNN…………………………………………………………………………………………………… 33

22..22 FFOORRMMAATTOOSS DDEE MMEEDDIICCIIÓÓNN………………………………………………………………………………………………………….. 33

33.. BBAASSEESS TTEEÓÓRRIICCAASS PPAARRAA RREEAALLIIZZAARR LLAA EEVVAALLUUAACCIIÓÓNN DDEE LLAASS

MMEEDDIIDDAASS DDEE AAHHOORRRROO DDEE EENNEERRGGÍÍAA…………………………………………………………………….... 44

33..11 CCUURRVVAA CCAARRAACCTTEERRÍÍSSTTIICCAA DDEE LLAA BBOOMMBBAA………………………………………………………………………….... 44

33..22 CCUURRVVAA DDEE OOPPEERRAACCIIÓÓNN DDEELL SSIISSTTEEMMAA……………………………………………………………………………….... 55

33..22..11 CCaarrggaa EEssttááttiiccaa TToottaall……………………………………………………………………………………………………............ 55

33..22..22 CCaarrggaa DDiinnáámmiiccaa TToottaall………………………………………………………………………………………………………… 66

33..22..33 CCoonnssttrruucccciióónn ddee llaa CCuurrvvaa ddeell SSiisstteemmaa…………………………………………………………………… 77

33..33 PPUUNNTTOOSS DDEE OOPPEERRAACCIIÓÓNN DDEE LLAA BBOOMMBBAA…………………………………………………….................................. 88

33..33..11 CCaauuddaall CCoonnssttaannttee…….................................................................................................................................................... 88

33..33..22 CCaauuddaall VVaarriiaabbllee…….......................................................................................................................................................... 99

33..33..33 MMééttooddooss ddee RReegguullaacciióónn.......................................................................................................................................... 99

33..33..44 CCoonnssttrruucccciióónn ddee llaa CCuurrvvaa ddeell SSiisstteemmaa aa ppaarrttiirr ddeell PPuunnttoo ddee

OOppeerraacciióónn ddee llaa BBoommbbaa…………………………………………………………………………………………………… 1144

33..33..55 DDeetteerrmmiinnaacciióónn ddeell CCaauuddaall ddee OOppeerraacciióónn PPrroommeeddiioo.................................................... 1155

33..44 MMÉÉTTOODDOO AALLTTEERRNNAATTIIVVOO PPAARRAA DDEETTEERRMMIINNAARR LLAA EEFFIICCIIEENNCCIIAA DDEE LLAA BBOOMMBBAA........ 1166

33..55 LLEEYYEESS DDEE SSEEMMEEJJAANNZZAA.......................................................................................................................................................... 1177

33..66 DDEETTEERRMMIINNAACCIIÓÓNN DDEELL CCOONNSSUUMMOO DDEE EENNEERRGGÍÍAA........................................................................................ 1188

33..77 DDEETTEERRMMIINNAACCIIÓÓNN DDEE CCOOSSTTOOSS DDEE OOPPEERRAACCIIÓÓNN........................................................................................ 1188

33..88 DDEETTEERRMMIINNAACCIIÓÓNN DDEE LLOOSS AAHHOORRRROOSS DDEE EENNEERRGGÍÍAA.............................................................................. 1199

33..88..11 AAhhoorrrroo ppoorr DDiissmmiinnuucciióónn ddee DDeemmaannddaa…………………………………………………………………….. 1199

33..88..22 AAhhoorrrroo ddee EEnneerrggííaa ppoorr DDiissmmiinnuucciióónn eenn eell CCoonnssuummoo…………………………………… 1199

33..99 DDEETTEERRMMIINNAACCIIÓÓNN DDEE LLOOSS AAHHOORRRROOSS EECCOONNÓÓMMIICCOOSS.......................................................................... 2200

____________________________________________________________________________________________________________


ii

Pág.

44.. PPRROOCCEEDDIIMMIIEENNTTOO DDEE EEVVAALLUUAACCIIÓÓNN DDEE LLAASS MMEEDDIIDDAASS DDEE

AAHHOORRRROO DDEE EENNEERRGGÍÍAA………………………………………………………………………………………………………….. 2211

44..11 CCAARRAACCTTEERRIIZZAACCIIÓÓNN DDEELL SSIISSTTEEMMAA DDEE BBOOMMBBEEOO……………………………………………………………… 2222

44..22 SSUUSSTTIITTUUCCIIÓÓNN DDEE LLAA BBOOMMBBAA PPOORR UUNNAA CCOONN MMAAYYOORR EEFFIICCIIEENNCCIIAA

SSUUMMIINNIISSTTRRAANNDDOO EELL MMIISSMMOO CCAAUUDDAALL.................................................................................................................. 2222

44..33 SSUUSSTTIITTUUCCIIÓÓNN DDEELL MMOOTTOORR EELLÉÉCCTTRRIICCOO AACCTTUUAALL QQUUEE IIMMPPUULLSSAA AA LLAA

BBOOMMBBAA PPOORR UUNNOO DDEE MMAAYYOORR EEFFIICCIIEENNCCIIAA.................................................................................................... 2222

44..33..11 RReeeemmppllaazzoo ddee MMoottoorreess eenn OOppeerraacciióónn…………………………………………………………………… 2233

44..33..22 PPoorr NNuueevvaa AAddqquuiissiicciióónn…………………………………………………………………………………………………….... 2233

44..33..33 PPaarraa SSuussttiittuuiirr EEqquuiippooss DDaaññaaddooss……………………………………………………………………………….... 2233

44..44 RREECCOORRTTEE DDEELL IIMMPPUULLSSOORR DDEE LLAA BBOOMMBBAA……………………………….............................................................. 2244

44..55 VVAARRIIAACCIIÓÓNN DDEE VVEELLOOCCIIDDAADD DDEE LLAA BBOOMMBBAA.................................................................................................... 2266

44..66 CCAAMMBBIIOO DDEE HHOORRAARRIIOO............................................................................................................................................................ 2277

55.. OOTTRRAASS MMEEDDIIDDAASS DDEE AAHHOORRRROO DDEE EENNEERRGGÍÍAA EENN SSIISSTTEEMMAA DDEE

BBOOMMBBEEOO………………………………………………………………………………………………………………………………………….... 2299

RREEFFEERREENNCCIIAA BBIIBBLLIIOOGGRRÁÁFFIICCAASS………………………………………………………………………………………… 3300

____________________________________________________________________________________________________________


1

IINNTTRROODDUUCCCCIIÓÓNN

Las bombas han tenido y 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. Están presentes en las grandes centrales termoeléctricas, en las empresas de procesos químico, en las industrias alimenticias. Están presentes también en los equipos automotores. Tiene un decisivo papel en el confort de los grandes asentamientos humanos con el suministro de agua, evacuación de residuales y suministro de aire condicionado. Los equipos de bombeo en articular son decisivos en los sistemas de riegos para la producción agrícola de alimentos. Esta metodología se diseñó especialmente para el personal encargado de la selección, operación, supervisión y mantenimiento de los distintos procesos y equipos que incorporan en su operación bombas centrífugas horizontales. Dicha metodología puede aplicarse en todo tipo de empresas e instituciones que tengan bombas centrífugas horizontales, específicamente en aquellas que cuenten con bombas de 5 a 200 hp, puesto que los ahorros de energía obtenidos en las bombas que se encuentran en este rango son más atractivos.

