Hacer que los motores de bombas eléctricas sean más sostenibles: lo verde es un buen negocio
Cuando se piensa en las bombas utilizadas en la industria, la atención tiende a centrarse en los materiales que mueven, desde agua y aguas residuales, productos químicos, aceite, petróleo, lodos y lodos, hasta alimentos. También hay un enfoque en sus costos, eficiencia y mantenimiento. El impacto ambiental tiende a estar mucho más abajo en la lista de consideraciones, pero las bombas más ecológicas y más eficientes también son buenas para los negocios. Cada bomba tiene un motor; por lo que no es de extrañar que las bombas sean responsables del 21% de todo el consumo eléctrico de los sistemas de motores del sector industrial. Reducir este número puede hacer que las bombas sean más ecológicas y reducir los costos operativos.
IMAGEN 1: Eficiencia de ventilador o bomba (Fuente: inverterdrivesystems.com)
El problema de la energía
El problema energético no se limita a las bombas. Todo el mundo está utilizando cantidades cada vez mayores de energía. Las industrias están creciendo, la población está aumentando y la industria de las bombas necesita mantenerse al día con la demanda de agua, electricidad, productos y servicios. Las estadísticas de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA, por sus siglas en inglés) muestran que más de la mitad de la electricidad utilizada en la fabricación se utiliza para impulsar motores, y la industria estadounidense es responsable de casi el 25 % de las emisiones de gases de efecto invernadero del país.
La tendencia también se desarrolla a nivel mundial. Según la Agencia Internacional de Energía (AIE), los motores y sistemas eléctricos representan más del 40 % del consumo mundial de electricidad. Se espera que el uso de motores y sistemas eléctricos siga creciendo. Esto aumentará el número de emisiones nocivas liberadas.
Enfoque regulatorio
Los motores están recibiendo más atención de los reguladores y, como resultado, los fabricantes de bombas se verán afectados. El nuevo Reglamento de diseño ecológico 2019/1781 de la Unión Europea entró en vigor el 1 de julio de 2021 para motores de inducción de bajo voltaje y variadores de velocidad (VSD) y requiere una amplia gama de motores eléctricos para cumplir con el estándar de eficiencia premium IE3. El cambio normativo eleva los niveles de eficiencia mínimos obligatorios, amplía la gama de motores cubiertos y, por primera vez, incluye VSD.
A partir del 1 de julio de 2023, exige estándares de eficiencia más altos para algunas categorías de motores, elevando el nivel base para ciertos motores a eficiencia súper premium IE4. Fuera de la UE, el Reino Unido posterior al Brexit (UK) adoptará la misma regulación y es probable que algunos otros países sigan estos principios. El nivel de eficiencia energética se expresa en clases de eficiencia IE, desde IE1 (más bajo) hasta IE5 (más alto). Según la normativa vigente, los motores deben alcanzar el nivel de eficiencia IE2, IE3 o IE4 en función de su potencia nominal y otras características. Por ejemplo, los motores trifásicos con una potencia nominal entre 0,75 kilovatios (kW) e igual o inferior a 1000 kW debían alcanzar el nivel IE3 en julio de 2021. Los motores entre 75 kW y 200 kW deben cumplir el nivel IE4 en julio de 2023. .
En los EE. UU., el Departamento de Energía (DOE, por sus siglas en inglés) emitió recientemente un aviso de prepublicación del Registro Federal que realiza una revisión de las normas modificadas de conservación de energía para motores eléctricos pequeños. Esto es para determinar si se deben enmendar los estándares de conservación de energía aplicables para dicho equipo. Y no olvide los nuevos cambios de reglas propuestos por la Comisión de Bolsa y Valores (SEC) que requerirían información relacionada con el clima en las declaraciones de registro y los informes anuales proporcionados por los inversores, que incluyen (según el sitio web de la SEC):
“la gobernanza del registrante de los riesgos relacionados con el clima y los procesos de gestión de riesgos relevantes
cómo los riesgos relacionados con el clima identificados por la entidad registrada han tenido o es probable que tengan un impacto material en su negocio y estados financieros consolidados, que pueden manifestarse a corto, mediano o largo plazo
cómo los riesgos relacionados con el clima identificados han afectado o es probable que afecten la estrategia, el modelo de negocio y las perspectivas de la entidad registrada”
También se requeriría la divulgación de las emisiones de gases de efecto invernadero del registrante, lo que ejercerá presión sobre los proveedores, incluidos los fabricantes de bombas, para reducir su contribución a este problema global.
El mensaje principal es este: las empresas deben estar preparadas para abordar su impacto ambiental. El medioambiente no es lo primero en lo que piensan las empresas cuando eligen motores para bombas, pero hay beneficios de volverse ecológicos, que incluyen:
Los fabricantes de bombas que puedan cumplir con los mandatos regulatorios tendrán una ventaja competitiva en el mercado.
Los motores más ecológicos tienen beneficios tangibles para los usuarios.
Los ahorros de facturas de electricidad más bajas son importantes. Los costos de electricidad para uso industrial aumentaron casi un 6% desde un promedio nacional de 6,9 centavos por kWh en enero de 2021 a 7,3 centavos en enero de 2022.
