Explicación de la curva de bombeo en tiempo real de SAM4

Descubra cómo SAM4 utiliza los datos eléctricos para determinar y mostrar el funcionamiento de una bomba en tiempo real con respecto a su curva de bombeo y su punto de máxima eficiencia. Esta información se combina con consejos automatizados sobre cómo lograr la eficiencia y detectar fallos en desarrollo. Una vez implementado, se reduce el tiempo de inactividad, se prolonga la vida útil de la máquina y se reducen los costes.

Lo esencial de la curva de bombeo

Las bombas son un punto central de las operaciones en diferentes industrias y las curvas de las bombas son esenciales para elegir la bomba adecuada para la aplicación requerida. Son vitales para determinar el grado de eficacia de las bombas, ayudar a localizar posibles averías y optimizar el rendimiento y el consumo de energía. Calcular el funcionamiento real de una bomba con respecto a su curva de bombeo, es decir, lo cerca que está de su punto de máximo rendimiento (BEP), genera costes operativos evitables.

El impacto de operar lejos del punto de mayor eficiencia

Dependiendo del sector, hay muchos factores que pueden influir en que las bombas funcionen lejos de su punto óptimo de rendimiento. El equipo puede no estar configurado de forma óptima o tener un tamaño excesivo para los requisitos de funcionamiento; puede haber fallos de desarrollo; y puede haber diferentes tipos de bloqueos.

Una bomba debe funcionar en su punto de máximo rendimiento para lograr una fiabilidad y eficacia óptimas. Sin embargo, en la práctica hay varias razones por las que no siempre es así. Puede haber razones de diseño; por ejemplo, los factores de seguridad del ingeniero de procesos, el ingeniero mecánico y el fabricante de bombas se acumulan, dando como resultado una bomba sobredimensionada. Una estación de bombeo puede incluso estar sobredimensionada a propósito, para poder hacer frente al crecimiento de población previsto para los próximos 20 - 30 años. Por otra parte, los problemas de funcionamiento pueden hacer que la bomba funcione lejos de la BEP; desgaste, bloqueos o válvulas (parcialmente) cerradas, o incluso una lógica de control subóptima. El funcionamiento lejos del BEP también puede deberse simplemente a variaciones regulares de la demanda operativa. Cualquiera que sea la razón, cuanto más se aleje una bomba del BEP, más perjudicial será.

El derroche de energía también aumenta cuanto más se aleja una bomba del BEP, lo que incrementa los costes de explotación. Desde el punto de vista de la salud de los activos, puede provocar cavitación y turbulencias del fluido que desgasten rápidamente las juntas, ejes, cojinetes e impulsores de la bomba. Los caudales muy bajos también pueden provocar un rápido aumento de la temperatura en el interior de la bomba, lo que puede causar su rotura total o incluso su destrucción.

Todo ello conlleva una pérdida de producción y un aumento de los costes de mantenimiento. También reduce la vida útil de los equipos, con el consiguiente aumento de los costes de capital. Teniendo esto en cuenta, es conveniente detectar estos problemas lo antes posible para reducir el riesgo de averías y optimizar el consumo de energía.

Visitas de la bomba frente a la curva de rendimiento en tiempo real de la bomba SAM4

La práctica habitual para estimar el rendimiento de las bombas requiere visitar sus emplazamientos. Se realizan mediciones de presión y caudal en los lados de entrada y descarga de cada bomba, y los datos se comparan con la curva de la bomba del fabricante. Estas pruebas físicas de las bombas suelen realizarse sólo una vez cada 5 ó 10 años y proporcionan una indicación del rendimiento estático de la bomba, pero no permiten conocer los caudales y pérdidas diarios.

Sin embargo, si se sospecha que puede haber un problema, se necesitarán herramientas de diagnóstico adicionales para averiguar la causa. Este proceso puede llevar mucho tiempo e incurrir en costes financieros y medioambientales asociados, es decir, emisiones relacionadas con el transporte, especialmente si las bombas funcionan en un entorno difícil....

