Ahorro de energía_en_bombeo
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Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
AHORRO DE ENERGÍA EN BOMBEO
Ing. Alfredo Aguilar Galván
Ingeniería Energética Integral, S.A. de C.V
Bomba:Máquina que realiza trabajo con la finalidad de mantener un fluido en movimiento o provocar el desplazamiento o
el flujo del mismo.
Existen muchos tipos de bombas para diferentes aplicaciones.
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
Introducción
Los factores importantes son:
Presión de proceso,
Velocidad de bombeo,
Tipo de Líquido
Eficiencia
Potencia requerida
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
Presión
La presión es la relación de la fuerza F al área de la superficie A
P = F / A
Un espacio en el que se ha eliminado completamente toda materia tiene una presión cero.
A la presión ejercida por un fluido sobre la presión cero se le llama presión absoluta.
El aire atmosférico ejerce sobre la tierra una presión atmosférica.
AF
AreaFuerzaesión ==Pr
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
Presión Una Atmósfera es la presión que existe al
nivel de mar, es igual a:
3.027Pies de Aguaft Agua0. 246Pulgada de Agua a 4 Cplg Agua9.930Metro de Aguam Agua
1.01325Barbar1.03323kilogramo / centímetro cuadradokg/cm2
760mm de Mercuriomm Hg101,325PascalPa14.69595Libra/pulgada cuadradaPSI
1AtmósferaAtm
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
AF
AreaFuerzaesión ==Pr
En un Sistema de Bombeo la Presión también llamada Carga es la diferencia de altura entre el deposito de succión y el de descarga más la fricción que se ejerce sobre el fluido en su recorrido por las tuberías.
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
MOTOR MOTOR ELELÉÉCTRICOCTRICO
ARRANCADORARRANCADORMAGNMAGNÉÉTICOTICOCOMBINADOCOMBINADO MEDIDORMEDIDOR
INTERRUPTORINTERRUPTOR
TABLEROTABLERODEDE
CONTROLCONTROL
TUBOTUBOCONDUITCONDUIT
SUBESTACISUBESTACIÓÓNNELELÉÉCTRICACTRICA
TRANSFORMADORTRANSFORMADOR
APARTARRAYOSAPARTARRAYOS
LLÍÍNEA DE ALTA TENSINEA DE ALTA TENSIÓÓNN
AISLADORESAISLADORES
CUCHILLASCUCHILLASFUSIBLESFUSIBLESSISTEMA DE BOMBEOSISTEMA DE BOMBEO
CONEXICONEXIÓÓNNA TIERRAA TIERRA
CUERPO DE BOMBEOCUERPO DE BOMBEOSE CONSTITUYE POR TAZONES QUE CONTIENEN SE CONSTITUYE POR TAZONES QUE CONTIENEN IMPULSORES FIJOS A UNA FLECHA QUE AL GIRAR IMPULSORES FIJOS A UNA FLECHA QUE AL GIRAR COMPLETA EL FUNCIONAMIENTO PARA LOGRAR LA COMPLETA EL FUNCIONAMIENTO PARA LOGRAR LA SUCCISUCCIÓÓN DEL AGUAN DEL AGUATUBO DE SUCCITUBO DE SUCCIÓÓNNCOLADORCOLADOR
ELECTRODOSELECTRODOS
TRANSFORMADORESTRANSFORMADORESDE CORRIENTEDE CORRIENTE
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
OTROS TIPOS DE SISTEMAS DE BOMBEOOTROS TIPOS DE SISTEMAS DE BOMBEO
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
Problemática Frecuente
Sistemas Antiguos
Con mal mantenimiento
Seleccionados Incorrectamente
Disminución del Manto Freático
Incremento de la necesidad de Bombeo
Altos Costos de Operación
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
Gasto, Flujo o Caudal
El gasto es el volumen de un líquido que atraviesa una sección de un conductor por unidad de tiempo.
Al gasto, también se le denomina flujo y su símbolo es:
Q =Av = Volumen / tiempo
donde A= área del conductor y v = velocidad del fluido.
