Proyectos de reacondicionamiento de bombas para ahorro energético (2ª PARTE)

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Efectos de la variación de la velocidad en las bombas de desplazamiento positivo

Para controlar el flujo en una bomba PD, es necesario cambiar la velocidad o parte del flujo desviarse. El estrangulamiento no es efectivo y es potencialmente peligroso. Para muchas aplicaciones, necesitan hacerse pequeños cambios en el caudal mientras que se mantiene constante la presión, y esto se alcanza mejor con una válvula de regulación de presión. Tal válvula derramará una pequeña cantidad de líquido en la fuente para mantener una presión del sistema de vapor constante. El uso de tal válvula para derramar grandes volúmenes de líquido será muy ineficiente, con la pérdida de energía manifestando calor y ruido.

Una VSD es la opción preferida para una aplicación donde el flujo necesita variar sobre una base regular. Este es el método más eficiente de control del flujo y no derrocha nada de energía en la entrada del eje.

En una bomba PD, el caudal es proporcional a la velocidad, pero la presión puede ser independiente de la velocidad. Consecuentemente, el ahorro de potencia y energía no cae tan rápidamente cuando la velocidad se reduce. A veces es necesario operar bombas PD sobre un amplio rango de velocidad de bombas rotodinámicas, típicamente hasta 10:1. Este rango de grandes velocidades y las características de las bombas PD tienen implicaciones tanto para la bomba como para el tren motriz, incluyendo:

• Velocidades de operación más bajas y más altas pueden requerir consideraciones especiales respecto al método o tipo de lubricación y/o refrigeración.
• El motor puede no ser adecuadamente enfriado a la velocidad más baja. Un ventilador separado puede ser considerado.
• El caudal puede ser tan bajo que la apertura de la válvula sea demasiado pequeña como para ser sostenible bajo las diferentes fuerzas, y la válvula puede presentar movimientos.
• La energía de la inercia del tren de transmisión llega a ser demasiado pequeña para suavizar el arranque del motor. Posibles soluciones son el funcionamiento del motor a mayor velocidad con una relación de reducción del tren - transmisión más alta, o un volante de compensación.
• En la etapa de diseño del sistema, deben considerarse las características de par constante y posibles efectos del par de baja velocidad, debido a que imponen demandas en VSDs electrónicos.
• Cuando se bombean líquidos que contienen sólidos con alto grado de sedimentación, puede ocurrir una excesiva acumulación de sólidos en la bomba, causando desgaste. Cuando se reduce la velocidad de los líquidos, la velocidad se mantendrá bastante alta en la bomba y en el sistema de bombeo para evitar la sedimentación de los sólidos.
• Un cambio en la temperatura del líquido y viscosidad puede provocar cavitación.

Motores

Hay muchos tipos de fuerza motriz en las bombas disponibles (tales como motores diesel o turbinas de vapor) pero la mayoría de las bombas son accionadas por un motor eléctrico. La mejora en la eficiencia de los motores, usando motores de alta eficiencia, puede ofrecer ahorros de energía importantes y cortos payback.

Variadores de velocidad variable

Hay varios tipos de VSDs. En aplicaciones que requieren control de presión o flujo, particularmente en sistemas con altas pérdidas de fricción, la opción de mayor eficiencia energética en control es un VSD, comúnmente referido como un variador de frecuencia variable (VFD). La forma más común de VFD es la fuente de voltaje, convertidor de frecuencia de pulso-ancho modulado (PWM) (a menudo incorrectamente referido como un inversor). En su forma más simple, el convertidor desarrolla un voltaje directamente proporcional a la frecuencia, que produce un flujo magnético constante en el motor. Este control electrónico puede acoplar la velocidad del motor al requerimiento de carga. Esto elimina numerosos y costosos equipos auxiliares, tales como válvulas de estrangulamiento o sistemas bypass.

PROCESO DE SELECCIÓN - NUEVOS SISTEMAS

Es esencial comenzar el dimensionado de un sistema hidráulico, y trabajar sistemáticamente para seleccionar la bomba, motor y variador. Cuando se conocen las prestaciones máximas de la bomba, el pico de potencia y velocidad del variador estarán claros. Es común sobredimensionar los componentes del sistema (bombas, motores y variadores); sin embargo, esta práctica no se recomienda debido a que origina unos costes de equipos iniciales más altos y costes del ciclo de vida más altos.

Cuando se selecciona una bomba rotodinámica en combinación con un VSD para un sistema con presión estática, se eligirá una bomba tal que el caudal máximo esté ligeramente al lado de la derecha del punto de mejor eficiencia (BEP). La excepción es para un sistema regulado de flujo constante, en cuyo caso la recomendación es seleccionar una bomba que opere a la izquierda de un BEP a máxima presión. Esta aproximación optimiza la eficiencia de operación de la bomba.

Deben considerarse todas las condiciones de operación cuando se diseñe el sistema. Algunos perfiles de operación pueden satisfacerse mejor instalando bombas múltiples, que pueden fijarse como velocidad variable. El control on/off puede usarse para variar el caudal en sistemas en los que el caudal intermitente es aceptable. Esto puede ser una solución eficiente en energía, pero estos sistemas a menudo requieren una instalación de almacenamiento líquido.

PROCESO DE SELECCIÓN - REACONDICIONANDO EQUIPOS EXISTENTES

Hay aproximadamente 20 veces más bombas en servicio que las suministradas cada año. Es por lo tanto aparente que existen oportunidades para modificar sistemas instalados que las hacen más eficientes. Los diseñadores de la mayoría de los sistemas de presión requeridos. Se estima que un 75 % de los sistemas de bombas están sobredimensionados, muchos más de un 20 %. Esto permite la utilización de VSDs que puedan acoplar los sistemas de bombas a los actuales requerimientos del sistema actual más exactamente y ahorrar una considerable cantidad de energía.

Cuando consideremos añadir un VSD a un motor existente, debe tenerse cuidado en acoplar las características eléctricas del motor y el convertidor de frecuencia; además el riesgo de fallo prematuro se introduce en el sistema. Los convertidores de frecuencia más antiguos producían salidas con un alto contenido en armónico en la forma de onda, que causaba un calentamiento adicional sustancial del devanado del motor. Los motores de alta eficiencia eran menos afectados por los armónicos que los de tipo estándar.

• Beneficios del VSDs: VSDs ofrece varios beneficios, algunos que son relativamente fáciles de cuantificar, y otros que son menos tangibles, pero hay algunas desventajas potenciales, que deben ser evitadas.
• Ahorro energético: En instalaciones de bombas rotodinámicas, se han conseguido ahorros entre un 30 % y un 50 % en muchas instalaciones mediante VSDs. Cuando se usan bombas PD, el consumo de energía tiende a ser directamente proporcional al volumen bombeado y el ahorro es fácilmente cuantificado.
• Control de procesos mejorado: Acoplando el caudal o presión de salida de la bomba a los requerimientos del proceso, pueden corregirse pequeñas variaciones más rápidamente por un VSD que por otra forma de control, que mejora el rendimiento del proceso. Hay menos probabilidad de que el caudal o la presión aumenten bruscamente  cuando el dispositivo de control proporcona tasas de cambio, que son virtualmente infinitamente variabless.
• Fiabilidad del sistema mejorado: Cualquier reducción en la velocidd alcanzada usando un VSD tiene beneficios mayores en la reducción del desgaste de la bomba, particularmente en rodamientos y sellos. Además, usando ínidices de fiabilidad, el periodo de tiempo entre mantenimiento o averías puede computarse exactamente.

Palabras clave: Reliability indices

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