Grandes potenciales de ahorro en el suministro de agua de refrigeración de una empresa química
Muchos procesos químicos requieren una temperatura de funcionamiento constante. Esto puede ser proporcionado, por ejemplo, por sistemas complejos de agua de refrigeración con intercambiadores de calor, como es el caso de un gran grupo químico internacional. Se encargó a los expertos del Servicio de Eficiencia del Sistema de SES que investigaran en detalle uno de estos sistemas de alto consumo energético, descubrieran los potenciales de optimización y encontraran formas de aprovecharlos.
Muchos procesos químicos requieren una temperatura de funcionamiento constante. Esto puede ser proporcionado, por ejemplo, por sistemas complejos de agua de refrigeración con intercambiadores de calor, como es el caso de un gran grupo químico internacional. Se encargó a los expertos del Servicio de Eficiencia del Sistema de SES que investigaran en detalle uno de estos sistemas de alto consumo energético, descubrieran los potenciales de optimización y encontraran formas de aprovecharlos.
Optimización
Un sistema que ha ido creciendo a lo largo de los años, abarcando varios edificios y plantas
El sistema de suministro de agua de refrigeración objeto de esta investigación ha crecido históricamente y es muy complejo: en la línea de suministro, cinco bombas de velocidad fija distribuyen el agua de refrigeración por tres tuberías ascendentes que conducen a varios intercambiadores de calor, y todos los equipos están instalados en varios edificios y en diferentes plantas. En verano, tres de las cinco bombas están en funcionamiento; en invierno, solo dos. Aguas arriba de las últimas instalaciones de consumo, a una altura de 15 m, funcionan dos bombas de aumento de presión en servicio continuo. Algunos de los puntos de consumo están equipados con una válvula de control; otros no.
Los expertos del Servicio de Eficiencia del Sistema - SES fueron los encargados de analizar el sistema en profundidad e identificar las oportunidades de optimización.
En primer lugar, se definieron los objetivos del análisis:
Determinar los datos de funcionamiento de las siete bombas instaladas
Crear una curva característica de la bomba incluyendo el punto/rango de funcionamiento actual
Verificar la potencia de entrada, incluida la eficiencia
Analizar el sistema general e identificar la eficiencia general
Recomendar acciones para que la operación sea eficiente y fiable en el futuro
Los expertos en eficiencia energética de KSB realizaron varias mediciones durante un período de seis días. Analizaron la presión de entrada y descarga de las bombas, los caudales y la potencia de entrada, así como las diferencias de presión y temperatura. Se simuló la operación en verano e invierno. Los resultados revelaron lo siguiente:
Sobre el estado de las cinco bombas de agua de refrigeración WTS A 250 36 (velocidad fija, control por estrangulamiento) de Halberg
Durante el funcionamiento normal (verano), las bombas funcionan con sobrecarga.
La sobrecarga y el desgaste ya han disminuido el rendimiento de las bombas hasta aproximadamente el 55 %.
En invierno, las bombas funcionan fuera del rango permitido.
Sobre el estado de las dos bombas de aumento de presión Etanorm 125-250 (velocidad fija, control por estrangulamiento) de KSB
Durante el funcionamiento normal (verano), las bombas funcionan fuera de su rango permitido.
Las bombas de aumento de presión no aumentan la presión durante el funcionamiento normal.
La sobrecarga y el desgaste han reducido el rendimiento de la bomba hasta un máximo del 25 %.
Sobre la base de un precio interno de la electricidad de 5 ct/kWh y los parámetros de funcionamiento anteriores, los costes energéticos equivalen a 198.500 € al año.
El análisis de los datos reveló que las bombas de agua de refrigeración objeto de esta investigación funcionan con un rendimiento notablemente reducido.
La solución:
Sustitución de las bombas por nuevos modelos más eficientes
Los expertos de KSB prepararon el siguiente concepto de optimización para el cliente:
- Sustitución de las cinco bombas por bombas del tipo Etanorm E 350-300-375 accionadas por motores antideflagrantes de 160 kW, para funcionando a velocidad variable
- Instalación de cinco variadores de frecuencia y un sistema de control de nivel superior en función de la carga
- Instalación de un bypass alrededor de las bombas de aumento de presión, ya que actualmente no son necesarias en el funcionamiento normal.
La bomba de aumento de presión de KSB del tipo Etanorm 125-250 sin variador de frecuencia también funciona con un rendimiento reducido.
El resultado:
Un sistema fiable y eficiente desde el punto de vista energético con emisiones de CO2 reducidas
El cliente decidió implementar las recomendaciones con los siguientes beneficios:
- Mayor seguridad de funcionamiento con materiales optimizados
- Funcionamiento de la bomba en el rango permitido con el mejor rendimiento posible
- Los caudales actuales también se cumplirán en el futuro
- Ajuste flexible con bombas de velocidad variable
- Las características similares de la bomba permitieron que la actualización se implementara paso a paso
Ahorro en comparación con el funcionamiento actual: aprox. 66,2 %, lo que equivale a 133.300 € al año
Una comparación de los costes del ciclo de vida muestra que, a pesar del precio bastante bajo de la energía de 5 ct/kWh, los costes de inversión se amortizan en menos de 3 años.
Cifras I Datos I Hechos
Aplicación: industria química
Año del proyecto: 2021
Alcance: Investigación del sistema de bombeo que suministra el agua de refrigeración. Instalación de 5 bombas de proceso de velocidad variable con tecnología de control optimizada. Apagado de dos bombas de aumento de presión.
| Situación previa | Situación optimizada | |
| Potencia de accionamiento [kW] | 5 x 190, velocidad fija 2 x 22, velocidad fija | 5 x 160, velocidad variable |
Ahorro de energía [%] | - | 66.2 |
Consumo de energía [kWh/a] | 3,970,000 | 1,343,000 |
Emisiones [t CO2/a]1 | 1,453 | 492 |
Precio de la electricidad [€/MWh] | 50 | 50 |
Plazo de amortización [años] | - | 2.8 |
1 Basado en un factor de emisión de CO2 de 366 g/kWh para el consumo de energía en Alemania
