1

Expositor:Ing. Augusto Arenas Taipe

Tema:”El Costo del ciclo de vida aplicado al análisis de los

sistemas de bombeo”

COLEGIO DE INGENIEROS DEL PERU

JUNIO - 2009

”NO SE PUEDE MEJORARLO QUE NO SE PUEDE MEDIR”

2

PRIMERA SESIÓN

� Modelo para el proceso de mejora en la operación de los equipos de bombeo.

� Ley 27435� Produccion/Consumo de energía en el País.� Breve introducción al concepto de mochila ecologica

SEGUNDA SESION

� Costos totales en los sistemas de bombeo� Auditoría energetica� Ejemplo de campo de auditoría energética.

TEMARIO

TERCERA SESION

� Análisis de los Resultados de la Auditorías� Breve teoría de los equipos de bombeo� Posibilidades de mejora de los sistemas de bombeo

CUARTA SESION

� Costo de Ciclo de Vida� Uso de la herramienta costo de ciclo de vida� Implementación y seguimiento de las mejoras� Uso de indicadores.� Conclusiones y recomendaciones.

TEMARIO

3

Las claves del éxito a largo plazo en los negocios han sido siempre las mismas: invertir, innovar, ser líderes y crear valor … donde antes no existía

Abernaty y Hayes

Elaboración de la línea

base

Análisis de los resultados y diseño de la estrategia de

mejora

Implementación de las mejoras y creación de indicadores

VALOR

MODELO PARA EL PROCESO DE MEJORA EN LA OPERACIÓN DE LOS

EQUIPOS DE BOMBEO

Audito

ria

Energética

Análisis d

e

oferta

/demanda

energía,

Análisis del

Costo de Ciclo

de Vida

Implementació

n

de lo

s sistemas

de m

onito

reo,

creación de

indicadores,

análisis

esta

dístico

de

los re

sulta

dos

4

CRECIMIENTO

SOSTENIBILIDAD

ECONOMICO

MEDIO AMBIENTE

VALOR

DIAGRAMA DE VALOR DESPUES DEL PROCESO

Una mirada a los costos totales de los sistemas de bombeo

5

Gobierno promulga ley y reglamento sobre el uso eficiente de energia

Gobierno promulga ley y reglamento sobre el uso eficiente de energia

6

Gobierno promulga ley y reglamento sobre el uso eficiente de energia

Producción de energía a nivel por tipo de recurso

al año 2006 solo el 6% de la energía que se produce a nivel mundial es generada por hidroeléctricas (1)

(1) BP Statistical Review of World Energy June 2007

7

Algunos hechos relacionados

• En el Perú solo 30% de la energía producida, al 2006, proviene de la generación de hidroeléctricas. (2)

• A nivel mundial el 20% de la producción de energía eléctrica es usada para accionar equipos de bombeo. (3)

• En algunas instalaciones casi el 50% de la energía producida es usada para accionar equipos de bombeo.(4)

• El crecimiento sostenido del PBI en el Perú es un indicador de que mayor energía serádemandada.

• Los nuevos proyectos de generación de oferta de energía no están creciendo al mismo ritmo que la demanda por lo que se espera que esta será mas escasa y probablemente mas cara.

• Se hace necesaria herramientas para poder evaluar los proyectos en función al consumo

de energía que demanden los equipos.

(2) BP Statistical Review of World Energy June 2007

(3) A Guide to LCC analysis for pumping systems (HI Europump)

(4) A Guide to LCC analysis for pumping systems (HI Europump)

Algunos hechos relacionados

En resumen, el menor consumo de energía impactará en :

• Menores costos de operación.

• Se disminuirá el consumo total de energía dejando excedentes que permitan la expansión de la demanda de energía sin impactos en el corto plazo del costo de la misma. (sin embargo este hecho esta ligado al precio de los hidrocarburos)

• Se disminuirá el impacto ambiental al reducir las emisiones producto del menor consumo de Hidrocarburos en la generación de energía. Cada Kw-Hr ahorrado es 0.7 Kg de CO2 dejado de emitirse al ambiente.

8

Evaluación Financiera de Proyectos

Todos los proyectos, tanto los que incluyan nuevas instalaciones como los de reemplazo son evaluados teniendo en cuenta la rentabilidad del mismo y el riesgo, a mayor riesgo (ambiental, entre otros), mayor rentabilidad.