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2

11.. RREECCOOPPIILLAACCIIÓÓNN DDEE DDAATTOOSS 1.1 DDAATTOOSS DDEE PPLLAACCAA DDEE LLAASS BBOOMMBBAASS.. La primera fuente a la que debe recurrirse para obtener información sobre las bombas es la placa de datos que estos equipos traen consigo, la cual proporciona información útil y necesaria para su identificación y evaluación. Con la información de placa (marca, modelo, velocidad, diámetro y tipo de impulsor) se puede recurrir a los catálogos del fabricante para obtener las características técnicas (curvas características, carga vs. caudal, eficiencia vs. caudal, NPSH vs. caudal, etc.) de la bomba o bombas de interés. Aún cuando no se cuente con los datos de placa es posible obtener información para seleccionar un modelo de bomba semejante. Adicionalmente a la búsqueda por tamaño de la bomba se puede hacer otra, tomando en cuenta los parámetros básicos de operación como son el caudal y la carga total; conociendo estos parámetros se pueden buscar en catálogos todas las bombas que pueden suministrar el caudal a las condiciones de carga total que tiene el sistema.

11..22 IINNFFOORRMMAACCIIÓÓNN DDEELL FFLLUUIIDDOO DDEE TTRRAABBAAJJOO.. Es necesario conocer las propiedades del fluido que se maneja o se manejará en cada bomba, ya que en función de las mismas se realizará la evaluación de la bomba.

11..33 MMOOTTOORR AACCOOPPLLAADDOO.. Los datos de placa de los motores eléctricos acoplados a las bombas son indispensables para evaluar su operación energética. En caso de no contar con los datos de placa se pueden determinar algunas de sus características mediante mediciones eléctricas.

11..44 IINNFFOORRMMAACCIIÓÓNN GGEENNEERRAALL DDEE LLAA EEMMPPRREESSAA EE IINNFFOORRMMAACCIIÓÓNN PPAARRTTIICCUULLAARR DDEE LLAASS

BBOOMMBBAASS CCEENNTTRRÍÍFFUUGGAASS.. Para garantizar que la evaluación de la bomba sea adecuada y que las medidas de ahorro de energía sean aplicables, es necesario obtener información general de la empresa y de la operación de la bomba. A continuación se muestra el tipo de información que se debe solicitar.

a. Tarifa Eléctrica Contratada por la Empresa. b. Tiempo de Operación de la Bomba..

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3

22.. MMEEDDIICCIIOONNEESS

22..11 PPAARRÁÁMMEETTRROOSS DDEE MMEEDDIICCIIÓÓNN.. Los parámetros que deben medirse en condiciones normales de operación y por lo menos dos ciclos de trabajo de producción, para realizar una correcta evaluación son los siguientes:

a. Caudal (m3/h o m3/s). b. Carga o Presión (kg/cm2 o m). c. Temperatura (°C o K).

Simultáneamente a la realización de las mediciones al sistema de bombeo y al levantamiento de los datos de la bomba, es importante medir los parámetros eléctricos del motor acoplado a ésta.

d. Parámetros Eléctricos del Motor. El instrumento de medición recomendado para evaluar los motores en un diagnóstico energético, es el analizador de redes eléctricas. Este equipo mide los parámetros siguientes: corriente, voltaje, factor de potencia, potencia activa, potencia aparente, potencia reactiva, frecuencia y la distorsión armónica, tanto en voltaje como en corriente.

22..22 FFOORRMMAATTOOSS DDEE MMEEDDIICCIIÓÓNN Al evaluar bombas que trabajan con carga constante, siempre y cuando no exista

variación en el caudal mayor a 5%, se recomienda realizar al menos cinco lecturas y obtener el valor promedio de las mediciones. En las bombas que trabajan con carga variable, el tiempo de medición dependerá del ciclo de trabajo del equipo.

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4

33.. BBAASSEESS TTEEÓÓRRIICCAASS PPAARRAA RREEAALLIIZZAARR LLAA EEVVAALLUUAACCIIÓÓNN DDEE LLAASS MMEEDDIIDDAASS

DDEE AAHHOORRRROO DDEE EENNEERRGGÍÍAA A continuación se presentan las bases teóricas para determinar las condiciones actuales de la bomba, y también para evaluar las medidas de ahorro de energía. Estas bases constan de los siguientes puntos:

1. Curva característica de la bomba. 2. Curva de operación del sistema. 3. Puntos de operación de la bomba. 4. Método alternativo para la determinación de la eficiencia de la bomba. 5. Leyes de semejanza. 6. Consumo de energía. 7. Costos de operación. 8. Ahorros de energía. 9. Ahorros económicos.

En las siguientes secciones se muestra la forma de evaluar las condiciones actuales de operación.

33..11 CCUURRVVAA CCAARRAACCTTEERRÍÍSSTTIICCAA DDEE LLAA BBOOMMBBAA.. Teniendo la información de los datos de placa de la bomba, se deben consultar los catálogos o información técnica del fabricante para obtener las curvas características de la bomba centrífuga; dichas curvas son aquellas que relacionan las variables que intervienen en el funcionamiento de la misma (Figura 1). Las curvas características de las bombas presentan datos similares independientemente del fabricante y en general incluyen:

La curva de carga vs. caudal (trazada para diferentes diámetros de impulsor y a velocidad constante).

La curva de NPSH vs. caudal.

La curva de eficiencia vs. caudal (o curvas de isoeficiencia).

La curva de potencia vs. caudal. En caso de no contar con la información técnica del fabricante de la bomba que se desea evaluar, se podrán utilizar curvas de referencia que contengan características similares de la bomba, es decir: diámetro y tipo de impulsor, velocidad, tamaño, etc.