También al gasto se le denomina en algunas ocasiones Flujo, Caudal, Rapidez o velocidad de flujo.
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
Ejemplo de Gasto, Flujo o Caudal
Una Bomba llena una cisterna de dimensiones
largo 15 m, ancho 10m, altura 4m.
El tiempo utilizado es de 20 minutos.
Calcule el gasto, expréselo en:
m3/min, m3/seg, m3/hr, cm3/seg, pies cúbicos/min
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
El Ahorro de Energía Eléctrica resuelve varios problemas
Se ajusta a las nuevas condiciones
Moderniza las instalaciones
Garantiza la mayor eficiencia del sistema
Ahorra conflictos
Ahorra mucho dinero
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
Medidas de Ahorro de Energía Eléctrica
Selección Adecuada de la Bomba
Una mala selección consume hasta 3 veces mas energía
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en BombeoFlujo o capacidad
Car
ga,H Pérdidas
por Fricción
Curvas del sistema con obstructor al fluido
Carga - capacidad a velocidad constante
Carga Estática
La Curva del Sistema
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
Curva Bomba Inicial Centrifuga 1750 rpm
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
12´
11´
10´
9´
60%50%
40%30%
25 HP
20 HP
15 HP
30 HP
H,
Altu
ra d
e la
car
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etro
s
Q, Gasto en litros por minuto
N P S H
Curva del Sistema
Curva Bomba Centrifuga 1750 rpm
0
5
10
15
20
25
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2200
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15 HP
10 HPH
, A
ltura
de
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Q, Gasto en litros por minuto
N P S H
Curva del Sistema
Ejemplo 2 elecciones que cumplen la misma necesidad 1700 LPM y 33 metros
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
Oportunidades para Ahorro de EnergíaLa operación define las oportunidades de ahorro:
Recorte de impulsor para mejorar su punto de operación.
Sustitución por una bomba de mayor eficiencia (o un arreglo de bombas).
Aplicación de convertidor de frecuencia.
Disminución de pérdidas en el sistema de bombeo.
Instalación de equipos de control.
Administración del Bombeo y Aprovechamiento de tarifas horarias.
Eliminar la operación de la bomba con cavitación.
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
Medidas de Ahorro de Energía Eléctrica
Sustitución por Motores de Alta Eficiencia
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
70%
75%
80%
85%
90%
95%
25% 50% 75% 100%
Factor de carga
Efic
ienc
ia 20 Hp Std
30 HP Std 40 Hp Std
20 Hp AE30 Hp AE40 Hp AE
Std: Motor EstándarAE: Motor de Alta Eficiencia
Medidas de Ahorro de Energía Eléctrica
Sustitución por Motores de Alta Eficiencia
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
Revisar que los motores reciben el voltaje adecuado,
Variaciones en los parámetros de alimentación, afectan drásticamente sus valores de eficiencia, par, corriente y factor de potencia.
Motores Eléctricos
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
En sistemas de flujo variable.
Con condiciones muy cambiantes respecto a la necesidad de bombeo
Medidas de Ahorro de Energía Eléctrica
Aplicación de Variadores de Velocidad Electrónicos
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
Medidas de Ahorro de Energía Eléctrica
Aplicación de Variadores de Velocidad Electrónicos
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
2
1
2
1
DD
=2
1
2
1
2
1
HH
DD
==
2
1
2
1
2
1 3
PotPot
DD
==
donde D = Diámetro del impulsor H = Carga totalQ = FlujoPot. = Potencia al freno, requerida por la bomba
Medidas de Ahorro de Energía Eléctrica
Aplicación de Variadores de Velocidad Electrónicos
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
Medidas de Ahorro de Energía Eléctrica
Aplicación de Variadores de Velocidad Electrónicos
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
Medidas de Ahorro de Energía Eléctrica
Aplicación de Variadores de Velocidad Electrónicos
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
Medidas de Ahorro de Energía Eléctrica
Aplicación de Variadores de Velocidad Electrónicos
EJEMPLO:La potencia demandada por el motor de 500 h.p.
