Articulo tecnico que explica como reducir el consumo energético en los sistemas de bombeo mediante la utilización de los variadores de frecuencias o VDF

1. Estrangulando la eficiencia y la vida!!
Que tal estimados amigos, quiero empezar este articulo técnico el con una imagen
fácil de encontrar en Google, veamos:
Que te transmite?
Seguramente dirás que : Un planeta enfermo, un mundo que se calienta cada vez
mas, una globo terráqueo que padece la inclemencia de la acción del ser humano,
que sin duda, es una Especie Animal que contamina, Derrocha Energía y que no
posee en su ADN consciencia en el uso de los recursos naturales no renovables, y
aquellos que aun siendo renovables, también les derrocha sin piedad.
Quizás suene esto muy dramático, pero los que sean ambientalistas dirán que he
sido “soft” en mis apreciaciones en torno al tema. Ok, pero ¿Que tiene esto que
ver con las Bombas Centrífugas que es el motivo de este Blog?.......Bueno no
desesperen, prometo aterrizar.
Es muy probable que todos los que leen este articulo sepan conducir un vehículo.
Pues imaginemos que vas de paseo a un parque, en tu auto, con la familia.
Situación A
Una vez que todos están en el vehículo, lo enciendes. Como eres un conductor
consiente sabes que debes esperar unos 90 segundos, si el motor esta frio, para

2. que el aceite llegue a todos los puntos de lubricación vitales para el buen
funcionamiento, luego partes a baja velocidad para posteriormente conducir como
de costumbre. En el camino te encontrarás con rectas donde iras a 100 KPH,
curvas donde debes bajar a 50 KPH, luego bajadas donde quizás con soltar el
acelerador tendrás lo suficiente para ir a una velocidad confortable, y cuestas que
exigirán pisar el acelerador a fondo para poder superarlas. De pronto, tienes una
necesidad fisiológica de esas que a todos los humanos nos dan y por tanto tienes
que acelerar para llegar a tiempo a un lugar con instalaciones sanitarias.
Posteriormente por el calor en el ambiente, decides encender el aire
acondicionado para conseguir esos 21 grados de confort. No obstante a medida
que empiezas a ascender desde los 500 msnm de tu casa a los 3000 msnm
donde se encuentra tu destino, el clima comienza a tornarse frio, por lo que
decides apagar el aire acondicionado. Al llegar a los 3000 msnm la temperatura
exterior bajó a 10 grados centígrados así que enciendes la calefacción….ahora
por la neblina del camino enciendes las luces para que todos te vean. Comienza a
llover ligeramente así que enciendes los limpiaparabrisas (wiper washer) para
mejorar la visibilidad. Finalmente llegaste al parque, detuviste tu vehículo, lo
apagaste y a disfrutar en familia, como debe ser!!!
Si analizamos el consumo energético de tu auto sin duda ha sido variable, porque
el sistema así lo exigió. Tuviste que dejar el auto en mínimo régimen al
encenderlo, luego aceleraste de a poco, en las rectas pisaste el acelerador
digamos 50%, en las subidas 90%, en las bajadas quizás 20% ….y cuando tuviste
que ir al sanitario al 100%!!!! Cuando encendiste el aire, las luces, los
limpiaparabrisas el consumo de combustible también aumentó porque todos esos
sistemas auxiliares consumen potencia que salió del motor de tu auto.
Imaginemos que logramos medir el combustible gastado y que el mismo ascendió
a 15 litros.

3. Situación B
Ahora, supongamos que tu motor al encenderlo se va de un solo golpe a 3,600
RPM y que no hay manera de controlarlo. Imagina tu motor frio luego de haber
pasado toda la noche en reposo, hacerlo girar a 3,600 RPM de un sopetón.
Seguro que algunos componentes han sufrido el estrés del arranque en frio, y
quizás algunas partes que requieren lubricarse experimentaron contacto metal-
metal. Ahora la familia esta en el auto. Pones la primera, y sacas el embrague. El
auto sale patinando, raudo y veloz. Viene la primera curva y frenas
desesperadamente ya que recuerda que no puedes bajar la aceleración, así que
estas gastando cauchos y frenos.
Viene la recta, sueltas el pedal y baja tu estrés por unos minutos, luego la cuesta
donde quisieras acelerar mas para poder subir pero nada, es imposible. Pasas de
4ta marcha, a 3ra, 2da y llegaste a la cumbre. Ahora viene la bajada y te toca
frenar full….pero tienes que ir al sanitario así que sueltas el freno y sigues con
mucha desesperación….es posible que cuando llegues al sanitario pues ya NO
haya mucho que hacer…para resumir, llegamos al parque….. aunque mejor
hubiera sido quedarse en casa. Ah, y el consumo energético…bueno, 30 litros. Si,
el doble quizás de la Situación A. Pero además del consumo de gasolina, gastaste
llantas, frenos, produjiste de alguna forma daño al motor, tus nervios y los de tu
familia se afectaron, y casi olvidaba que tu ropa requerirá lavarse de inmediato, así
que gastarás energía eléctrica en tu lavadora, agua, detergente, y muchas cosas
mas….Por favor no olvides limpiar la tapicería del auto L.
Pues bien así sucede con casi todo en la vida. Las demandas de requerimientos
no siempre son fijas y debemos adaptarnos para solo gastar lo adecuado. Un
porcentaje ENORME de los sistemas de bombeo actuales, EN EL MUNDO
ENTERO, están trabajando a RPM fijas, arrancando de un sopetón provocando
golpes de ariete, picos enormes de energía, estrés en el arranque, estrangulando
válvulas a la descarga para controlar el caudal requerido (Como frenando con el
motor acelerado), o con una línea de bypass , o con paradas y detenciones muy
frecuentes. Son sistemas “torpes” incapaces de reaccionar a un cambio en la
demanda, y por supuesto con un consumo energético quizás 50% mayor al
realmente necesitado (recuerdan , mas combustible en la situación B que en la