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5

Figura 1. Curvas Características de una Bomba Centrífuga

Ca

rga

(m

)

Efic

ien

cia

(%

)

Gasto (m /h)3

Diámetro máximo

Curvas de carga vs gasto

Curva de efic iencia

Diámetro mínimo

Curva de NPSH requerido

Diámetro de operación

33..22 CCUURRVVAA DDEE OOPPEERRAACCIIÓÓNN DDEELL SSIISSTTEEMMAA.. La curva del sistema queda definida por la carga estática total y las pérdidas de presión en el sistema de bombeo (carga dinámica). 3.2.1 Carga Estática Total. La carga estática total se determina conociendo la altura geométrica del nivel del líquido entre los recipientes de succión y descarga y la línea de centros de la bomba, así como las presiones en esos mismos puntos.

γ

P - P H - H H sD

SDET

donde: HET: Carga estática total. HD: Altura de descarga. HS: Altura de succión. PD: Presión en el recipiente de descarga. PS: Presión en el recipiente de succión.

: Peso específico del fluido.

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6

3.2.2 Carga Dinámica Total. La carga dinámica total representa las pérdidas de presión, las cuales se originan por la fricción del fluido en las tuberías, válvulas, accesorios y otros componentes como pueden ser intercambiadores de calor u otros. Estas pérdidas varían proporcionalmente con el cuadrado de la velocidad del caudal. También varían de acuerdo con el tamaño, tipo y condiciones de las superficies de tubos y accesorios y las características del líquido bombeado. Método de Medición de Pérdida de Presión Global Mediante el uso de

Manómetros. Una forma práctica de medir la caída de presión en un sistema de bombeo es a través de mediciones en campo, por ejemplo, instalando manómetros en la descarga de la bomba (inmediatamente después de la brida) y al final de la línea de suministro.

21 PuntoPresiónPuntoPresión PresiónPérdida

Cálculo de Pérdidas en Tuberías. Las pérdidas de carga en tuberías se

determinan mediante la ecuación de Darcy-Weisbach:

25

22 8

2 gD

fLQ

Dg

fLvhL

donde: Q: Caudal (m3/s). hL: pérdida de carga en tuberías (m). D: diámetro de la tubería (m). L: longitud de la tubería (m). g: aceleración de la gravedad (m/s2). f: factor de fricción (adimensional).

: velocidad del fluido (m/s).

: constante adimensional (3.1416).

Cálculo de Pérdidas de Carga en Accesorios: Estas se determinan mediante la siguiente ecuación:

24

22 8

2 gD

Qk

g

vkhA

donde: hA: pérdida de carga en accesorios (m).

: velocidad del fluido (m/s). Q: Caudal (m3/s). D: diámetro de la tubería (m). g: aceleración de la gravedad (m/s2).

: coeficiente de resistencia (adimensional).

____________________________________________________________________________________________________________


7

El factor “ k ” es adimensional y su valor depende del tipo de accesorio y

diámetro del mismo; se define como la pérdida de altura de velocidad para una válvula o accesorio. Algunos fabricantes pueden proporcionar su factor k , por lo tanto, deberá utilizarse ese valor.

3.2.3 Construcción de la Curva del Sistema. Una vez determinadas las pérdidas de fricción en tuberías se suman las pérdidas por accesorios y se construye la curva de pérdidas por fricción (Figura 2).

ALf HHH

donde: Hf: Pérdida Total por Fricción. HL: Pérdida por fricción en tuberías. HA: Pérdida por fricción en accesorios.

Figura 2. Curva de Pérdidas de Fricción del Sistema.

Ca

rga

, H

Gasto, Q

Pérdidas

por

fricción

Curva de Fricc ión del sistema

La curva del sistema es la suma de la carga estática total más la carga dinámica total (Figura 3).

Carga total del sistema (HTotal) = H (estática) + H (Dinámica)

Es decir:

ig

vki

Dg

fLv

g

SucciónaDesc

222H H

222arg

2

(Estáica)Total

Si se considera que la velocidad en la succión es igual a la de descarga de la bomba, el segundo componente de la ecuación anterior es igual a cero.

____________________________________________________________________________________________________________


8

Figura 3. Curva de Operación del Sistema de Bombeo.

33..33 PPUUNNTTOOSS DDEE OOPPEERRAACCIIÓÓNN DDEE LLAA BBOOMMBBAA..

3.3.1 Caudal Constante. El punto de operación de una bomba se obtiene cuando la carga generada por la misma coincide con la que precisa el sistema de bombeo. El punto de operación se obtiene en la intersección de la curva (carga vs. caudal) de la bomba correspondiente al diámetro de operación y la curva del sistema. Al trazar una línea horizontal y otra vertical que pase por este punto pueden obtenerse los valores de carga, caudal, eficiencia y NPSH requerido (Figura 4). Figura 4. Punto de Operación para caudal Constante.

Ca

rga

, H

Gasto, Q

Gasto de operac ión

Curva de efic iencia Efic ienc ia de operación

Punto

de

operación

Efic

ien

cia

(%

)

Curva

del

sistema

Diámetro

de

operación

Carga de

operación

Curva de NPSH

NPSH requerido

____________________________________________________________________________________________________________


9

3.3.2 Caudal Variable. En general los sistemas de bombeo requieren caudal variable, lo cual significa que una bomba trabaja con diferentes puntos de operación (carga, caudal). Adicionalmente, en cada punto de operación se puede determinar el NPSH requerido y la eficiencia de la bomba. Se muestra un ejemplo gráfico en la Figura 5. Figura 5. Punto de Operación para Caudal Variable.

Gasto1Gasto2Gasto3

Efic iencia1Efic iencia 2

Efic iencia 3

Puntos de operación

Efic

ien

cia

(%

)

Curvas del sistemaDiámetro de operación

Carga1

Carga2

Carga3

Curva de NPSHNPSH requeridos

3.3.3 Métodos de Regulación. Los procesos productivos de las empresas requieren condiciones de bombeo diferentes a las del caudal nominal, por lo tanto, es necesario aplicar algún tipo de control o regulación de caudal. Los métodos de regulación del caudal se obtienen mediante:

1) Regulación del caudal por estrangulación de la tubería que conduce el fluido (modificación de la curva del sistema sobre la que trabaja la bomba).

2) Regulación del caudal mediante por desvío o by-pass. 3) Regulación del caudal por variación de velocidad de la bomba. 4) Arranque o paro de la bomba.

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10

En la regulación de caudal hay dos aspectos fundamentales:

Banda de regulación de caudal (se expresa como los valores máximo y mínimo de caudal).

