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Electrobombas Aprovechamiento y Ahorro Energetico De nuevo, se hace hincapié a la máxima de fiabilidad técnica y eficiencia técnica, para el proyectista y el gestor de la instalación de equipos electrobombas. Para alcanzar esta eficiencia económica debemos centrarnos en el aprovechamiento y ahorro energético. Las razones por las que se aconseja mejorar la eficiencia energética son: · Mejora de la rentabilidad económica y de la competitividad internacional. · Reducción del impacto nocivo en el medio ambiente. · Reducción de la dependencia de energía importada, en especial del petróleo. · Mejora de la eficiencia en aprovechamiento de los limitados recursos propios. · Ahorro de las limitadas reservas globales de energía y contención de futuras subidas de precios.
Hay que destacar que la eficiencia económica, es decir, el importe
monetario de un metro cúbico bombeado a un determinado punto (altura),
dependerá de la eficiencia técnica (reducción de perdidas mejorando los
sistemas) y de una buena gestión en la factura eléctrica. EFICIENCIA TÉCNICA Se define rendimiento de una máquina como la relación (cociente) entre la potencia de salida de la máquina y la potencia de entrada. Dado que las máquinas tienen unas perdidas, la potencia de salida es menor que la potencia de entrada, por lo que el cociente es siempre menor a la unidad (o menor al 100%). Veamos cuanta energía es necesaria para elevar un metro cúbico de agua un metro de altura sin pérdidas supone un trabajo de 9.810 Nw*m, que es la definición de watio*segundo, dividiendo entre 3.600 tenemos watios*hora, que asciende a la cantidad de 2,725 watio*hora/m3/m.c.a. Este dato será nuestra referencia, mientras más nos acerquemos a el más eficiente es nuestra instalación. Debemos plantearnos el proceso de bombeo como un planteamiento global, ya que tenemos una cadena secuencial de transformación de energía. Normalmente tomamos la energía eléctrica de la red de alta tensión, la transformamos a baja tensión, a través de los conductores se transfiere al motor, donde el estátor induce en el rotor un campo electromagnético que hace girar el eje de la bomba, proporcionando una energía mecánica que, a su vez, impele un momento cinético al fluido a través de la turbinas alojadas en los cuerpos de bomba, donde, por fin, la energía eléctrica inicial se transforma en energía cinética y de presión que hace circular el fluido a través de la conducción de impulsión. En el rendimiento de estas instalaciones debemos de tener en cuenta el conjunto de los rendimientos parciales de cada uno de los equipos o elementos, a saber: · Rendimiento de la bomba (conversión energía mecánica en energía de fluido) · Rendimiento del motor (conversión de la energía eléctrica en energía mecánica) · Rendimiento conductores (transporte energía eléctrica) · Transformador (conversión de la tensión-intensidad de la acometida eléctrica) Por tanto el rendimiento del sistema es el producto del rendimiento del transformador, del rendimiento del transporte de la energía en baja a través de conductores, del rendimiento del motor y del rendimiento de la bomba. a) BOMBA El rendimiento de la bomba es suministrado por el fabricante mediante la curva rendimiento-caudal. Esta curva se semeja también a una curva definida por ecuación de segundo grado sin termino constante. Para la determinación del rendimiento hay que efectuar una análisis cualitativo de las pérdidas existentes en bombas. Tenemos las perdidas hidráulicas (fricción o choque) antes mencionadas además de las pérdidas por fugas y las mecánicas. La curva se representa mediante la expresión: η = EQ + FQ2