4. situación A)…..pero también con mayores gastos de mantenimiento (Se gastan las
llantas, los frenos, etc)….ah, y para rematar, como lo sistemas de bombeo “no
tienen pantalones que lavar”, entonces contaminamos mas a nuestra nave
espacial llamada planeta Tierra, dejando una huella de carbono mas importante.
Dicho de otra forma, los sistemas de bombeo actuales en su mayoría funcionan de
forma muy similar a la Situación B.
Recordemos que los sistemas de bombeo gastan el 25% de la energía que
consumen los motores eléctricos en el mundo, y que ademas, el 60% de la
energía consumida por los sistemas de bombeo está en el suministro y tratamiento
de agua. En buena cuenta, una estacion de bombeo, vista por “La Tierra” debe
lucir mas o menos asi:
Y aunque provoque reírse este es un tema muy serio que cada día nos afecta
mas.
Si le preguntamos a la mayoría de los profesionales los principales elementos que
integran un sistema de bombeo seguramente dirán cosas como:
1) Bomba
2) Motor
3) Acople
4) Válvulas
5) Tuberías
6) Accesorios (Bridas, codos, Tees)

5. 7) Red eléctrica
8) Fundaciones
Y es precisamente aquí cuando bajo completamente el tren de aterrizaje y digo
que debe ser:
1) Bomba
2) Motor
3) VARIADOR DE FRECUENCIA (VDF)
4) Acople
5) Válvulas
6) Tuberías
7) Accesorios (Bridas, codos, Tees)
8) Red eléctrica
9) Fundaciones
¿Pero que es un VDF?.....“Un Variador de Frecuencia es un sistema que regula o
modula la velocidad rotación de un motor de corriente alterna por medio de un
control de la frecuencia de alimentación del suministro eléctrico” . Los VDF operan
bajo el principio de que la velocidad síncrona de un motor de corriente alterna está
determinada por la frecuencia suministrada, y el numero de polos en el estator de
acuerdo con la relación RPM=(120xf)/p. Los numeros de polos comunes es 2,4,6,
y 8 que corresponde a velocidades de 3600, 1800, 1200, 900 para 60 Hertz.
Yo, siempre muy impaciente y cuadrado, no termino de entender porque aun se
siguen instalando bombas y construyendo estaciones de bombeo sin variadores
de frecuencia.
Pienso que hay varios factores que son responsables de este resultado:
• Miedo a lo desconocido.
• El que diseña no paga la factura de gastos operativos.
• Antiguos estándares de ingeniería muy deficientes que se repiten una y otra
vez.
• Siempre en los proyectos se piensa en CAPEX (inversión de capital) y no
en OPEX (Gastos Operativos). Dicho de otra forma, muchos clientes se
preocupan de ahorrarse el mas mínimo centavo en la construcción del
proyecto (quizás sus planes de incentivo estén atado a ello…), mientras
que en la operación se gastarán cientos de miles de dólares cada año.
• Poca difusión de las ventajas de la variación de velocidad en los equipos
rotativos.
• Los vendedores de válvulas de control hacen mucho mejor trabajo que los
vendedores de los variadores de velocidad.
• La mayoría de los ingenieros que diseñan los sistemas de bombeo le tienen
TERROR a la electricidad & electrónica.
• Muchos fabricantes de bombas solo se concentran en vender bombas y no
soluciones eficientes. Y esto incluso enfrenta un tema ético, porque vender
equipos que tienen una demanda variable con VDFs proporcionará una vida