• Dependiendo del tipo de proyecto se puede usar el método del VP, TIR, CCV, entre otros. En todos los casos se necesita hacer un análisis de flujo efectivo para evaluar la mejor alternativa.

HUELLA ECOLÓGICA

• Mide el área productiva (tierra y agua) necesaria para obtener los recursos que consumimos y absorber los desechos que generamos.

• Evalúa el impacto de una determinada forma de vida sobre el planeta y su grado de sostenibilidad.

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HUELLA ECOLÓGICA

• Mide el área productiva (tierra y agua) necesaria para obtener los recursos que consumimos y absorber los desechos que generamos.

• Evalúa el impacto de una determinada forma de vida sobre el planeta y su grado de sostenibilidad.

10

Como podemos saber si una instalación tiene un consumo de energía óptimo?

Auditoría Energética

11

Una mirada a los costos totales de los sistemas de bombeo

Primero lo primero

Cuanto nos cuesta desplazar un M3 de agua con un equipo de bombeo?

EnergíaEléctrica

Consumida

EnergíaHidráulica

12

Costo y cálculo de la energía electrica consumida

Energía eléctrica

EnergíaEléctrica

Consumida

Costo Total de energía eléctrica

Costo = C.Energía Activa + C.Energía Reactiva

En el campo, como medimos la energía?

Ee= Voltaje*Amperaje*Cosfi*1.73746

Cálculo de la energía hidráulica

Energía Hidraúlica

Cálculo de la energía hidráulica

Eh = Caudal (lps) * ADT (Mts. H2O)75

13

Cálculo de la eficiencia del sistema

ηηηηSistema

Energía HidráulicaEnergía eléctrica

=

=

Caudal (lps) * ADT (Mts. H2O)75

Voltaje*Amperaje*Cosfi*1.73746

Valores tipicos de Eficiencias del sistema

Valores típicos de eficiencia del sistema usando motores de alta eficiencia y bombas de alta eficiencia

60-75%Bombas

horizontales

72%Bombas

sumergibles (agua)

75%Bombas de turbina

vertical

Valores de eficiencia típicos

Tipo de Bomba

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Data obtenida y análisis de la muestra de 10 pozos

ITEMPOZOHORA N.D. Caudal P1 P2 Cos Eh Ee Eficiencia Kw-Hr Año Kw-Hr Año DiferenciaMts LPS Psi Psi RS ST ST R S T Fi (Hp)** (Hp)** del sistema Actual Proyectado Anual

1 63 10:30 25.6 24.98 0 0 422 422 422 22.6 24.6 23 0.831 8.86 19.03 46.56% 81,771 54,394 27,3772 55 10:50 33.3 22.21 0 0 419 418 418 39.3 37.8 39.1 0.857 10.16 32.20 31.54% 138,375 62,346 76,0293 29 11:05 15.9 31.48 0 0 417 417 417 23.2 22.1 23.2 0.831 7.09 18.35 38.66% 78,845 43,547 35,2984 27 11:10 17.3 85.80 0 0 417 417 418 48.2 48 47.7 0.8 20.94 37.14 56.37% 159,581 128,518 31,0635 25 11:25 11.7 95.90 0 0 415 415 416 56.5 56.8 56.3 0.8 16.24 43.56 37.28% 187,180 99,683 87,4976 24 11:35 8 42.59 0 0 417 418 417 26.7 25.3 26.4 0.8 5.11 20.23 25.26% 86,943 31,370 55,5737 23 11:40 11.4 105.99 0 0 433 433 434 65.5 67.1 68.4 0.8 17.52 53.86 32.53% 231,449 107,573 123,8768 22 11:50 10.1 12.30 0 0 425 424 424 7.5 7.2 7.4 0.842 1.82 6.10 29.83% 26,228 11,177 15,0509 19 12:10 7.6 121.14 0 0 410 406 411 56.7 59.7 56.6 0.8 13.89 43.76 31.74% 188,021 85,265 102,75610 37 12:25 10.8 77.03 0 0 421 421 421 38.7 37.4 37.4 0.8 12.12 29.55 41.02% 126,974 74,400 52,575

Total Diferencia Kw-Hr año 607,094

Notas.- Total costo en US$ asuminedo 0.05 US$/KW-hr 30,355

1.-Se asume que los pozos operan 8 meses al año las 24 horas2.- Se asume que la eficencia media promedio de 70% como la alcanzable.3.- Se asume que los motores parael punto 2 son de alta eficiencia al igual que los equipos de bombeo4.- Debido a la carga de los pozos, se aconseja el uso de bancos de condensadores para reducir la energía total.

