Optimización de los sistemas de bombeo para ahorrar energía eléctrica

Los sistemas de bombeo representan el 20% de la demanda mundial de energía eléctrica y entre el 25% y el 50% del uso de energía eléctrica en ciertas aplicaciones. Las bombas son el mayor usuario individual de electricidad dentro de la industria en toda la Unión Europea y consumen más de 300 TWhpa de electricidad, lo que a su vez representa más de 65 Mton de emisiones de CO₂.

También está bien documentado que las bombas rotodinámicas, que representan el 80% de la base instalada, están sobredimensionadas entre un 20% y un 30%. Por lo tanto, existe un gran potencial para ahorrar energía si las bombas rotodinámicas se dimensionan y operan correctamente.

Por dónde empezar: evaluar el potencial de ahorro

Es clave conocer qué bomba se ha de optimizar. Para identificar si un sistema de bombeo está dimensionado correctamente, realice las siguientes comprobaciones:

• ¿Está desperdiciando flujo de líquido?
• ¿Está creando presión adicional?
• ¿Cuál es la filosofía de seguimiento y control?
• ¿Hay bombas sobredimensionadas instaladas para su servicio requerido?
• ¿Hay bombas significativamente viejas empleadas en el sistema?
• ¿Hay demasiado ruido en el sistema?
• ¿Hay válvulas de estrangulamiento instaladas en el sistema?
• ¿Ha instalado las tuberías del tamaño correcto?
• El mantenimiento inadecuado reduce la eficiencia del sistema de bombeo, entonces, ¿qué procedimientos de mantenimiento existen?
• ¿Está adoptando un programa proactivo de reemplazo de equipos para la legislación actual de la UE?

Tecnología disponible: elegir el equipo adecuado

Utilice la última normativa de la UE para lograr la mejor eficiencia de conducción posible:

• Accionamiento de velocidad variable (VSD)
• Control y seguimiento integrado
• Tecnología de imanes permanentes

Diseño del sistema: tomar las decisiones correctas

La gran mayoría de los sistemas de bombeo existentes que funcionan hoy en día no se diseñaron originalmente con la conservación de energía como una consideración importante. Si los sistemas de bombeo se diseñan inicialmente sobre una base de eficiencia energética y las bombas se aplican y dimensionan correctamente, el ahorro de energía a menudo superará el 50 %.

Para diseñar un sistema de bombeo energéticamente eficiente, se deben considerar todos los siguientes criterios:

• Disposición básica de la planta
• Tamaño de la tubería, configuración y restricciones para pérdidas limitadas en la tubería
• Información sobre el líquido, (viscosidad, densidad, agresividad, temperatura)
• Características del sistema y selección de bombas
• Control de bomba/sistema
• Evitar el sobredimensionamiento de las unidades de bombeo
• Selección de las bombas más eficientes energéticamente en el punto más eficiente
• Ajuste de VSD para que coincida con el diseño y la demanda del sistema

Los bajos costos de energía son el resultado directo de saber cuál es el flujo y la presión mínimos que el sistema requiere para operar con éxito (demanda del sistema) y luego seleccionar la bomba del tamaño correcto y adaptarla al sistema.

Al seleccionar una bomba, es importante determinar el caudal y la presión necesarios que debe generar la bomba. El flujo puede estar determinado por un requisito del proceso, por el calentamiento o enfriamiento requerido en el sistema o por la demanda máxima de agua para los servicios públicos. La presión requerida puede ser para elevar el líquido dentro del sistema o para superar las pérdidas de presión en el sistema creadas cuando el líquido pasa a través de él.

Es importante saber tanto como sea posible sobre el sistema de bombeo y crear un perfil de presión/flujo para el sistema. La energía necesaria para accionar la bomba está directamente relacionada con el caudal y la presión necesarios. Generar altas presiones generalmente lleva a diseños que pueden ser ineficientes y por lo tanto es importante que no se sobre especifique ni el caudal ni la presión.

Los variadores de velocidad pueden ahorrar energía

Ahora se acepta fácilmente que ya se han logrado importantes ahorros de energía mediante el uso de variadores de velocidad y motores de alta eficiencia. Generalmente, los VSD se utilizan para ajustar continuamente la velocidad de la bomba a la demanda.

Los ahorros pueden ser determinados por las leyes de afinidad:

Cuando se construye un nuevo sistema de bombeo, la mayoría de las bombas se seleccionan con un "factor de seguridad" en juego para satisfacer posibles aumentos futuros o para permitir el desgaste de la bomba o el ensuciamiento del sistema. A menudo, hay muchas partes diferentes involucradas en la especificación y construcción de un sistema y el factor de seguridad puede crecer exponencialmente. Esto da como resultado que la bomba suministre flujos mucho más altos de lo requerido. También puede existir la necesidad de variar el caudal debido a las condiciones del proceso o a las distintas necesidades de calefacción y refrigeración dentro de los edificios.

Tradicionalmente, el estrangulamiento se usa para regular el flujo en un sistema de bombeo. Mientras que el estrangulamiento reduce el flujo, el motor sigue funcionando a toda velocidad y trabaja aún más porque tiene que trabajar contra una restricción. Al reducir la velocidad del motor, el variador de velocidad asegura que no se use más energía de la necesaria para lograr el flujo requerido. Una bomba centrífuga que funciona a la mitad de la velocidad consume solo una octava parte de la energía en comparación con una que funciona a la velocidad máxima. El uso de un variador eléctrico de velocidad es la forma más sencilla y económica de controlar la bomba y adaptarla al sistema de bombeo.

