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Criterios técnicos para una correcta selección hidráulica

Barcelona, 29 Nov. 2011


Índice

1. Bombas hidráulicas. Distintas clasificaciones.

2. Factores para una selección hidráulica apropiada

3. Modos de regulación en bombas hidráulicas

4. Métodos de regulación electrónica aplicables para bombas centrífugas

5. Herramientas para la selección hidráulica


6. Análisis del sistema hidráulico

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1. Bombas hidráulicas (I)


1. Bombas hidráulicas (II)

Desplazamiento positivo Centrífugas


Desplazamiento positivo

• Hidroestática • Bajos caudales con grandes alturas• Altura≠f(Q)

Centrífugas

• Hidrodinámica • Versatilidad de funcionamiento• Altura=f(Q)

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1. Bombas hidráulicas (III)


1. Bombas hidráulicas (IV)


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1. Bombas hidráulicas (V)


2. Factores para una selección hidráulicaapropiada


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1. Bombas hidráulicas (VI)


Ciclo de costes vital de una bomba


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Curva del sistema(plena carga)

Altu

ra [%

]

160

140

120B2

Curva del sistema(baja carga)

Estrang.

Efecto del ajuste de la válvulade estrangulamiento

Disminuye el consumo pero

3. Modos de regulación en bombas hidráulicas

Caudal [%]

B1100

80

60

40

20

0 20 40 60 80 100120

Exceso de altura

Altura requerida

%]

Disminuye el consumo, pero también la eficiencia del sistema

La bomba continúa a velocidad fija; la curva es la misma


20 40 60 80 100 Caudal [%]

120

80

40

0

PW1

PW2

Potencia ahorrada

Pote

ncia

[%

3. Modos de regulación en bombas hidráulicas(II)


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H [%]

160

140

120

100

Curva del sistema(plena carga)

B1

Sin exceso de altura, por lo que no hay despilfarro de energía

Al reducir la velocidad el punto de

3. Modos de regulación en bombas hidráulicas(III)

PW [%]

100

20 40 Q [%]

100

80

60

40

20

060 80 100

n = 100 %P1

Altura requerida

B2

n = 100 %

90 %80 %

70 %

60 %50 %

Al reducir la velocidad el punto de operación se desplaza a través de la curva del sistema, desde B1 a B2Leyes de afinidad:


20 40 Q [%]

80

60

40

20

060 80 100

50 %60 %

70 %

80 %

90 %Potencia ahorrada

P2

Ahorros posibles de hasta un 60%

4. Métodos de regulación electrónica

Demanda variableEspecialmente en caso de:

Grandes tasas de trabajoPresión de aspiración inestableElevados costes energéticos

O cuando se persigue:


Integración en sistemas de control y gestiónEvitar pérdidas por fricción no necesarias

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4. Métodos de regulación electrónica (II)


4. Métodos de regulación electrónica (III)


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4. Métodos de regulación electrónica (IV)


4. Métodos de regulación electrónica (V)


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4. Métodos de regulación electrónica (II)


4. Métodos de regulación electrónica (V)


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Ciclo de costes vital de una bomba


Eficiencia energética: Ahorro sin pérdida de prestaciones

Selección hidráulica

Si d d l á

Motor IE2

E tá d KSB ITUR H tSin duda, el paso más importante para lograr la eficiencia energética

te del impulsor

Control de velocidad

Hasta un 60 % de ahorro

Estándar KSB ITUR: Hasta un 3.5 % de ahorro


Análisis del sistema

Identificación de los potenciales y alternativas

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Si d d l á

Motor IE2

E tá d KSB ITUR H t


Sin duda, el paso más importante para lograr la eficiencia energética

Recorte del impulsor





Ajuste del impulsor:Ahorro energ. hasta un 20 % Análisis del sistema


KSB EasySelect: Paso a paso


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KSB EasySelect®


Eficiencia energética: Ahorro sin pérdidade prestaciones


Si d d l á

Motor IE2









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Solución personalizada: Recorte del impulsortu

ra

Caudal

Alt


Cauda


f ll

trimmed

f ll

trimmed

2

f ll

trimmed

HH

QQ

DD

≈=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

med

fullfullfull HQD ⎠⎝

( ) 0.81H

HQ

Q0.90full

trimmed

full

trimmed2 =≈=Ejemplo:Reducción del diámetro del impulsor en un 10%

P ~ Q x H

ØD

full

ØD

trim


fullfull

P ~ 0.81 x 0.81 = 0.65

Ahorros de hasta un 35%

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Recorte del impulsor: Ejemplo práctico

40

60

oten

cia

[kW

]

Motor 55 kW Impulsor 55 kWMotor 45 kW Impulsor 46 kW Motor 55 kW Impulsor 46 kW


0

20

179 181 185 189 192 195 199 203 207 211 215 219Diámetro impulsor [mm]