de una bomba a 60 hz es:Pot. Actual = 309.53 kW
Si se reduce la velocidad en un 7%, la potencia también se reducirá:
Utilizando las leyes de afinidad:Donde:
N1 = 3,570 RPMN2 = 3,333 RPMP1 = 309.53 kWP2 = (Q2 / Q1)3 x P1 = (3,333 / 3,570)3 x 309.53 =
Potencia esperada = 251.88 kW
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
Otras Medidas de Ahorro de Energía EléctricaIncorporación de un sistema de control de tiempo para el bombeo. Se refiere a la adopción de un equipo que arranca y para la bomba en forma automática mediante una programación de tiempos, estos equipos se denominan relojes, temporizadores o Timers.Modificación del sistema de tuberías y accesorios con criterio ahorrador. Nos referimos a la realización de cambios para tener un recorrido de las tuberías lo más sencillo posible, evitando al máximo posible cambios del diámetro de la tubería, desviaciones, trayectos largos, válvulas y accesorios innecesarios.Reemplazo de tazones por otros esmaltados. Los tazones son receptáculos que contiene la bomba cuando se sustituyen por otros que sean esmaltados se logra una mejor operación de la bomba, ahorrando energía.Reemplazo de Impulsor por otro de menor tamaño. Las bombas vienen con el impulsor de la bomba de un cierto diámetro por ejemplo de 12 pulgadas, cuando las necesidades del gasto de bombeo son menores a las que mueve la bomba es aconsejable recortar o sustituir el impulsor por otro de menor diámetro por ejemplo 10 pulgadas.
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
ANÁLISIS ENERGÉTICO DE LOS POZOS PROFUNDOS
DEL MUNICIPIO DE ETZATLÁN,JALISCO
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
AntecedentesCon el afán de proporcionar un mejor servicio a la población. El municipio de Etzatlán, decidió llevar a cabo la renovación de los pozos profundos con criterio de ahorro de energía con el apoyo del “FIDE” por medio del área de servicios municipales
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
Actualmente la población del municipio de Etzatlán se abastece de cuatro pozos profundos
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
POZO 1Este pozo cuenta con un motor de 100 HP cuyos datos de placa se
presentan son:
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
Adicionalmente se midieron los niveles del pozo.
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
Se realizaron mediciones eléctricas en el motor del pozo 1
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
Presión de descarga a la salida de la bomba= 3.2 kg/cm 2
Dimensiones del tanque donde descarga la bomba del pozo 1
Largo = 10.6 mAncho = 10.6 mAlto = 2.6 m
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
En las condiciones actuales de operación, la bomba del pozo 1 tiene las siguientes características.
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
La demanda eléctrica promedio del pozo número 1 es de 28 kW, Y consumo anual de 196,140 kWh.La energía eléctrica que paga el municipio de Etzatlán por la operación de las bombas de pozo se rige por los costos de la tarifa 06 “Servicio para bombeo de aguas potables o negras, de servicio público”.
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
De acuerdo con el costo por kWh para el mes de septiembre de 2003 y el cargo fijo aplicable para la tarifa 06, el costo de operación anualizado (tomando en cuenta un incremento en los costos de la electricidad del 6% al año, tal como en el 2003) para la bomba del pozo 1
Sería de $187,829.10.
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Situación Propuesta
Partiendo de las mediciones eléctricas realizadas, el motor de la bomba de pozo 1 se encuentra operando con un factor de carga bajo, en otras palabras se encuentra sobredimensionado, por lo tanto la misma función podría realizarse con una moto-bomba más pequeña.
Se sugiere la sustitución del equipo actual (100 HP) por una bomba que cubra los mismos requerimientos de flujo y carga total pero con una eficiencia superior a la actual.
Oportunidades de Ahorro de Energía Eléctrica en Bombeo
Equipo propuestoUna bomba sumergible marca GRUNDFOS modelo 300S300-8 de acero inoxidable Con un gasto de 18 LPS y carga dinámica de 90 metros, con un motor acoplado de 30 HP a 440 V.
La operación propuesta se presenta en la tabla
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Análisis económico por aplicación de medida de ahorro