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Cambiamos su percepción de las bombas neumáticas de doble membrana

Carl Glauber, ingeniero en Wilden Pump & Engineering Co., LLC, Grand Terrace, CA, EE UU. Adaptación al castellano por Antoine Simon, Business Development Manager de TDF Group.

10/04/2014

Un nuevo sistema de distribución de aire revolucionario permite a las bombas de doble diafragma operadas por aire (AODD, por sus siglas en inglés) establecer nuevos estándares en eficiencia energética, además de optimizar la producción.

Introducción

La preocupación por la cantidad de energía consumida (y potencialmente derrochada) por las instalaciones industriales en Estados Unidos llegó oficialmente a los niveles más altos del Gobierno Federal el 30 de agosto de 2012, cuando el presidente Barack Obama firmó una Orden Presidencial titulada ‘Aceleración de la inversión en eficiencia energética en el sector industrial’. Teniendo en cuenta que el sector industrial supone más del 30 por ciento de toda la energía consumida en Estados Unidos, la Orden Presidencial establece pautas según las cuales el incremento de la eficiencia energética industrial puede suponer beneficios para fabricantes, instalaciones y consumidores, mientras que, al mismo tiempo, se mejora el sistema energético nacional, junto con la competitividad y la creación de empleo en América.

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El innovador sistema de distribución de aire de la nueva bomba neumática de doble membrana Pro-Flo Shift de Wilden da a los gestores de instalaciones un control sin parangón sobre el consumo de aire de sus sistemas de bombeo, dando como resultado una mayor eficiencia energética, unos costes de funcionamiento más bajos y una mayor sensibilidad medioambiental, todo ello sin afectar a las tasas de producción.

La Orden Presidencial confirma lo que todos los operarios y directivos de instalaciones de fabricación industriales saben desde hace más de una década: la definición moderna de una tarea de fabricación industrial de éxito no es solamente la que satisface los cupos de producción. De hecho, puesto que los costes de las instalaciones han ido creciendo uniformemente, a la par que la concienciación ambiental ha pasado a un primer plano, una tarea industrial de éxito es, ahora, la que satisface los cupos de producción requeridos de la forma más rentable posible, además de ecológica.

A su vez, en Europa, se están implementando nuevas directrices de la UE que van en el mismo camino. El objetivo de la Directiva de ecodiseño ErP es lograr haber reducido en el 2020 un 12% el consumo energético del 2007 de las máquinas consumidoras.

Las bombas, que ocupan el segundo lugar entre las máquinas más utilizadas del mundo, desempeñan una función fundamental en las tareas industriales en todo el mundo y en una amplia gama de sectores, desde la producción química y la minería hasta el tratamiento de aguas/aguas residuales y aplicaciones higiénicas. De hecho, según la Oficina de Eficiencia Energética y Energías Renovables del Departamento de Energía de EE UU (EERE), los sistemas de bombeo suponen entre el 27 y el 33 % de la electricidad total utilizada y consumida en el sector industrial.

Una vez reconocida la importancia de los sistemas de bombeo en las aplicaciones industriales, el Instituto Hidráulico ha encargado la redacción de ‘Optimización de los sistemas de bombeo: Una guía para mejorar la eficiencia energética, la fiabilidad y la rentabilidad’, donde se incluyen instrucciones sobre cómo facilitar que los operarios puedan reconocer un uso ineficiente de la energía en sus tareas y los pasos que deben seguir para eliminar estas ineficiencias. Los operarios deben ser plenamente conscientes de que los costes iniciales de adquisición e instalación de un sistema de bombeo nuevo suelen ser solamente una pequeña parte del coste total de su funcionamiento a lo largo de su vida útil. De hecho, durante los 15 ó 20 años que funciona un sistema de bombeo típico, son los costes habituales de energía, mantenimiento y otros gastos periódicos los que suponen la parte principal del coste total (LCC: Life Cycle Cost). Por lo tanto, maximizar la eficiencia a la hora de diseñar y manejar un sistema de bombeo repercute en el interés de las instalaciones y de los clientes, además de en el medio ambiente.

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Vista transversal del sistema de distribución de aire Pro-Flo Shift de Wilden.