Po

Tamaño b. 100-200

9 kW x 6,000 h x 0.10 € / kWh = € 5,400 por año

60

Recorte impulsor: De media, un 10% de ahorro

20

40

Pote

ncia

[kW

]


Incremento de la eficiencia hasta 22% (10% de media)

0

Tamaño b.100-200179 181 185 189 192 195 199 203 207 211 215 219

Reducción impulsor [mm]

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Si d d l á

Motor IE2




Hasta un 60 %

Estándar KSB ITUR: Hasta un 3.5 %




El control de la velocidad se traduce en control del gasto

Velocidad/Caudal Costes energéticos*

100% 100%

90% 73%

80% 51%70% 34%

60% 22%

50% 13%


50% 13%

* Mediante DPC en sistemas de lazo cerrado

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PumpDrive: El aliado perfecto para su bomba

Bombas controladas en velocidad, permitiendo control de presión, caudal, nivel y temperatura y

PumpDrive:The first variable speed control system offering a consistent ho sing concept ith three mo nting


consistent housing concept with three mounting options – a comprehensive solution for a wide range of performance.

PumpDrive: El aliado perfecto para su bomba

Consistente y convincente:

Flexible

diferentes opciones de montaje

Innovador

hasta 45 kW


Upgradable

diferentes paquetes funcionales

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Flexible:

Diferentes tipos de montaje


Un único hardware instalable en cualquier ubicación

- Independiente del fabricante del motor- Autorrefrigerado- IP 55

DPC: Máximas prestaciones a su alcance

Dynamic pressure setpoint compensation (DPC)Control de curva característica, sin necesidad de sensor, y con Co t o de cu a ca acte st ca, s eces dad de se so , y coprotección ante marcha en secoHasta 6 bombas en paralelo sin precisar de ningún dispositivo externo

Z. d

e ba

ja c

avit.


Punto de operación - Ejemplo

Daños en rodamientosDaños en impulsorDaños en cierre

Z

Zona de cavitación total

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Ejemplo práctico

Bomba seleccionada: GN 080-250/1104 G11 PD (diámetro del impulsor: 269mm)

1650 h @ 6.91 kW

Altu

ra


550 h @ 0.72 kW

Reduccción del caudal nominal aprox. 70 %

Recordando lo ya expuesto…

Las ventajas de instalar un variador no son sólo de ahorroenergético en la bomba

OthersInitial costs

Energy

Maintenance

El coste del mantenimiento también se ve reducido al utilizar variadores de velocidad:

- Monitorización y control absoluto del proceso, con plena integración en sistemas de gestión


y p p g g

- Protección de la bomba, evitando factores perjudiciales

- Diagnosis avanzada, mantenimiento predictivo…

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PumpDrive Basic:

Ideal para procesos estándar

Funciones de protección para motory convertidor:• Protección dinámica contra sobrecargas por reducción de velocidad

• Vigilancia de sobre/subtensión

• Protección térmica del motor mediante sondas PTC´s

• Protección térmica contra sobrecarga mediante reducción

de velocidad

Funciones de control


• Control en lazo cerrado mediante regulador PI integrado

• Reconocimiento automát. del sensor

• Función SLEEP

PumpDrive Advanced:

Los más altos requerimientos

Toda la funcionalidad de PumpDrive Basic, y además:

• Trabajo sobre las curvas de la bomba (H-Q P-Q)• Trabajo sobre las curvas de la bomba (H-Q,P-Q)

• Funciones de protección de la BOMBA:

Curva característica (Qmín,Qmáx)

Bloqueo hidráulico

Marcha en seco

Estimación del caudal de bombeo


• Configuración multibomba: Hasta 6 bombas en paraleloActúa de maestro: opción de redundancia (automático)

• Control dinámico de presión constante (DPC)

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¿Y en el ahorro de energía...?

• Contador horas de servicio

• Medición del consumo de energía


OthersInitial costs

Maintenance

Ahorro en todos los aspectos

Others

Energy

El coste del mantenimiento también se ve reducido al utilizar un sistema de variación de velocidad:- Monitorización y control absoluto del proceso, con plena integración en sistemas de gestión


y p p g g

- Protección de la bomba, evitando factores perjudiciales

- Diagnosis avanzada, mantenimiento predictivo…

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a ab

srob

ida

Ejemplo práctico

CaudalAlturaEfi i i

Flow rate

Pote

nci

CaudalAlturaEficiencia


Ahorro de energía mediante PumpDrive : € 513 por año

EficienciaPotencia abosrbidaVelocidad de la bombaNPSH requeridoNPSH 3%Permissible operating pressure

Potencia abosrbidaVelocidad de la bombaNPSH requeridoNPSH 3%Permissible operating pressure

