Energy savings in pumping systems through the use of variable speed drives

Para maximizar el ahorro de energía en sistemas de bombeo se utilizan los variadores de velocidad y una forma de demostrarlo es analizar la relación que existe entre la carga estática y la fricción dentro de la ecuación de eficiencia energética, así como el efecto de las eficiencias del motor, la bomba y el variador de velocidad.

El resultado de este análisis es que se obtiene un punto de referencia para que los ingenieros de planta y el personal de mantenimiento seleccionen las mejores perspectivas que maximizan la eficiencia y el ahorro de energía en los sistemas de bombeo. No obstante, se debe conocer que la mayoría de las bombas centrífugas operan en el flujo fijo establecido por el sistema, mientras que otros requieren flujo variable para satisfacer las demandas del proceso.

Los dos métodos más comunes para controlar la salida del sistema de bomba variable y lograr el ahorro de energía en sistemas de bombeo son:

1. Uso de una válvula de control (regulación). Este método se emplea cuando la velocidad de la bomba es fija y una válvula de control agrega resistencia al sistema, cambiando la curva del sistema y restringiendo así la salida del sistema de bombeo, mientras que consume casi la misma cantidad de energía.
2. Uso del variador de velocidad. Utiliza el mismo principio de la válvula de control, con la diferencia de que, en lugar de cambiar la resistencia del sistema para modular el flujo, la velocidad de la bomba cambia. Esto desplaza la curva de la capacidad de carga (HQ) de la bomba para alterar el punto en el que cruza la curva del sistema. 

El control de velocidad variable cambia la entrada de energía en lugar de depender de una válvula para despojar la energía del sistema, dando como resultado un dramático ahorro de energía en sistemas de bombeo.

Si bien es cierto que una bomba regulada consume un poco menos de energía con la que funcionaría libremente, continúa girando a la misma velocidad, manteniendo así una alta velocidad en el sello mecánico y en los cojinetes, ocasionando que la velocidad determine directamente la vida útil del cojinete y del sello mecánico. 

También es cierto que alejar el funcionamiento de una bomba centrífuga equipada con una voluta de presión constante (el tipo de bomba centrífuga más común) de BEP altera el equilibrio hidráulico entre la voluta y el impulsor.

La bomba desarrolla cargas de empuje radiales cada vez mayores, lo que aumenta las fuerzas radiales que producen altas cargas de rodamiento y desviación del eje afectando la alineación del sello mecánico, reduciendo la vida útil, tanto del cojinete como del sello mecánico eliminando la posibilidad de lograr un ahorro de energía en sistemas de bombeo.

Cómo se logra el ahorro de energía en sistemas de bombeo con el uso de variadores de velocidad

1. Se debe obtener el rendimiento de las bombas centrífugas con el nuevo punto de operación, a través de la aplicación de las leyes de afinidad, para generar una nueva curva de bombeo y verificar dónde se intercepta con la curva del sistema. Para ello, es necesario ajustar el flujo, la altura y la potencia en varios puntos a lo largo de la curva de bombeo original para encontrar la nueva curva.
   El uso de energía disminuye con la aceleración, sin embargo, la reducción de la velocidad da como resultado una reducción de energía más significativa, cuanto mayor sea la reducción de flujo desde el punto de funcionamiento libre, mayor será el ahorro de energía en sistemas de bombeo y esto, por lo tanto, contribuye a Saving costs on pump energy consumption with shaft alignment.
   La ventaja es que el rendimiento de las bombas centrífugas sigue las leyes de afinidad: “La tasa de flujo es directamente proporcional a la velocidad de la bomba. La presión diferencial es directamente proporcional al cuadrado de la velocidad de la bomba. El uso de energía es directamente proporcional al cubo de la velocidad de la bomba”.
2. En segundo lugar, seguir la energía, esto implica que en aquellos sistemas donde se presentan solo pérdida de carga por fricción, el caudal se puede reducir al disminuir la velocidad de la bomba, indicando que el ahorro de energía en sistemas de bombeo aumenta a medida que la bomba disminuye la velocidad.
   A diferencia de los sistemas con alto nivel de carga estática, el punto de flujo operativo se mueve continuamente hacia el flujo mínimo de la bomba a medida que la velocidad cae, esto requiere una velocidad de operación mínima para superar la diferencia de presión estática, lo que genera ahorros de energía limitados.
3. Por último, aplicar baja carga estática con el uso de los variadores de velocidad en sistemas de bombeo en lugar de una válvula de estrangulación. Sin embargo, el uso de un variador de velocidad para operar a una tasa de flujo reducida contra un cabezal estático alto todavía produce ahorros por sobre la regulación, aunque el resultado no es tan dramático.

Se debe tener en cuenta que cuando se implementan los variadores de velocidad en puntos cercanos a la velocidad y el flujo total, el ahorro de energía en sistemas de bombeo realmente es mínimo, debido a las pérdidas del variador de velocidad, generalmente un 3%, es importante no olvidar que la eficiencia energética en equipos de bombeo comienza con la correcta selección de la bomba.

Para saber cómo usar los variadores de velocidad en bombas centrífugas para ahorrar energía y evitar problemas operativossubscribe to the Technology for Industry Newsletter, with the most comprehensive content on new industrial technologies, manufacturing innovations, equipment, and automation trends.