EFICIENCIA ENERGÉTICA EN SISTEMAS DE BOMBEO

Actualizado: jun 21


Existen empresas donde el 80% del consumo de energía consumida lo representa sus sistemas de bombeo, como sucede en algunas empresas de servicios públicos que proveen los tres tipos: Agua, energía y telecomunicaciones.





PÉRDIDAS TÍPICAS DE UN SISTEMA DE BOMBEO:


Las mayores pérdidas de energía se presentan durante la transformación de energía mecánica en hidráulica (bomba a red hidráulica), que en algunos casos alcanza valores de entre el 40% y el 45%. Aunque, una vez recibida la energía en el motor eléctrico, no es extraño encontrar sistemas de bombeo con pérdidas de hasta el 60%.

En ese rango del 40%-45% precisamente se encuentran las oportunidades que se exploran más adelante como producto de la optimización de la operación hidráulica, y es allí donde también se presentan oportunidades de ahorro de energía importantes.


Para entrar en más detalle, recordemos el contexto técnico y algunos conceptos básicos :


ESQUEMA ENERGÉTICO DE UN SISTEMA DE BOMBEO (para agua residual y potable)



En casos de sistemas de agua y saneamiento, los principales elementos para el suministro y la transformación energética necesarios para la producción, el suministro y el tratamiento del agua se muestran esquemáticamente en el gráfico, en el cual se observa la cadena de equipos, que abarca desde el medidor de consumo del suministrador de energía, el transformador, el centro de control del motor y sus elementos correspondientes, hasta el motor eléctrico, la bomba y la disposición final del agua potable y residual.




CONCEPTOS TÉCNICOS SOBRE UN SISTEMA DE BOMBEO:

Consumo total. Es la energía total consumida por el sistema eléctrico en un año de operación, calculada como la suma del promedio de la potencia activa en todas las fases, más las pérdidas de energía en los conductores del tramo transformador al interruptor principal, multiplicada por el tiempo de operación. De esta formase obtiene el consumo total de energía en kWh.


Eficiencia del motor. Es la eficiencia real del motor.

Eficiencia de la bomba. Es la eficiencia real de la bomba.


Pérdidas por fugas. Se trata de la estimación de pérdidas por fugas en la red de distribución de acuerdo con estudios previos, y debe ser un valor ingresado.


Carga útil. Es la carga que debe tenerla bomba debido al desnivel físico por cuestiones topográficas del sistema, más la distancia que existe entre la succión y el cabezal de la bomba, y se expresa en metros de columna de agua.


Pérdidas eléctricas. Son las pérdidas de energía debidas a los elementos eléctricos, en este caso, las debidas a las pérdidas de energía en los conductores.

Pérdidas en el motor. Son las pérdidas de energía que se producen en el motor, por la eficiencia real de trabajo del mismo.


Pérdidas en la bomba. Son las pérdidas de energía que tienen lugar en la bomba, por la eficiencia de trabajo de la misma.


Pérdidas en succión y descarga. Son las pérdidas de energía provocadas por la fricción del fluido en las tuberías de succión y descarga.


Pérdidas de carga. Son las pérdidas totales de carga de la bomba calculadas en relación de la carga neta de la misma y la carga útil correspondiente (desnivel).


Pérdidas por fugas. Son las pérdidas de energía estimadas a partir del fluido perdido en fugas en la red de distribución, calculadas en función del factor de fugas.


Trabajo útil. Es el trabajo real expresado en unidades de energía que requiere realmente el sistema de bombeo. Es decir, la energía que realmente es utilizada para que el sistema de bombeo cumpla con el trabajo encomendado.




SOBRE EL SISTEMA DE GESTIÓN DE LA ENERGÍA


La implementación de un Sistema de Gestión de la Energía – SGEn , implica para la organización establecer un enfoque sistemático hacia la eficiencia energética, que genere de manera directa y demostrable una disminución de costos asociados a sus usos de energía. Es decir, la implementación de un SGEn permite ahorrar dinero.

Un SGEn como el que define la norma ISO 50001 está conformado por un conjunto amplio de requisitos a cumplir, pero que a su vez permite distinguir entre ellos a aquellos que conforman los aspectos medulares y dan sustento a la Eficiencia Energética.

Actualmente, varias empresas gestionan sus insumos estratégicos como la energía, procurando producir o brindar sus servicios en mayor volumen a la vez reduciendo sus consumos y costos de energía. Así, el desempeño energético viene adquiriendo vital importancia para las organizaciones


ENFOQUE del desempeño energético


El desempeño energético es un elemento clave, integrado dentro de los conceptos introducidos en la norma ISO 50001, para asegurar resultados eficaces y medibles a lo largo del tiempo, tratándose de un concepto relacionado con la eficiencia energética, el uso de la energía y el consumo de energía. Los indicadores de desempeño energético (IDEn) y las líneas de base energética (LBEn) son dos elementos interrelacionados que se abordan en esta norma para permitirle a las organizaciones demostrar la mejora del desempeño energético.