Continental Hannover: Caso Práctico

B b KSB 18 5 KBomba KSB 18,5 Kw + PumpDrive Control DFSAhorro anual:371 MW; 15.700 €74,7% de ahorro respecto a solución


anterior

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Automated pumps available


PumpDrive WMPumpDrive MM Retrofit(with adapters)

Etaline PumpDriveEtaline Z PumpDriveEtanorm PumpDriveEtabloc PumpDriveEtachrom PumpDrive

Movitec PumpDriveMultitec PumpDrive

CPKN PumpDrive

EtalinePumpDrive

ETA PumpDrive - Variants


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Si d d l á

Motor IE2









Funciones de PumpmeterMedición de la presión de aspiración

6. Análisis del sistema hidráulico

p pMedición de la presión de descargaCálculo de presión diferencialCálculo del punto de operaciónDisplay incorporadoSalida analógica (p.descarga / p.diferencial)IP65Integración sencilla en sistemas de control


Integración sencilla en sistemas de controlmediante interfaz Modbus RTU

Y las prestaciones no acaban aquí……..

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6. Análisis del sistema hidráulico (II)


Pumpmeter: Mucho más que un sensor de presión…


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Etaline ZPumpDrive

ETA PumpDrive – Ejemplo DPM


Etabloc PumpDrive



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Etanorm PumpDrive



Etachrom NC PumpDrive

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Etachrom BC PumpDrive



Movitec PumpDrive


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CPKN PumpDrive


Multitec PumpDrive


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Application Example in Water Engineering

Movitec PumpDrive for pressure boostingMultiple pump system with vertical multi-stage high-pressure in-line pumps with motor-mounted frequency inverters up to 37 kW

Cost-effective installation

Straightforward commissioning – “Plug & Run”

Integration in BMS via LON bus

Constant output pressure regardless of varying


Constant output pressure regardless of varying consumption

Variations in inlet pressure are compensated for

Low-noise operation

Application Example in Industrial Processes

Etanorm PumpDrive for cooling water supplyStandardized pumps with motor-mounted, self-cooling frequency inverters up to 45 kW

Reduced energy costs

Increased operating reliability

Improved process quality

Integration in process control systems via Profibus


Integration in process control systems via Profibus

Reduced wear

More stable processes (subordinate control)

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Flexibility through Independent Cooling System

Retrofittable on virtually all KSB pumps and also on non-KSB pumps

Immediate energy savings to the tune of 50 % due to speed optimization and minimum flow stop

Low installation and commissioning costs thanks to adapter and “Plug & Run” concept

L i i t l d t d d h i l


Longer service intervals due to reduced mechanical loads on the system

Subsequent integration in control system via Profibus or LON bus

Continued use of existing componentsMotor-mounted Wall-mounted



Si d d l á

Motor IE2




Hasta un 60 %

Estándar KSB ITUR: Hasta un 3.5 %



Savings potential is identified on the basis of the operating data

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Cambios en la normativa

desde 1998

Acuerdo voluntario (proyecto EU)Acuerdo EU/CEMEP

IEC 60034-30 Directiva EU 2005/32/EC/Regulación Ecodesign

desde 1998

80

85

90

95 T��

��

Clases de rendimiento

High efficiency IE 2

IE 3

High efficiency

Premium efficiency

Clases de rendimiento IEC


70

75

1 10 100Estándar

Improved efficiency

[kW]

IE 1 Standard efficiency

Características principales

La energía consumida por un motor durante su vida útil puedecostar hasta 100 veces el precio de compra.

Motores IE2 como estándar

Su bajo consumo optimiza el rendimiento durante toda la vida útil

¡Un pequeño aumento en la eficiencia de cada motor tiene


un gran impacto positivo a escala mundial!

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Cambios en la normativa

desde 1998

Acuerdo voluntario (proyecto EU)Acuerdo EU/CEMEP

IEC 60034-30 Directiva EU 2005/32/EC/Regulación Ecodesign

desde 1998

80

85

90

95 T��

��

Clases de rendimiento

High efficiency IE 2

IE 3

High efficiency

Premium efficiency

Clases de rendimiento IEC


70

75

1 10 100Estándar

Improved efficiency

[kW]

IE 1 Standard efficiency

Bombas sumergibles: IE3 como estándar

Asynchronous submersible motor versions UK and XK with efficiencies on IE3 level as a standard


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Zur Hannovermesse werden 2-, 4- und 6-polige Drehstrom-Asynchronmotoren in Europa nach der neuen, nun weltweit einheitlichen, IEC 60034-30 gelabelt.

Entwurf


Motor Fa. REEL*

*Quelle: Fa. REELnach IEC 60034-30

¡Gracias por vuestra atención!


www.ksb.comwww.ksb-itur.es

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