El tiempo que trabaja para los diferentes niveles de caudal entre los valores máximo y mínimo.

1) Regulación de Caudal Mediante Estrangulación.

En presencia de máquinas sobredimensionadas o durante la operación de equipos de bombeo que operan a flujo variable, se ve el ingeniero en la necesidad de reducir el flujo de trabajo de la máquina. Lo ocurrido entre el sistema de tubería y el equipo de bombeo queda reflejado en la figura 6.

Figura 6. Regulación de Caudal Mediante Estrangulación

Estrangular una válvula en la descarga del sistema de tubería reduce el flujo de operación Qop a los valores del flujo Q1 o Q2, incrementado los valores de la carga dinámica (Energía en pérdidas) a las magnitudes H1 y H2. Los incrementos ΔH1 y ΔH2 representan los incrementos productos de las pérdidas. Como se aprecia el consumo de potencia se reduce, pero se incrementa la potencia gastada en pérdida.

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11

Para el punto 2 la potencia consumida se determina por la ecuación

BombaBomba

Sist HgQHgQP

10001000

22

2

Se tiene que la potencia requerida por la máquina se emplea en dar una potencia útil al fluido (primer término de la ecuación) y en vencer las resistencias hidráulicas que ofrece el estrangulamiento (segundo término de la ecuación).

Limitaciones energéticas del método de regulación por estrangulamiento.

1. Solamente permite reducir el flujo, si existiera necesidad de un flujo mayor se

requiere de otro método.

2. Aunque la potencia realmente consumida es menor y usted paga menos, la cantidad de energía usada de forma útil es menor y usted derrocha energía, que otro método permite usar de forma más racional.

2) Regulación de Caudal Mediante por desvío o by-pass.

En presencia de sistemas sobredimensionados u operando procesos de capacidad variable otra solución dada es la colocación de una tubería con un sistema de válvulas que conecte la tubería de descarga con la de succión, o entre la región de descarga y el tanque de succión del sistema. El objetivo de dicha instalación es reducir el flujo que va al proceso derivando una parte del flujo a la succión. Gráficamente dicho proceso se aprecia en la figura 7.

Figura 7. Regulación de Caudal Mediante Recirculación.

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12

Limitaciones energéticas del método de regulación por desvío o by-pass. 1. Al pasar al punto de operación 2 la bomba maneja un mayor flujo y reduce

su carga de trabajo, demandando una mayor potencia y requiriendo mayor carga neta positiva en la succión (NPSHr).

2. Se reduce el flujo destinado al proceso, pero se paga una mayor cantidad

de energía en esta operación.

3. Aunque el valor de rendimiento de la bomba es el mismo no es aconsejable trabajar en este punto dado que opera de forma menos rentable. Se paga más por cada unidad de fluido bombeado al proceso.

4. El requerir una mayor carga neta positiva en la succión en el punto 2 puede

limitar la explotación en el punto 2. Ello depende del NPSH disponible del sistema.

3) Regulación del caudal por variación de la velocidad de rotación de la

máquina.

Ante la necesidad de regular el caudal dado a un proceso o en presencia de un sobredimensionamiento de la máquina, una opción es la regulación por variación de la velocidad de rotación de la máquina.

Hasta hace pocos años la regulación por variación de las RPM estaba limitada a máquinas de gran capacidad donde económicamente se justificaba la colocación de:

1. Variadores mecánicos de velocidad. 2. Embragues hidráulicos. 3. Motores eléctricos de velocidad escalonada.

En todos estos casos el costo del sistema de variación de la velocidad resultaba muy costos y solo se justificaba en los casos de regulación profunda de la capacidad o flujo del proceso en máquinas de gran potencia.

En la actualidad el uso de los variadores de frecuencia presenta una alternativa que bajo un profundo análisis económico permite el uso del método de regulación de la capacidad por variación de la velocidad de rotación de la máquina.

En la figura 8 se representa la acción de la variación de la velocidad de rotación de una bomba centrífuga en interacción con un sistema de tubería.

En la figura se observa que para una velocidad de rotación dada (n) se definen todas las características hidráulicas de la máquina. Para las rpm (n1) se obtiene

____________________________________________________________________________________________________________


13

el punto de intersección de la característica de carga de la máquina con la característica de carga del sistema de tubería, al cual se denomina Punto de Operación 1. A partir de este punto trazando perpendiculares a los ejes coordenados se obtienen los valores de los parámetros de funcionamiento de la bomba al cortar cada característica. Ej. Eficiencia, Potencia, NPSHR, Q y H.

Al hacer funcionar la bomba en la nueva velocidad de rotación (n2) se obtiene un nuevo punto de operación, en este caso el punto 2. La figura 8 ofrece las características hidráulicas de una bomba funcionando a diferentes RPM. Por lo que para el punto de operación 2, se obtienen nuevos valores de carga, potencia, rendimiento, eficiencia y NPSHR.

Figura 8. Regulación de Caudal Mediante Recirculación.

Criterios técnicos y energéticos del método de regulación de la capacidad por variación de la frecuencia de rotación de la máquina.

1. El cambio del punto de operación por la variación de la frecuencia de

rotación de la máquina tiene lugar a lo largo de la característica hidráulica del sistema de tubería lo cual garantiza que no ocurrirá un incremento de las pérdidas producto de la regulación.

2. La demanda de potencia decrece con el cubo de las revoluciones por lo que

una reducción de flujo con este método resulta energéticamente muy conveniente.

____________________________________________________________________________________________________________


14

3. Este método de regulación a diferencia del método por estrangulamiento permite tanto reducir como incrementar el flujo durante la regulación, lo cual constituye una gran ventaja para la operación de un proceso a cargas variables.

4. El desarrollo actual de los variadores de frecuencia y la reducción de los

costos que los mismos han sufrido en los últimos años, permite aplicar este método con más facilidad.

5. El control de velocidad es el medio más eficaz para modificar las

características de una bomba sujeta a condiciones de funcionamiento variables.

4) Arranque o Paro de la Bomba.

Este es el método de regulación de caudal más sencillo, ya que sólo consiste en el apagado o encendido del motor de la bomba de acuerdo a la cantidad de caudal que se requiera, por ejemplo, una bomba que lleva agua a un tanque elevado mediante un control por nivel.

3.3.4 Construcción de la Curva del Sistema a partir del Punto de Operación

de la Bomba. La curva del sistema está compuesta por la carga estática y la carga dinámica. La carga estática se considera un parámetro constante dentro del sistema de bombeo.

