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Cuatro formas rápidas de reducir los costes energéticos de las bombas con datos en tiempo real

Índice

Las bombas centrífugas están muy extendidas en la industria y consumen aproximadamente el 16% de la energía consumida por los motores eléctricos industriales de todo el mundo [1]. Por el bien del planeta y de su bolsillo, es vital que funcionen con la máxima eficiencia. En este artículo, le mostraremos cuatro formas rápidas y económicas en las que los datos de la máquina en tiempo real pueden ayudarle a empezar a reducir el consumo de energía y las emisiones de las bombas.

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Los costes energéticos representan una parte considerable del coste de una bomba durante su vida útil.

Hay varias formas de reducir el consumo de energía de una bomba centrífuga. En términos generales, podemos dividir estas estrategias en dos clases: cambios a corto plazo en las máquinas, operaciones y prácticas existentes, y cambios a largo plazo que se centran en rediseñar parte o la totalidad del sistema. Estos cambios a largo plazo pueden producir grandes ahorros, pero requieren meses de planificación e inversiones significativas. En esta entrada del blog veremos algunos cambios a corto plazo que no requieren grandes inversiones de capital. Todo lo que necesita para empezar es una forma de ver el rendimiento de su bomba en tiempo real, y lo más probable es que ya la tenga.

Paso 1: Utilice los datos de máquinas en tiempo real que ya está recopilando

Hay tres parámetros de rendimiento de la bomba que pueden utilizarse para identificar ineficiencias, y probablemente ya esté controlando al menos uno de ellos. Las lecturas de los sensores de caudal, potencia y presión pueden utilizarse para calcular el consumo energético de la bomba.



Datos de caudal y presión

Los caudalímetros y los medidores de presión no registran directamente el consumo energético de una bomba. Sin embargo, registran dos parámetros clave que permiten estimarlo bastante bien. No es necesario que haga los cálculos usted mismo; en el paso 2, veremos herramientas que lo harán por usted. Pero si le interesa, Enciclopedia de ingeniería de Neutrium explica cómo convertir pascales y litros por segundo en kilovatios-hora.

Datos de potencia

Si ha instalado sensores de potencia para medir directamente el consumo real de la bomba en tiempo real, su situación es aún mejor. Aunque los datos de caudal y presión pueden proporcionarle una visión de alto nivel del consumo energético de una bomba, sin datos de potencia dependen de estimaciones estáticas del rendimiento de la bomba y el motor. A menudo se trata de cifras idealizadas que pueden o no haber sido ciertas cuando la bomba era nueva, pero que casi con toda seguridad ya no son exactas a medida que la bomba envejece.

Además, las condiciones de funcionamiento pueden cambiar el rendimiento real de la bomba de un momento a otro, independientemente de su potencia nominal. Por ejemplo, los periodos de menor demanda pueden suponer una carga tan baja para la bomba que ésta funcione de forma muy ineficiente, aunque su rendimiento sea bueno con su carga habitual. Son estos factores operativos los que permiten la mayoría de los cambios rápidos y de bajo coste que permiten ahorrar energía. Los sensores que miden directamente la corriente y la tensión que consume el sistema proporcionan todos los detalles necesarios para controlar estos factores.

Paso 2: Analizar los datos energéticos

Es posible que ya disponga de los conocimientos necesarios para analizar sus datos de caudal, potencia y presión desde la perspectiva del ahorro energético. Si no es así, hay muchas plataformas modernas de inteligencia energética que pueden ingerir los datos existentes y analizarlos para ofrecer recomendaciones detalladas.

Si te decides por una plataforma externa, aquí tienes algunas cosas que debes tener en cuenta:

