Reducción del consumo de energía y la huella de CO2 de las bombas de arrastre de fluidos
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“Más es más” ya no es cierto. El innovador sistema de calentamiento de Leybold reduce el consumo medio de energía en un 15 % y también proporciona un tiempo de calentamiento significativamente más rápido de hasta el 50 % en comparación con los sistemas de calentamiento convencionales en bombas de difusión y booster de aceite. El controlador de eficiencia energética consigue reducciones adicionales regulando el suministro de calor para reducir la huella de carbono.
Las bombas de difusión y las bombas booster de aceite son algunas de las tecnologías de creación de alto vacío más antiguas que aún se utilizan hoy en día. El Dr. Wolfgang Gaede, físico alemán y pionero de la ingeniería de vacío, desarrolló la bomba de difusión en 1915.
Durante las décadas siguientes, las bombas de arrastre de fluidos se desarrollaron aún más para optimizar su velocidad de bombeo y rendimiento de gas.
Requisitos energéticos de las bombas de arrastre de fluidos
Sin embargo, a medida que aumentó el rendimiento de gas de las bombas, también aumentó la demanda de energía. Rápidamente se creyó que “más es más” y las necesidades de calefacción siguieron aumentando. Incluso hoy en día, las bombas booster de aceite con capacidades de evaporador superiores a 50 kW no son tan inusuales. Cuando medimos la relación entre el consumo de energía y el rendimiento de la bomba, no se sabe que las bombas de difusión y las bombas de chorro sean las bombas de vacío más eficientes energéticamente. Se utilizan principalmente por su excepcional rendimiento: alta velocidad de bombeo, sin piezas de desgaste giratorias, fácil manejo y muy robustas. En muchos campos, todavía no hay otra alternativa, lo que hace que las bombas de difusión sean todo lo que necesitan para muchas aplicaciones de alto vacío hasta la fecha.
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Hoy en día, todavía hay muchas bombas antiguas de arrastre de fluidos en el campo, a menudo sin unidades de control y en funcionamiento continuo, que consumen enormes cantidades de energía.
Una proporción muy pequeña de la energía utilizada por una bomba de difusión se utiliza realmente para el bombeo. Una cantidad mucho mayor (aproximadamente el 80 %) se utiliza para la refrigeración, mientras que otro 15-20 % se libera como calor residual. Hoy en día, la tecnología moderna permite mejoras significativas en el consumo de energía. Las bombas modernas de alta eficiencia energética con unidades de control pueden ahorrar hasta el 50 % de la energía consumida en comparación con las bombas más antiguas.
¿Son las bombas de difusión respetuosas con el medio ambiente?
Las bombas de arrastre de fluidos (con tamaños de brida superiores a 250 mm) no suelen sustituirse fácilmente por tecnologías alternativas de alto vacío, ya que las opciones energéticamente eficientes, como las bombas turbomoleculares, tienen una velocidad de bombeo mucho menor, unos costes de inversión elevados y no son adecuadas para muchas aplicaciones, ya que simplemente no son lo suficientemente robustas. Se estima que hay alrededor de 25 000 bombas de difusión instaladas en instalaciones industriales. Y a nivel mundial, el uso de bombas obsoletas e ineficientes contribuye significativamente a la contaminación medioambiental. Sin embargo, la huella de carbono de esta tecnología puede mejorarse considerablemente mediante la modernización.
Optimización de las bombas de difusión para mejorar la eficiencia energética
Optimización del rendimiento y el funcionamiento de la bomba de difusión
La mayoría de los fabricantes siguen utilizando el antiguo sistema de calentamiento: placas con serpentines de calentamiento, placas de calentamiento u otros elementos calefactores atornillados debajo de la cámara del evaporador de la bomba. Su eficiencia energética ya se reduce al tener que calentar primero el aceite a través de la base sólida conductora y resistente de la bomba. Una gran parte de la energía utilizada también se pierde al medio ambiente a través de los laterales y el subsuelo.
