BOMBAS DE CIRCULACIÓN Y CIRCUITOS HIDRÁULICOS DE ALTA ...

BOMBAS DE CIRCULACIÓN Y CIRCUITOS HIDRÁULICOS DE ALTA EFICIENCIA

JORNADA SOBRE APLICACIÓN DE ENERGÍA GEOTÉRMICA PARA LA CLIMATIZACIÓN Y PRODUCCIÓN DE ACS EN EDIFICIOSChristian Keller, Director Técnico, Wilo Ibérica, S.A.

2

Eficiencia energética

Eficiencia energética en las instalaciones se obtiene mediante:

• Eficiencia en el producto

• Eficiencia en el proyecto

• Eficiencia en la instalación

• Eficiencia en la explotación

3

Exigencias de eficiencia energética para bombas

REAL DECRETO 1027/2007 (RITE) REAL DECRETO 238/2013

REGLAMENTO (CE) Nº 640/2009

REGLAMENTO (CE) Nº 641/2009REGLAMENTO (UE) Nº 622/2012

REGLAMENTO (UE) Nº 547/2012

4

Rendimiento global

η total = ηhidráulico · ηmotor

5

Ejemplo:

= 1 (agua)Q = 40 m3/hH = 35 m.c.a.H = 0,62M = 0,87

P1 = 7,07 kW

= Densidad en kg/dm3

Q = Caudal en m3/h

H = Altura en m.c.a.

H = Rendimiento hidráulico

M = Rendimiento del motor

Potencia absorbida P1

6

Instalación Geotérmica – Esquema de instalación

Circuito de salmuera(sonda geotérmica)

Circuito primario(depósito de inercia)

Circuito secundario(entrega)

7

Instalación Geotérmica – Circuito de salmuera


8


Bombeo de salmuera - Impacto sobre la curva de la bomba

Altu

ra d

e im

puls

ión

H [

m]

Agua 20ºC

Caudal Q [m³/h]

8.0

7.0

6.0

5.0

4.0

3.0

2.0

1.0

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0

Etilenglicol 30%, 0ºC

9


Bombeo de salmuera - Impacto sobre la curva de rendimiento de la bomba

Rend

imie

nto

tota

l de

la b

omba

-η t

ot[-

]

Q [m³/h]

0.40

0.35

0.30

0.25

0.20

0.15

0.10

0.05

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0

Agua 20ºCEtilenglicol 30%, 0ºC

10


Bombeo de salmuera - Impacto sobre la potencia absorbida de la bomba

Pote

ncia

abso

rbid

a-

P 1[W

]

Caudal Q [m³/h]

300

250

200

150

100

50

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0

Agua 20ºCEtilenglicol 30%, 0ºC

11

Altura de impulsión


Rendimiento

min.

max.

min.

max.

min. max.

0,51

1,52

2,53

3,54

4,55

5,56

6,57

[m]

0,050,1

0,150,2

[kW]

5

10

15

[%]

0 1 2 3 4 5 6 [m³/h]

1



Rendimiento

6 m

4 m

2 m

max

6 m4 m

2 m

max

6 m4 m 2 m

max

0,51

1,52

2,53

3,54

4,55

5,56

6,57

[m]

0,02

0,04

0,06

[kW]

10

20

30

[%]

0 0,4 0,8 1,2 1,6 2 2,4 2,8 3,2 [m³/h]

1

Asín-crono

Imán perma-nente

1,57 Q (m3/h) 1,5

6,56 H (m) 6,0

202 P1(W) 71

13,9 η (%) 38

Bombas para el circuito de salmuera – sonda geotérmica

Ejemplo: Etilenglicol 30%, Temperatura = 0ºC, Q = 1,5 m3/h, H = 6 m

25 FT 62

FT = Factor de Transporte

12

Ø 112

Eff. 66%

Ø 112 (η)

Ø 112 (P₁)

Ø 112 (P₂)