Podemos ver pues que a medida que el caudal aumenta, disminuye para una potencia determinada la altura y viceversa. Pero no podemos estar jugando libremente con estas variables, debemos de seleccionar la bomba para que el punto de trabajo sea el punto de máxima eficiencia, es decir, mayor rendimiento. El rendimiento máximo de una bomba suele estar entre un 75-87%. Debemos de tener en cuenta conceptos de asociación en serie y en paralelo de bombas, ya que suele encontrase en ciertas instalaciones, y es importante ver su consideración a lo que el rendimiento se refiere. Acoplamiento en serie: En este caso podemos decir que la impulsión de una bomba es la aspiración de la siguiente, por lo que el caudal bombeado será el mismo, sumándose las alturas. H(Q)=n(a+bQ+cQ2) h(Q)=dQ+eQ2 Acoplamiento en paralelo: Se aspira fluido de un punto común inyectándose despees el caudal a la impulsión general. Por lo tanto lo que se suman son los caudales, conservándose las alturas. De todos modos hemos de observar que el estudio analítico quedaría:
h(Q)=d(Q/n)+e(Q/n)2 b) MOTOR Los motores eléctricos realizan la transformación de la energía eléctrica tomada de la red, en energía mecánica dada en su eje. Esto se efectúa por intermedio de las interacciones electromagnéticas y mecánicas entre los arrollamientos y los materiales magnéticos del rotor y del estator del motor. Para conocer el rendimiento de cada motor hay que determinar, en primer lugar, todas la pérdidas de energía propias del mismo. Estas pérdidas pueden ser: · Perdidas mecánicas: Estas perdidas se originan por el rozamiento de cojinetes y escobillas, así como por la ventilación. · Perdidas en el hierro: Estas pérdidas se originan por la histéresis producida en los materiales magnéticos sometidos a remagnetización y por la aparición en el seno de la masa de acero de fuerzas electromotrices que dan origen a las corrientes de Foucault. · Perdidas en el cobre: Las perdidas en el cobre se deben a las originadas por la corrientes eléctricas en los devanados del inducido, y de los elementos conectados en serie, y perdidas en escobillas, etc. El rendimiento de los motores aumenta al crecimiento de la potencia nominal. Es decir, los grandes motores tienen mejor rendimiento que los pequeños. Por otro lado el rendimiento de los motores tiene un valor máximo cuando éste trabaja a carga nominal, decreciendo cuando esta en carga parcial o sobrecargados. A potencia, las máquinas que tienen mayor velocidad tienen mejor rendimiento. c) CONDUCTORES Para transportar la energía eléctrica desde el cuadro eléctrico (más concretamente desde el transformador, o acometida) se utilizan conductores, normalmente de cobre, y en menor medida de aluminio. Como los motores de los que tratamos funcionan con corriente alterna, las perdidas de energía están producidas por la impedancia del conductor, es decir por la suma compleja de la resistencia del conductor y de la reactancia del mismo. De todas formas no es mala la aproximación de la parte real (resistencia), por lo que tenemos las ecuaciones en función del tipo de arranque. Las perdidas por resistencia eléctrica se deben a la conversión de la energía eléctrica en calor (efecto Joule). Estas perdidas son proporcionales a la resistencia del conductor y al cuadrado de la corriente. La resistencia eléctrica del conductor, que es la oposición que este ofrece al paso de la corriente eléctrica, es directamente proporcional a la longitud del conductor e inversamente proporcional a la sección del mismo.
En caso de arranque directo:
Para el arranque estrella-triangulo:
Donde: S = Sección en milímetros de cada una de las fases. I= Intensidad de línea en amperios. L= Longitud del conductor en metros. K = Conductividad eléctrica, 56 para el Cu y 34 para el Al. ∆U = Caída de tensión admisible. Una vez hayamos calculado una sección debe de hacer las debidas comprobaciones para vez la conveniencia o no de nuestra selección. En una línea trifásica, teniendo en cuenta únicamente la resistencia de los conductores, la fórmula que da la caída de tensión en función de la potencia:
La potencia perdida en la línea se calcula con la formula:
En donde: S = Sección en milímetros de cada una de las fases. Pa = Potencia activa del motores watios Pp = Potencia perdida en watios. L= Longitud sencilla del conductor en metros. K = Conductividad eléctrica, 56 para el Cu y 34 para el Al. U = Tensión entre fases en voltios. ∆U = Caída de tensión admisible.