6. útil mucho mas larga, y en consecuencia, se venderán menos repuestos
que al final del día son los que generan mas utilidad.
• Los clientes saben poco de los beneficios de la variación de velocidad
porque hemos fallado en promover sus ENORMES ventajas.
• Cualquier otra razón que consideres valida para seguir haciéndolo mal.
Estoy seguro que puedes hacer una lista muuuuuuuuucho mas larga,
siempre justificando el porque no usarlo.
Es imperioso antes de seguir hablando de este tema, mencionar lo que es el
Costo Total de la Propiedad, o como dicen en USA, el “Total Cost of ownership”
(TCO), o como lo identifica el titulo de la siguiente figura el “Costo del ciclo de vida
de un sistema de bombeo”
El grafico anterior es una película donde se muestra el costo de un sistema de
bombeo típico, desde su concepción, diseño, construcción, instalación, puesta en
marcha, operación, mantenimiento y disposición final. La adquisición de los
bienes que integran la estación y sus instalación es solo un fotograma dentro de
esta película que es la vida propia del sistema de bombeo. Mientras que el
proyecto completo del sistema de bombeo tomó 3 años – un fotograma-, la
estación de bombeo y el sistema completo seguro “vivirán” 40 años o mas. Ver
solamente la foto inicial, es pretender ver 40 cuadras de distancia desde el primer
piso del edificio, así que mejor vámonos al “Penthouse” para tener una visión
completa del negocio

7. El TCO es la suma de los costos Directos e Indirectos que se incurrirán durante la
vida o ciclo de un Producto o Sistema. Los elementos básicos que lo integran en el
caso de un sistema de bombeo son:
ADQUISICIÓN DE LOS EQUIPOS ( PUMPS 10%): Cuando hablamos de
Bombas, estamos incluyendo en general todos los equipos que conformarán la
estación de bombeo. Es decir, aquí están además de las bombas, los motores,
VDF (Si los colocaste), válvulas , accesorios, costo de la procura e ingeniería.
INSTALACIÓN (INSTALLATION 7%): Aquí se incluyen los gastos de instalación,
construcción, puesta en marcha, pruebas, entrenamiento al personal, asistencia
técnica y similares.
ENERGÍA (ENERGY 40%) O COSTOS ENERGÉTICOS: Son los costos relativos
a la energía que se necesita introducir al sistema para que este opere o realice la
función para lo que fue diseñado y construido. No solo es la energía (Eléctrica,
Diesel, Vapor, Aire, etc) que consume el accionador de la bomba sino también los
sistemas auxiliares necesarios.
COSTOS OPERACIONALES (OPERATING 10%): Aquí se incluyen los costos del
personal que maneja la estación y supervisión.
MANTENIMIENTO (MAINTENANCE 25%) : Son los costos asociados al
mantenimiento del sistema, partes de repuestos, reparaciones, personal de
mantenimiento, equipos de pruebas, asistencia técnica para el mantenimiento,
facilidades de mantenimiento y similares.
IMPRODUCTIVIDAD, TIEMPO DE INACTIVIDAD (DOWNTIME 3%): El no
producir o el no bombear tiene costos, incluso los sistemas que se necesitan para
esos periodos de improductividad también se contabilizan y se incluyen aquí,
como por ejemplo sistema de calentamiento para periodos de inactividad no
programados, bombas auxiliares, etc.
FACTORES AMBIENTALES (ENVIROMENTAL 5%) : Estos son los costos de
limpieza, manejo de desperdicios o desechos, control de polución, costo de
cumplimiento con temas ambientales, control de emisiones, etc. También se
incluyen acá los costos de disposición. Es decir, si esta estación o sistema de
bombeo finaliza su vida útil entonces habrá que disponer de los activos e
infraestructura, pues bien, aquí están incluidos todos esos costos.
Quiero dejar claro que los porcentajes señalados son relativos, y pueden variar
considerablemente de un sistema de bombeo a otro. Dos sistemas idénticos que
funcionen con fluidos distintos tendrán diferentes TCO. Si por ejemplo uno maneja
agua salada y el otro maneja agua dulce seguro que los gastos de mantenimiento
serán mas elevados en el primero que en el segundo aun cuando ambos sistemas
estén construidos con la misma metalurgia porque uno presentará mas
sedimentaciones en la tubería que otro. Con el tiempo las perdidas por fricción
también serán diferentes, así que su TCO será distinto.

