27 julio 2011

Reduciendo el consumo energético en los sistemas de distribución de agua caliente (I)


En muchas instalaciones se disponen pequeñas bombas para recirculación del agua caliente. Estas bombas típicamente consumen solamente una pequeña cantidad de energía. Sin embargo, hay casos en los que el diseño de los sistemas de agua de servicio requieren grandes bombas para la recirculación. Podemos ahorrar una cantidad significativa de energía mejorando estas disposiciones. En este artículo revisamos en detalle lo que podemos hacer tanto en instalaciones existentes como en nuevas instalaciones.

Configurar el sistema para minimizar la energía de la bomba
El propósito de esta medida es mejorar la eficiencia de los sistemas de bombeo que proporcionan presión en los servicios de agua. Las bombas pueden ser de tamaño relativamente pequeño, quizás solamente unos pocos HP. Sin embargo, si no se dispone de un tanque de almacenamiento de agua para mantener la presión, las bombas consumen una gran cantidad de energía en relación a su tamaño porque deben operar de forma continuada.
Hay dos formas de mejorar la eficiencia de energía en tales casos:
·        Instalar bombas en incrementos de capacidad. La potencia de la bomba puede incrementarse en proporción a la cantidad de caudal demandada por el sistema.
·        Instalar uno o más tanques de presurización. Limitan la operación de la bomba a breves periodos de funcionamiento a la máxima eficiencia.
¿Dónde considerar estas medidas?
Estas medidas se aplican a entidades que emplean sus propias bombas para proporcionar la presión del agua de servicio, o aumentar la presión proporcionada por la distribuidora de agua. También se aplican en edificios altos, donde se dispone de su propio suministro de agua, y en localizaciones donde la presión del agua no es fiable.
El derroche de energía en los edificios
Para entender el derroche que tiene lugar en los edificios pensemos en un gran hotel en el que la presión del agua de servicio se produce enteramente en su interior. Normalmente encontraremos un sistema de bombeo en la planta inferior que suministra agua a las plantas superiores.
Este sistema es ineficiente porque las bombas tienen que presurizar el agua que se necesita en las plantas superiores aunque el consumo esté siendo bajo. El problema es que el sistema de presurización tiene que satisfacer las necesidades de todas las instalaciones elevadas por lo que la capacidad del bombeo deberá ser mucho más grande de lo necesario. Si el sistema utiliza una sola bomba, deberá estar muy sobredimensionada.
Análisis del consumo energético
La carga de la bomba en el sistema de agua de servicios se crea fundamentalmente pro gravedad y por los requerimientos de presión del equipo que utiliza el agua. Estos factores son constantes. Por lo tanto, el requerimiento de presión de la bomba es bastante constante. Por otra parte, los requerimientos de caudal típicamente varían en un amplio rango.
La energía disipada en la tubería por fricción es menor, especialmente porque el caudal es bajo. Sin embargo, la resistencia causada por la fricción de la tubería es importante en tasas altas de caudal, lo cual requiere que la presión de la bomba se incremente.
Estas características de carga de las bombas causan que un sistema de agua de servicio derroche energía de varias formas, analicemos una por una las causas:
·        Operación extendida en bajos caudales: El punto clave es que una bomba de presurización de agua opera mucho tiempo trabajando a una fracción muy baja de su caudal máximo de diseño. Por ejemplo, en un hotel una bomba puede operar a menos de un 10 % del caudal máximo una larga fracción del tiempo. La eficiencia de la bomba declina seriamente cuando opera lejos de sus presiones y caudales de diseño. Por ejemplo, una bomba con eficiencia del 85 % cae a una eficiencia de menos del 50 % cuando trabaja con bajos caudales.
·        Diferentes requerimientos de diseño: Otro de los problemas que surgen en estas instalaciones se debe a que la distribución de agua debe bombearse a la presión más alta necesaria en todo el sistema. Por lo tanto estamos derrochando mucha energía en las porciones del sistema que necesitan menos presión. Este es un problema común en los edificios altos.
·       Sistemas con válvulas de reducción de la presión: Algunos de los edificios usan válvulas reductoras de la presión para mantener la presión del sistema dentro de límites aceptables. Estas configuraciones son típicas en los edificios altos, donde las válvulas de reducción de presión pueden instalarse en las partes más bajas del edificio. Toda la presión que se disipa en las válvulas debe producirse por las bombas, por lo que perdemos una cantidad importante de la energía producida por las bombas.
·       Eficiencia de los motores: La eficiencia de los motores eléctricos cae rápidamente cuando la carga del motor cae por debajo del 50 %. Ya que los motores están siempre sobredimensionados la eficiencia del motor cae en las bombas.
Presurización eficiente del agua caliente
La capacidad del sistema de agua caliente viene determinada por las bombas de agua fría. Las bombas de agua fría deben por tanto dimensionarse en conformidad con los requerimientos de agua caliente.
El agua caliente se produce a la misma presión que el sistema de agua fría. Si el sistema de agua se divide en diferentes zonas de presión, el agua usualmente se distribuye a la misma zona de presión que el agua fría, incluso si no es el mismo espacio físico. Pueden ocurrirse excepciones si se necesita agua caliente a diferentes presiones que el agua fría.
Se necesitan calentadores separados para cada zona de presión a la que no se reparte el agua caliente. El coste y las dificultades de instalar calentadores de agua adicionales es un factor limitante subdividiendo el sistema de agua para un bombeo eficiente.
El agua caliente requiere recirculación del agua para mantener la temperatura adecuada en el agua. Para evitar complicaciones y derroches en la energía de la bomba, cada zona de presión debe tener su propio sistema de recirculación. Si la recirculación está apropiadamente diseñada, el tamaño de las bombas será pequeño.
Bombas de presurización de múltiples usos
Una forma de ahorrar energía es utilizar una combinación inteligente de bombas. Una forma es instalando un grupo de varias bombas en paralelo para adaptarse a los cambios en el requerimientos del caudal de agua. Otra configuración es instalar diferentes grupos de bombas que están acoplados a diferentes requerimientos dentro de la instalación.
Si aumentamos el número de bombas la configuración será más eficiente, pero también más costosa.
Ver 2ª PARTE
Publicar un comentario