Un buen gestor comparará el ahorro obtenido al aumentar la sección
durante la vida útil de la instalación y el aumento del costo de los
conductores. Bastará con estimar la diferencia de energía a lo largo de la vida
de la instalación y valorarla por el precio unitario de la energía. Nuestro
limite se encontrará en el momento que iguale el incremento del precio de los
conductores al aumentar a una sección comercial superior d) TRANSFORMADOR Es una maquina eléctrica cuyo objeto es
cambiar las condiciones de Energía Eléctrica, concretamente en su tensión, para
adecuarla a su utiliza o transporte. Esta formado por un circuito magnético de
hierro y dos bobinas, una el primario, y la otra el secundario.
En el primario se conecta una fuente de tensión alterna U1,
circulando a través de las N1 espiras del primario una corriente I1.
Esta corriente variable produce un campo eléctrico variable, ya que
b= f(I), en los conductores de la bobina. El flujo de este campo
magnético variable circula por el circuito magnético. Por
Donde m es la relación de transformación. Los datos de placa de un transformador suelen ser la potencia aparente, la tensión del primario y del secundario, y la tensión de cortocircuito en tanto por ciento. El rendimiento de un transformador viene dado por:
Las perdidas en el hierro son constantes respecto al índice de carga, y las perdidas en el cobre forma una parábola respecto al mismo índice. El rendimiento máximo del un transformador se produce cuando las perdidas en el hierro son iguales a las perdidas en el cobre. El rendimiento máximo se consigue para cargas como:
Existe un factor de carga (C) para el cual el redimiendo del transformador es máximo, y esto corresponde a 2/3, es decir, seleccionaremos un transformador cuyo punto de trabajo previsto para nuestra instalación sea el 66% de la potencia nominal del transformador:
FACTURA ELECTRICA
En el tema de la tarifa eléctrica nos encontramos con dos
opciones, contratar en el mercado regulado, donde la tarifa eléctrica es
conformada según norma legal, actualmente del ANEXO I de La minimización del coste es función de distintos parámetros, entre ellos dos que no se suelen considerar, como son la capacidad de la instalación y el coeficiente de utilización. El primero esta relacionado por la potencia de la maquinaria eléctrica en el proceso productivo (en nuestro caso el motor de la bomba en el trasiego del agua), y el segundo en función de los tiempos muertos que se originan en el mismo (en nuestro caso la parada de la bomba). Un buen gestor tendrá que valorar el precio de la energía eléctrica, en relación con su proceso productivo, considerando el incremento de coste, fiabilidad del sistema (capacidad de regulación de reservas de agua), al desplazarse a horario nocturno o días festivos. Con el nuevo marco liberalizado del sector eléctrico, la facturación está sufriendo importantes modificaciones; no obstante conceptos tales como potencia disponible, calidad del producto, variabilidad en el precio, en función del índice de demanda seguirán vigentes. En general existen cuatro factores, a tener en cuenta para la optimización del coste de la energía eléctrica: 1º .- Adecuación del modo y valor de la potencia contratada: Si el consumo en horas valle es mayor que en horas llano y/o en horas punta, se deberá contratar potencias distintas con lo que se puede obtener una utilización media de la potencia muy superior a la factura.