El desempeño energético se puede medir con respecto a los objetivos de la organización, las metas energéticas, y otros requisitos del desempeño energético.


Este proceso o SGEn, al pasar por el comportamiento humano, sus malos hábitos arraigados o la falta de atención a los detalles del proceso productivo generan gastos de energía que influyen en los costos totales de los propios productos o servicios.

Por tanto, al tratarse de una cuestión de comportamiento humano, allí se presentan las mayores barreras para la implementación de este tipo de sistema de gestión, ya que implica un cambio en la visión y las actitudes dentro de la organización, tomando de esta forma una mayor relevancia el compromiso de la Alta Dirección de la empresa.



EVALUACIÓN DE UN SISTEMA DE BOMBEO DE AGUA


Actividades de campo. Se recolectan datos clave de los sistemas de bombeo y otros componentes (motores, bombas, conducciones, tanques y datos adicionales como las condiciones de operación, población y topografía) y mediciones de campo, con las cuales se recolectan los principales parámetros operativos, hidráulicos y energéticos necesarios para los cálculos de eficiencias, pérdidas y ahorros potenciales.


Análisis dela información para evaluación de la eficiencia.

Una vez recolectada la información producto de las actividades de campo, esta deberá ser analizada. El análisis propuesto en esta metodología se refiere a los cálculos de pérdidas y a la siguiente información:

- Cálculo de pérdidas eléctricas en conductores y transformadores.

- Cálculo de pérdidas y eficiencia del motor.

- Cálculo de pérdidas y eficiencia de la bomba.

- Cálculo de pérdidas de carga en tuberías.

- Cálculo de pérdidas en la red.

- Cálculo de indicadores energéticos.

- Análisis estadístico de los indicadores.

- Elaboración de balances de energía.

- Análisis de la operación.

- Análisis del mantenimiento.


Con ésto se determinan los elementos con un alto índice de pérdidas o menor eficiencia, a fin de concentrar en ellos las medidas de ahorro.


Con el análisis de estos datos recolectados se estructura una Auditoría energética (AE).



Metodología:

La auditoría energética (AE) en un sistema de agua y saneamiento es la aplicación de un conjunto de técnicas para determinar cómo se administra la energía, así como también para comprobar la eficiencia en cada uno de los componentes consumidores en una instalación de agua y saneamiento. Consiste en el análisis crítico de todos los componentes en una instalación consumidora de energía para determinar dónde y cómo se utiliza la misma, además de especificar cuánta se desperdicia.




El principio conceptual de la Auditoría Energética es el balance de energía.


Este balance se basa esencialmente en determinar la energía consumida y las pérdidas en cada componente del proceso de bombeo: es decir, desde la entrada de energía en la acometida del suministrador, pasando por todos los elementos del sistema, hasta la entrega de agua al punto de uso. Este método permite distinguir cuánta energía suministrada se convierte en trabajo útil, que es el mínimo trabajo para bombear el agua estrictamente necesaria hasta todos los puntos del sistema de distribución. El gráfico muestra un diagrama simple del balance.


La importancia del balance de energía reside en que las medidas a tomar deben considerar la eficiencia operacional del servicio, es decir: que este cumpla o siga cumpliendo con el estándar definido de la prestación del servicio (caudal, continuidad del servicio y presión mínima).


Para realizar el balance de energía del sistema, se deben sumar los consumos de energía de todas las instalaciones que lo componen (pozos, plantas de tratamiento y bombeos) para obtener el porcentaje de consumo en cada uno de ellos respecto al total de energía del sistema.





Con el balance se identifican las instalaciones de mayor consumo de energía dentro del sistema para la planeación de la Auditoría Energética. En el gráfico 6.2 se muestra un balance típico en un sistema de agua potable y saneamiento




Propuesta de medidas de ahorro.

Con el análisis de la información y la evaluación de los elementos de mayor consumo de energía, se determinan las medidas de ahorro que para la metodología compuesta pueden incluir una o varias de las siguientes:

• Ahorros en tarifas de suministro.

• Reducción de pérdidas en las instalaciones eléctricas.

• Mejora de la eficiencia en motores eléctricos.

• Mejora de la eficiencia en bombas.

• Reducción de pérdidas mecánicas.

• Reducción de fugas de agua y pérdidas de carga.

• Mejoras en la operación.

• Mejoras en el mantenimiento.

• Sustitución del suministro de energía.

• Mejoramiento del alumbrado.

• Cambio de tecnologías.

• Aprovechamiento de energías residuales.



ANALISIS DE CONDICIONES DE OPERACIÓN DE UN SISTEMA DE BOMBEO



En este punto hay dos aspectos a observar:


1. Las condiciones de carga y caudal reales en que operan los sistemas de bombeo para determinar si son constantes o cambian por períodos.