Head

Hydraul ic effi ciency

Power input P1Shaft power P2

H / m

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

η / %

0

10

20

30

40

50

60

P₁ / kW

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

Q / m ³/h0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36

P₂ / kW

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

A1

A2

13,9

56,71

1,502

18

1,264

13 m

7 m

9 m

11 m

3 m3 m

Qmin

13 m13 m

9 m 7 m13 m

3 m

11 m

Head

Hydraul i c effi ciency

Power input P1

H / m

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

η / %

0

10

20

30

40

50

60

Q / m ³/h0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34

P₁ / kW

0

0,2

0,4

0,6

0,8

A1

10

68,35

18

0,858

Asín-crono

Imán perma-nente

18 Q (m3/h) 18

13,9 H (m) 10

1,5 P1(kW) 0,86

48,1 η (%) 60,5

Ejemplo: Etilenglicol 30%, Temperatura = 0ºC, Q = 18 m3/h, H = 10 m

Bombas para el circuito de salmuera – sonda geotérmica

38 FT 67


13

Bomba de calor Salmuera/Agua – COP

¡ Para el cálculo del COP según la norma EN 14511 sólo entra el consumo de las bombas de salmuera y primario correspondiente a las pérdidas de carga internas de la bomba de calor !

Una bomba integrada de imán permanente puede mejorar el COP de la bomba de calor

14

Instalación Geotérmica – Circuito primario

Circuito primario(depósito de inercia)

15

Bombas para el circuito primario

Ejemplo: Agua, Temperatura = 35ºC, Q = 4,5 m3/h, H = 1,75 m



min.

max.

min.

max.

0,51

1,52

2,53

3,54

4,55

[m]

0,010,020,030,040,050,060,070,080,090,1

0,110,120,130,14[kW]

0 1 2 3 4 5 [m³/h]



6 m

5 m

4 m

3 m

2 m

1 mmin

max

6 m5 m

4 m3 m

2 m

1 m min

max

0,51

1,52

2,53

3,54

4,55

5,56

[m]

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

[kW]

0 1 2 3 4 5 6 7 [m³/h]

Asín-crono

Imán perma-nente

4,5 Q (m3/h) 4,5

2,33 H (m) 1,75

140 P1(W) 47,4

20,4 η (%) 45,2

185 FT 546


16

Bombas de regulación continua

17

Bomba con curvas de regulación discretas

0,4

0,8

1,2

1,6

2

2,4

2,8

3,2

3,6

4

4,4

4,8

5,2

5,6

6

6,4

[m]

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 [m³/h]

Q= 4,6 m3/h – H = 3,5 m

Altura real: 3,5 m

P1 = 83,2 W

18

0,4

0,8

1,2

1,6

2

2,4

2,8

3,2

3,6

4

4,4

4,8

5,2

5,6

6

6,4

[m]

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 [m³/h]

Bomba con curvas de regulación discretas

Q = 4,6 m3/h – H = 1,75 m

Altura real: 3,5 m

Pavg = 83,2 W

Pavg = 47,4 W

Exceso de consumo del 73% por falta de campo de regulación continua

19

Bombas de velocidad variable – recirculación de agua caliente sanitaria

Ejemplo: Q = 5 m3/h H = 2 m.c.a. 8760 h/a 0,17 €/kWh

PVP: 1969€PVP: 1349€



10 m

8 m

6 m

4 m

2 m

min

max

2

4

6

8

10

[m]

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

[kW]

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 [m³/h]



min. max.

12345678

[m]

0,050,1

0,150,2

0,250,3

[kW]

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 [m³/h]

Corrección del punto de trabajo en la puesta en marcha mediante ajuste de la velocidad, de 7 m3/h/4m.c.a. a 5 m3/h/2 m.c.a.