  • Visualización e informes claros e intuitivos. Los cuadros de mando interactivos, los informes personalizados y las recomendaciones concretas le ayudarán a comprender los patrones de consumo de energía, identificar las ineficiencias y realizar un seguimiento de los resultados de sus iniciativas de ahorro energético.
  • Métricas de rendimiento energético. Busque una plataforma de inteligencia energética que proporcione métricas de rendimiento clave, incluidas las específicas de los sistemas de bombeo. Sus informes deben incluir información sobre dónde se pierde energía a lo largo del tren de transmisión, curvas de rendimiento de la bomba, consumo específico de energía (SEC) y referencias del sector.
  • Orientación clara. La plataforma no sólo debe recomendar acciones de ahorro energético, sino también ayudarle a priorizarlas por valor empresarial y contexto.
  • Integración y escalabilidad. Considere si la plataforma puede integrarse con sus sistemas de automatización industrial, sistemas de almacenamiento de datos u otros sistemas de gestión energética ya en uso. La escalabilidad también es crucial si desea ampliar la cobertura de la plataforma para incluir bombas adicionales o incluso otros equipos más adelante.
  • Apoyo y servicio. Evalúe la asistencia y el servicio proporcionados por el proveedor de la plataforma. ¿Usted está solo una vez que instala, o tienen expertos en energía industrial para ayudarle a identificar, validar y realizar un seguimiento de las iniciativas? ¿Qué dicen de ellos sus clientes? Un proveedor fiable con un sólido sistema de asistencia garantiza un proceso de implantación sin problemas y asistencia continua cuando sea necesario.
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Un panel de inteligencia energética que muestra los principales consumidores de energía de un cliente a lo largo del tiempo.
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Un informe generado por una plataforma de inteligencia energética que detalla una posible iniciativa de optimización energética.

Paso 3: Empezar a ahorrar energía

En esta sección, le mostraremos cuatro sencillos cambios en los procesos para reducir los costes energéticos y las emisiones, utilizando ejemplos reales de nuestra propia empresa. plataforma de inteligencia energética, SAM4.

Ejemplo 1: Modificar los umbrales de caudal

En una estación de bombeo de aguas residuales, dos de las tres bombas solían funcionar simultáneamente en condiciones de bajo caudal. El sitio curva de la bomba en tiempo real en la plataforma SAM4 mostró que ambas bombas funcionaban muy a la izquierda de su punto de máxima eficiencia (BEP), lo que supone un derroche de energía. Con los datos de funcionamiento de un mes, SAM4 calculó que una sola bomba podría suministrar el caudal necesario el 100% de las veces y, al hacerlo, funcionaría mucho más cerca de su BEP. En lugar de necesitar 77,5 kW para suministrar el caudal necesario con ambas bombas, la estación sólo necesitaría 55 kW, lo que supone una reducción del consumo del 30%.

El propietario de la bomba cambió la lógica de control de la estación para que sólo funcionara una bomba en estas condiciones de bajo caudal, elevando el umbral a partir del cual entra en funcionamiento una segunda bomba. En esta estación de bombeo, este sencillo cambio de proceso está ahorrando más de 10.000 euros en costes energéticos anuales y reduciendo las emisiones indirectas de CO2 en 23,5 toneladas métricas al año.

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Ejemplo 2: Cambiar la velocidad de la bomba

Una estación de bombeo de agua bruta con dos bombas más grandes y una más pequeña mostró una gran eficiencia operativa. El análisis de SAM4 mostró que las dos bombas más grandes se utilizaban a menudo de forma ineficiente para suministrar caudales que podían cubrirse con la bomba más pequeña. Se modificaron dos sencillos ajustes para lograr un bombeo más eficiente literalmente de la noche a la mañana.

Ya hemos visto el primer cambio en el ejemplo anterior: un cambio en la lógica de control. Se aumentó el umbral de caudal a partir del cual entraban en funcionamiento las bombas más grandes, de modo que la bomba más pequeña funcionara sola durante más tiempo. Para evitar la necesidad de pruebas físicas (como mediciones de caudal), este aumento del valor de consigna se hizo en pequeños pasos.

En segundo lugar, se aumentó la velocidad de la bomba más pequeña para ampliar su rango útil de funcionamiento. Este cambio fue posible porque la bomba se accionaba mediante un variador de frecuencia (VFD). Se aumentó la frecuencia suministrada por el VFD, sin sobrepasar la potencia nominal del motor ni las capacidades de la bomba.

Posteriormente, la plataforma SAM4 realizó un seguimiento del caudal, el consumo de energía y la eficiencia resultantes. El efecto de estos dos cambios en el proceso fue significativo: la eficiencia de las tres bombas aumentó, incrementando la eficiencia global de la estación de bombeo en un 7,1%. El propietario de la bomba gasta ahora 2.500 euros menos al año en energía gracias a estos dos cambios rápidos y sencillos.