8. Lo que si es lugar común, es que siempre habrán dos pedazos de la torta que
serán mas significativos. Estos son el MANTENIMIENTO ( APROX 25%) y la
ENERGIA (APROX 40%).
La Energía que consume el sistema esta directamente relacionado con la
potencia. Mas RPM es mas potencia, menos RPM pues menos potencia. Si las
bombas operan indistintamente de la demanda a full RPM, pues también
consumirán full potencia y en consecuencia full energía. Y mas RPM también
significa mas desgaste y mas mantenimiento. El desgaste de una bomba que
opere a 3,600 rpm es 8 veces el desgaste de una a 1,800 RPM. Se dice que el
desgaste varia al cubo o a la tercera potencia del incremento de velocidad, pero
esto también es relativo al servicio. No obstante siempre podemos decir que mas
RPM, es mas Potencia, Mas consumo energético, Mas Desgaste, Mas
Mantenimiento, y Menos plata en tu bolsillo.
Entonces en la fase inicial de un proyecto, la mayoría de los profesionales se
concentran en el costo de adquisición del equipo que solo es el 10% de la historia,
mientras que al menos un importante 65% se consumirá durante la vida del
sistema entre mantenimiento y energía. Hay sistemas donde el gasto energético
es el 80% del TCO, mientras que la adquisición de los equipos apenas 5%. Es
decir, durante el ciclo de vida del producto gastaremos 16 veces los que costaron
los equipos solo por causa de energía!!!!!! . Entonces no hay duda, que durante
años hemos estado mirando hacia el lado equivocado. Hemos gastado horas,
días, meses de discusión con los proveedores de bombas para que nos bajen
$100,000 en el precio del paquete de bombeo, sin ver que esto es completamente
insignificante frente a los gastos que tendremos en energía mediante el uso de
equipos mas eficientes y que puedan adaptarse a los requerimientos reales del
sistema.
Una vez aclarado el tema del TCO y de mencionar muy superficialmente solo
algunas aspectos del control de velocidad , veamos que es lo que se hace hoy dia
para controlar el suministro del fluido a bombear en función de la demanda.
Estrangulamiento de la Válvula a la descarga de la bomba.

9. Este método de control de caudal es muy antiguo, MAS USADO y también el mas
DEFICIENTE . Consiste en modular la posición de la válvula a la descarga de la
bomba para incrementar o disminuir perdidas y así poder entregar el caudal
deseado.
En la imagen anterior se aprecia la curva de funcionamiento de una bomba en
particular. En el eje Horizontal esta representado el caudal o flujo en Lts/Min. En el
eje Vertical esta representada la altura dinámica total. La curva de la bomba es de
color rojo. En color verde esta representada la curva del sistema. La carga
estática de este sistema es 20 metros. La curva del sistema se intersecta con la
curva de la bomba en Q= 80 Lts/Min y un TDH=50 Metros. Si esta bomba entra en
funcionamiento con la válvula a la descarga totalmente abierta, tendremos un
punto operativo de 80 Lts/Min y un TDH de 50 metros. Si ahora queremos entregar
al sistema la mitad del caudal, será necesario por este método de control,
comenzar a cerrar la válvula a la descarga de la bomba de manera tal que la curva
del sistema se comporte como la representada en color naranja. Así que para 40
Lts/Min corresponderá un TDH de 70 Mts. Es decir, artificialmente se han creado
perdidas de 20 Metros (unas 30 PSI) para poder reducir el caudal. Esto por
supuesto es un derroche de energía que además del consumo de potencia
reducirá la vida útil de la válvula entre otras muchas otras cosas no deseadas que
se introducirán en el sistema.

10. Línea de Recirculación (By-Pass)
Con este método de control también se puede regular la cantidad de flujo que va
al sistema. Lo que se hace es conectar una derivación a la línea de descarga de la
bomba donde se coloca una válvula de control. Esta línea de recirculación
idealmente se debe conectar al tanque de succión de la bomba, pero en la
mayoría de los casos se conecta a la misma succión de la bomba. La válvula de
control o de recirculación modulara según el caudal requerido en el línea principal.
Si se desea mas caudal en la línea principal la válvula de control se moverá hacia
el cierre, y si se desea menor caudal en la línea principal la válvula de control se
moverá hacia la apertura.
Este método es un poco mejor, pero igualmente se derrocha energía. Tiene la
ventaja que al aumentar el caudal mediante la línea de By-Pass el punto operativo
se puede ubicar en una zona de mejor eficiencia DE LA BOMBA, mas no del
sistema como tal porque se esta bombeando una cantidad de liquido adicional que
simplemente es recirculada de vuelta a la succión de la bomba.
Control ON-OFF
Esta estrategia de control se fundamenta en el encendido y apagado de la bomba
para lograr el caudal promedio deseado en una unidad de tiempo determinada.
Este forma de control no siempre es posible utilizarla ya que hay periodos donde
no habrá bombeo de liquido en la línea, así que deberá contarse con un reservorio
para el suministro durante la fase de bomba apagada. Esto es similar a la forma
como funcionan los compresores de aire, los cuales comprime el aire hasta un
valor determinado y luego se apagan al llegar al valor de presión establecida. La

