Eficiencia Energética, uso de variadores de velocidad

EFICIENCIA ENERGÉTICA: USO DE VARIADORES DE VELOCIDAD EN LA CIRCULACIÓN DE FLUIDOS

Los variadores de velocidad están entre las principales soluciones para aumentar la eficiencia energética de las instalaciones, ya que una gran parte de la electricidad que se produce en el mundo se utiliza para hacer circular fluidos, líquidos y gases de todo tipo como bombas, ventiladores y compresores.

En procesos industriales y en los grandes edificios, el 72% de la electricidad es consumida por motores, de los cuales , el 63% se utilizan en bombas, ventiladores y compresores. Así pues vamos a describir de forma ligera como seria el funcionamiento de los mismos pero centrándonos únicamente en la bombas para que no nos extendamos mucho en este articulo y cuantificar el ahorro de energía que el control de velocidad puede generar.

En cuanto a las Bombas me centraré en la bomba centrifuga, ya que es el tipo de bomba más extendido, principalmente en el sector del agua.

El principio de funcionamiento implica accionar un impulsor (generalmente un motor asíncrono) que transfiera energía mecánica a un fluido, la cual se convierte  en energía potencial (representada por la presión) y energía cinética (representada por caudal).Estos motores trabajan a una velocidad constante pero están perfectamente preparados para trabajar a velocidad variable si se alimentan con variadores de velocidad.

La misión de la bomba es entregar una cierta cantidad de fluido en un tiempo dado a una presión determinada. Los parámetros más importantes son el caudal Q y la altura mano-métrica H.

Vemos las curvas de funcionamiento de una bomba:

El rectángulo oscuro representaría la potencia útil suministrada por la bomba.

Una vez que sabemos a grandes rasgos como funciona una bomba veamos qué es lo que se hace para variar el caudal del la misma a velocidad fija. Se aplican varios métodos:

1º Uso de válvulas aguas debajo de la bomba.

2º uso de circuito de derivación (Bypass)

3º Funcionamiento intermitente (Marcha – paro)

4º Bombas en paralelo

Describiré sólo el más usual , el uso de válvulas aguas abajo de la bomba.

Esto produce un aumento de la presión a la salida de la Bomba y una pérdida de energía en el fluido.

En la figura , el punto de funcionamiento A corresponde al caudal Qn (máximo caudal). El punto B al caudal reducido Qr. El punto de funcionamiento óptimo del circuito para este caudal es el C. Siendo la zona sombreada la pérdida de potencia con esta forma de trabajo.

Veamos ahora como seria este proceso utilizando variadores de velocidad.

Para ello una reglas sobre bombas que aunque aproximadas, se cumplen en un amplio rango de variación de velocidad.

Si consideramos una bomba en si misma( sin tener en cuenta la altura de la columna de agua) a una velocidad de giro N, diferente de la velocidad nominal Nn

El caudal Q es proporcional a (N/Nn)

La altura manométrica (TDH) es proporcional a (N/Nn)²

La potencia es proporcional a (N/Nn)³

Así pues a partir de la curva característica a velocidad nominal, la THD (Q) a otra velocidad diferente puede trazarse, punto a punto, situando los puntos homólogos en una parábola como en la figura.

Entonces volviendo a la gráfica que teníamos antes del funcionamiento de la bomba y aplicando la variación de velocidad obtendríamos la siguiente figura:

Podemos observar que la potencia útil suministrada por la bomba es proporcional a las áreas rectangulares sombreadas:  Se evidencia una reducción significativa de potencia en la configuración de la variación de velocidad.

Así pues variar la velocidad de giro permite usar la bomba siempre a su nivel de eficiencia más alto. Cuanto más se reduzca la velocidad mayor será la reducción de potencia. El variador nos va a aportar el caudal necesario en cada momento ajustándolo a la potencia adecuada consiguiendo que ahorremos  en el funcionamiento total de la instalación.

Esto es lo más importante, pero no olvidemos también que los variadores nos proporcionan otras ventajas como:

• La eliminación de las válvulas estranguladoras.

• La reducción del ruido y vibraciones. Al no utilizar la bomba a velocidad fija durante largos periodos de tiempo lo que podría causar resonancia en las tuberías.

• Menor riesgo de golpes de ariete y cavitación: Son fenómenos que se producen por variaciones rápidas de velocidad en la bomba y se evitan gracias a las aceleraciones y desaceleraciones graduales que producen los variadores de velocidad.

• Sustitución de motores con dos velocidades y otros obsoletos que ofrecen menor rendimiento.

• La vida del rodete de la bomba mejora al reducir la velocidad del motor mejorando la fiabilidad del mecanismo de impulsión.

• Lo que es más importante, el control de velocidad permite a la bomba funcionar con un rendimiento máximo y aumenta la esperanza de vida de rodamientos y juntas.

Si queréis saber una estimación del ahorro de energía que se puede conseguir utilizando variadores de velocidad en lugar de utilizar las técnicas tradicionales, en la red corren distintos programas de fabricantes que pueden ayudarnos a saber este tipo de ahorros, os pongo el link de uno de ellos por si os lo queréis descargar… además es gratis.

http://www.schneiderelectric.es/sites/spain/es/soluciones/eficiencia-energetica/profesionales/recursos-eco2.page

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