20

Coste del ciclo de vidaTOP-Z 30/10 Stratos-Z 30/1-12 LCC: 3440 EUR

Inversión 1389 2028Energía 6344 1412

7733 3440

TOP-Z 30/10Stratos-Z 30/1-12

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

€

años

TOP-Z 30/10 Stratos-Z 30/1-12

TOP-Z 30/10LCC: 7733 EUR

Stratos-Z 30/1-12LCC: 3440 EUR

Energía 6344 1412Inversión 1389 2028

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000€

Plazo de amortización: < 2 años

Ejemplo: Q = 5 m3/h H = 2 m.c.a. 8760 h/a 0,17 €/kWh

21

Instalación Geotérmica – Circuito secundario


Circuito secundario(entrega)

22

Ejemplo Δp-c

2 m

2 m

2 m

2 m

H[m]

4

3

2

1

00 1 2 3 4 Q [m3/h]

2,5 m

0,5 m

4 m3/h

0,3 m

3 m3/h

2,3 m

0,12 m

2 m3/h

2,12 m

0,03 m

1 m3/h

2,03 m

0 m3/h

2,0 m

Modo Δp-c

• elevada autoridad de las válvulas de control

• bajas pérdidas de carga en generadores y tuberías de distribución

• sistemas de suelo radiante con válvulas de zona

• sistemas bitubo con distribución vertical por montantes

23

Ejemplo Δp-v

H[m]

4

3

2

1

00 1 2 3 4 Q [m3/h]

2 m

2 m

2 m

2 m

4 m

2 m

4 m3/h

1,1 m

3 m3/h

3,1 m

0,5 m

2 m3/h

2,5 m

0,1 m

1 m3/h

2,1 m

0 m3/h

2,0 m

Modo Δp-c

• baja autoridad de las válvulas de control

• elevadas pérdidas de carga en generadores y tuberías de

distribución

• sistemas con largos recorridos de la tubería de distribución

• sistemas bitubo con distribución horizontal por vivienda

Requisito imprescindible:Equilibrado hidráulico

24

Ejemplo Δp-v para una Stratos 25/1-6



6 m

5 m

4 m

3 m

2 mmin

max

6 m5 m

4 m3 m

2 m

min

max

0,51

1,52

2,53

3,54

4,55

5,56

[m]

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

[kW]

0 0,4 0,8 1,2 1,6 2 2,4 2,8 3,2 3,6 4 4,4 4,8 5,2 5,6 6 6,4 6,8 7,2 7,6 [m³/h]

12

3

4

25

Selección de bombas dobles con opción de funcionamiento de carga punta,para evitar bombas sobredimensionadas

26

Sobredimensionamiento de bombas por margen de seguridad


min0,5

11,5

2

2,53

3,54

4,5

55,5

66,5

77,5

88,5

9

9,510

10,511

[m]

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76

Qdiseño = 25 m3/hHdiseño = 6,0 m.c.a.

Al aplicar un margen de “seguridad” del 15%:

Hdiseño 115% = 6,9 m.c.a.

Qbomba = 24,2 m3/h:Desviación teórica -3,2%

¡ La bomba suele quedar descartada!

27

Bomba doble con funcionamiento de carga punta


min0,5

11,5

2

2,53

3,54

4,5

55,5

66,5

77,5

88,5

9

9,510

10,511

[m]

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76

55,5

66,5

77,5

88,5

9

9,510

10,511

[m]

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 64 68 72 76 [m³/h]

En una bomba doble con opción de carga punta, el punto teórico con el margen de seguridad del 15% se puede cubrir con el funcionamiento paralelo de los dos cabezales.

