Eficiencia en grandes bombeos: Claves tecnológicas para reducir costes y mejorar el rendimiento

El uso de variadores de frecuencia y arrancadores estáticos en sistemas de bombeo hidráulico ha demostrado ser una solución eficaz para reducir el consumo de energía y mejorar la operatividad de instalaciones múltiples en sectores como el agua, la minería o la generación eléctrica. Los avances tecnológicos en estos equipos permiten manejar motores de gran tamaño alimentados con tensiones medias y altas, optimizando su rendimiento y eficiencia. Con las respuestas de los expertos de ABB y Eaton queremos explorar cómo estas innovaciones están transformando la gestión de grandes equipos de bombeo, proporcionando beneficios significativos en términos de ahorro energético y mejora operativa. 

PREGUNTAS

1. ¿Cuáles son las ventajas más relevantes en el uso de variadores y arrancadores en grandes bombas hidráulicas?

2. ¿Qué relevancia tiene la tecnología utilizada en el motor que mueve la bomba?

3. ¿Es importante también considerar la tecnología de la propia bomba?

4. ¿Qué estrategias de control se utilizan para la optimización de instalaciones de bombeo con múltiples equipos?

Sergi Cuscó Isern, Product Manager W&WW drives ABB

1. Existen múltiples ventajas significativas en el uso de arrancadores y variadores en bombas hidráulicas, como por ejemplo la posibilidad de realizar un arranque y parada del motor de forma suave, reduciendo el estrés mecánico y eléctrico en los equipos. Gracias a esto no solo se consigue prolongar la vida útil de los motores y bombas, sino que también se reduce el riesgo de fallos y averías. 

Por otro lado, los variadores de frecuencia tienen la ventaja añadida, respecto a un arrancador, de que permiten ajustar la velocidad del motor según la demanda real del sistema, lo que se traduce en una reducción considerable del consumo energético y una mejora de la eficiencia operativa. 

En este sentido, el variador de frecuencia ACQ580 de ABB, diseñado específicamente para el sector del agua, ofrece funciones de protección adicionales para las bombas, como la protección ante trabajo en seco, llenado suave de tuberías y protección ante la cavitación, entre otras anomalías. 

Además, tanto los variadores como los arrancadores pueden ofrecer posibilidades de comunicación con sistemas de control, por lo que es posible recibir alarmas o avisos cuando hay algún problema; e, incluso, es posible llegar a predecirlos antes de que acaben provocando una parada inesperada. 
 

2. Puesto que la tecnología de los motores de alta eficiencia ha avanzado significativamente, las mejoras que se plantean con su uso son notables en rendimiento y ahorro energético. 

Dependiendo de la aplicación (potencia demandada, velocidad de las bombas), existen alternativas a los motores de utilización más extendida -motores de inducción de jaula de ardilla-, tales como los motores síncronos de imanes permanentes o de reluctancia variable. 

Cuando la tecnología de reluctancia variable es de aplicación, cabe destacar que aporta ventajas que sólo se conseguían con los motores de imanes permanentes, pero en este caso sin utilización de los minerales necesarios para su producción, resultando en beneficios medioambientales además de la eficiencia energética.

Los motores síncronos de reluctancia (SynRM) de ABB son un ejemplo destacado de esta evolución. Estos motores se caracterizan por su capacidad para operar con una eficiencia energética superior (IE5), lo que reduce el consumo de energía y los costes operativos.

Una de las principales ventajas de estos motores es su capacidad para generar menos calor durante el funcionamiento, debido al diseño del rotor; la menor temperatura de los rodamientos permite intervalos de reengrase más largos sin comprometer la fiabilidad. Además, tienden a mantener una mayor eficiencia a cargas parciales, lo que los hace adecuados para cualquier tipo de aplicación, pero sobre todo en aquellas en que operan a cargas variables. La integración de los variadores de frecuencia permite ajustar la velocidad del motor según la demanda real del sistema, optimizando aún más el consumo energético.

No obstante, incluso dentro de los motores tradicionales de inducción, el uso de las mejores herramientas de diseño y tecnología constructiva permite, dentro de ciertos parámetros, optimizar prestaciones y aumentar su eficiencia. Y en ABB trabajamos constantemente para avanzar en el diseño de nuestros motores, de forma que ofrezcan el mejor rendimiento para cada aplicación.
 

3. La tecnología de la propia bomba es igualmente crucial para la eficiencia y el rendimiento del sistema de bombeo, por lo que las innovaciones en el diseño de las bombas permiten una operación más precisa y eficiente.

Las bombas modernas están diseñadas con materiales avanzados y técnicas de fabricación que mejoran su durabilidad y resistencia a la corrosión y al desgaste. Además, las bombas de alta eficiencia están optimizadas para reducir las pérdidas hidráulicas, lo que se traduce en un menor consumo de energía y una mayor capacidad de bombeo.

