sistemas de bombeo energÉticamente … · en los casos que se requiera una reparación, el taller...

5 de mayo de 2011

SISTEMAS DE BOMBEO ENERGÉTICAMENTE EFICIENTES

Índice

Miguel Ortega Donat Product Manager División de Medio Ambiente 5 de mayo de 2011

• 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

Introducción

Las bombas centrifugas tienen un papel decisivo enel desarrollo de la humanidad. No es posibleimaginar los modernos procesos industriales y lavida en las grandes ciudades sin la participación deestos equipos.

Su participación es imprescindible en actividadesbásicas para el desarrollo de la calidad de vidacomo:

• 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.).

SISTEMAS DE BOMBEO ENERGÉTICAMENTE EFICIENTES 5 de mayo de 2011

Consumo energético

Algunos datos importantes respectoal consumo energético y el cambioclimático:

• El peso especifico de las bombascentrifugas en el consumoenergético supone un 32% deltotal a nivel europeo.

• Para generar 1kWh se producen0,59kg de CO2.

• En la U.E. se estima un potencialde ahorro de 200 TWh queequivalen a una disminución de118 millones de toneladas deemisión de CO2, lo que suponeun 25% del compromiso dereducción de Kyoto.

• En 10 años de vida útil, un motorpodría acumular 100 veces su valor deventa en gasto energético.

• El rendimiento en los motoresStandard se puede mejorar hasta el 8% en motores de 1kW y hasta 1,5 % enlos 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 lassiguientes:

• 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



El principal consumo eléctrico de una bombacorresponde al motor.

Con el objeto de promover el ahorro y mejora del medioambiente, los diferentes países del mundo handesarrollado políticas energéticas para incentivar el uso

de motores eléctricos de elevado rendimiento.

En las nuevas instalaciones o adecuación de lasexistentes se sustituirán los motores poco eficientes pormotores de mayor eficiencia probada y a ser posible conregulación de velocidad.

En los casos que se requiera una reparación, el tallertendrá en cuenta la modificación del bobinado enfunción de las reglas anteriormente citadas así como deotros elementos de la instalación para mejorar elrendimiento del motor.




NivelNomenclatura según CEMEP

Nomenclatura nuevasegún IEC 60034-30

Nomenclaturasegún 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

Existe una nueva norma referente a la eficienciade los motores eléctricos, la IEC 60034-30, lacual difiere de la anterior básicamente en quese introducen nuevos niveles de eficienciaenergética (ver los nuevos niveles y suequivalencia con la antigua norma en la tablasiguiente:



APLICACIÓN Y EXCEPCIONES DE LA NORMATIVA:

Aplica a todos los motores de 0,75 a 375kW, hasta1000V, 50-60Hz, de 2-4-6 polos (ó 3000-1500-1000rpmbajo 50 Hz).

Sin embargo hay excepciones para los países de la UEque afectan claramente a la línea de productos deBombas 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.



NIVELES MÍNIMOS Y FECHAS DE APLICACIÓN:

Según la directiva europea "Energy using Products"(EuP), ya recogida en las leyes nacionales de todos lospaíses de la UE, a partir de Junio-2011 se exige un nivelmínimo de rendimiento IE2 (antes EFF1) para todos losaccionamientos eléctricos.

Otras fechas de interés aún no oficiales son:

• Enero-2015 . Eficiencia mínima IE3 para los motores grandes, de 7,5 a 375kW yeficiencia 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 yeficiencia 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 aal ahorro energético.

Los rodamientos E2 están diseñados especialmentepara conseguir una reducción del 30% en elmomento de fricción, en comparación con losrodamientos estándar.

De hecho, si se usan en todos los motoresindustriales de la Unión Europea (suponiendo unadisminución del 30% en el momento de fricción), losahorros de energía potenciales equivaldrían a 2460millones de kWh al año.


Calidad suministro eléctricoEsta en función de los siguientes parámetros:

• Frecuencia• Tensión• Armónicos (THD)• Factores de potencia

Un suministro eléctrico de calidad deficiente es unfoco potencial de problemas para motores,variadores de frecuencia, etc.

La localización y resolución de este problema puedeahorrar tiempo y dinero en:

- Huecos de tensión- Microcortes- Fluctuaciones de tensión

• 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 gastoses el consumo de energía eléctrica.

Por una parte tenemos los arranques cíclicos de las bombas, los consumos delas impulsiones de bombeos, la falta de un efectivo mantenimientopreventivo, la necesidad de mantener una agitación en los pozos de grantamaño y otros consumos que podemos reducir, sin afectar al proceso.


