Proyectos de reacondicionamiento de bombas para ahorro energético (4ª PARTE)

Ver 3ª PARTE

Estimando los costes de un sistema de bombeo

Un nuevo artículo sobre sistemas de bombeo (ver recopilación aquí) y en esta ocasión nos centramos en la estimación de los costes de energía. Concretamente nos centramos en como comparar diferentes propuestas y sistemas de bombeo para hacer una elección inteligente.

Para comparar sistemas de bombeo debemos estableces algunos hechos básicos.

• Debemos determinar si el proceso requiere caudal variable, y si es así, determinaremos si el caudal varía continuamente o el caudal puede variar por pasos.
• ¿Puede usarse un bombeo por lotes on-off?
• ¿Cuál es el caudal pico y cómo se distribuye el caudal a lo largo del tiempo?

Las respuestas a estas condiciones deben determinarse y también cómo regular el caudal. Una forma útil de mostrar la demanda de caudal es usar un diagrama de duración. Un diagrama de duración en su forma más simple muestra cuantas horas al año darán un caudal dado. Este tipo de diagramas nos permite conocer las necesidades de bombeo. El sistema debe ser capaz de impulsar el caudal pico, pero, desde un punto de vista económico, es también importante conocer con qué caudales el sistema va a operar durante más tiempo. Para estimar el coste total de operación de la bomba, el coste de operación a cada condición de operación debe calcularse y sumarse.

Ahorros en costes de capital

Cuando diseñamos e instalamos un nuevo sistema de bombeo, el coste de capital de un VSD puede a menudo ser compensando eliminando válvulas de control, líneas de bypass, y arrancadores convencionales.

Eliminando válvulas de control: Las válvulas de control se usan para ajustar la salida rotodinámica para adaptarse a los requerimientos de variación del sistema. Usualmente una bomba de velocidad constante es bombeada contra una válvula de control, que parcialmente se cierra la mayor parte del tiempo. Incluso en las condiciones de flujo máximo, una válvula de control está diseñada para estar un 10 % cerrada por propósitos de control. Por ello, se aplica una resistencia a la fricción considerable. La energía se derrocha superando las pérdidas por fricción a través de las válvulas de control. Usando un VSD para controlar el caudal puede eliminarse la válvula de control.

Eliminación de líneas de Bypass: Todas las bombas centrífugas de velocidad fija tienen unos requerimientos de caudal mínimos. Si la bomba opera con caudales por debajo del mínimo durante periodos extendidos, pueden ocurrir varios problemas mecánicos. Si los requerimientos de caudal en un sistema pueden caer por debajo de esta capacidad de caudal mínima, es necesario instalar un bypass constante o conmutado para proteger la bomba. El uso de un VSD en gran medida reduce el volumen del bypass.

Ejemplo de proyecto en una refinería

En una refinería de San Francisco, instalando VFD en una bomba de transferencia de producto se ahorraron 120.000 dólares al año, y en una bomba de alimentación primaria, se ahorrararon 220.000 dólares al año. La vibración se redujo y el sello mecánico y los fallos de los rodamientos se eliminaron.

El periodo payback obtenido en el proyecto fue de 1,6 años.

Uno de los problemas que se detectó fue que las bombas estaban operando al 40 % del punto de la mejor eficiencia, causando una baja eficiencia hidráulica, excesiva vibración, y fallo de rodamientos o sellos alrededor de una vez al año.

El proyecto completo consistió en:

• Instalar VDFs en bombas de alimentación primarias y una bomba de transferencia de producto de 500 kW.
• Sustitución de los elementos internos en la bomba de alimentación secundaria y una turbina de recuperación de energía (Power Recover turbine o PRT)  de 400 hp.
• Cambio de los procedimientos de operación para las bombas de back-up de 3700 kW y 3000 kW.

Instalando los VFDs en la bomba de alimentación primaria y la bomba de transferencia de producto se ahorró energía reduciendo pérdidas a través de las válvulas de control del caudal. La energía ahorrada usando VFDs fue de 500.000 kWh por mes. Redimensionando la bomba PRT y de alimentación secundaria, junto con un procedimiento de operación de eficiencia energética más eficiente para las bombas de apoyo, ahorró otros 500.000 kWh al mes. El ahorro en costes fue de 340.000 dólares por la bomba de velocidad variable y $750.000 el total.

Bibliografía: Variable speed pumping. A guide to successful applications. U.S. Department of Energy. Energy Efficiency and Renewable Energy. Industrial Technologies Program.