El innovador sistema de calentamiento de las bombas de difusión y booster de aceite de Leybold permite mejoras significativas al llevar la unidad de calentamiento al recipiente del evaporador con el aceite. Esto reduce cualquier pérdida térmica debido a la resistencia de contacto con otros elementos calefactores externos. Todo el calor emitido se transfiere directamente al aceite de la bomba y la pérdida de energía se reduce aún más mediante un aislamiento adicional en la cámara del evaporador. Estas medidas por sí solas reducen el consumo medio de energía en un 15 % en comparación con los sistemas de calefacción convencionales. Otra ventaja del calentamiento directo es el tiempo de calentamiento significativamente más rápido, que es hasta un 50 % menor que en los sistemas de calentamiento de placas o placas segmentadas convencionales. Además, dependiendo de la aplicación y debido a su tiempo de calentamiento más corto, la bomba puede encenderse con muy poca antelación, lo que supone un ahorro energético adicional.
Reducción de los costes operativos y las emisiones de CO2 con el controlador de eficiencia energética de Leybold
Las bombas de difusión solo necesitan toda su capacidad de calentamiento durante la fase de calentamiento. Durante el funcionamiento normal o en modo de espera, se necesita aproximadamente un 30-70 % menos de energía. Sin embargo, tradicionalmente, las bombas funcionan continuamente a plena capacidad de calentamiento, lo que provoca que se evapore y condense más aceite de lo necesario para la potencia de aspiración necesaria. “Más es más” ya no es cierto, ya que más potencia no proporciona ninguna capacidad de bombeo adicional.
El uso del controlador de eficiencia energética desarrollado por Leybold también puede ofrecer un ahorro potencial adicional:
La unidad de control mide continuamente la temperatura del vapor de aceite y la mantiene constante en el nivel de calor necesario. Si la cámara del evaporador está lo suficientemente caliente, el suministro de calor se regulará y el consumo de energía se reducirá significativamente.
Gracias al menor consumo de energía, se prolonga la vida útil del calentador y del fluido de la bomba. La tensión térmica en las piezas de desgaste también se reduce gracias al funcionamiento controlado por potencia de la bomba, lo que aumenta proporcionalmente la vida útil. Esto también reduce los costes de mantenimiento en general.
Dado que, de media, se produce menos vapor de aceite, también es necesario que se condense menos vapor de aceite en las paredes internas de la bomba, lo que también puede suponer un ahorro en el sistema de refrigeración. La temperatura del agua de refrigeración se regula, de modo que se utilice menos agua de refrigeración cuando haya menos condensación de aceite. Esto reduce tanto los costes como las emisiones indirectas de carbono.
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Ventajas que la innovadora tecnología de bombas de difusión de Leybold puede aportar a su producción
Ejemplo: Funcionamiento de una bomba de difusión de 50.000 l/s durante una vida útil media de 20 años (aprox.):
Potencia calorífica
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24 kW
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Duración del servicio
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6400 horas/año
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Consumo de energía total
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1 año: 153.600 kWh
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20 años: 3.072.000 kWh
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Ahorro en modernización (40 %)
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1 año: 61.440 kWh
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20 años: 1.228.800 kWh
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Ahorro de CO2*
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1 año: 24,6t
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20 años: 493t
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Ahorro de costes operativos**
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1 año: 8300 €
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20 años: 166 000 €
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Suponiendo una capacidad de calefacción media de 10 kW para las unidades instaladas en todo el mundo, modernizarlas con bombas de arrastre de fluido podría reducir las emisiones globales de CO2 en más de 6 millones de toneladas.
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Resumiendo:
Durante años, Leybold ha seguido sistemáticamente el desarrollo de la tecnología de bombas de arrastre de fluidos, para que esta tecnología pueda ser adecuada para la fabricación de productos respetuosos con el medio ambiente tanto ahora como en el futuro.
Tanto los operadores de la planta como los fabricantes de equipos originales deben preguntar si la tecnología de la bomba de arrastre de fluidos que están utilizando o planean utilizar es de última generación. El uso de productos de vanguardia puede dar lugar a grandes ahorros de costes y a una mejor huella de carbono.
Los operadores también deben preguntar si son elegibles para la financiación haciendo que su producción sea más eficiente energéticamente. Muchos estados apoyan el uso de productos energéticamente eficientes con descuentos fiscales y bonificaciones.
*Mezcla energética alemana 2021: 401 g de CO2 por kWh (fuente: “Strom Report Blog”)
**Coste medio de la electricidad industrial en Alemania: 0,135 €/kWh