V (Voltaje) A (Amperaje)

En el caso de Ee tomar en cuenta que esta es la energía que toma el equipo de la red, no la potencia nominal del motor.

MUCHAS GRACIAS

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Expositor:Ing. Augusto Arenas Taipe

Tema:”El Costo del ciclo de vida aplicado al análisis de los

sistemas de bombeo”

COLEGIO DE INGENIEROS DEL PERU

JUNIO - 2009

TERCERA SESION � Tony Melendez, nada es imposible, todo esta en nosotros

� Análisis de los Resultados de la Auditorías� Breve teoría de los equipos de bombeo y posibilidades de

mejora de los sistemas de bombeo

CUARTA SESION

� Costo de Ciclo de Vida� Uso de la herramienta costo de ciclo de vida� Implementación y seguimiento de las mejoras� Uso de indicadores.� Conclusiones y recomendaciones.

TEMARIO

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TONY MELENDEZ..\CENTRUM\VICICLO\RMC\CLASES\TonyMelendezwmv.wmv

Elaboración de la línea

base

Análisis de los resultados y diseño de la estrategia de

mejora

Implementación de las mejoras y creación de indicadores

VALOR

MODELO PARA EL PROCESO DE MEJORA EN LA OPERACIÓN DE LOS

EQUIPOS DE BOMBEO

Audito

ria

Energética

Análisis d

e

oferta

/demanda

energía,

Análisis del

Costo de Ciclo

de Vida

Implementació

n

de lo

s sistemas

de m

onito

reo,

creación de

indicadores,

análisis

esta

dístico

de

los re

sulta

dos

17

Data obtenida y análisis de la muestra de 10 pozos

Caudal : 106 lps

ADT : 12.4 mts

Ee : 53.86

Eh : 17.52

EffsEffs : 32.53%: 32.53%

Eff Mtr : 80%

Eff bba : 74%

EffCjtot : 59,2%

Effpipe : 0.97

EfftotalEfftotal : 57.42%: 57.42%

POR QUE LA DIFERENCIA DE

57.42%-32.53% = 25.07%

Posibles causas

•• ImpulsorImpulsor desgastadodesgastado

•• VVáálvulalvula en la en la descargadescarga estranguladaestrangulada

•• VolutaVoluta óó AlabesAlabes desgastadosdesgastados

•• BombaBomba sub sub dimensionadadimensionada

•• BombaBomba SobredimensionadaSobredimensionada

•• ProblemasProblemas en la en la tubertuberííaa de de descargadescarga

•• Motor con Motor con ppéérdidardida de de eficienciaeficiencia..

18

Válvula estrangulada en la descarga

IMPULSOR DESGASTADO

19

Voluta o Alabe difusor desgastado

D

2 D

1

ß2C2

C2U

W2

W1

C1

U1ß1

Bomba Sub o Sobre dimensionada

20

Bomba Sub o Sobre dimensionada

Tubería de Descarga en mal estado

21

Motor con pérdida de eficiencia

• Motor con rebobinado sin considerar los estandares del fabricante.

• Motor con problemas en el nucleo

• Motor con problemas mecánicos

• Motor sub (o sobre?) dimensionado

Data obtenida y análisis de la muestra de 10 pozos

Caudal : 106 lps

ADT : 12.4 mts

Ee : 53.86

Eh : 17.52

EffsEffs : 32.53%: 32.53%

Eff Mtr : 80%

Eff bba : 74%

EffCjtot : 59,2%

Effpipe : 0.97

EfftotalEfftotal : 57.42%: 57.42%

•Bomba con desgaste en los impulsores

•Motor rebobinado por tercera vez

•Falta de elementos de protección

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Por que usar un sistema con variación de velocidad?