Los fabricantes de bombas son conscientes de la importancia que tienen sus productos en el sector y han hecho un gran esfuerzo para diseñar y desarrollar equipos de bombeo que satisfagan la creciente necesidad de eficiencia energética y de unos costes de funcionamiento menores. En este documento se ilustra cómo una nueva tecnología de distribución del aire revolucionaria puede ayudar a minimizar el consumo de aire y a mejorar la eficiencia global de la tecnología de las bombas de doble diafragma operadas por aire (AODD) utilizadas en muchas de las aplicaciones industriales de gestión de líquidos en el mundo.

El desafío

Inventadas en 1955, las bombas AODD se diseñaron específicamente para su uso en una amplia variedad de tareas prácticas de manipulación y transferencia de líquidos. En las seis décadas siguientes, la tecnología de bombeo AODD se ha ganado una merecida reputación a la hora de realizar aplicaciones de transferencia de líquidos más exigentes. El motivo es que las características de diseño de las bombas AODD les permiten funcionar en seco, mantener una succión de hasta 9 metros, soportar condiciones extremas sin dañarse, funcionar totalmente sumergidas y dejar pasar sólidos de hasta 35 mm de tamaño, todo ello cumpliendo con la mayoría de requisitos de flujo y con muy poco mantenimiento.

Aunque el funcionamiento de la bomba AODD ha permanecido constante en lo básico durante los últimos 60 años, se han realizado mejoras en el sistema de distribución del aire de bombeo dirigidas a su índice de consumo de aire en relación con el caudal real de producto y cuánto aire se puede gastar durante el ciclo de bombeo, conllevando ese aire desperdiciado un coste añadido para el operario de la planta. Aunque este ahorro es importante para el operario de la planta, realmente resulta modesto si se compara con el volumen total de aire utilizado en estas bombas.

Sigue habiendo margen para lograr un ahorro más significativo. Durante el período de tiempo que va desde el final de cada recorrido hasta el desplazamiento completo de la válvula, se permite al aire sobrellenar la cámara de aire sin el desplazamiento correspondiente de fluido. El coeficiente de este sobrellenado, que se define como aire comprimido desperdiciado, se puede controlar más adecuadamente. Los intentos de mejorar los sistemas de distribución de aire para eliminar el llenado han incluido la incorporación de un indicador de control que ‘configura’ la tarea de bombeo en un punto que optimiza tanto el consumo de aire como el caudal de líquido. No obstante, estos indicadores de control deben ajustarse manualmente por el operario después de identificar el punto donde el uso de aire y flujo son más eficientes, lo que puede llevar tiempo y suponer una carga inadecuada para el mismo.

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Piloto de control de aire del sistema Pro-Flo Shift de Wilden.

Más recientemente, una nueva generación de sistemas de distribución de aire han tratado de eliminar el sobrellenado durante el funcionamiento de las bombas AODD. La tecnología de distribución de aire de próxima generación trata de prevenir el sobrellenado cortando el suministro de aire a la cámara de aire antes de que finalice el recorrido de la bomba. Este enfoque, sin embargo, presenta dos deficiencias. En primer lugar, esta tecnología de distribución del aire se supervisa y controla electrónicamente, en lugar de actuar mecánicamente, lo que genera una serie de dificultades totalmente distintas en cuanto al uso de la energía, el mantenimiento y el funcionamiento. En segundo lugar, esta tecnología de distribución electrónica necesita tiempo para ‘aprender’, en el sentido de que cada vez que la bomba se enciende, el sistema electrónico necesita un ‘período de aprendizaje’ de 30-40 segundos, durante los cuales supervisa el funcionamiento de la bomba antes de poder estimar cuándo cortar el suministro de aire antes del final del recorrido. Esto puede derivar en caudales erróneos e incoherentes de hasta 40 segundos y una pérdida de aire correspondiente, una desventaja que se agrava en las tareas de dosificación que incluyen ciclos de encendido-apagado constantes.

De modo que, aunque el funcionamiento de las bombas AODD ha recorrido mucho camino en lo que a consumo de aire se refiere, gracias en gran parte a la invención de los citados sistemas de distribución de aire, las bombas de prueba equipadas con equipos de adquisición de datos demuestran que el aire sigue desperdiciándose debido al sobrellenado y que existe un potencial de ahorro de energía adicional que aún no se ha logrado.

La solución

Jim Wilden inventó la bomba AODD en 1955, buscaba un modo rápido y sencillo de bombear agua para extraerla de un taller inundado. La tecnología de bombeo AODD resultante supuso la formación de la compañía Wilden Pump & Engineering Company, Grand Terrace, CA, EE UU. En la actualidad Wilden, que se convirtió en miembro fundador del Grupo Dover Corporation’s Pump Solutions Group (PSG) en 2008, sigue siendo un líder reconocido en todo el mundo en el diseño y fabricación de tecnología AODD de vanguardia para su uso en distintos sectores industriales.

