Sistemas PBP SISTEMAS CON ESTANQUE DE PRESION (hidroneumáticos y similares) Este sistema evita construir estanques elevados, colocando en el sistema estanques parcialmente llenos con aire a presión. Las bombas funcionan hasta que la red alcanza una determinada presión (Pb), ahí se detienen y es el estanque el que devuelve su agua hacia el consumo al ir descomprimiéndo el aire en su interior. Cuando la presión baja hasta otro nivel predeterminado (Pa), vuelven a partir la o las bombas. Como se observa, la presión estará permanentemente variando entre los niveles Pa y Pb y las bombas permanentemente partiendo y parando. El diseño debe considerar un tiempo mínimo entre partidas de los motores conforme a su especificación (usualmente 15 partidas por hora; es decir cada 4 minutos), un nivel de presión Pa conforme al requerimiento mínimo de presión de la instalación y un Pb que sea tolerable por la instalación y otorgue una adecuada calidad de servicio. Usualmente los proyectistas consideran un diferencial de presión de 10 mca, lo que muchas veces es exagerado, considerando que en el artefacto más desfavorable la presión estará variando permanentemente entre 5 mca y 15 mca (1 a 3 veces). Esto último es lo que el usuario nota, ya que estas variaciones en la presión se traducen en fluctuaciones del caudal de agua. Además, el sistema de calentamiento de agua variará su temperatura en función del caudal. En efecto, el caudal a una presión de 15 mca es un 35% superior al que se tiene si la presión es de 5 mca. Una instalación con sistema hidroneumático, calculado según lo indicado anteriormente, consumirá un 18% más de agua por el hecho de tener que aumentar la presión sobre el mínimo, este aumento conlleva una pérdida de energía importante. Mientras mayor sea el diferencial de presión y menor el tiempo entre partidas de los motores, más pequeña resulta la capacidad del estanque de presión. Las bombas estarán funcionando entre dos puntos de operación de presión y, por consiguiente, de caudal, por lo que al no ser un punto único, no podrá estar permanentemente en su punto óptimo de eficiencia. El reglamento de Instalaciones Sanitarias obliga a que la capacidad de las bombas sea un 125% del gasto máximo probable a la presión mínima requerida para el sistema, a fin de asegurar abastecer la demanda máxima al mismo tiempo que se llena el estanque de presión. El reglamento también exige contar con un compresor u otro dispositivo automático cargador de aire. Este sistema, si bien evita el estanque elevado, exige partidas y paradas de los motores cada cierto tiempo. Las partidas generan torques más altos que los nominales y corrientes mayores, todo lo cual se traduce en un desgaste de motores, bombas, contactores, membranas (separadores aire - agua), etc. En caso de pérdida de aire en los estanques, las bombas parten más seguido lo que agrava el problema, por lo que es necesario un control permanente de la presión de aire. En caso de rotura de la membrana, los motores corren riesgo de quemarse, ya que la frecuencia de partidas es muy alta. SISTEMAS TANKLESS O SIMILARES Este sistema consiste en abastecer el consumo con un banco de bombas, las cuales parten o paran conforme a la presión en la red. Las bombas por consiguiente operarán dentro de un determinado rango, no siendo posible optimizar su eficiencia. Por otro lado, estarán permanentemente partiendo y parando, produciendo los mismos problemas que en los sistemas de estanques de presión. El reglamento exige que las bombas entreguen el 100% del gasto máximo probable de la instalación a la presión mínima requerida para el servicio. Con el avance de los sistemas de control y actuación electrónicos, hoy en día es posible controlar en forma continua la presión de estos sistemas, regulando la velocidad de las bombas, obteniendo de esta forma un sistema óptimo de presurización. SISTEMAS MODERNOS DE PRESURIZACION CON VELOCIDAD VARIABLE PBP El sistema PBP de FABELEC está diseñado para controlar la velocidad las bombas de un sistema