Por otra parte, la carga dinámica, la cuál se origina por la fricción del fluido en la tubería, válvulas, accesorios y otros componentes (como por ejemplo intercambiadores de calor), varía proporcionalmente con el cuadrado de la velocidad del fluido que maneja el sistema. Si se conoce el punto de operación de la bomba (carga y el caudal) y la carga estática del sistema, a partir de estos valores se puede generar la curva del sistema. Para ello se traza una curva cuadrática que inicie en caudal cero pero con una carga igual a la carga estática del sistema (carga (H1) = H estática, caudal (Q1) = 0), y finaliza en el punto de operación de la bomba (H, Q). Esto se puede ver en la Figura 9.

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15

Figura 9. Construcción de la Curva del Sistema a Partir del Punto de Operación de la Bomba.

0

5

10

15

20

25

30

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Gasto (m3/h)

Carg

a (

m)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Efi

cie

ncia

(%

)

Carga (H1) = Hestática = 10 m

Gasto (Q1) = 0 m3/h

Carga Estática

Curva de la Bomba

Eficiencia de la Bomba

Curva del Sistema

Punto de Operación

Carga (H2) = 22.9 m

Gasto (Q2) = 150 m3/h

3.3.5 Determinar el Caudal de Operación Promedio. Es importante evaluar la duración de operación a diferentes caudales con el fin de determinar un período de operación típico y los ahorros totales a conseguir, así como para evaluar la rentabilidad de la medida. De acuerdo con la experiencia en la empresa y el tipo de servicio de la bomba, se decidirá la magnitud del período típico que deba seleccionarse (tan corto o largo como se requiera).

Conociendo el tiempo total de funcionamiento y la duración de la operación a diferentes caudales, se determina el caudal promedio ponderado como la sumatoria del producto de los caudales con sus correspondientes tiempos de operación, dividida entre el tiempo de operación total.

n

1i

i

n

1i

ii3

Δt

)Δt(Gasto

/h)(m PromedioGasto

Donde:

ti: intervalo de tiempo con un caudal i.

Para poder realizar un análisis en las condiciones de operación del sistema de bombeo lo más cercanas a la realidad, es necesario determinar los valores ponderados de los demás parámetros de operación de la bomba tales como:

____________________________________________________________________________________________________________


16

Carga total.

Potencia eléctrica del motor.

33..44 MMÉÉTTOODDOO AALLTTEERRNNAATTIIVVOO PPAARRAA DDEETTEERRMMIINNAARR LLAA EEFFIICCIIEENNCCIIAA DDEE LLAA BBOOMMBBAA.. En caso de no contar con las curvas características de la bomba, se puede determinar la eficiencia de la bomba mediante el siguiente procedimiento:

1. Determinar la potencia demandada por la bomba o la entregada por el motor, mediante la ecuación:

motorηx(medida)motordelPotenciakW)o(hpBombalapor DemandadaPotencia

2. Establecer la potencia hidráulica de la bomba mediante la siguiente ecuación:

W/kW1,000

ρgQH(kW)hidráulicaPotencia

donde: Q: caudal (m3/s) H: carga total (m)

: densidad del fluido (kg/m3) g: aceleración de la gravedad (m/s2)

De tal manera que la eficiencia de la bomba queda definida como:

W/kW1,000Bombalapor DemandadaPotencia

ρgQH(%)ηBomba

Si se conoce la eficiencia de la bomba y la potencia hidráulica se puede determinar la potencia requerida por la bomba o la entregada por el motor, mediante la ecuación:

W/kW1,000η

ρgQH(kW) Bombalapor DemandadaPotencia

Bomba

Si se conoce la potencia requerida por la bomba y la eficiencia del motor, se puede determinar la potencia requerida (kW) por el conjunto bomba-motor con la ecuación:

Motorη

Bombalapor DemandadaPotencia(kW)RequeridaPotencia

____________________________________________________________________________________________________________


17

33..55 LLEEYYEESS DDEE SSEEMMEEJJAANNZZAA..

Al diseñar las bombas, ventiladores y compresores se utilizan ampliamente los datos experimentales obtenidos durante la investigación de máquinas construidas a escala reducidas, pero totalmente análogas a las que se diseñan (máquinas semejantes). Un modelo a escala reducida es menos costoso y los datos obtenidos resultan muy confiables. Para ser usado con confianza los resultados obtenidos de la investigación del modelo deben cumplirse las Leyes de Semejanza. Las Leyes de Semejanza se cumplen si se garantiza: La Semejanza Geométrica. La Semejanza Cinemática. La Semejanza Dinámica.

Se cumple la Semejanza Geométrica cuando son iguales los ángulos semejantes de las máquinas y es constante la relación de magnitudes semejantes. Existe la Semejanza Cinemática cuando son iguales los ángulos semejantes de las máquinas y es constante la relación de las velocidades en puntos homólogos de las máquinas semejantes. Se dice que existe la Semejanza Dinámica cuando se mantiene constante la relación de fuerzas de igual naturaleza que actúan en puntos homólogos de las máquinas geométrica y cinemáticamente semejantes. No se detallará la teoría de dónde se obtienen las ecuaciones que a continuación se presentan como las leyes de semejanza para bombas centrífugas. Inicialmente se presentan las relaciones en términos del diámetro del impulsor de la bomba (velocidad constante):

2

1

2

1

Q

Q

D

D

2

1

2

1

2

1

H

H

Q

Q

D

D

3

2

1

2

1

2

1

BHP

BHP

Q

Q

D

D

También se pueden expresar en términos de la velocidad de rotación de la bomba, (diámetro constante):

____________________________________________________________________________________________________________


18

2

1

2

1

Q

Q

N

N

2

1

2

1

2

1

H

H

Q

Q

N

N

3

2

1

2

1

2

1

BHP

BHP

Q

Q

N

N

donde: D: Diámetro del impulsor N: Velocidad de la bomba H: Carga total Q: Caudal BHP: Potencia en la flecha, requerida por la bomba Subíndice 1: Condición inicial Subíndice 2: Condición final o modificada

Nota: Estas leyes son ciertas para cambios pequeños de velocidad y diámetro del impulsor.

33..66 DDEETTEERRMMIINNAACCIIÓÓNN DDEELL CCOONNSSUUMMOO DDEE EENNEERRGGÍÍAA..

El consumo de energía se determina con la potencia que demanda el conjunto bomba-motor (kW) y el tiempo de operación del mismo (horas al año).

operación) de (horasmedida) (Potencia(kWh)Consumo

33..77 DDEETTEERRMMIINNAACCIIÓÓNN DDEE LLOOSS CCOOSSTTOOSS DDEE OOPPEERRAACCIIÓÓNN..

