Cómo mejorar la eficiencia energética de las bombas centrífugas

Cuando hablamos de la eficiencia energética de las bombas centrífugas simplemente nos referimos a qué tan bien se puede convertir la energía mecánica en energía hidráulica (flujo, velocidad y presión). Las medianas y más grandes ofrecen eficiencias de 75 a 93 por ciento e, incluso, las más pequeñas, generalmente caen dentro del rango de 50 a 70 por ciento.

La eficiencia general de una bomba centrífuga es simplemente la relación de la potencia del agua (salida) a la potencia del eje (entrada), dependiendo de factores como la dimensión, aplicación y entorno operativo. Esto se expresa mediante la siguiente ecuación:

Donde:

E f = eficiencia

P w = la potencia del agua

P s = la potencia del eje

En muchos casos, esto sucede por los diferentes factores de seguridad que va agregando cada una las personas involucradas en el diseño. Por ejemplo, el ingeniero de diseño determina el flujo requerido como 200 galones por minuto (gpm), pero agrega un 5% adicional (210 gpm) a esta capacidad para cubrir cualquier inconsistencia de cálculo. Luego, el responsable de planta agrega otro 10% (231 gpm hasta 235 gpm) como factor de seguridad.

Finalmente, cuando hacemos la solicitud al fabricante y este revisa los parámetros de operación, termina sugiriendo una bomba de 250 gpm porque es la que tiene disponible en el inventario, llevándonos a realizar una inversión fuera de los estándares o requerimientos originales de nuestro sistema, por tanto, es mayor el coste.

Con una bomba sobredimensionada, la descarga debe acelerarse para obtener el caudal deseado de 200 gpm. Esta acción de estrangulamiento resultará en un aumento correspondiente en el cabezal de la bomba y la energía requerida adicional necesaria para operar la bomba sobredimensionada es significativa.

Dentro de las acciones que pueden reducir el coste de la energía e incrementar la eficiencia energética de las bombas centrífugas se tienen:

• Reemplazar la bomba.
• Instalar un motor de dos velocidades.
• Añadir una unidad de velocidad variable.
• Modificar el impulsor de la bomba.

Además del coste de energía, la bomba sobredimensionada probablemente tendrá un mayor coste a causa del sobredimensionado, por tanto, debe acelerarse para suministrar el flujo adecuado. Otra alternativa es usar los variadores de velocidad en bombas centrífugas para ahorrar energía y evitar problemas operativos en los sistemas.

La aceleración del flujo hará que la bomba funcione a una mayor presión de descarga y esto aumentará los costes de mantenimiento a causa de:

• Erosión.
• Desgaste en los anillos, empaque, sellos mecánicos por requisitos de torsión adicionales.
• Alineación.
• Vibración.
• Ruido.

La eficiencia energética de las bombas centrífugas instaladas es un indicador clave de la necesidad de mantenimiento, y podemos utilizarlo para ayudar a predecir la degradación de la misma y su efecto en el funcionamiento del sistema de bombeo. Es necesario tener en cuenta que los datos de rendimiento del fabricante se basan en las pruebas de la bomba en el taller. 

Si la aplicación de la planta difiere del banco de pruebas del fabricante en la configuración de tuberías o del motor primario, se deben tener en cuenta esas diferencias. La eficiencia instalada puede diferir significativamente de la eficiencia construida. La eficiencia de las bombas centrífugas instaladas debe medirse en la instalación y utilizarse como referencia.

Los tres parámetros clave para determinar el rendimiento y la eficiencia de la instalación son la capacidad de la bomba, el cabezal y la velocidad. Estos parámetros pueden medirse fácilmente en el campo y usarse para determinar la eficiencia de la bomba usando la ecuación:

Donde:

GPM= es galones por minuto,

TDH= es el cabezal de descarga total (medido en pies)

Po= es la potencia hidráulica o la cantidad de caballos de fuerza que genera la bomba. 

Aunque es imposible alcanzar el 100% de eficiencia, es necesario acercarse lo más posible a este punto para maximizar el rendimiento de nuestra planta. Hay muchas formas de mantener la máxima eficiencia energética de las bombas centrífugas y sistemas. Existen dos consideraciones importantes fuera de la selección de la bomba adecuada durante el proceso de diseño.

Consideraciones a tener en cuenta para mejorar la eficiencia energética de las bombas centrífugas

Tener un personal operativo y de mantenimiento bien capacitado que trabaje en conjunto para mantener el equipo en las mejores condiciones operativas posibles. La persona responsable del funcionamiento diario de una bomba o sistema debe estar familiarizada con sus parámetros normales, específicamente:

• Bombas de succión y presión de descarga: Estas presiones son un indicador del rendimiento de la bomba.
• Fuga permitida para el sello o empaque mecánico: se requiere fuga para sellar, enfriar y lubricar el eje de la bomba.
• Ruidos operacionales normales: El ruido anormal puede indicar cavitación, alineación incorrecta y / o falla del rodamiento.
• Características térmicas: Las altas temperaturas pueden indicar una alineación incorrecta, enfriamiento insuficiente y / o aceleración excesiva.

Implementar un programa de mantenimiento eficiente centrado en la confiabilidad, el cual debe combinar los mejores aspectos de los programas de mantenimiento preventivo y predictivo. Esto ayudaría a evitar un programa de mantenimiento reactivo, que no permite una planificación adecuada de la tarea de mantenimiento.

Sea cual sea el programa de mantenimiento que selecciones para tu planta debes cumplirlo y el personal de mantenimiento debe tener las herramientas y los suministros adecuados para completar todas las reparaciones, lo que traerá grandes resultados. También se recomienda tener en cuenta que muchos fabricantes han optado por un sistema de inventario justo a tiempo. 

Esto significa que la identificación temprana y la planificación de una tarea de mantenimiento es esencial, por tanto, si quieres tener resultados positivos y mejorar la eficiencia energética de las bombas centrífugas comienza haciendo un check list para el mantenimiento preventivo de bombas centrífugas, porque la eficiencia energética en equipos de bombeo comienza con la correcta selección de la bomba.

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