Bombas: 85 % del coste total de funcionamiento es energía
El mundo industrial emplea bombas por doquier, y se estima que el 10 % de la energía mundial es consumida por bombas de diversos tipos, por lo que es un excelente ámbito para centrarse en el desafío fundamental del ahorro energético.
Las bombas centrífugas (que utilizan un rotor o un impulsor) son muy comunes y relativamente económicas, por lo que se aplican ampliamente en la industria de bebidas y alimentos, en concreto para flujos de baja viscosidad: recepción de la leche, pasteurización, tratamiento aséptico/UHT, zumo, CIP y filtración. Pero quizás te sorprenda saber que el 85 % del coste total de propiedad (CTP) de una bomba centrífuga económica corresponde al consumo de energía. Podemos mostrarte cómo sacarle el máximo partido a esta situación.
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Mejora del rendimiento, la vida útil de los equipos y la sostenibilidad
Ahorro de energía significativo por usar un VFD
Muchas líneas de producción de alimentos y bebidas requieren que las bombas funcionen a diferentes caudales para adaptarse a los parámetros de procesamiento y a recetas o ingredientes específicos. Si dispones de un sistema de regulación de caudal, simplemente restringes el flujo cerrando una válvula.
Pero esto tiene dos consecuencias negativas. En primer lugar, aumenta la contrapresión en la bomba, lo que también genera calor y puede provocar la degradación del producto o el desgaste de las piezas de la bomba, como los sellos mecánicos. En segundo lugar, funciona de forma ineficiente e incluso puede dañar la bomba.
La buena noticia es que tenemos una vía para lograr un enorme ahorro de energía, simplemente combinando la bomba con un accionador de frecuencia variable (VFD) o convertidor de frecuencia. Al variar la frecuencia eléctrica de entrada, también se modifica la velocidad de la bomba. Esta solución permite utilizar una bomba de manera eficiente para manejar una variedad de líquidos con diferentes viscosidades, diferentes presiones de descarga y diferentes caudales.
En la tabla, puedes comparar estos dos métodos de control de procesos. Suponiendo un caudal de 70 m³/h a la máxima capacidad de la bomba y un consumo de 26 kW de energía, los dos sistemas son idénticos. Pero si quisieras reducir el flujo al 60 % de su capacidad, el sistema de aceleración seguiría consumiendo 21 kW de energía; ¡el sistema del VFD solo consumiría 9 kW! El VFD es una pequeña inversión que ahorra mucho dinero.
| Caudal (m3/h) | % de caudal | Sistemas con válvula reguladora | Sistemas con VFD |
|---|---|---|---|
| 70 | 100 % | 26 kW | 26 kW |
| 56 | 80 % | 23 kW | 16 kW |
| 42 | 60 % | 21 kW | 9 kW |
| 35 | 50 % | 20 kW | 6 kW |
Un VFD mantiene su bomba «en la zona», mejorando el rendimiento, la vida útil de los equipos y la sostenibilidad
Elegir la bomba adecuada desde el principio significa seleccionar una que ofrezca el rango de rendimiento que se ajuste a tus aplicaciones, y ese es un buen comienzo. Sin embargo, la mayoría de las bombas tendrán que variar en su rendimiento, dependiendo de las exigencias de cada aplicación, los cambios del producto, la calidad de la materia prima o los ingredientes especiales. Cada bomba tiene un perfil de rendimiento que se puede representar gráficamente en función de una curva de fiabilidad, como se muestra en la siguiente figura.
La bomba funcionará dentro de ese rango de la curva de fiabilidad, pero cuanto más se aleje del punto de máxima eficiencia (BEP), menos fiable será su funcionamiento y más frecuentes serán las averías (consulta el MTBF, o promedio de tiempo entre averías, en el eje derecho). Esto ejemplifica otra diferencia. Si reduces el flujo mediante la reducción de la velocidad, no solo perderás energía al no alcanzar el punto de máxima eficiencia, sino que la bomba podría experimentar vibraciones y una mayor contrapresión, con el consiguiente desgaste de los impulsores, los cojinetes y los retenes. Cualquier energía ahorrada se transforma en calor, con la consiguiente posible degradación del producto alimentario.
Un sistema VFD simplemente reduce la frecuencia de la bomba y, por lo tanto, su velocidad, sin riesgo de posibles impactos de cizallamiento y temperatura en productos sensibles. Esto se traduce en una reducción de los costes de mantenimiento gracias a una mayor fiabilidad y durabilidad, y en una mejor sostenibilidad, mediante una menor pérdida de productos y una reducción de las emisiones. Además, como muestra el diagrama, el uso de un VFD para regular el flujo mantiene la bomba funcionando «en la zona» donde la eficiencia es mayor, lo que permite ahorrar en costes energéticos generales.
Curva de fiabilidad de la bomba, BEP = BOP
En este diagrama, una bomba tiene un punto de máxima eficiencia (BEP), y la mejor práctica es mantenerla dentro de un rango entre el -10 y el +5 % de ese punto. Sensibilidad de la curva de la bomba para la fiabilidad de la bomba.
Los cálculos son más fáciles de lo que crees
Porque la mayoría de las bombas centrífugas son accionadas por un motor eléctrico, la velocidad de la bomba suele ser la misma que la del motor, y la velocidad y el diámetro del impulsor determinan el cabezal o la presión de la bomba. Pero al cambiar la velocidad, cambian los requisitos del cabezal, flujo y potencia de la bomba según las siguientes leyes de afinidad:
- El flujo (volumen/hora) varía proporcionalmente con el cambio de velocidad. Cuando se duplica la velocidad, se duplica el flujo. Un tercio de la velocidad equivale a un tercio del flujo.
- La (presión) del cabezal de la bomba varía con el cuadrado del cambio de velocidad. El doble de la velocidad genera cuatro veces (22) el cabezal. Una velocidad del 80 % genera el 64 % (0,802) del cabezal generado por la velocidad máxima.
- El requisito de potencia (kW) varía en función del cubo del cambio de velocidad. El doble de velocidad consume ocho veces (23) la potencia. A media velocidad se requiere solo un octavo (0,503) de la potencia para accionar la bomba.
«Los cálculos son fáciles: si no haces funcionar la bomba constantemente al 100 %, puedes beneficiarte enormemente de un VFD, porque la cantidad de energía que puedes ahorrar controlando el flujo de esa manera es increíble. Si, en cambio, reduces la velocidad de tus bombas, empiezas a alejarte inmediatamente de ese punto de máxima eficiencia. Entonces empiezas a observar vibraciones adicionales y contrapresión, y la vida útil del sello mecánico puede verse reducida, lo que conlleva averías costosas y un mayor tiempo de inactividad.»
- Angelo Mennecillo, director de productos de componentes de planta de Tetra Pak®