Los costos de operación se determinan considerando los siguientes parámetros y expresiones:

La tarifa aplicada en la empresa.

Región.

Costo por demanda ($/kW).

Costo por consumo ($/kWh).

La demanda promedio de la bomba-motor (kW).

El consumo de energía anual (kWh/año). El costo de la demanda es:

meses/año)(12($/kW)demanda)en (kWdemandapor Costo

____________________________________________________________________________________________________________


19

En tarifas horarias se debe considerar el costo por demanda facturable. La demanda facturable se define como se establece a continuación:

DPI,0)-MAX(DBFRBDP,0)-MAX(DIFRIDPDF

donde: DP: demanda máxima medida en el período de punta DI: demanda máxima medida en el período intermedio DB: demanda máxima medida en el período de base DPI: demanda máxima medida en los períodos de punta e intermedio

El costo por consumo se expresa de la siguiente forma:

($/kWh)anuales) (kWhconsumopor Costo

Para el caso de tarifas horarias se debe considerar el costo para cada periodo de facturación (consumo de energía en horas base, intermedia, punta y semi-punta). Entonces, el costo total de operación queda definido como la suma de los costos por demanda más los costos por consumo.

consumopor Costodemandapor Costooperacióndetotal Costo

33..88 DDEETTEERRMMIINNAACCIIÓÓNN DDEE LLOOSS AAHHOORRRROOSS DDEE EENNEERRGGÍÍAA

3.8.1 Ahorro por Disminución de la Demanda. La disminución en demanda se determina al restar la potencia que requiere el conjunto bomba-motor actualmente (se obtiene directamente mediante mediciones) y la potencia que demandará el sistema bomba-motor aplicando una de las siguientes medidas de ahorro evaluadas:

1. Recorte del impulsor de la bomba para mejorar su punto de operación. 2. Sustitución por una bomba de mayor eficiencia. 3. Aplicación de convertidor de frecuencia en el sistema de bombeo. 4. Sustitución de motores estándar por motores de alta eficiencia.

El ahorro por disminución de la demanda se calcula como:

(kW) Propuesta Potencia (kW) Actual Potencia(kW)DemandaennDisminució

3.8.2 Ahorro de Energía por Disminución en el Consumo

Caso 1: Tarifas Ordinarias. El ahorro de energía se determina multiplicando el ahorro en demanda (kW) por las horas de operación (horas al año).

____________________________________________________________________________________________________________


20

año al motordel

operación de horas

(kW) demanda

enahorro

(kWh)Consumo

enAhorro

Caso 2: Tarifas Horarias.

base en motordel

anuales operación de horas

(kW) demanda

enahorro

(kWh)Base en

Consumo enAhorro

intermedia en motordel


(kW) demanda

enahorro

(kWh)Intermedia en

Consumo enAhorro

punta en motordel


(kW) demanda

enahorro

(kWh)Punta en

ConsumoenAhorro

semipuntaen motordel


(kW) demanda

enahorro

(kWh) SemiPuntaen

ConsumoenAhorro

33..99 DDEETTEERRMMIINNAACCIIÓÓNN DDEE LLOOSS AAHHOORRRROOSS EECCOONNÓÓMMIICCOOSS

Caso 1: Tarifas Ordinarias. El ahorro económico resultante de la disminución en demanda y del ahorro en energía se determina mediante las siguientes expresiones:

($/kW)(kW) Demanda en nDisminucióDemandapor

EconómicoAhorro

($/kWh)(kWh/año) Anual Consumo en AhorroConsumopor

EconómicoAhorro

Caso 2: Tarifas Horarias. Para el caso de las tarifas horarias el ahorro económico se calcula como:

Semipunta

Punta

Intermedia

Base

kWh$kWh/añoen Semipuntaen Consumoen Ahorro

kWh$kWh/añoen Puntaen Consumoen Ahorro

kWh$kWh/añoen Intermediaen Consumoen Ahorro

kWh$kWh/añoen Baseen Consumoen Ahorro

Consumo

por

Económico

Ahorro

Cambio de Horario1: En este caso se pretende que se analice la posibilidad de que el equipo que trabaja en el horario más costoso (horario punta) cambie su operación a alguno de los horarios más económicos (horario base

1 Válido para tarifas horarias únicamente.

____________________________________________________________________________________________________________


21

o intermedio), siempre y cuando el equipo en cuestión no opere de manera continua las 24 horas del día y que las condiciones de operación lo permitan.

El ahorro económico que se tendría al cambiar la operación de un equipo a un horario más económico se calcula como:

anuales kWhpropuestohorario

el en costo

actualhorario

el en costo

Consumopor

EconómicoAhorro

____________________________________________________________________________________________________________


22

44.. PPRROOCCEEDDIIMMIIEENNTTOO DDEE EEVVAALLUUAACCIIÓÓNN DDEE LLAASS MMEEDDIIDDAASS DDEE AAHHOORRRROO DDEE

EENNEERRGGÍÍAA En esta sección se proporcionarán los procedimientos necesarios para realizar la evaluación de las medidas de ahorro de energía. El desarrollo de estos procedimientos parte del hecho de que ya se tienen la información necesaria y las bases teóricas para llevar a cabo dichas evaluaciones. Como primer punto se presentará el procedimiento de evaluación para llevar a cabo la caracterización del sistema de bombeo. Este punto servirá de base para evaluar algunas medidas de ahorro.

44..11 CCAARRAACCTTEERRIIZZAACCIIÓÓNN DDEELL SSIISSTTEEMMAA DDEE BBOOMMBBEEOO

Para realizar la caracterización del sistema, se deben seguir los siguientes pasos:

Determinar el punto o puntos de operación de la bomba. Determinar la potencia demandada por el conjunto bomba-motor. Determinar la eficiencia de la bomba. En caso de no contar con las curvas

características de la bomba consultar las ecuaciones correspondientes. Determinar el consumo de energía del sistema de bombeo. Determinar el costo de operación del sistema actual.

44..22 SSUUSSTTIITTUUCCIIÓÓNN DDEE LLAA BBOOMMBBAA PPOORR UUNNAA CCOONN MMAAYYOORR EEFFIICCIIEENNCCIIAA SSUUMMIINNIISSTTRRAANNDDOO EELL

MMIISSMMOO CCAAUUDDAALL La mayor parte de las bombas centrífugas en operación trabajan con bajo nivel de eficiencia por diversas circunstancias, entre las que destacan:

Una mala selección de la bomba. Por tratarse de una bomba vieja. Porque las condiciones de operación cambiaron (carga, caudal). Por una sustitución inadecuada. Procedimiento de Evaluación.