En este sentido, el uso de variadores de frecuencia que permiten modificar la velocidad de la bomba durante la operación aporta ventajas adicionales, como el incremento de la libertad de diseño del impulsor de la bomba -al no estar atados a las proximidades de las velocidades síncronas- y, por supuesto, una mejor capacidad de adaptación a cada condición de operación modificando la velocidad de giro; produciendo un ahorro energético significativo, dado que se disminuyen las pérdidas en sistemas de regulación mecánica como las válvulas.
 

4. La estrategia para controlar instalaciones de bombeo con múltiples equipos ha mejorado y evolucionado en los últimos años. En la actualidad, resulta especialmente crítico optimizar este control, ya que el coste energético ha aumentado en comparación con el pasado y existe la tecnología para realizarlo de forma muy fácil. 

En ABB apostamos por el control inteligente de bombas (IPC, por sus siglas en inglés). En este sistema se dispone de un variador de frecuencia ACQ580 para cada bomba y existe una comunicación entre todos ellos. 

Gracias a esta comunicación, se hace posible una sincronización en la operación, por lo que el sistema, de forma autónoma, pone en marcha más o menos bombas según la demanda y la configuración que se haya realizado. Así, durante la operación, todas las bombas aumentan o reducen la velocidad según sea necesario. 

La ventaja de este sistema es que, a nivel energético, puede suponer un ahorro de hasta un 20% respecto a otros sistemas donde las bombas se activan auxiliarmente de forma directa o mediante arrancador. 

Además, con el control inteligente de bombas (IPC), se dispone de una redundancia completa del sistema. De este modo, si aparece algún fallo en un variador por cualquier motivo, otro variador que se encuentre en reserva se activará automáticamente para garantizar el funcionamiento del sistema. 

Román Cazorla – Segment Marketing Manager MOEM Eaton

1. El uso de convertidores de frecuencia y arrancadores suaves en grandes bombas hidráulicas ofrece varias ventajas importantes. Permiten un arranque y parada progresivos, minimizando el golpe de ariete y protegiendo las tuberías y otros componentes del sistema hidráulico. Además, evitan picos de intensidad durante el arranque, contribuyendo a un uso más eficiente de la energía, lo que se traduce en ahorros significativos en las facturas eléctricas. También reducen el estrés mecánico en los motores y otros componentes eléctricos al proporcionar un arranque progresivo, prolongando la vida útil del equipo y reduciendo los costos de mantenimiento.

Además, los convertidores de frecuencia ofrecen ventajas adicionales, ya que permiten ajustar la velocidad del motor y, por ende, el caudal de la bomba según las necesidades específicas del sistema, asegurando que la bomba funcione en su punto de máxima eficiencia, lo que maximiza el rendimiento y minimiza el consumo de energía.
 

2. Es crucial por varias razones. En primer lugar, la potencia de salida, la velocidad de rotación y el par proporcionado por el motor afectan directamente a la eficacia con la que funciona la bomba. Un motor bien diseñado y eficiente puede mejorar significativamente el rendimiento de la bomba, asegurando que opere de manera óptima bajo diversas condiciones de carga.

Además, los motores modernos incorporan tecnologías avanzadas que permiten un control preciso y una mayor eficiencia energética.

La fiabilidad y la durabilidad del motor también son aspectos críticos. Los motores de alta calidad están diseñados para soportar condiciones operativas difíciles y minimizar el tiempo de inactividad, lo que es esencial para aplicaciones industriales donde la continuidad del servicio es vital. 
 

3. La tecnología de la bomba es muy importante porque influye directamente en su eficiencia, fiabilidad y capacidad de adaptación a diferentes condiciones operativas. Las bombas modernas incorporan materiales avanzados y diseños optimizados que mejoran su rendimiento y durabilidad. Además, las bombas con tecnologías de control avanzadas, como sensores integrados y sistemas de monitoreo, permiten un funcionamiento más preciso y eficiente, ajustándose automáticamente a las demandas del sistema.
 

4. Una de las mejores soluciones es el control multibomba; esta estrategia implica el uso de múltiples bombas que se activan o desactivan en función de la demanda. El sistema puede operar una o más bombas a la vez, dependiendo de las necesidades, lo que optimiza el uso de energía y reduce el desgaste de las bombas. Este sistema puede controlarse con un convertidor de frecuencia y varios contactores o incluso con un convertidor de frecuencia por cada motor. Un convertidor especializado en bombeos puede controlar todas las bombas, además de alternar su funcionamiento para que todas tengan el mismo tiempo de uso y así controlar el desgaste de estas.

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Este artículo aparece publicado en el nº 561 de Automática e Instrumentación págs. 66 a 69.