La compañía ha mantenido su posición envidiable porque sus innovaciones en eficiencia han formado parte del ADN de Wilden desde que Jim Wilden inventó la tecnología AODD. En España, esta ventaja ha sido reforzada gracias a la colaboración con la empresa Técnica de Fluidos, que distribuye sus productos y proporciona servicio en todo el territorio desde hace más de 40 años.

Este compromiso con la innovación ha llevado a la creación del sistema de distribución de aire Pro-Flo Shift, que no supone únicamente una mejora incremental en la tecnología de distribución de aire, sino una verdadera revolución, un modo totalmente nuevo de contemplar cómo funcionan las bombas neumáticas.

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Wilden Pump & Engineering Company ha mantenido con los años una posición envidiable porque sus innovaciones en eficiencia han formado parte de su ADN desde que Jim Wilden inventó la tecnología AODD.

Como se ha mencionado anteriormente, la ineficiencia en el funcionamiento de los sistemas de distribución de aire tradicionales surge de la acción retardada que experimentan las bombas AODD cuando el aire a presión pasa de una cámara de aire a la otra cámara de aire, lo que supone el sobrellenado de la cámara, desperdiciándose ese exceso inmediatamente al expulsarse a la atmósfera.

Para combatir este fenómeno, el sistema Pro-Flo Shift restringe el flujo de aire a la cámara de aire cerca de cada extremo del recorrido de la bomba para que solamente se introduzca el aire suficiente para mantener el proceso de bombeo en curso. Esto se logra mediante la incorporación de un piloto de control de aire que mide automáticamente el aire para prevenir el desbordamiento sin reducir el rendimiento del producto. El resultado es una reducción en el consumo de aire al tiempo que se mantiene la máxima eficiencia operativa y el caudal.

Este modo de funcionamiento elimina la necesidad de que el operario ajuste manualmente la bomba para garantizar su eficiencia, ya que el sistema de distribución de aire lo hace automáticamente. Se crea así un nuevo punto de eficiencia en el funcionamiento de la bomba AODD, favorecido por el uso mejorado de la energía, sin pérdida de caudal.

Ventajas adicionales del sistema de distribución de aire Pro-Flo Shift:

  • Coste total de la propiedad reducido
  • Configuración más rápida
  • Facilidad de mantenimiento
  • Posibilidad de configuración de paso
  • Capacidad para reintegrarse en bombas AODD Wilden existentes
  • Capacidad para ser usadas en entornos de funcionamiento severos
  • No hace falta electricidad
  • Completamente sumergible
  • Sensibilidad medioambiental

Wilden ofrece actualmente su sistema de distribución de aire Pro-Flo Shift en su gama completa de bombas con sujeción de la serie Original y bombas AODD metálicas atornilladas Advanced Series en tamaños de 1,5, 2 y 3 pulgadas.

Conclusión

Algunas plantas de producción industrial cuentan con hasta 300 bombas AODD en funcionamiento al mismo tiempo. Aunque el coste incremental del aire desperdiciado por bomba puede no parecer alarmante, si se añade al coste global de la planta, sí que puede ser sustancial. Por eso utilizar los equipos de bombeo más eficientes desde el punto de vista energético no sólo optimizará las tasas de producción, sino que desempeñará un papel positivo en la mejora de los resultados de la compañía y de la gestión medioambiental.

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Bomba serie PS800 de Wilden.

Por eso los sistemas de distribución de aire Pro-Flo Shift de Wilden son realmente revolucionarios. En comparativas entre elementos similares, el sistema Pro-Flo Shift superó a cada una de las bombas AODD tradicionales, incluso a las que incorporaban la denominada tecnología de distribución de aire ‘avanzada’. En muchos casos, el sistema Pro-Flo Shift redujo el consumo de aire en un 60 %, manteniendo en todo momento los caudales deseados. Estas habilidades tendrán mucha importancia a la hora de convertirlo en el sistema de distribución de aire preferido en una variedad de procesos, incluyendo pinturas y recubrimientos, minería, química, aguas/aguas residuales y aplicaciones higiénicas.

Si desea obtener más información, visite www.tecnicafluidos.es.

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