La solución SAM4 de Samotics incorpora una función de curva de bomba generada automáticamente que evita la necesidad de visitar físicamente las ubicaciones de las bombas. Calcula estimaciones continuas y precisas de las mediciones de presión y caudal a partir de datos eléctricos y las compara con la curva de la bomba del fabricante o con una curva de prueba de la bomba más reciente, si está disponible. De este modo, se obtiene una línea de base comparativa para fines analíticos.

Se muestra visualmente en Samotics' curva de la bomba en tiempo real y el panel de rendimiento de las bombas. El cuadro de mandos ofrece una visión histórica y en tiempo real del funcionamiento de una bomba en relación con su BEP (Figura 2). Basándose en la teoría de la fiabilidad, muestra claramente hasta qué punto el funcionamiento de una bomba se sitúa en la zona de mejores prácticas (verde), en la de ineficiencia (amarillo) o en la de malas prácticas (rojo).

Las funciones adicionales de SAM4 y su paquete de rendimiento de la bomba determinan si es necesario realizar acciones adicionales para mejorar la eficiencia del funcionamiento de la bomba y, en caso afirmativo, qué acciones deben realizarse.

La monitorización continua tiene la gran ventaja de poder detectar signos de ineficacia operativa/comportamiento subóptimo mucho más rápidamente. Esto puede ayudar a cambiar los ajustes operativos para que las bombas funcionen más cerca del BEP y ayudar a reducir el consumo de energía y los costes en un plazo de tiempo más corto. La supervisión continua permite además hacer un seguimiento de cualquier mejora operativa para confirmar si persiste y, lo que es más importante, identificar cuándo la situación empieza a empeorar de nuevo. Esto no sería posible con pruebas de bombas cada cinco o diez años.

Los equipos dañados también pueden repararse en cuanto empiezan a degradarse, cuando las reparaciones son más rápidas y baratas, lo que permite que las bombas funcionen más cerca del BEP y prolonga la vida útil de la máquina. La supervisión remota, mediante sensores de alta frecuencia situados en el armario de control del motor de la bomba, evita el coste de realizar visitas a las bombas para inspeccionarlas y recopilar datos. Esto, a su vez, proporciona más flexibilidad en la programación.

Cómo la curva de rendimiento de la bomba SAM4 estima con precisión la presión y el caudal

SAM4, y todas las funciones que incorpora, funciona según el principio de análisis de la firma eléctrica (ESA). Se basa en el hecho de que los cambios sutiles en el funcionamiento de una máquina afectan al campo electromagnético del motor conectado, que a su vez afecta a la tensión de alimentación y a la corriente de funcionamiento.

SAM4 analiza continuamente las señales de corriente y tensión de alta frecuencia mediante potentes algoritmos de aprendizaje automático. Esto puede revelar características de la bomba, como las revoluciones del impulsor, factores que podrían provocar fallos, como la cavitación de la bomba, e identificar fallos en desarrollo.

Para trazar el funcionamiento de la bomba en tiempo real en función de su curva de bombeo, se calculan estimaciones precisas de la presión (altura) y el caudal utilizando datos eléctricos, valores conocidos de la documentación de la bomba y las leyes de afinidad de las bombas centrífugas. Éstas expresan la relación entre las variables que intervienen en el rendimiento de la bomba (como la altura, el caudal, el diámetro del impulsor o su frecuencia de rotación) y la potencia mecánica.

Caso 1: Bloqueo detectado rápidamente en una estación de bombeo de una compañía de aguas

En una estación de bombeo con tres bombas situadas en el mismo lugar, SAM4 detectó signos de cavitación y obstrucción en los datos analizados de una de las bombas de su cliente del sector del agua. Las otras dos bombas no mostraron un comportamiento similar. Las diferencias en la potencia activa indicaban que la bomba averiada era incapaz de producir el caudal necesario. Se esperaba que la bomba estuviera parcialmente obstruida, lo que provocaba una caída del caudal y cavitación. La situación se veía claramente en la bomba asociada en tiempo real
(Figura 4), donde gran parte de los puntos de datos operativos se encontraban en la zona de malas prácticas.