11. presión comienza a disminuir cuando el consumo de aire se hace presente. El aire
sale de un pulmón o reservorio hasta llegar a un punto donde el compresor debe
reactivarse para completar nuevamente la presión establecida para el pulmón.
El control ON-OFF en termino de energía consumida es mejor al control por
estrangulamiento o por línea de By-Pass ya que la bomba solo estará operando
una fracción del tiempo, sin embargo generará una cantidad enorme de
perturbaciones en el sistema, demanda mayor cantidad de recursos, provoca
picos de demanda que dañan los sistema de transformación y generación, etc.
Control por Variación de Velocidad
Todos sabemos que cuando se varían las revoluciones de la bomba su curva
característica cambia según lo establecen las leyes de semejanza. Recordemos
de nuestro curso de hidráulica básica que:
• El Caudal es Directamente Proporcional al cambio de velocidad.
• La Altura cambia en una relación cuadrática en relación al cambio de
velocidad.
• La Potencia cambia en una relación cubica en relación al cambio de
velocidad

12. Así que si para satisfacer un punto de demanda X disminuimos la velocidad
estaremos disminuyendo la potencia en proporción cubica que no es cualquier
cosa. Además no habrá derroche de energía, pulsos en la línea, estrés en el motor
y sistema de generación y transformación, reducción de los golpes de ariete al
efectuar cambios progresivos de la velocidad, etc.
Recordemos que en el control por estrangulamiento tuvimos que cerrar la válvula
a la descarga de la bomba en un 30% para que el caudal pasara de 80 LTS/MIN,
que era la condición de diseño con válvula totalmente abierta, a 40 LTS/MIN .
Imaginemos que esa bomba operaba a 3,600 RPM.
Ahora veamos que RPM necesitamos para conseguir los 40 LTS/MIN:
RPM2 = RPM1 x (Q2/Q1) = 3,600 x (40/80) = 1,800 RPM
Y claro, la mitad de las RPM porque el caudal es directamente proporcional a la
velocidad de giro. Si queremos la mitad del caudal giraremos a la mitad de las
RPM.
Ahora veamos que pasa con la potencia:
La potencia a 1800 RPM debería ser:
HP2= HP1 x (RPM2)3
/ (RPM1)3
HP2= HP1 x (1800)3
/ (3600)3
HP2= HP1 x 0,128 = HP1/ 8
Es decir, la potencia que requeriríamos es una octava parte. Si la potencia con
estrangulamiento era 80 HP, con la variación de velocidad la potencia consumida
será de apenas 10 HP…….que diferencia!!!

13. Imaginemos además, que la condición de 40 LTS/MIN es requerida el 50% del
tiempo. Veamos cuanto costaría al año la operación con 80 HP de forma
constante y la operación con 10 HP la mitad del tiempo y 80 HP la otra mitad.
Costo en Energía anual con 80 HP
80 Hp x 0,746 Kw/hp x 24 Horas x 365 días x 0,09 $ / Kw-h = $47,051
Total = $47,051
Costo en energía anual con 80 hp x 50% del tiempo + 10 HP el 50% del
tiempo
10 Hp x 0,746 Kw/hp x 12 Horas x 365 días x 0,09 $ / Kw-h = $2,940
80 Hp x 0,746 Kw/hp x 12 Horas x 365 días x 0,09 $ / Kw-h = $23,525
Total = $23,525 + 2,940 = $26,465
Ahorro Anual: $47,051 - $26,465 = $20,585 (44% de AHORRO)
Estoy seguro que el ahorro anual de $20,585 estará muy próximo al costo de
reposición de la bomba de 80 hp……y esto ocurrirá cada año. Sin contar los
ahorros adicionales por la válvula de estrangulación que ya no sufrirá los danos
por cavitación típicos en estos servicios. EL VDF además permitirá paradas y
arranques suaves, se evitaran los golpes de ariete, picos de energía, etc, etc y
mas etc.
Así que no hay duda que este método de control de flujo es el mas efectivo,
preciso e inteligente de todos. Recordemos que el desgaste también será 8 veces
menor y que el TCO decía que al menos el 40% de los costos típicos de un
sistema de bombeo corresponden a la energía consumida y que 25% a
mantenimiento. Pues bien, con la variación de velocidad estamos atacando
directamente la raíz del problema. Recordemos también que hay sistemas donde