Sobre la base de que la bomba actual opera con baja eficiencia, se procede a realizar los siguientes pasos para la evaluación de esta medida de ahorro de energía:

Caracterizar el sistema de bombeo actual. Determinar el punto o puntos de operación de la bomba nueva. Determinar la eficiencia de la bomba nueva. Determinar la potencia en la flecha. Determinar la potencia requerida por el nuevo conjunto bomba-motor. Evaluar la disminución en demanda y el ahorro en consumo de energía.

____________________________________________________________________________________________________________


23

Calcular el ahorro económico. Realizar la evaluación económica de la medida de ahorro (determinar el

tiempo de recuperación, valor presente neto y tasa interna de retorno).

44..33 SSUUSSTTIITTUUCCIIÓÓNN DDEELL MMOOTTOORR EELLÉÉCCTTRRIICCOO AACCTTUUAALL QQUUEE IIMMPPUULLSSAA AA LLAA BBOOMMBBAA PPOORR UUNNOO

DDEE MMAAYYOORR EEFFIICCIIEENNCCIIAA Los motores estándar que actualmente se fabrican poseen una buena eficiencia respecto a los motores de hace 20 años, pero éstos son superados por los motores denominados de alta eficiencia.

El reemplazo o sustitución de motores estándar por motores de alta eficiencia se puede efectuar en los siguientes casos: 4.3.1 Reemplazo de Motores en Operación. La sustitución de un motor en operación por uno de alta eficiencia resulta más atractiva en aquellos casos en que el motor actual opera con bajo factor de carga y en consecuencia, con baja eficiencia y bajo factor de potencia; en este caso la sustitución debe evaluarse con un motor de alta eficiencia de menor capacidad que el actual. Al considerarlo así, se mejoran sustancialmente los parámetros obteniendo atractivos ahorros energéticos y económicos. También es atractivo, desde el punto de vista operativo, realizar la sustitución cuando el motor actual opera a su capacidad máxima o a su factor de servicio.

4.3.2 Por Nueva Adquisición. En este caso se compara la operación de un motor estándar con uno de alta eficiencia. El ahorro será la diferencia entre los costos de los motores. Los costos incluyen la inversión y el costo de operación del motor. Debe tenerse en cuenta que de cualquier manera se va a realizar la inversión. 4.3.3 Para Sustituir Equipos Dañados. Al igual que en la alternativa anterior, la inversión corresponde al costo marginal2 del motor de alta eficiencia y el costo de reparación, sumando a éste el costo por mayor consumo de electricidad debido a una mala reparación. En ambos casos la sustitución puede ser una medida de ahorro muy rentable.

2 El costo marginal de un motor se define como la diferencia entre el costo del motor nuevo de alta eficiencia

o estándar y el costo por reembobinado o el costo del motor estándar. En otras palabras el costo marginal es

el excedente que se tienen entre comprar un motor nuevo de alta eficiencia o estándar, o reembobinar el

motor dañado.

____________________________________________________________________________________________________________


24

44..44 RREECCOORRTTEE DDEELL IIMMPPUULLSSOORR DDEE LLAA BBOOMMBBAA Los métodos de control de caudal más utilizados son la estrangulación y la recirculación. No obstante, a pesar de su gran uso, su eficiencia es muy baja y la reducción en el consumo de energía es casi insignificante, ya que el motor continúa trabajando a su velocidad nominal tratando de sobreponerse a las contrapresiones innecesarias en el caso de estrangulación y operando en forma constante con recirculación.

Un sistema de bombeo que trabaja con caudal constante, regulado con recirculación o estrangulación, consume energía innecesaria y por tal motivo representa una buena medida para ahorrar energía mediante el recorte del impulsor. Procedimiento de Evaluación. Sobre la base de que el sistema actual trabaja con caudal constante y que se aplica estrangulación o recirculación como control de caudal, deben realizarse los siguientes pasos para evaluar esta medida de ahorro:

a. Determinar los Límites de Operación. Para analizar el recorte del impulsor de la bomba es importante conocer los límites máximo y mínimo de los diámetros del impulsor recomendados por el fabricante de la bomba.

Figura 10. Límites de Operación de la Bomba.

Ca

rga

, H

Gasto, Q

Gasto de

operación

Curva de efic iencia Efic ienc ia de operación

Punto de

operación

Efic

ien

cia

(%

)Curva del

sistema

Diámetro de

operación

Carga de

operación

Curva de NPSH

NPSH requerido

Diámetro

máximo

Diámetro

mínimo

____________________________________________________________________________________________________________


25

b. Determinar el Tipo de Regulación de Caudal. c. Aplicar las Leyes de Semejanza o Afinidad. Inicialmente se aplican las leyes

de semejanza o afinidad para determinar la nueva carga de operación. Para aplicarlas, se deben conocer tres de las cuatro variables.

Mediante estas variables y las relaciones de semejanza se determinan:

La nueva carga de operación (H2).

2

2

112

Q

QHH

El nuevo diámetro del impulsor (D2). 2

112

Q

QDD

La potencia (BHP2). La potencia actual (BHP1) se determina con la

respectiva ecuación; posteriormente se aplican las leyes de semejanza:

3

2

112

Q

QBHPBHP

d. Determinar la potencia requerida por el conjunto bomba-motor con el nuevo

diámetro del impulsor. e. Evaluar la disminución en demanda y el ahorro en consumo de energía. f. Calcular el ahorro económico. g. Realizar la evaluación económica de la medida de ahorro (determinar el

tiempo de recuperación, valor presente neto y tasa interna de retorno). Desde el punto de vista energético es necesario tener mucha precaución con este método dado que en máquinas de baja velocidad específicas (máquinas radiales) la disminución del rendimiento es pequeña si el recorte del impelente es pequeño también, pero en bombas de velocidades específicas medias, la reducción del rendimiento. En máquinas radiales se acepta un recorte del impelente hasta de un 20%. Pero constituye una práctica generalizada recortar el impelente a un valor algo mayor del calculado y realizar la prueba de la bomba antes de alcanzar el diámetro definitivo. Según se incrementa el valor de la velocidad específica el de recorte del diámetro del impulsor se reduce a valores cercanos al 10%. Es también habitual en las bombas de voluta realizar el recorte en toda la superficie exterior del impelente. En las combas de difusor se recomienda recortar solo el álabe y no tocar las partes exteriores del disco, lo cual constituye una guía al fluido para la entrada a los difusores.