¡Se evitan bombas sobredimensionadas!


min0,5

11,5

2

2,53

3,54

4,5 Si el margen de seguridad era innecesario, el punto de diseño original quedaría cubierto por un único cabezal

28

Bomba doble con funcionamiento de carga punta

LCC-ElementStratos-D 80/Stratos-D 65/1-12 LCC: 7788 EUR


11639 7788

Stratos-D 80/1-12Stratos-D 65/1-12

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

€

años

Coste acumulado

Stratos-D 80/1-12 Stratos-D 65/1-12Stratos-D 80/1-12 LCC: 11639 EUR

Stratos-D 65/1-12 LCC: 7788 EUR


0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000€

Coste del ciclo de vida

Ejemplo: Q = 25 m3/h H = 7,2 m.c.a. 4000 h/a 0,18 €/kWh

29

Optimización del funcionamiento paralelo

Funcionamiento carga puntaConexión 2ª bomba

Funcionamiento paralelo(2 bombas)

Q* = conexión/desconexión de la 2ª bomba en función del mejor rendimiento

Q*

P 1[W

]

Q[m³/h]

Seguridad+

Rendimiento

30

Optimización del funcionamiento paralelo de la función de carga punta

P1 = 1,31 kW

P1 = 0,96 kW

Ahorro adicional con el modo carga base/carga punta al

caudal máximo: 26,7%



4 m

max

max

1234

56

789

10

1112

[m]

0,20,40,60,8

11,21,41,61,8

22,22,42,62,8

33,2

[kW]

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 [m³/h]

4 m

31

Proyectos de caudal variable

Memoria de proyecto:“Bomba electrónica (una de funcionamiento + una de reserva) con variador de frecuencia integrado, para un caudal Q de 200 m3/h y una altura de impulsión H de 16 m.c.a., de 1450 rpm”

IL-E 150/250-15/4, 4 polosP1=13,5 kW

IL-E 100/150-15/2, 2 polosP1=13,6 kW

Caudal [%]

Tiempo [%]

100 6

75 15

50 35

25 44

32

Sistema de caudal variable - 2 polos vs. 4 polos, 1+12 x IL-E 2 pol2 x IL-E 4 polos LCC: 88253 EUR


69869 88253

2 x IL-E 2 polos2 x IL-E 4 polos

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

90000

100000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

€

años2 x IL-E 2 polos2 x IL-E 4 polos

2 x IL-E 2 polosLCC: 69869 EUR



0100002000030000400005000060000700008000090000

100000€

Ejemplo: Bombas electrónicas p-c Q = 200 m3/h H = 16 m.c.a. 5000 h/a 0,09 €/kWh

Ahorro energético: 15.664 € (24,3%)

Caudal [%]

Tiempo [%]

100 6

75 15

50 35

25 44

33

Sistema de caudal variable – 2+1 bombas vs. 1+1 bombas3 x IL-E 2 pol2 x IL-E 2 polos LCC: 69869 EUR


62826 69869

3 x IL-E 2 polos2 x IL-E 2 polos

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

€

años3 x IL-E 2 polos2 x IL-E 2 polos




0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000€



Caudal [%]

Tiempo [%]

100 6

75 15

50 35

25 44

34

Sistema de caudal variable – Imán permanente vs. motor asíncrono3 x Stratos G3 x IL-E 2 polos LCC: 62826 EUR


56835 62826

3 x Stratos GIGA3 x IL-E 2 polos

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

€

años3 x Stratos GIGA3 x IL-E 2 polos

3 x Stratos GIGALCC: 56835 EUR



0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000€



Caudal [%]

Tiempo [%]

100 6

75 15

50 35

25 44

35

Coste del ciclo de vida – Bombas en paralelo para reparto de carga 3 Stratos GIG2 IL-E 4 polos LCC: 88253 EUR


56835 88253

3 Stratos GIGA2 IL-E 4 polos

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

90000

100000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

€

años3 Stratos GIGA2 IL-E 4 polos

3 Stratos GIGALCC: 56835 EUR

2 IL-E 4 polosLCC: 88253 EUR


0100002000030000400005000060000700008000090000

100000€


Ahorro energético total: 28.075 € (43,6%)

Caudal [%]

Tiempo [%]

100 6

75 15

50 35

25 44

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