14. la proporción de gastos de energía en el TCO es aun mayor , entonces en esos
casos la ventaja del uso de la velocidad reducida sigue aumentando. Una vez mas
me pregunto, ¿Por qué las Bombas no viene con un VDF incorporado? Muchos
de los “bomberos” dirán que no es preciso, pues bien, yo les respeto sus puntos
de vista. Sin embargo si van al campo y miran las condiciones reales a las que
están sometidas las bombas verán que esta mas que justificado su uso. Una cosa
es lo que decía la data sheet y otra cosa es la condición real de operación.
Para mi, los VDF son la solución a la mayoría de los problemas hidráulicos,
mecánicos y de baja eficiencia que están presentes en los sistemas de bombeo.
Veamos un ejemplo de la vida real, mucho mas impactantes.
EJEMPLO - ACUEDUCTO
Analizaremos un acueducto integrado por Seis Bombas Multietapas, cada una de
1,100 M3
/HR y equipadas con motores eléctricos de 2,250 HP a 3600 RPM. El
caudal de diseño del acueducto es 6,600 M3
/HR. En la Operación real se
bombean distintos caudales según se lleve el suministro de agua a distintos
clientes, ubicados a distintas elevaciones. El acueducto en su etapa inicial, y
durante aproximadamente tres años estará bombeado 2,500 M3
/HR. Los dos años
posteriores estará bombeando 4,100 M3
/HR y 2,500 M3
/HR, y luego de 5 años
2,500 M3
/HR, 4,100 M3
/HR y 6,600 M3
/HR, de forma alternada. El concepto inicial
del cliente era controlar el flujo mediante estrangulación de válvulas de control
ubicado a la descarga de la bomba. La razón de ello era para ahorrar en el gasto
de inversión, simplificar la operación y conservar los estándares de diseño que por
años ha utilizado con sus clientes.
Entonces tenemos:
6 Bombas de 1,100 M3
/HR & 2,250 HP c/u
Demanda estimada de
CAUDALES
(M3
/HR)
2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 y
en +
2,500 X X X X X X X
4,100 X X X X
6,600 X X
Para efectos de simplificación, cuando se suministre mas de un caudal estos se
compartirán en partes iguales durante el año analizado.
A continuación les muestro las curva de una bombas en paralelo y la curva del
sistema de perdidas para la condición de diseño.

15. Lo primero que debo decirles es que se muestran tres curvas de sistema, dado
que el reservorio de succión y descarga presentan niveles variables durante las
distintas épocas del año, pero para efectos de simplificación vamos a trabajar con
el sistema mínimo que corresponde a la línea azulada.
Una ojeada a este sistema de curvas de bombas en paralelo y curvas de
resistencia permiten deducir que este sistema puede trabajar sin estrangulamiento
solamente cuando hay 4 o mas bombas en servicio. Cuatro bombas suministrarían
5,500 M3
/HR, cinco bombas 6,250 M3
/HR y seis bombas los 6,800 M3
/HR
aproximadamente. La operación con 1,2 y 3 bombas no es posible sin un sistema
de control dado que las curvas de las bombas no se interceptan con las curvas del
sistema. Si se coloca 1,2, o hasta 3 bombas en funcionamiento estas “se irán” al
extremo final de la curva, donde sin duda habrá cavitación, vibraciones, y daño de
los equipos. Es decir, cualquier caudal entre 1100 M3
/HR y 5, 500 M3
/HR requerirá
de una estrategia de control de flujo.
Como les mencioné, la ideal inicial del cliente era controlar con estrangulación a
las bombas para poder suministrar los caudales requeridos. Así que para el
bombeo de 2,500 M3
/HR haría esto:

16. Colocar dos bombas en operación, girando a 3,580 RPM y estrangular a la
descarga hasta que el sistema sea forzado a comportarse como lo indica la línea
verde. El resultado de ello será un consumo de potencia de 4088 HP. Esto
requerirá que las válvulas provoquen una perdida ficticia de 173 mts (247 PSI).
Frente a esta situación que conocía era una pésima estrategia de control propuse:
Tres bombas operando en paralelo, con VDF, girando entre 2,400 RPM y 2520
RPM según fuera el sistema de perdidas presente. El consumo de potencia en
lugar de 4,088 HP estaría entre 1,850 HP (45%) y 2,100 HP (51%). Esto cada año
representaría un ahorro energético directo entre 1,16 y 1,31 millones de dólares.
Sin contar los otros ahorros relativo al desgaste de la unidades, sustitución de los
internos de las válvulas de control al menos una vez por año, otros mantenimiento,
etc. Si se consideran estos otros gastos fácilmente el ahorro por año llega a 1,5
millones de dólares!!! Una Barbaridad!!! Si esto lo multiplicamos por los tres años
de operación con este caudal pues tendríamos unos 4,5 millones de dólares.

17. Ahora veamos el segundo escenario de bombeo a 4,100 M3
/HR.
El cliente estima colocar 4 bombas en operación, girando a 3,580 RPM y
estrangular a la descarga hasta que el sistema sea forzado a comportarse como lo
indica la línea verde. El resultado de ello será un consumo de potencia de 7,591
HP. Esto requerirá que las válvulas provoquen una perdida ficticia de 90 mts (128
PSI).

