Para entender el modo con el que se puede ahorrar energía durante los períodos de funcionamiento de los grupos de presión, entonces es necesario explicar, en un primer paso, que es un grupo de presión y que función tiene asignada.

Un grupo de presión está diseñado para aumentar la presión en un sistema hidráulico para proporcionar suficiente caudal y presión a los puntos de consumo. Los grupos de presión, generalmente, consisten en una o más bombas montadas en un grupo para aumentar la presión del sistema a partir de valores independientes de caudal y presión de entrada.

La bomba (o bombas) no está continuamente en funcionamiento, se pone en marcha cuando existe demanda, es decir, cuando se solicita demanda en los puntos de consumo. Para la alimentación del sistema se puede tomar el agua directamente de la red o también de algún depósito de agua, del que se extrae la misma por aspiración.
Estas bombas, acopladas a un grupo de presión o funcionando de forma aislada, se pueden utilizar para cubrir diferentes servicios dentro de un edificio. Podríamos nombrar, a modo de ejemplo, los siguientes servicios: suministro de agua potable, suministro de agua caliente sanitaria (ACS), circuitos de calefacción, circuitos de refrigeración, sistemas de protección contra incendios, evacuación de aguas residuales, etc. En este caso orientamos este caso de estudio a las bombas para suministro de agua, pero también se puede aplicar esta exposición a las bombas circuladoras de climatización, puesto que son elementos que trabajan un alto número de horas a lo largo del año.

 Bomba para suministro de agua

Las instalaciones se diseñan para funcionar a plena carga, y esta situación es la que lleva la mayor parte del tiempo dedicado por los técnicos a su análisis y dimensionado. Sin embargo, las instalaciones funcionan la mayor parte del tiempo a cargas parciales, y para optimizar su funcionamiento desde el punto de vista de bienestar y eficiencia energética, debe realizarse un estudio de cómo funciona la misma a cargas parciales.
En documento DB-HS4 (CTE) de Suministro de agua, clasifica a los grupos de presión tal y como se muestra en la siguiente imagen:

Esquema para grupo de presión convencional

En equipos convencionales la bomba se controla mediante presostato (regulado entre dos presiones calculadas: a) presión mínima o presión de arranque; b) presión máxima o de paro. Con dos o más bombas, la segunda bomba y siguientes sólo arrancan cuando las anteriores son insuficientes para abastecer el caudal requerido. El sistema de alternancia permite que todas las bombas que componen el equipo tengan un desgaste similar a lo largo del tiempo, cambiando el orden de prioridad entre todas ellas.

Condiciones de presión de arranque, presión de paro y presostato

También es importante definir las diferencias de funcionamiento de las bombas, sin y con variador de frecuencia:

  • Sin variador de frecuencia:
    Los grupos de presión sin variador de frecuencia tienen la desventaja de que no pueden ajustar su caudal a la demanda del sistema. Además, la presión no es tan estable como en sistemas que utilizan bombas controladas por variación de frecuencia. La ventaja de este tipo de sistemas es que la inversión inicial es menor en comparación con los grupos de presión con variador de frecuencia.
  • Con variador de frecuencia:
    Los grupos de presión con variador de frecuencia pueden suministrar la cantidad exacta de agua que el sistema necesita, asegurando así que sólo se consume la energía estrictamente necesaria. Estos sistemas también tienen la ventaja de adaptar el punto de trabajo según el caudal demandado por el sistema, asegurando que las pérdidas de energía en las tuberías se reducen. Siendo la inversión inicial de este tipo de grupo de presión mayor que un grupo de presión sin variador de frecuencia, se justifica con el bajo coste de funcionamiento, el alto nivel de confort y la flexibilidad del sistema ante cambios. Generalmente, se utilizan los variadores en las bombas centrífugas: circuitos hidráulicos de calefacción y climatización, agua caliente sanitaria y grupos de presión de agua.

Esquema para grupo de presión de accionamiento regulable o de caudal variable

Aunque no nos vamos a detener a explicar de forma detallada el principio de funcionamiento de las bombas a velocidad variable, podríamos afirmar que en el caso que una bomba solo cambia la velocidad del giro (mismo diámetro de bomba), se cumple la siguiente condición:

Aplicando la anterior expresión de equivalencias, se pueden tomar puntos de funcionamiento de una bomba y determinar sus puntos homólogos a otras velocidades de giro. Por ejemplo, suponemos que tenemos una bomba en la que conocemos el caudal nominal y la altura que debe vencer. Esos datos son los siguientes:

  • Caudal nominal = 17,2 m3/h
  • Altura = 12,5 m.c.a.

Punto de diseño de la bomba

Para las condiciones de caudal nominal y altura anteriores, si se instala un variador de frecuencia a la bomba de forma que cambia su frecuencia de 50 a 45Hz, el punto homólogo a este será:

En la siguiente imagen observamos que como varían los diferentes parámetros que representan las curvas características de una bomba trabajando a diferentes frecuencias:

  • Curvas características de una bomba a diferentes frecuencias (esquina superior izquierda)
  • El rendimiento de dos puntos homólogos es igual a distintas velocidades de giro (o frecuencias), solo cambia el caudal (esquina superior derecha)
  • Curva de potencia en el eje de la bomba a diferentes frecuencias (esquina inferior izquierda).
  • El rendimiento de dos puntos homólogos es igual a distintas velocidades de giro (o frecuencias), solo cambia el caudal (esquina superior derecha).

Parámetros de la curva característica de una bomba

Para el caso de bombas a velocidad variable, funcionando a presión diferencial constante, el sistema se ajusta de tal modo que la bomba varía su velocidad de giro para mantener constante la altura proporcionada (constante la presión). La bomba está dotada de un sensor de presión diferencial y el variador de frecuencia está programado para mantener esta constante.

Bomba a velocidad variable funcionando a presión diferencial constante

En un circuito a caudal variable, en primer lugar se ajustará la bomba para la situación de caudal nominal (máximo). En este punto se le indica al sistema de regulación que mantenga constante la altura proporcionada. Al reducirse el caudal de agua demandado por del sistema tenemos las siguientes ventajas:

  • El caudal disminuye significativamente, reduciéndose la velocidad en las tuberías y los posibles problemas de ruido por exceso de caudal.
  • La energía consumida disminuye significativamente en los sistemas donde la demanda es muy variable.