3º .- La elección de la tarifa adecuada, en función del grado de utilización: En alta tensión existen tres niveles de utilización (para el mercado regulado). En función de las horas mensuales de utilización nos interesa pagar más por el termino de potencia y menos en el termino de energía o viceversa. 4º .- La discriminación horaria: En las electrobombas dependerá de la capacidad de regulación y de las curvas de consumo, así como situaciones anómalas de suministro. Es la parámetro más difícil de optimizar. Penaliza los consumos fuera de los tramos horarios punta de la curva global de consumo diario, y premia los realizados en los tramos valle de bajo consumo. 1º MERCADO REGULADO La actual definición de las tarifas eléctricas se encuentra en el ANEXO I de la orden del 12 de Enero de 1995. La tarifa tiene una estructura binómico y esta compuesta por un término de facturación de potencia y un termino de facturación de energía, y cuando proceda por los recargos y descuentos por discriminación horaria, factor de potencia, estacionalidad, interrumpibilidad. El término de facturación de potencia será el producto de la potencia a facturar por el precio del término de potencia y el término de facturación de energía será del producto de la energía consumida durante el período de facturación considerado por el precio del término de energía. La suma de los dos términos mencionados, que constituyen la tarifa básica, y de los citados complementos, en función de la modulación de carga y de la energía reactiva, constituye a todos los efectos el precio máximo de tarifa autorizado por el Ministerio de Industria y Energía. En las cantidades resultantes de la aplicación de las tarifas no están incluidos los impuestos, recargos y gravamen establecidos o que se establezcan sobre el consumo y suministro que sea de cuenta del consumidor, estén las empresas suministradoras encargadas de la recaudación de los mismos, alquileres de equipos de medida o control, derechos de acometida, enganche, verificación, ni aquellos otros cuya repercusión este legalmente autorizada. a) TARIFAS Nos encontramos con tarifas eléctricas en baja tensión (suministros de tensión no superior a 1.000 V) y tarifas eléctricas en alta tensión:
A estas tarifas en alta tensión le son de aplicación complementos por energía reactiva y discriminación horaria, y en su caso, por estacionalidad e interrumpibilidad si cumple las condiciones requeridas. Según la utilización (como se ve en el cuadro) podemos elegir, para un valor de tensión, tres tarifas entre corta, media y larga. En cada una de ellas tiene un precio de termino de potencia y un precio en termino de energía. En corta utilización en termino de potencia (servicio) es bajo y el termino de energía (consumo) es alto. Para la de larga utilización él termino de potencia es de bajo precio y el termino energía tiene un precio alto. Para seleccionar la tarifa, debemos estudiar la más conveniente, para ello tendremos en cuenta las horas mensuales de utilización del servicio. Veamos la frontera entre una y otras tarifas: TP1 + Ha·TE1 = TP2 + Ha·TE2 TP2 + Hb·TE2 = TP3 + Hb·TE3 De cada ecuación despejamos H, y obtenemos el número de horas necesarias para pasar de corta a media utilización, y de media a larga utilización:
b) POTENCIA FACTURADALa potencia a facturar no es directamente la potencia contratada, sino que en función la potencia que hayamos conectado (demandado) nos aplicara la potencia a facturar. Tenemos cinco modos: · Modo 1. Sin máximetro. · Modo 2. Con máximetro. · Modo 3. Con dos máximetros. · Modo 4. Con tres máximetros. · Modo 5. Estacional. Según el modo que tengamos contratado se aplicara una serié de ecuaciones en las que interviene la potencia contratada y los excesos o defectos marcados por el máximetro. c) ENERGIA FACTURADALa energía facturada, en todos los casos, es el producto de la energía consumida por el precio unitario de la misma según la tarifa seleccionada. d)
COMPLEMENTOS TARIFARIOS Los complementos tarifarios se tratan de una serie de recargos o descuentos, que se calculara según el caso, y sólo en aquellas tarifas que su definición las permita. Tenemos: · Discriminación horaria: Bonifica los consumos en horas de bajo consumo y penaliza en las horas de máximo consumo, de esta forma se intenta aprovechar al máximo la eficiencia de las centrales de generación. La energía eléctrica no se puede almacenar. El funcionamiento ideal de un sistema eléctrico es a potencia constante. Se toma como base la energía facturada. Para ello los abonados deberán de tener instalado los equipos de medida adecuados, siendo los siguientes: # Tipo O: “Tarifa Nocturna”, con contador de doble tarifa . Sólo se aplicará a los abonados con tarifa 2.0. # Tipo 1: Discriminación horaria sin contador de tarifa múltiple. De aplicación a abonados con potencia contratada igual o inferior a 50 kW. # Tipo 2: Discriminación horaria con contador de tarifa múltiple. De uso general. # Tipo 3: Discriminación horaria con contador de triple tarifa sin discriminación de sabados y festivos. De uso general. # Tipo 4: Discriminación