18. Mi planteamiento fue cuatro bombas operando en paralelo, con VDF, girando entre
3,100 RPM y 3,215 RPM según fuera el sistema de perdidas presente. El
consumo de potencia en lugar de 7,591 HP estaría entre 5,580 HP (73,5%) y
5,820 HP (76,6%). Esto representaría un ahorro energético directo entre 1, y 1,18
millones de dólares cada año según el sistema presente. Igualmente no se están
considerando los ahorros adicionales. Claro dijimos también que para este
escenario que estará presente a partir del 2018 los tiempos de bombeo de
diferentes caudales se compartirán a partes iguales. Pero no se preocupen. Al
final hare todos los números para saber que pasaría en los 20 años de acueducto.
El tercer escenario es bombear los 6,600 M3/ HR el cual no requerida de VDF ya
que a plenas RPM será suficiente.
Considerando SOLAMENTE la variable energía eléctrica, durante los primeros 20
años del acueducto conseguiríamos ahorrar al menos 26 millones de dólares. Si
consideramos otros factores como el desgaste de las bombas, el mantenimiento y
otras variables asociadas fácilmente llegaríamos a 40 millones de dólares en 20
años!!
¿Necesitan ustedes algo mas para pensar en su uso? ¿No les parece que los VDF
solucionan una cantidad de problemas enormes, reducen el gasto y minimizan la
huella de carbono en nuestro planeta? ¿No están conformes con los beneficios?
¿Acaso no vale la pena romper paradigmas y estándares para hacer la
operaciones mas eficientes?

19. Solo desde el punto de vista de eficiencia esto es lo que sucede en una típica
instalación de bombeo cuando se usa un VDF:
¿Qué otra cosa necesitas?
Ya se, no me crees…!!!! Y bueno porque creerme si esas gráficas cualquiera las
puede hacer en Excel, y hacer el relato dramático. Bueno déjame mostrarte un
segundo ejemplo pero con fotografías….Ojo no se usar Photoshop® si es que
quieres seguir insistiendo en poca veracidad de mis relatos.
EJEMPLO - PLANTA DE INYECCIÓN DE AGUA SALADA (PIA)
Mira estas fotografías tomadas en una estación de bombeo de 17 idénticas que
tiene el cliente. Son plantas de Inyección o PIAS como se le suele llamar. Están
operadas por motores eléctricos, tienen además multiplicadores de velocidad para
llevar las bombas a 4,400 RPM. Cada unidad tiene su propio VDF PERO solo lo
usan para la partida suave. Este es el estándar del cliente para plantas de
inyección. Las fotografías las tome yo mismo, en un lugar donde hacia mucho frio

20. y que prefiero no mencionar. Igualmente me abstengo de decir la marca de la
bomba por razones profesionales. Aquí les van las fotos.
Esta fotografía la tome de la pantalla de la interfaz humana. Como verán la bomba
esta descargando 496 M3
/HR. La presión de descarga de la bomba es 2,701 PSI,

21. pero hay una válvula en una línea de recirculación que hace que la presión que
finalmente va al colector sea 2081 PSI.
La potencia aproximada que consume el sistema en esta condición es de
Pot: (496x4,4)x (2701x2,31)/(3960x80)= 4,298 HP
4,4 es un factor de conversión para llevar los M3/HR a GPM. 2,31 es el factor para
llevar los PSI a pies, 3960 es también un factor de conversión para hacer que las
unidades sean consistentes y 80% es la eficiencia supuesta de la bomba.
Estas bombas funcionan con este punto de trabajo de forma PERMANENTE.
Veamos cuanto es el costo en energía:
4,298 HP x 0,746 x 24 x 365 x $0,09/Kw = $2,527,853 CADA AÑO.
Ahora vamos a calcular las RPM necesarias para bajar la presión de descarga de
2,701 PSI hasta los 2,081 PSI que finalmente van al colector:
TDH1/TDH2 = (RPM1)2
/(RPM2)2
RPM2 = [(RPM12
) x (TDH2)/(TDH1)]0,5
= [(4,400)2
x (2081/2,701)]0,5
= 3,862 RPM
Ok, ahora la potencia a estas RPM será:
HP2= HP1 x (RPM2)3
/ (RPM1)3
HP2= 4,298 x (3,862)3
/ (4,400)3
HP2= 2,906 HP
Calculemos el gasto en energía en esta nueva condición de RPM y Potencia:
2,906 HP x 0,746 x 24 x 365 x $0,09/Kw = $1,709,153 CADA AÑO
Ahorro solo por concepto energético:
$2,527,853 – $1,709,153 = $818,699
El ahorro en las 17 estaciones seria: $818,699 x 17 = $13,917,892
Dios y yo no cobre ni un centavo por la evaluación!!!!!!
Saben que es lo mas triste del caso. Que nos reunimos con la gente de ingeniería
diseñan estas plantas y siento que no les sorprendió en absoluto el análisis
energético, y el saber que con los VDF que tienen en cada estación solo deben
bajar las RPM y listo. Quizás minutos de reprogramación.
Por supuesto que al fabricante de las bombas le interesa que las mismas sigan
girando a las 4,400 RPM….y ni hablar del fabricante de las válvulas de control.