Por lo tanto, vale la pena considerar que los nuevos sistemas, más amigables con el medio ambiente y más eficientes que utilizan la energía de una manera más inteligente, reducirían los costos y las emisiones nocivas, matando dos pájaros de un tiro.
Competitivo y Verde
Los propios motores eléctricos de bombas industriales, debido a la cantidad de ellos en uso, podrían por sí solos hacer una gran mella en el uso de energía industrial. Según los cálculos de ABB, el consumo de electricidad podría reducirse en una quinta parte si se adoptaran globalmente sistemas de motores de alta eficiencia. Esto puede parecer una quimera, pero cada vez se espera más de los motores. Los estándares IEC más altos ya existen.
Según Omdia, el 75 % de los motores industriales funcionan con bombas, ventiladores y compresores, todos los cuales tienen importantes oportunidades de mejora de la eficiencia. Por ejemplo, un variador de velocidad (VSD) generalmente puede reducir el consumo de energía en un 25 % cuando se agrega al motor existente de una bomba, ventilador o compresor. Sin embargo, menos de una cuarta parte de los motores de bombas del mundo están actualmente equipados con un VSD.
Tomemos el ejemplo del manejo del agua solo. El bombeo puede consumir hasta el 85% de la energía utilizada en el manejo del agua. Un documento de 2021 de ABB estimó que los sistemas mejorados con VSD y motores de alta eficiencia podrían generar ahorros de energía del 25% al 30%. Y aunque esta estimación consideró la industria del agua y las aguas residuales, no hay razón para creer que lo que se aplica a un motor de bomba no se aplicará a otra situación simplemente porque se usan en diferentes lugares y negocios.
Todo sobre la eficiencia
Para obtener el mejor nivel de eficiencia y los ahorros de energía asociados, hay tres consideraciones clave que se deben recordar al evaluar los motores. En primer lugar, la industria no puede cumplir sus objetivos basándose en tecnología antigua. Por ejemplo, los motores de inducción suelen tener una eficiencia del 75 % en el mejor de los casos. Su eficiencia se puede mejorar combinándolos con un VSD, pero esta es realmente una solución parcial que es mejor dejar para situaciones en las que la actualización es la única opción. Los mejores resultados podrían provenir de motores síncronos de imanes permanentes (PMM), que pueden lograr eficiencias superiores al 90%.
En segundo lugar, el motor debe combinarse con un VSD bien adaptado. Tenga en cuenta que la eficiencia del sistema se calcula multiplicando el nivel de eficiencia del motor por la calificación de eficiencia del variador. Por ejemplo, si un motor que tiene una eficiencia del 90 % se combina con un variador que tiene una eficiencia del 90 %, el sistema solo tendrá una eficiencia del 81 %. El rendimiento del sistema es lo que cuenta cuando se trata de la cantidad de energía utilizada y se pueden lograr sistemas con una eficiencia superior al 90 %. Cabe señalar que los VSD funcionan en un rango de velocidades. Esto tiene dos beneficios.
En primer lugar, un sistema de motor puede abordar varios rangos de velocidad, lo que reduce la necesidad de una línea de productos más variada. En segundo lugar, se debe considerar la relación entre la velocidad y la potencia de una bomba, ya que sigue una curva de potencia cúbica. El caudal es proporcional a la velocidad. Si el sistema funciona un 10 % más lento, proporciona un flujo del 90 %.
Además, el par es proporcional a la velocidad al cuadrado y la potencia es proporcional a la velocidad al cubo. Como resultado, reducir la velocidad de la bomba en un 10 % reduce la potencia utilizada al 73 % de la potencia total. Suponiendo que esto sea apropiado para la aplicación, puede proporcionar incluso más ahorros.
Por último, no es complicado sumergirse en el propio diseño y comprobar si el motor utiliza menos materiales o si los utiliza de forma más eficaz. Los nuevos diseños y un mejor uso de los materiales disponibles no son una quimera para la industria de las bombas. Son posibles diseños más pequeños pero escalables.
Un sistema bien diseñado puede usar menos material, lo que da como resultado motores y variadores más pequeños, más livianos y rentables. Al adoptar un enfoque de sistemas en la evaluación de motores, los fabricantes de bombas pueden optimizar sus productos para cumplir con los objetivos de los usuarios finales y los requisitos reglamentarios.
Las preferencias ecológicas de los consumidores no siempre son suficientes para afectar las decisiones de compra o fabricación. Por lo tanto, el hecho de que los motores de bomba de eficiencia mejorada usen menos electricidad y ahorren en costos operativos es algo a considerar.
Kehuan fabricó bombas magnéticas equipadas con motor IEC, mucho más eficientes que las bombas de motor enlatado.
Sostenibilidad y eficiencia son palabras que se usan mucho. Los motores de bombas eléctricas que son más eficientes energéticamente son adecuados para aplicaciones industriales y podrían afectar menos al medio ambiente natural. Encontrar opciones que sean escalables, más eficientes y más fáciles de operar para los consumidores es la forma de hacer que la industria sea más ecológica, más sostenible y más viable, todo al mismo tiempo.
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