Gasto energético de una bomba centrífuga

Las potencias relacionadas con el movimiento mecánico e hidráulico de una bomba centrífuga se representan en el siguiente dibujo:

La bomba funciona por mediación de un motor eléctrico, que acciona el eje de la bomba el cual hace girar el rodete que impulsará el agua. Tendremos la potencia del motor eléctrico o potencia mecánica P2.

El eje hace girar al rodete, que es la pieza encargada de impulsar el agua transmitiendo una presión. Tendremos entonces la potencia en el eje o potencia hidráulica P3.

La potencia absorbida en el eje de la bomba Pe es siempre mayor que la potencia útil Pu, debido a que se compensan las pérdidas internas (hidráulicas) y externas (mecánicas) de la bomba. La relación entre potencia de salida o útil y la potencia absorbida en el eje define el rendimiento de la bomba (η). El rendimiento por tanto relaciona la potencia que la bomba entrega al agua (Pu) y la potencia de entrada al eje (Pe), y siempre será inferior a 1 y es una información que da el fabricante. Este rendimiento tiene en cuenta, por consiguiente, las pérdidas mecánicas y las pérdidas hidráulicas.

La potencia absorbida en el eje de la bomba P3, será:

 Donde,

Pe es la potencia en el eje, en kW

Q es el caudal en litros/segundo

HMAN la altura manométrica en metros

γ el peso específico del líquido en kg/dm3; para el caso del agua γ = 1 kg/litro

n es el rendimiento mecánico e hidráulico.

Para hallar el consumo energético deberemos de tener en cuenta en [1] el rendimiento eléctrico, de tal forma que:

n TOTAL = n · n ELECTRICO

Los datos de rendimiento los facilita el fabricante de la bomba, encontrándose esta información en la ficha técnica y suele estar comprendido entre 0,45 y 0,90, dependiendo del tamaño de la bomba y de su calidad. El rendimiento del motor eléctrico suele estar comprendido, normalmente, entre 0,85 y 0,95.

Al incluir en la expresión [1] el rendimiento del motor eléctrico, obtendremos la potencia consumida (P1) que nos permitirá hallar el gasto energético.

Para calcular el gasto de energía, necesitamos conocer tres datos:

1.        El consumo de potencia de la bomba en kilovatios.

2.        Cuántas horas opera la bomba (horas/mes, horas/año…)

3.        El precio de la potencia en kilovatios-hora.

Gasto (€) = Potencia (kW) · horas de funcionamiento · coste (€/kWh)

Veamos un ejemplo.

Queremos calcular el gasto anual energético de una bomba que impulsa 27 l/s durante 3.100 horas/año. La altura manométrica es de 150 mca. El rendimiento de la bomba, 0,78 y el coste medio del kWh, 0,396 €.

Mediante la expresión [1] obtendremos la potencia consumida de la bomba para las condiciones dadas en el enunciado.

Para el cálculo del rendimiento total de la bomba tendremos en cuenta el rendimiento eléctrico que, a falta de datos, lo estimamos en 0,90.

 nT = 0,78 · 0,90 = 0,70

El gasto energético anual será de:

Gasto = 57 kW · 3100 horas/año · 0,396 €/kWh = 70.000 €/año