Cálculo del ahorro de energía de la bomba

donde N es la velocidad de la bomba (rev/s), Q es el caudal (m3/s), Δp es la presión diferencial en la bomba (Pa) y P es la potencia de la bomba (W). En otras palabras, si la velocidad de la bomba se reduce al 25% de su valor anterior, entonces:

• el caudal (Q) también se reduce al 25% de su valor anterior
• la presión generada por la bomba (Δp) se reduce al 6,25 % (es decir, un dieciseisavo de su valor anterior)
• el consumo de energía de la bomba (P) se reduce al 1,6% (es decir, un sexagésimo cuarto de su valor anterior)

La misma consecuencia se puede ver cuando estas relaciones se aplican a la ecuación estándar para determinar la potencia de la bomba:

donde η es la eficiencia total de la bomba (%).

Puede verse que si la velocidad de la bomba se reduce al 25 %, lo que hace que el flujo se reduzca al 25 % y la presión de la bomba se reduzca al 6,25 %, entonces, como predicen las leyes de similitud de la bomba, la potencia de la bomba se reduce al 1,6 % (es decir, 0,25 veces 6,25).

Esta relación es válida siempre que la bomba esté bombeando contra una resistencia fija porque, en esta situación, la eficiencia de la bomba suele permanecer bastante constante independientemente de los cambios en la velocidad de la bomba. Por lo tanto, si el sistema de tuberías está sirviendo a una carga uniforme de calefacción o refrigeración, debería ser posible mantener la resistencia del sistema constante y regular la velocidad de la bomba hacia arriba y hacia abajo en respuesta a la demanda, logrando así todo el ahorro de energía del 98,4 % previsto en el 25 %. flujo.

Sin embargo, la mayoría de los sistemas dan servicio a múltiples zonas con cargas variables, cada una de las cuales requiere un control individualizado de las unidades terminales. Este control generalmente lo proporcionan válvulas de control de 2 puertos que modulan el flujo según sea necesario para adaptarse a la zona. En un sistema con válvulas de control de 2 puertos, la resistencia general del sistema no será fija sino que aumentará y disminuirá a medida que las válvulas se abran y cierren.

En esta situación, los ahorros reales de energía de la bomba que se pueden lograr dependerán de la forma en que se controle la velocidad de la bomba. La forma más fácil de controlar la velocidad de la bomba es hacer que responda a una señal de presión diferencial entre dos puntos en algún lugar del sistema. Las mejores opciones de ahorro de energía son:

• varíe la velocidad de la bomba en función de la presión diferencial de la bomba y utilizando una característica de control de velocidad integral designada por el fabricante de la bomba.
• varíe la velocidad de la bomba para mantener constante la presión en los extremos del sistema (usando sensores remotos de presión diferencial).

Las consecuencias de cada opción en términos de características de resistencia de la bomba y del sistema se muestran en las Figuras 1a y 1b. Para cada ejemplo, se ha supuesto un caudal mínimo del sistema del 25 %.

En la Figura 1a se puede ver que los controladores integrales de la bomba pueden generar sus propias características de control de velocidad que determinan cómo responderá la bomba a los cambios en la resistencia del sistema. En la Figura 1a se puede ver que los controladores integrales de la bomba pueden generar sus propias características de control de velocidad que determinan cómo responderá la bomba a los cambios en la resistencia del sistema. El punto de operación de la bomba siempre estará en algún lugar de esta característica. La Figura 1a muestra una característica de control de línea recta, pero los fabricantes de bombas también pueden proporcionar características curvas que brindan mayores reducciones en la velocidad de la bomba para las mismas condiciones de operación.

Las bombas controladas de esta manera tienen la ventaja de que evitan la necesidad de sensores de presión diferencial remotos. Sin embargo, con todos los controladores integrales se supone que el sistema tiene un patrón de carga bastante uniforme y predecible y que todas las válvulas de 2 puertos se abrirán y cerrarán aproximadamente juntas. Si el patrón de carga no es uniforme, es decir, es probable que algunos circuitos permanezcan completamente abiertos mientras que la mayoría se cierra, entonces existe el riesgo de que los circuitos completamente abiertos se queden sin flujo a medida que se reduce la velocidad de la bomba.

El uso de sensores remotos de presión diferencial en los extremos del sistema es una forma más precisa de controlar la velocidad de la bomba. La velocidad de la bomba se controla de manera que la presión mínima de diseño esté siempre disponible en cada extremo. Por lo tanto, como se muestra en la Figura 1b, el punto de operación de la bomba de carga parcial podría estar en cualquier lugar dentro de un rango de valores entre las condiciones de carga máxima y mínima. Se requieren sensores múltiples porque en un sistema de flujo variable donde las válvulas de 2 puertos pueden cerrarse en orden aleatorio, el índice del sistema puede no permanecer en una ubicación sino moverse a diferentes partes del sistema.

Puede verse en la Figura 1b que para un sistema controlado de esta manera, el punto de operación de carga mínima no está fijado por ninguna característica de control predeterminada, sino que puede disminuir tanto como sea necesario. Por lo tanto, es probable que el uso de sensores remotos logre mayores ahorros de energía que si se usan controladores de velocidad integrales.

Para cada método de control de velocidad de la bomba, el ahorro de energía de la bomba alcanzable entre las condiciones de carga máxima y mínima será igual a la diferencia entre la potencia de la bomba de carga máxima y mínima, es decir:

Ahorro de energía de la bomba = (Δp₁ q₁ / η₁) – (Δp₂ q₂ / η₂)

Al trazar las condiciones máximas y mínimas de pérdida de presión de carga y caudal en la curva de la bomba del fabricante de la bomba, se puede determinar el cambio en la eficiencia de la bomba y el consiguiente ahorro de energía. Sin embargo, para completar este cálculo, se deben estimar las cargas de la bomba para las condiciones de carga máxima y mínima. Esto puede requerir repetir el ejercicio de dimensionamiento de la bomba.

CIBSE Knowledge Series — Variable flow pipework systems