Aquí hay algunas consideraciones clave cuando se busca optimizar el uso de energía en los sistemas de bombeo:

¿Se ha considerado una configuración alternativa? En algunos casos, pasar de un diseño de bomba existente a una alternativa puede ofrecer posibilidades de ahorro de energía.

¿Se controla el rendimiento de la bomba? Al buscar signos tempranos de desgaste de la bomba, que pueden incluir un aumento del ruido, la vibración o el consumo de energía, se pueden lograr importantes ahorros de energía y mantenimiento.

¿Se ha permitido la facilidad de mantenimiento? Al diseñar o reemplazar bombas, se debe considerar la facilidad de los futuros requisitos de mantenimiento.

Consideraciones de la unidad de velocidad variable. Al instalar VSD en un sistema de bombeo, se deben considerar los filtros de entrada y salida, junto con los cojinetes del motor aislados.

Mantenimiento. Al realizar el mantenimiento de los sistemas de bombeo, se recomienda utilizar las recomendaciones y piezas originales de los fabricantes.

Confiabilidad/Seguridad. Las bombas eficientes y bien mantenidas tienen más probabilidades de ser confiables y es poco probable que fallen prematuramente y provoquen pérdidas de producción o servicios.

Válvulas. Se considera que las válvulas desperdician energía dentro de un sistema de bombeo; sin embargo, si se instalan, se debe verificar que funcionen correctamente.

Bombas sin usar. Las unidades de bombeo en espera o las bombas sin demanda deben apagarse para ahorrar energía.

¿Funciona la bomba la mayor parte del tiempo cerca de su punto de máxima eficiencia? Las bombas rotodinámicas que funcionan lejos de BEP no solo desperdician energía, sino que también reducen la expectativa de vida de la bomba.

Alteraciones del Sistema. Al actualizar, cambiar o expandir un sistema de bombeo, la demanda puede haber cambiado y las bombas existentes pueden no ser la solución más eficiente.

Compra del juego de bomba correcto. Al comprar un juego de bomba, el precio no debe ser el factor decisivo. Si una bomba tiene el tamaño correcto, el retorno de la inversión es menor; de la misma manera, si una bomba tiene un tamaño excesivo y desperdicia energía en el futuro, tendrá este costo adicional durante la vida útil anticipada del conjunto de bomba.

¿Se ha realizado una comprobación energética de los sistemas existentes? La base instalada de bombas es diez veces la cantidad que se vende cada año. Las auditorías energéticas de acuerdo con la norma ISO 14414 pueden identificar ahorros de energía sustanciales en los sistemas de bombeo existentes.

Cuando especifique una bomba nueva, solicite que se instale un motor de alta eficiencia. Si está reemplazando o rebobinando un motor, evalúe el costo de instalar un motor de alta eficiencia y recuerde tener en cuenta los ahorros de funcionamiento que compensarán cualquier aumento en el costo. Invierte en realizar una auditoría energética. Revise sus facturas de servicios públicos y comprenda la energía que está utilizando. Realice una auditoría si:

• Sus facturas de energía son altas
• Tiene bombas en funcionamiento continuo
• Tiene muchas bombas en el sistema
• Tiene procesos con flujos variables
• Tiene bombas estranguladas
• Tiene bombas que están en derivación
• Tiene válvulas o tuberías ruidosas
• Tiene sistemas críticos que han estado sujetos a averías

El propósito de una auditoría energética es reducir los costos operativos al reducir el consumo de energía y el gobierno ha estimado que la mayoría de las empresas pueden reducir su consumo de energía entre un 10% y un 20%. Las auditorías energéticas realizadas de acuerdo con la norma ISO 14414 han demostrado que los ahorros del 30 al 50 % no son inusuales. A la hora de decidir si realizar o no una auditoría energética, un buen punto de partida es suponer que ahorrará al menos un 10% de su consumo energético actual. Al revisar las facturas de servicios públicos, puede obtener una indicación de los ahorros que se realizarán y la inversión que debe estar preparado para realizar en el proceso de auditoría.

En la mayoría de los sitios industriales, alrededor de dos tercios del consumo total de energía se utiliza para alimentar motores eléctricos. Además, el costo total asociado con la operación de estos equipos esenciales durante toda su vida útil se puede desglosar de la siguiente manera: El 5 % corresponde a los costos iniciales de compra/instalación, el 10 % al mantenimiento continuo y un enorme 85 % a la energía utilizada para hacerlo funcionar. Claramente, cualquier reducción en la energía consumida por los motores eléctricos es importante, y con los diseños modernos esa reducción puede llegar al 30%. También es evidente que muchas bombas y motores funcionan constantemente a plena potencia, independientemente de las necesidades del proceso, por lo que en toda la base instalada de Europa existe el potencial de un importante ahorro de energía; ahorros que a su vez pueden reducirse a la línea de fondo y aumentar la rentabilidad de cualquier negocio.

Steve Schofield es miembro del Consejo Ejecutivo de Europump y ex presidente del grupo de trabajo internacional responsable de ISO 14414 (Evaluación de energía del sistema de bombeo)