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Ejemplo 3: Abrir una válvula

En una estación de bombeo de aguas fecales, dos bombas sumergidas funcionaban continuamente con caudales muy bajos, lejos de su BEP. Cuando la plataforma SAM4 detectó el problema, el propietario de las bombas investigó y descubrió que ambas bombas funcionaban con las válvulas de descarga parcialmente cerradas. Abrieron las válvulas y SAM4 registró el efecto en su curva de rendimiento de la bomba en tiempo real. Tras el cambio, ambas bombas funcionaron de forma más eficiente, más cerca del BEP, y necesitaron menos tiempo de funcionamiento. Este sencillo cambio está ahorrando al propietario de la bomba aproximadamente 15.000 euros en energía y eliminando 30 toneladas métricas de emisiones de CO2 al año.

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Ejemplo 4: Rereración hidráulica de la bomba

Esto es un poco más complicado que abrir una válvula, pero sigue siendo una solución relativamente sencilla y barata que puede suponer un gran ahorro.

En una estación de bombeo de gran tamaño, dos bombas de 500 kW funcionaban a baja carga. Tras analizar los datos, la plataforma SAM4 determinó que cambiar el tamaño del impulsor y añadir una voluta secundaria permitiría a las bombas suministrar el caudal necesario a menor potencia.

El propietario de la bomba introdujo los cambios y SAM4 hizo un seguimiento de los resultados. La eficiencia de las bombas aumentó más del doble, del 23% al 55%, y el propietario de las bombas gasta 100.000 euros menos en energía y reduce su huella de carbono en 250 toneladas métricas al año.

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¿Dispuesto a ir un poco más lejos?

Como hemos visto anteriormente, los sistemas de inteligencia energética pueden identificar cambios fáciles a corto plazo que pueden ahorrar una cantidad significativa de energía. Y, por supuesto, también recomendarán iniciativas pertinentes a más largo plazo y más costosas: sustituir las bombas por versiones más nuevas y eficientes, añadir variadores de frecuencia o bombas adicionales, etcétera. Pero hay dos estrategias adicionales que puede considerar y que quedan fuera del ámbito del análisis energético.

Implemente un programa de mantenimiento proactivo para mantener sus bombas en condiciones óptimas

La salud y el rendimiento de las bombas van de la mano. Los cambios que mejoran el rendimiento de una bomba también reducen su desgaste: por ejemplo, las bombas que funcionan cerca del BEP experimentan menos cavitación y someten a menos tensión a sus cierres mecánicos. Lo contrario también es cierto: las bombas bien mantenidas funcionan con mayor eficacia. El desgaste de los cojinetes, la desalineación y otros problemas comunes hacen que la bomba trabaje más, gastando más energía para hacer el mismo trabajo. Cuanto antes descubra y solucione estos problemas, menos energía desperdiciará la bomba. Para minimizar el tiempo que una bomba pasa en silencio malgastando energía a medida que se deteriora su estado de salud, considere la posibilidad de cambiar a una bomba de estrategia de mantenimiento basado en la condición basándose en datos sobre el estado de las máquinas en tiempo real.

Educar a los operadores de bombas y al personal de mantenimiento sobre prácticas de eficiencia energética.

Sólo tiene sentido formar a las personas que pasan más tiempo con sus bombas sobre cómo mantenerlas al máximo rendimiento. Además de los conocimientos que les proporcionará su plataforma de inteligencia energética, considere la posibilidad de incentivar otras oportunidades, como talleres de optimización de bombas, programas de certificación, conferencias y seminarios. También podría introducir programas de reconocimiento basados en el rendimiento para motivar a los operadores de bombas y al personal de mantenimiento a adoptar prácticas de eficiencia energética. Estos programas podrían incluir recompensas, bonificaciones o simplemente reconocimientos para las personas o equipos que demuestren un compromiso excepcional con la conservación y optimización de la energía.

¡Buena suerte!

Esperamos que esta guía le haya dado algunas ideas que pueda empezar a utilizar hoy mismo para reducir el consumo energético y las emisiones de sus bombas. Hasta la próxima, en el camino hacia el Net Zero.

[1] Véase Eficiencia energética en los sistemas de motores eléctricos: Tecnología, potencial de ahorro y opciones políticas para los países en desarrollo de la Organización de las Naciones Unidas para el Desarrollo Industrial. Según este documento, las bombas industriales representan entre el 20% y el 25% del consumo mundial de electricidad de motores industriales; en nuestro cálculo hemos utilizado el límite inferior, el 20%. Diversas fuentes señalan que las bombas centrífugas representan entre el 60% y el 90% de todas las bombas industriales; la mayoría de las fuentes señalan además que la cuota de las bombas centrífugas está creciendo. En nuestro cálculo hemos utilizado el 80%.

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