22. Imagínense derrochar 620 PSI…..esas válvulas son las gallinas de los huevos de
oro!
Estas fotografías son de la escena del crimen……..

23. Y ahora que…….Finalmente me crees?
Veamos en resumen que logramos cuando usamos un VDF
• Se puede reducir el consumo energético entre 50% y 60%.
• Evitamos Arranques y Paradas frecuentes.
• Se eliminan los picos energía durante el arranque.
• Mayor vida del motor por proporcionar una reducción de los impactos
mecánicos a través de la asignación de rampas de aceleración y
desaceleración de arranque y paradas
• No hay limitantes en el numero de arranques por hora que puede tener el
motor dado que se controla la corriente durante el arranque para que nunca
se exceda el valor de placa.
• Mediante la variación de velocidad podemos construir sistemas de
presión constante.
• Facilidad en el control de bombas en paralelo y serie, aun siendo estas
diferentes.
• Se evita el Estrés en los devanados del motor.
• Se minimizan o eliminan los golpes de ariete.
• Se reduce la Fatiga de materiales
• El sistema se ajusta fácilmente a la demanda requerida
• El Arranque de los motores es siempre suave, y no se precisa de los
arrancadores estrella/triángulo
• Menos mantenimiento eléctrico y mecánico
• Reducción de la cavitación de las bombas
• Mas vida útil, muchísima mas.
• Ahorro de mantenimiento por no contar con piezas mecánicas que puedan
sufrir envejecimiento por desgaste mecánicos
• Posibilidad de realizar lazos de control y de interactuar con el proceso
gracias a que actualmente los variadores de velocidad cuentan con
funciones de PID además de activar señales de alarmas en caso de fallas
del proceso
• Contar con la posibilidad de funciones de PLC básico y de frenado dinámico
• Con los algoritmos apropiados podemos conocer los parámetros de
funcionamiento de la bomba como caudal de operación, evitar
funcionamiento en seco, y funcionamiento fuera del rango operativo
preferido.
• El retorno de la inversión al considerar un VDF en la instalación suele
ser menor a dos años.
• Es una de las herramientas de gestión de energía más exitosas.
• No se requiere de válvulas de control ni líneas de recirculación.
Una vez mas, ¿Quedaste convencido o aun tienes dudas?....Espero haber
contribuido a que en el futuro cercano tus estaciones de bombeo cuenten con este
importantísimo elemento que se convertirá en tu socio mas que en un simple
elemento mas de tu estación de bombeo.

24. ¿Y que de las desventajas?....Como todo en la vida, también hay “desventajas”
que te tocara analizar. Sin embargo la balanza se inclina definitivamente a su uso.
Desventajas
• Mayor Inversión inicial (CAPEX).
• Se requiere de mas espacio en la estación y muy probablemente una zona
climatizada para resguardar los VDF
• Se requiere personal mas calificado que aquel operador que simplemente
modulaba la posición de una válvula manual. Sin embargo hoy día hay
interfaces que hacen de la manipulación del VDF un juego de niños.
• Se requiere de programación.
• Normalmente se requiere trasladar los variadores a talleres especializados
para su reparación. Es por ello que debe disponer de un variador de
respaldo para que no se detenga la operación. Hoy día si posee una
estación con 6 variadores, podría tener uno solo de respaldo que pueda
sustituir al variador dañado con solo pulsar un botón.
• Generación de armónicos (Cada vez menos) que pueden distorsionar la
tensión de entrada, dando como resultado corrientes y tensiones no
sinusoidales que en algunas ocasiones perturban la la red de suministro.
Algunos efectos no deseados pueden ser: Calentamiento extra en cables,
interruptores, contactores y transformadores; disparos fantasmas en
protecciones, alimentación desbalanceada a otras cargas eléctricas,
Incorrecto funcionamiento de los sistemas de tierra, Calentamiento, ruido y
oscilaciones de torque en motores.
Así que a partir de ahora no Estrangules mas la eficiencia y la vida, piensa en
VERDE y ayudemos mas a nuestra nave espacial a seguir viviendo.
Como siempre, sus criticas serán bien recibidas. Si dejas comentarios y aumenta
el trafico hacia mi blog los buscadores como Google me indexarán y podre ser
encontrado en el futuro con mayor facilidad. Si quieres ayudar a tus colegas no
olvides recomendar mi blog. Hasta el próximo articulo.