____________________________________________________________________________________________________________


26

El efecto del recorte del impelente en las características hidráulicas de la bomba es similar al obtenido cuando se usa el método de regulación de la velocidad, con la salvedad de que el nuevo punto obtenido es fijo y no se puede retornar al valor anterior. Es por ello que algunos fabricantes, a solicitud, suministran bombas con juegos de impelentes de diferentes diámetros para satisfacer estas necesidades.

44..55 VVAARRIIAACCIIÓÓNN DDEE VVEELLOOCCIIDDAADD DDEE UUNNAA BBOOMMBBAA La principal ventaja del convertidor de frecuencia variable (CFV) es la de disminuir los consumos de energía eléctrica en las bombas centrífugas que controla, dando como resultado considerables disminuciones en los costos de operación. Procedimiento de Evaluación. Sobre la base de que el sistema actual trabaja con caudal variable y se aplica estrangulación o recirculación como control de flujo, se procede a realizar los siguientes pasos para evaluar esta medida de ahorro:

a. Determinar el tipo de regulación de caudal. b. Determinar las Condiciones de Operación Promedio. Es importante evaluar el

tiempo de operación a diferentes caudales, cargas y potencias con el fin de determinar para un período de operación típica, cuáles serían los ahorros totales a obtener y así evaluar la operación de la bomba con variación de velocidad.

c. Aplicar las Leyes de Semejanza o Afinidad. Inicialmente se aplican las leyes de semejanza o afinidad para determinar la nueva carga de operación. Para aplicarlas, se deben conocer tres de las cuatro variables.

Mediante estas variables y las relaciones de semejanza se determinan:

La nueva carga de operación (H2).

2

2

112

Q

QHH

La velocidad de la bomba (N2). 2

112

Q

QNN

La potencia en la flecha (BHP2). La potencia en la flecha actual (BHP1) se determina con la ecuación presentada en la Sección anterior; posteriormente se aplican las leyes de semejanza:

3

2

112

Q

QBHPBHP

____________________________________________________________________________________________________________


27

Mediante el convertidor de frecuencia pueden cambiar las revoluciones por minuto del impulsor (RPM), entregando mayor o menor capacidad de caudal, dependiendo de las necesidades requeridas por el proceso. Lo mejor de esta aplicación es la reducción de las pérdidas por fricción y en consecuencia, el ahorro de energía resultante. Figura 11.

Figura 11. Cambio de Caudal Mediante Variación de Velocidad

Ca

rga

, H

Gasto, Q

Gastos de operación

Punto

s de o

peració

n

Efic

ien

cia

(%

)

Curva del

sistema

H3

H2

H1

Curva Carga vs Gasto Veloc idad N1

Curva Carga vs Gasto Velocidad N3

Curva Carga vs Gasto Velocidad N2

d. Determinar la potencia requerida por el conjunto bomba-motor con la nueva velocidad de operación.

e. Calcular el ahorro económico. f. Realizar la evaluación económica de la medida de ahorro, es decir,

determinar el tiempo de recuperación, valor presente neto y tasa interna de retorno.

44..66 CCAAMMBBIIOO DDEE HHOORRAARRIIOO La estrategia de la administración de la energía consiste en desplazar la operación de algunos equipos del horario punta, a los horarios base e intermedia en caso de que los equipos, las condiciones de operación, producción, etc. lo permitan. Por lo tanto, esta medida sólo pueden aplicarla los usuarios de las tarifas horarias. Procedimiento de Evaluación:

a. Seleccionar la bomba con posibilidad de cambio de horario. b. Identificar el horario actual de operación de la bomba.

____________________________________________________________________________________________________________


28

c. Establecer el nuevo horario de operación de la bomba. d. Determinar los costos de operación por consumo de energía de la bomba,

en el horario actual y en el nuevo horario. e. Calcular el ahorro económico por el cambio de horario. f. Determinar la rentabilidad de la medida.

____________________________________________________________________________________________________________


29

55.. OOTTRRAASS MMEEDDIIDDAASS DDEE AAHHOORRRROO DDEE EENNEERRGGÍÍAA EENN SSIISSTTEEMMAASS DDEE BBOOMMBBEEOO Sacar de servicio bombas innecesarias. Esta es una medida obvia, pero

que muchas veces no sea aprovecha. Si el exceso de capacidad en funcionamiento se debe a que los requerimientos de flujo varían, se puede pensar controlar el número de bombas en operación mediante un sistema automático, instalando sensores de presión e interruptores en una o más bombas.

Restaurar las holguras internas de las bombas. Esta medida se puede aplicar en los casos en que las características de una bomba hayan variado significativamente a causa de desgaste de las partes de la bomba, lo cual afecta sensiblemente las recirculaciones internas y su eficiencia.

Reemplazo de bombas sobredimensionadas. Las bombas sobredimensionadas constituyen la causa número uno de pérdidas de energía en los sistemas de bombeo. El reemplazo de bombas debe evaluarse con relación a otras alternativas de reducción de capacidad, tales como el recorte o sustitución de impelentes o el control de velocidad.

Uso de bombas múltiples. El empleo de varias bombas conectadas en paralelo ofrece una alternativa a los métodos de control de capacidad por estrangulamiento, recirculación o variación de velocidad. Los ahorros resultan de poder sacar de servicio una o más bombas a bajas demandas, logrando que las bombas en servicio operen a alta eficiencia. Un sistema con bombas múltiples debe considerarse en los casos en que la demanda se mantiene en periodos prolongados por debajo de la mitad de la capacidad unitaria de la bomba instalada.

Sellos de Bombas Adecuados. El tipo y la calidad de los sellos de bomba

pueden afectar significativamente la eficiencia de las bombas debido a la fricción entre el eje y el sello, y a la pérdida del líquido que se bombea.

____________________________________________________________________________________________________________


30

66.. RREEFFEERREENNCCIIAASS BBIIBBLLIIOOGGRRÁÁFFIICCAASS Evaluación Energética De Bombas Centrífugas Horizontales. Consultoría y

Servicios en Tecnologías Eficientes S.A. de C.V. México. Ahorro de Energía en Sistemas Termodinámicos. Borroto Nordelo, Anibal.

Monteagudo Yanes, José. Armas Teyra, Marcos. ISBN 959-257-045-0. Editorial UCF.Cienfuegos, Cuba. 2002.

Guía ARPEL, Eficiencia Energética para Bombas, Compresores,

Ventiladores, Sopladores y Turbinas. Tylers, Brian. Franklin, Neil. 2002.

eficiencia energética bombas centrífugas

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