Estrategias para aumentar la eficiencia energética de las bombas centrífugas

Implementar estrategias para aumentar la eficiencia energética de las bombas centrífugas puede, en muchos casos, reducir los costes de energía del sistema de bombeo en una planta hasta el 20% y, como bien sabemos, este es uno de los costes que más impacta a las industrias.

Por otro lado, en el sector industrial de procesos, el precio de compra de una bomba centrífuga suele ser del 5 al 10% del coste total de propiedad, considerando la práctica de diseño actual. El coste del ciclo de vida (LCC) de un sistema de bomba de 100 caballos de fuerza, incluidos los costes de instalación, operación, mantenimiento y desmantelamiento, será más de 20 veces el precio de compra inicial.

Por lo tanto, aplicar estrategias para aumentar la eficiencia energética de las bombas centrífugas en un mercado que es implacable en costes, es una consideración cada vez más importante, por lo que hay que tener presente que una vez instalada la bomba, su eficiencia está determinada principalmente por las condiciones del proceso, y los principales factores que afectan el rendimiento incluyen:

1. Eficiencia de la bomba y los componentes del sistema.
2. Diseño general del sistema.
3. Control eficiente de la bomba.
4. Ciclos de mantenimiento adecuados. 

Cuando se quiere lograr eficiencias del diseño mecánico, los fabricantes de bombas deben trabajar estrechamente con los usuarios finales y los ingenieros de diseño de forma que se consideren todos estos factores al momento de especificar las bombas a utilizar en una instalación, ya que se debe ir más allá de los costes de energía y evitar futuros problemas en la planta a causa de las diferentes pérdidas dentro del sistema.

En tal sentido, aquí explicamos cómo lograr un efectivo control de flujo de bombas centrífugas al aplicar las mejores estrategias para aumentar la eficiencia energética de las bombas, así como también realizar un análisis específico sobre las pérdidas que se consiguen durante la operación de la bomba.

Dentro de las soluciones que pueden minimizar estas pérdidas de energía en el sistema se tienen el uso de algunas estrategias para aumentar la eficiencia energéticas de las bombas centrífugas como son:

• Considerar los reemplazos por bombas de tamaño apropiado, debido a que las condiciones de funcionamiento reales son muy diferentes (variación de altura o flujo en más del 25 al 30%) que las condiciones de diseño.
• Establecer la operación de múltiples bombas en serie o en paralelo según los requisitos de la planta.
• Reducir el número de bombas (cuando el requisito de presión del sistema, el requisito de altura y flujo es menor).
• Mejorar el diseño de la tubería para reducir la pérdida de carga por fricción, esta es una de las estrategias para aumentar la eficiencia energética de las bombas centrífugas más importante al reducir el número de curvas y válvulas en el sistema de tuberías.
• Evitar el proceso de estrangulamiento para reducir el requisito de flujo.
• Recortar o reemplazar los impulsores cuando el requerimiento de capacidad es bajo mediante el uso de variadores de velocidad.

Tipos de pérdidas en el sistema de bombeo que se deben evitar al momento de aplicar las estrategias para aumentar la eficiencia energética de las bombas centrífugas

• Pérdida de fricción mecánica entre partes fijas y giratorias por cada uno de los componentes que dependerá del tipo y condición de la bomba. Para evitar esto es importante mantener una lubricación adecuada de los cojinetes y los prensaestopas.
• Pérdida de fricción del disco entre el líquido y las caras giratorias externas de los discos del rotor. El juego axial afecta la pérdida de potencia. Cualquier elemento de líquido en contacto con el disco giratorio será arrastrado con él, al menos durante una corta distancia y durante este viaje el elemento estará necesariamente sujeto a una fuerza centrífuga. 

Ese es el impulso de fricción que ha creado en una escala muy pequeña el efecto de bombeo que el empuje directo de las palas del impulsor crea en una escala efectiva. Pero, parece probable que, en el espacio entre el disco y la carcasa, la distancia axial influirá en los componentes de velocidad radial y tangencial. 

Si esta distancia es grande, será fácil que participen grandes cantidades de líquido en la circulación secundaria y, por lo tanto, roben energía del disco, mientras que, si la distancia es pequeña, la energía debería ser menor.

• Pérdida de potencia de fuga. La cual sucede cuando el líquido de fuga se purga de la corriente principal en varios puntos, cada uno a diferentes presiones provocando fugas en otra región que no sea los anillos de sellado. La pérdida a través de las glándulas o sellos mecánicos se puede reducir asistiendo a estas fugas de vez en cuando.
• Pérdida de potencia hidráulica. Este tipo de pérdida puede darse tanto en el rotor como en el recuperador esta es una buena señal de que hay que buscar estrategias para aumentar la eficiencia energética de las bombas centrífugas que minimicen los costes.

La gran mayoría de los sistemas de bombeo funcionan lejos de su punto de mejor eficiencia (BEP). Por razones que van desde el diseño miope o excesivamente conservador, la especificación y la adquisición hasta décadas de cambios incrementales en las condiciones de funcionamiento, la mayoría de las bombas, tuberías y válvulas de control son demasiado grandes o demasiado pequeñas. 

En previsión del crecimiento futuro de la carga, el usuario final, el proveedor y los ingenieros de diseño agregan rutinariamente del 10 al 50% de «márgenes de seguridad» para garantizar que la bomba y el motor puedan acomodar los aumentos de capacidad anticipados.

En estas circunstancias, la curva de capacidad del cabezal se cruza con la curva del cabezal del sistema a una capacidad muy superior al flujo requerido utilizando un exceso de potencia. Por supuesto, la bomba puede volver a la capacidad requerida y la potencia se reduce un poco. 

Se pueden realizar importantes ahorros de energía si, al momento de seleccionar la condición de servicio, se ejercen restricciones razonables que evitan el uso de márgenes de seguridad excesivos hasta obtener la condición de servicio nominal. Pero en una instalación existente, si las bombas tienen márgenes excesivos, se pueden aplicar otras estrategias para aumentar la eficiencia energética de las bombas centrífugas:

1. El impulsor existente se puede cortar para cumplir con las condiciones de servicio requeridas para la instalación.
2. Se puede pedir un impulsor de repuesto con el diámetro reducido necesario al fabricante de la bomba.
3. En ciertos casos, puede haber dos diseños de impulsores separados disponibles para la misma bomba, uno de los cuales tiene un ancho más estrecho que el que se suministró originalmente. Un reemplazo más estrecho tendrá su mejor eficiencia a una capacidad menor que el impulsor de ancho normal.

Para conocer cuánta energía se puede ahorrar con un variador de frecuencia Mitsubishi para el control de bombas, como parte de las estrategias para aumentar la eficiencia energética de las bombas centrífugas, suscríbete al Newsletter de Tecnología para la Industria, un boletín que te permitirá conocer las nuevas soluciones disponibles en el mercado para optimizar las operaciones de su planta.