Una vez informado, el cliente inspeccionó la bomba y efectivamente se descubrió un atasco. Una vez eliminado el atasco, los datos volvieron a los valores normales (figura 4). La detección de este atasco fue muy beneficiosa para el cliente, ya que la resolución del problema evitó que se produjeran más problemas aguas abajo. El cliente calculó que entre 20.000 - 40.000 euros de ahorro se generaron debido al ahorro en el coste de una reparación completa y a los costes adicionales de que la estación de bombeo no pudiera cumplir sus funciones.

Caso 2: Solucionar el funcionamiento ineficiente de las bombas para reducir el consumo de energía

SAM4 analizó tres bombas (dos más grandes de 55 kW y una más pequeña de 11 kW) que formaban el núcleo de una estación de bombeo de agua limpia. La plataforma SAM4 informó a la compañía de aguas de que las dos bombas más grandes se utilizaban a menudo de forma ineficiente para suministrar caudales que podrían cubrirse independientemente de forma mucho más eficiente con la bomba más pequeña. La situación podía visualizarse claramente en la curva de la bomba, donde las dos bombas más grandes funcionaban sólo algo más de 20% en la zona de mejores prácticas y la bomba más pequeña funcionaba tres cuartas partes del tiempo en la zona de malas prácticas.

SAM4 determinó además que una parte significativa de las pérdidas de energía se debían al modo de funcionamiento. Siguiendo las recomendaciones de SAM4, el cliente aplicó dos sencillos cambios de configuración para conseguir un bombeo más eficiente durante los periodos de bajo caudal. En primer lugar, se aumentó el umbral de caudal al que la bomba más pequeña suministraba caudal, ya que podía suministrar el caudal bajo de forma independiente y más eficiente que las dos bombas más grandes. En segundo lugar, se aumentó la velocidad de la bomba más pequeña para ampliar aún más el intervalo de funcionamiento útil de la bomba más pequeña para suministrar un caudal mayor a la presión requerida. Para ello se aumentó la frecuencia de alimentación del variador de frecuencia, sin sobrepasar la potencia nominal del motor ni la capacidad de la bomba. El resultado fue un mayor rango de caudal factible para la bomba más pequeña, encendiendo las bombas más grandes sólo cuando era realmente necesario. El cliente pudo aplicar estos cambios en cuestión de horas y no supuso ningún gasto de capital adicional.

Una vez aplicados estos sencillos cambios en el proceso, se pudo comparar inmediatamente la situación antes y después y calcular la mejora. Las tres bombas funcionaban más cerca de su punto de máximo rendimiento y el rendimiento total de la estación de bombeo mejoró en 7,1%.

Conclusión

La curva de bombeo en tiempo real de SAM4 proporciona un método continuo y preciso para ver en qué punto está funcionando una bomba en tiempo real con respecto a su curva de bombeo y, por tanto, lo cerca que está de su BEP. En lugar de hacer conjeturas sobre qué bomba debe probarse a continuación, la curva de bombeo en tiempo real de SAM4 proporciona una visión continua de las bombas que más se retrasan y a las que debe darse prioridad.

Esto mitiga la necesidad y los costes asociados a las visitas a las bombas para realizar mediciones de presión y caudal, y permite a las empresas detectar mucho antes los problemas asociados a sus bombas. Esto reduce el tiempo de inactividad, disminuye los costes y proporciona mucha más flexibilidad en la programación del mantenimiento.

Muchas empresas ya utilizan el sistema de mantenimiento predictivo SAM4, que incluye la suite de rendimiento de bombas. La suite, con su función de curva de la bomba en tiempo real, supervisa el estado y el rendimiento de las bombas industriales (y otros equipos), lo que ayuda a reducir los tiempos de inactividad, las pérdidas de producción y los costes de explotación y de capital.