horaria con contador de triple tarifa y discriminación de sábados y festivos. De uso general. # Tipo 5: Discriminación horaria estacional con contador de quíntuple tarifa. De uso general pero será incompatible con complemento por estacionalidad o tarifas que la excluya de su definición. · Factor de Potencia: Penaliza o bonifica el consumo de energía reactiva. La energía reactiva es una energía de “entretenimiento”, que no es transformada en potencia útil que pueda se aprovechada. Por el contrario obliga a un sobredimensionamiento de las instalaciones, especialmente de transporte de energía eléctrica. Es facil de corregir, y puede suponer desde un recargo del 47% a una bonificación del 4% sobre la totalidad de la factura básica (facturación de potencia + facturación de energía). El factor de potencia se calcula con la expresión:
donde: Wa: Cantidad registrada por el contador de energía activa. Wb: Cantidad registrada por el contador de energía reactiva. Para conocer el valor porcentual Kr
(%), que se aplicara a la factura básica, tenemos las expresión
Es importante reducir el consumo de energía reactiva, ya que los importes son muy importantes, que toma como base la factura de potencia y la factura de energía, y será agravados por los impuestos. Para la compensación de estar energía reactiva utilizaremos batería de condensadores. Para calcular la batería de condensadores necesaria tenemos:
donde: φ1: es el ángulo del factor de potencia, existente sin compensación de energía reactiva. Φ2: es el
ángulo del factor de potencia, que deseamos con la compensación El valor de la capacidad de los condensadores dependerá de la tensión de alimentación de los mismos. Se recomienda la instalación de baterías automáticas, que en función de la energía reactiva consumida, y en comparación permanente con el factor de potencia deseado, conecta o desconecta automáticamente condensadores de forma escalonada. Hay que tener en cuenta que en el caso de aquellos condensadores que se conecten directamente a bornes del motor puede producirse al desconectar éste de la alimentación y por la descarga del condensador, tensiones de autoexcitación superiores a la de red, si el motor sigue girando por inercia o arrastrado por la carga. Otro punto a tener en cuenta es si la conexión de los condensadores se realiza antes o después del relé térmico. Si se realiza antes del relé térmico, para seleccionar la corriente de consigan tendremos en cuenta sólo la corriente del motor. En el caso de que la batería de condensadores se conecte después del relé térmico habrá que tener en cuenta para marcar la corriente de consigna del relé la corriente del motor y la corriente de la batería de condensadores. · Interrumpibilidad: El sistema eléctrico sufre unas grandes puntas, que no son cubiertas con la debida fiabilidad técnica, por lo que las suministradoras de energía, firman acuerdos con grandes empresas, en las que se les bonifican por dejar de consumir energía eléctrica cuando las suministradoras se lo solicitan en unas determinadas condiciones. El no realizar la petición de corte acarrea penalizaciones.
· Estacionalidad: Consiste en un recargo o bonificación sobre la factura de energía y sólo se aplicara a aquellos abonados que hayan optado por el modo 5 (y unicamente en alta tensión), constando de los siguientes recargos, por todos los consumos en temporada alta +10%, en temporada baja un descuento del –10%, y en la media no tiene ni recargo ni bonificación. 2º MERCADO LIBRE En el mercado libre podemos elegir el comercializador de energía que más nos interese. Para ello basta con solicitar oferta económica y hacer la selección. El comercializador no consultará las características de nuestro consumo, y en función de estas nos hará una oferta más o menos atractiva. Es decir, y muy importante contra voces que hablan de una subida general de precios en el mercado libre, la calidad de nuestro servicio, como el no consumir en horas punta, hace que aumente nuestro poder de negociación. El mecanismo es muy simple, Rede Eléctrica de España (operador del mercado), se encarga del mantenimiento de las redes de alta tensión, por lo que cobra una retribución. Y el operador del mercado, se encarga de cerrar acuerdos del precio de la energía (de cada quince minutos), entre los productores de la energía y los comercializadores. a) RED ELECTRICA DE ESPAÑA
Fue constituida el 22/01/1985, a través
de Para su constitución las
compañías eléctricas y la administración acordaron las transferencias de sus
activos en materia de transporte de energía eléctrica y centro de control. Red
Eléctrica de España pago a las compañías por el valor de los activos comprados
mediante acciones y deuda a largo plazo. REE ha comprado tanto las líneas de
200 como 400 KV. De esta forma se monopoliza en
un único gestor el transporte de energía, garantizándose una red de transporte
fiable y un acceso en condiciones de igualdad. Es el responsable del
desarrollo, ampliación y mantenimiento bajo criterios homogéneos y coherentes,
para ello:
·
Estudia y proyecta el desarrollo dela red de transporte.