tankless (sin estanques elevados o de presión). Para poder controlar la velocidad de los motores, estos sistemas incorporan convertidores de frecuencia, controladores lógicos programables (PLC), transductores de presión y otros dispositivos de uso común en la industria, los que, gracias a la ingeniería desarrollada por FABELEC para esta aplicación, logran que las bombas operen siempre en su punto de máxima eficiencia, entregando a la red una presión constante, independientemente del caudal de consumo requerido. Lo anterior es posible mediante un control realimentado de la presión de la red, de modo de ir variando la velocidad de las bombas, manteniendo la presión constante. Así, si se requiere de mayor caudal, las bombas girarán más rápido para que la presión no descienda y viceversa. Para estudiar el comportamiento de las bombas a distintas velocidades, debe considerarse: 1.- El caudal es proporcional a la velocidad 2.- La presión es proporcional al cuadrado de la velocidad 3.- La potencia es proporcional al cubo de la velocidad Con lo anterior, a partir de la curva característica (Q,H,P) de cualquier bomba, es posible analizar su comportamiento al variar su velocidad. La figura muestra la curva característica de una bomba típica. En ésta se observa que si la bomba está girando a una velocidad n0, estará entregando un caudal Q0 (caudal máximo requerido) a una presión H0 (presión de servicio) y estará consumiendo una potencia P0. Si el consumo disminuye a un caudal Q1, la bomba subirá la presión a H1 y la potencia absorbida bajará a P1. El rendimiento será afectado. Si al bajar el consumo (caudal) a Q1, se disminuye la velocidad de la bomba de modo de seguir entregando una presión constante de servicio (H0), se seguirá estando en un punto de máximo rendimiento y el consumo ahora será P’1, menor que P1. Es decir, al no tener que elevar innecesariamente la presión y al mantenerse la bomba en un punto óptimo, se produce un importante ahorro de energía. Este ahorro es superior al 40% en caso de curvas de demanda y bombas típicas. En definitiva estos sistemas permiten ofrecer igual calidad de servicio que un sistema con estanques elevados, un ahorro importante de energía, no necesitan estanques de presión por lo que economizan espacio y no existe el riesgo de contaminación del agua en estos estanques. COMPARACIÓN DE LOS SISTEMAS (ejemplo típico) Para comparar los distintos sistemas se diseñará el sistema para un caso típico, considerando las diversas alternativas. Datos: Edificio Departamentos 464 habitantes Caudal instalado Qi = 18.510 Its/min Altura geométrica = 35 m Perdidas de carga dpto más desfavorable = 4 mca Perdidas de carga matriz = 6 mca Presión servicio último artefacto = 5 mca Presión de servicio calculada = 50 mca (suma de las anteriores) Caudal máximo probable calculado = 1.500 lts/min (según RIDAA) a) Solución estanque elevado: Consumo diario: 464 hab x 450 lts/hab día = 208 m3 Volumen estanque inferior = (70 - 15)% de 208 m3 = 115 m3 Volumen estanque superior = 15% de 208 m3 = 32 m3 Caudal bombas = 32 m3/hr = 533 lts/min Presión bombas = 50 mca Potencia bombas = 10 hp (60% rendimiento) Tiempo funcionamiento bombas = 6.5 hr/día Consumo energía mensual= 10 hp x 0.75 kw/hp x 6.5 hr/día x 30 días =1.467 kwh Potencia instalada = 7.5 kw (demanda máxima) b) Solución estanque presión: Volumen estanque inferior = 146 m3 Caudal bombas = 1.25 x 1500 lts/min = 1875 lts/min Presión Bombas = 50 mca Potencia bombas = 35 hp (60% rendimiento) Estanque hidroneumático: Según bombas típicas, considerando partir el caudal en 6 bombas funcionando y tiempo entre partidas de 4 mm resulta un estanque de 3.000 lts. Caudal medio = 208 m3/24 hrs = 8.7 m3/hr = 145 It/mm Consumo mensual = 2.197 kwh (según bombas típicas) Potencia instalada = 27 kw (demanda máxima) b) Solución sistema PBP: Volumen estanque inferior = 146 m3 Caudal bombas = 1500 lts/min Presión Bombas = 50 mca Potencia bombas = 28 hp Consumo mensual = 1.467 kwh Potencia instalada = 21 kw (demanda máxima)