Buenas practicas

1. Fase arranque.

El mayor consumo de las bombas centrifugas seproduce durante el arranque, disminuyendoarranques/h ora lograremos un menor consumo.

Buena Practica:

Mantener las bombas funcionando en continuo elmáximo tiempo posible que permita la capacidad de lainstalación.

Reemplazar los nivel de boyas por niveles ultrasónicos ode presión, ya que en algunos casos las boyas sonbloqueados con residuos que evitan su flotación,provocando arranques y paros continuos e innecesarios.

Boya

Nivel Ultrasónico

Transmisor de presión


Buenas practicas

2. Fase funcionamiento.

Regulando la velocidad de las bombas en funcióndel caudal. Mayor demanda de caudal de entradamás velocidad y menos caudal menos velocidad.

Buena Practica:

Una bomba centrífuga funcionando a media velocidad sóloconsume 1/8 de la energía si se compara a sufuncionamiento a plena velocidad, porque el parnecesitado por una bomba guarda una relación cuadráticacon el volumen.La explicación radica en la diferencia de presión en elrodete. Cuando se produce una disminución de la presión,se requiere una disminución de la aceleración del fluido através del rodete. Esta reducción simultánea de laaceleración y la presión multiplica el ahorro energético.


Buenas practicas

Ejemplo:

Reducir la velocidad deuna bomba al 80%solamente requiere el64% del par (0,8 × 0,8).

Para producir el 64% delpar sólo se requiere el51% de la potencia(0,64 × 0,8), debido aque el requerimiento depotencia se reduce enel mismo sentido.


Buenas practicas

2. Fase funcionamiento (continuación).

En la fase de diseño es básicodimensionar correctamente tanto eltamaño del pozo de bombeo como el nºde bombas que debe tener la Estaciónde Bombeo.

Un tamaño pequeño provoca excesivonº arranques/hora, lo que provoca unconsumo elevado de energía.

Es recomendable que la elección del nºde bombas que componen la Estación serepartan el caudal de servicio de formaproporcional, en lugar de que una solaeleve la totalidad del caudal.


Buena Practica:

Las bases teóricas para determinar lascondiciones de funcionamiento de la bomba, ytambién para evaluar las medidas de ahorro deenergía.

• 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


Buenas practicas


Buena Practica:

Una optima elección desde el punto de vista delfuncionamiento de la bomba es determinante enlo que a la vida útil de la bomba se refiere.

Zona 1. Si el punto de trabajo esta a la izquierdade la curva, se producen vibraciones, quepueden llegar a causar la rotura del eje.

Zona 2. Este rango indica el punto defuncionamiento optimo de la bomba.

Zona 3. Si el punto de funcionamiento esta cercade la derecha de la curva, existe el riesgo decavitación, a demás, el motor consumirá unexceso de energía provocando un calentamientoexcesivo del mismo.

Buenas practicas


Buena Practica:

Empleo de motores de alta eficiencia energética,aunque de momento la Legislación no esaplicable a las bombas sumergidas de aguasresiduales.

Un motor eléctrico durante su vida útil cuesta el2-3% como inversión inicial, 1,5% costo demantenimiento y el 95% para la respectivafactura eléctrica, por lo tanto es fácil hacer unnegocio comprando una bomba con un motor dealta eficiencia energética.

El menor coste de la electricidad consumidapuede pagar mucha veces el coste adicional decompra, por lo que ahorra mucho dinero y ayudaa reducir el impacto ambiental.

Buenas practicas

Ejemplo:

Estación de bombeo de aguasresiduales tiene que bombear 560m3 a 11,5 m.c.a.

Opción 1.Tres bombas de 9,5 kw que sereparten el caudal a lo largo de lacurva resistente o del sistema.

Opción 2.Una bomba de 30 Kw quefunciona en el punto de trabajode la curva resistente o delsistema y con variador defrecuencia.

Opción 1

Opción 2


Buenas practicas


Buena Practica:

Realizar mantenimiento preventivo,reemplazando los elementos en mal estado yhaciendo especial incidencia en los siguientespuntos de inspección:

RodamientosCorrosión en terminales de equiposImpulsores*,Refrigeración en motores.Seguimiento periódicos de consumos y decaudal.

*El deterioro de los impulsores provocan una disminución del caudal, por ello las bombas necesitan estar

más tiempo en marcha

Muchas gracias por su atención


Miguel Ortega DonatProduct Manager División de Medio Ambiente

«El ahorro energético no sólo significa disminuir el gasto de un país sino quehay una relación directa con el impacto medioambiental que se produce.»

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