·
Construye, mantiene y maniobran las instalaciones de la red.
·
Aplica técnicas de mantenimiento predicativo y preventivo, así como de
trabajos en tensión, coordinándolas con la construcción de nuevas
instalaciones. Como he indicado, realiza
trabajos en tensión, siendo también pionera en este campo. Estos trabajos se
pueden realizar desde helicóptero o desde barquilla, la cual puede estar
suspendida de helicóptero o de los propios conductores. El Operador del Sistema, como se
le conoce, opera el sistema para garantizar la continuidad y seguridad en el
suministro y al adecuada coordinación del conjunto generación-transporte. El origen de la producción de
energía se encuentra en:
Hidráulica 16.586 MW
Nuclear
7.816 MW
Fuel-Oil
8.214 MW
Carbón 11.565 MW La potencia máxima se registro
al las 18:56 del 13 de Enero de 2.003, en 37.020 MW, superándose nuevamente el
día 14. El total de la potencia instalada en las centrales de producción es de
44.000 MW. La longitud actual de la red de transporte es de En el CECOEN, que es el centro
de control, se analiza en tiempo real la demanda, la frecuencia de la red, el
desvió UCTE (desvió con el intercambio previsto en la frontera), la reserva a
subir, y la reserva a bajar (ambas dentro de dos minutos). El sistema tiene una
seguridad en n-1. Existe otro centro de control, gemelo del primero en un punto
desconocido, que ante cualquier desgracia del primero puede entrar en
funcionamiento. b) OPERADOR DEL MERCADO
ELECTRICO
Entra en funcionamiento el 1 de Enero de 1998, con la liberación de los consumidores cualificados. Se prevé el final de la tarifa eléctrica para el año 2.007. Los mercados de electricidad son progresivos, entendiéndose como buena figura para la liberación del mercado eléctrico. De la directiva Europea se traspasa a leyes, reales decretos y ordenes. Se ha demostrado que la forma más eficaz para la participación en el mercado es mediante la utilización de contadores cuarto horarios. El real decreto 2019, crea el Operador del Sistema, y el Operador del Mercado, las atribuciones de estos mercados son: · Operación de mercados. · Comunicación derivadas de los mercados. · Operaciones de liquidación y facturación. · Tratos con los mercados internacionales. Tenemos que diferenciar ente los VENDEDORES (Agentes productores, Agentes autoproductores y Agentes externos vendedores), y los COMPRADORES (Consumidores, Agente Comercializador, Agentes distribuidores y Agentes externos compradores). El periodo de programación es el de la hora, en la que el día anterior debe de dar ofertas tanto los vendedores como lo compradores, aquellos que den para cada hora precios menores al punto de corte de ambas ofertas serán la que participen en el mercado. El cierre se realiza a las 10:00 del día anterior y a las 11:00 se conocen los resultados. El mercado es marginal, es decir, el precio para todos es el punto de corte. Para cubrir aquella demanda que quede sin asistir, tenemos el mercado interhorario, que se da el mismo día cada cuatro horas (seis mercados). Las liquidaciones se realizan el día 15 de cada mes, y si no es laboral, el día anterior, mediante una determinada cuenta. Para poder actuar solo se necesita el sistema operativo Windows e Internet Explorer, para certificar la identificación han creado unas tarjetas electrónicas que posen una clave pública y otra privada, lo que da seguridad al sistema. |
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