Muchas instalaciones de bombeo regulan el caudal cerrando una válvula. La bomba sigue girando a su velocidad nominal y la energía que sobra se pierde en la propia válvula en forma de presión y calor. Un variador de frecuencia hace lo contrario: reduce la velocidad de la bomba para dar exactamente el caudal que se necesita. Que ahorra es evidente; la pregunta útil es cuánto. En este artículo lo calculamos con un caso habitual en industria y con todas las hipótesis a la vista, para que pueda repetir la cuenta con los datos de su instalación.
El caso: una bomba de 37 kW que no siempre trabaja al 100 %
Tomamos una bomba centrífuga con motor de 37 kW que, en su punto nominal, absorbe 34 kW de la red. Funciona 6000 horas al año y, como ocurre en casi todas las instalaciones de proceso, climatización o distribución de agua, el caudal que se necesita cambia a lo largo del día:
- el 15 % del tiempo trabaja al 100 % del caudal;
- el 30 %, al 85 %;
- el 35 %, al 70 %;
- y el 20 % restante, al 55 %.
El circuito tiene una altura estática pequeña (un 20 % de la altura total en el punto nominal); el resto de la presión se pierde en tuberías, intercambiadores y filtros, y esa parte baja con el cuadrado del caudal.
Por qué la válvula ahorra tan poco
Al cerrar una válvula no se cambia la bomba: se añade una pérdida de carga al circuito. El punto de trabajo se desplaza hacia la izquierda de la curva de la bomba, el caudal baja y la presión en la impulsión sube. La potencia absorbida también baja, pero poco: en una bomba centrífuga radial típica, la potencia a caudal cero sigue siendo del orden del 40-50 % de la nominal. En nuestro ejemplo, al 70 % de caudal la bomba con válvula sigue absorbiendo 28,4 kW, más del 80 % de su potencia nominal.
Qué hace el variador: las leyes de afinidad
Al bajar la velocidad, una bomba centrífuga cumple las leyes de afinidad: el caudal es proporcional a la velocidad, la altura al cuadrado de la velocidad y la potencia, al cubo. Si el circuito no tuviera altura estática, el 70 % de caudal costaría solo un 34 % de la potencia (0,7³). Con altura estática la reducción es algo menor, porque la bomba tiene que seguir venciéndola, y por eso el cálculo lo hacemos con la curva real del sistema. Además, el variador tiene sus propias pérdidas, en torno a un 3 %: al 100 % de caudal consume un poco más que la bomba directa a red (35,1 kW frente a 34 kW).
Al 70 % de caudal, la misma bomba con variador absorbe 14,5 kW, la mitad que con válvula.
El cálculo del ahorro anual
Multiplicando la potencia de cada punto por las horas que la bomba pasa en él se obtiene la energía anual de cada forma de regulación:
| Caudal | Horas al año | Potencia con válvula (kW) | Potencia con variador (kW) | Energía con válvula (kWh) | Energía con variador (kWh) |
|---|---|---|---|---|---|
| 100 % | 900 | 34,0 | 35,1 | 30.600 | 31.546 |
| 85 % | 1800 | 31,2 | 23,2 | 56.151 | 41.723 |
| 70 % | 2100 | 28,4 | 14,5 | 59.619 | 30.503 |
| 55 % | 1200 | 25,6 | 8,5 | 30.702 | 10.225 |
| Total | 6000 | 177.072 | 113.998 |
La bomba regulada con válvula consume 177.072 kWh al año; con variador, 113.998 kWh. El ahorro es de 63.074 kWh al año, un 36 %. Con la energía a 0,13 €/kWh, la factura de esta bomba pasa de 23.019 € a 14.820 € al año: 8200 € de ahorro anual y 81.996 € en diez años.
El gráfico de barras enseña algo importante: el ahorro no sale de las horas al 100 % (ahí el variador incluso consume algo más), sino de las horas a caudal parcial. Cuanto más tiempo pase la bomba por debajo de su caudal nominal, mayor será el ahorro.
Cuánto tarda en amortizarse
Un variador trifásico de 37 kW para bombas cuesta mucho menos de lo que esta bomba ahorra en un año. Aunque se sumen el cuadro, el cableado apantallado, la programación y la puesta en marcha, la inversión se recupera en meses, no en años. Y, además, el ahorro de energía de un variador puede generar Certificados de Ahorro Energético (CAE), que se cobran una vez verificada la actuación y acortan todavía más el retorno.
Cuándo el ahorro es menor y cuándo es mayor
- Altura estática alta (pozos, elevación a depósitos en altura): la bomba no puede bajar mucho la velocidad sin dejar de dar presión, así que el margen de ahorro es menor. Hay que calcularlo con la curva real.
- Bomba que siempre trabaja al 100 %: el variador no ahorra energía y añade sus pérdidas. En ese caso lo que hay que revisar es si la bomba está bien elegida.
- Bomba sobredimensionada con la válvula medio cerrada siempre: es el caso más rentable. Muchas bombas se eligieron con margen de seguridad y llevan años trabajando estranguladas.
- Varias bombas en paralelo: un variador por bomba o un control en cascada permite repartir el caudal entre ellas y trabajar siempre cerca del mejor rendimiento.
La instalación también influye en que el ahorro se mantenga en el tiempo: longitud del cable entre variador y motor, filtros, compatibilidad del motor y protección hidráulica. Lo explicamos en detalle en instalación de variadores de frecuencia en bombas y en cómo elegir el variador para bombeo industrial.
Cómo hacer este cálculo con su instalación
- Mida la potencia real con un analizador de redes durante una o dos semanas. La potencia de placa del motor no sirve para calcular el consumo.
- Registre el caudal o la posición de la válvula en el mismo periodo para obtener el perfil de funcionamiento.
- Averigüe la altura estática del circuito (diferencia de cotas y presión mínima que hay que mantener).
- Aplique la curva del sistema a cada punto del perfil, como en la tabla de arriba, y sume las horas.
Hipótesis del cálculo. Bomba centrífuga radial con motor de 37 kW y 34 kW absorbidos en el punto nominal; 6000 horas al año; potencia con válvula según una curva típica de bomba radial (45 % de la nominal a caudal cero); altura estática del 20 %; pérdidas del variador del 3 %; energía a 0,13 €/kWh. Son cifras de ejemplo: el resultado de cada instalación depende de su perfil real.
Si quiere saber cuánto ahorrarían sus bombas, envíenos la potencia, las horas y cómo regulan hoy, y le preparamos el cálculo y la propuesta con el variador de frecuencia adecuado.
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