Intermediate �operating point

Pump characteristicOperating point, � valve open

Operating point, �valve almost �closed

Pressure

Flow rateQmax

Pmin

Pressure

Flow rateQmax

Pmin

Pump characteristic at N4Pump characteristic at N5Pump characteristic at N6Pump characteristic

at N7

Hydraulic system

Hmax

Hmax

Por que usar un sistema con variador de velocidad?Fig 4a: Regulation by valve Fig b: Regulation by variable speed drive

Pump at nominal speed

Pump at variablespeed

Pump Hydraulic system�Valve partially closed

Hydraulic system�Valve open

Pressure

Hm

Flow rateMedium flow rate

Pressure

Hm

Flow rateMedium flow rate

Hydraulic power = Pressure x Flow rate

23

Donde no se debe usar sistemas de variación de velocidad

– Systems con flujos constantes (o con muy pocavariación)

– Bombas con ratios menores a 1.3 entre la presiónde corte y la presión a sostener.

(que bomba usar? Multietápicas, horizontales? Cualquiera que tenga una curva que satisfaga estacondición cómo mínimo)

24

Donde se debe usar sistemas de variación de velocidad

– Sistemas con alta variación.

– Sistemas con altas pérdidas por fricción.

– Bombas sobredimensionadas.

MUCHAS GRACIAS

25

Costo de Ciclo de Vida CCVo Life Cycle Cost (LCC)

“El análisis mediante el costo de ciclo de vida es la aplicación de una herramienta gerencial que puede ayudar a las compañías a minimizar el desperdicio y maximizar la eficiencia en el uso de la energía para muchos tipos de sistemas, incluidos los de bombeo” (5) se le llama tambiencosto de propiedad del equipo.

(5) A Guide to LCC analysis for pumping systems (HI Europump)

http://www.pumps.org/content_detail.aspx?id=2434#

COSTOS INVOLUCRADOS

Installation and

Commissioning

Costs

Cin

Energy CostsCe

Operating CostsCo

Maintenance and

Repair CostsCm

Down Time and

Loss of ProductionCs

Environmental CostsCenv

Decommissioning CostsC

d Cd

Initial Costs and

Purchase PriceCic

26

CALCULO DEL LCC

Presentado en el 2001 por Europump y el Hydraulic Institute como una manera de standarizar su aplicación

LCC = Cic +Cin +Ce +Co +Cm +Cs +Cenv +Cd

Source: ”Pump Life Cycle Costs: A Guide to LCC Analysis for Pumping Systems”

Estableciendo un flujo de efectivo para hallar el valor presente del flujo descontado.

0 1 2 3 4 5

5,000

2,0007,000

2,643 2,643 2,643 2,643

+

2,643

27

�Ejemplo de calculo16 LCC Life Cycle Costs\LCC Calculation english.xls

IMPLEMENTACION DE LAS MEJORAS

APLICAR EL LCC O CCV, DEPENDIENDO DEL TIPO DE INSTALACIÓN O EQUIPO A:

• Cambio de motor y/o bomba inmediatamente

• Cambio de motor y/o bomba a la falla

• Reparación de motor y/o bomba inmediatamente

• Reparación de motor y/o bomba a la falla.

Sustento para la implementación de la mejora.

28

SOSTENIBILIDAD DE LA MEJORAS

USO DE INDICADORES DE GESTIÓN, SISTEMAS DE MONITOREO

• Uso de los indicadores iniciales comparados con los proyectados por el LCC.

• Implementación de sistemas de monitoreo por equipo

Sostenibilidad de la mejora (cuña).

INDICADORES

PROYECTADOS A LA APLICACIÓN DEL LCC

Effmotor*Effbomba*Effsist tub*Effsist Transm=Eff sistema

92% * 80% * 97% * 98% = 69.96%

Indicador para intervenciones de equipo, eficiencia de equipo y planta…..

ηηηη

29

MONITOREO DE PARAMETROSSystem Overview

MIXER

LEVEL SENSOR

HIGH LEVEL FLOAT SWITCH

OVERFLOW SENSOR

PUMPS

ENERGY METER

PRECIPITATION METER

MAN ON SITE INDICATION

MONITOREO Y ADQUISICION DE DATA

ALARM & MONITORING SERVICE

CONTROLLER 1-16 PUMPS ENGINERED STATIONS

CONTROLLER 1-2 PUMPS STANDARD STATIONS

ALARM TRANSMITTERUNCONNECTED STATIONS

GSM/GPRS

SMS INTERNET

AquaWeb

PC242

PCx

30

MONITOREO DE PARAMETROS

Nivel Amp. Volt. Cos Fi Caudal KW-Hr Eff Sist.

Dinami A. V. Horas Q / GPM M D Eff SistEH

PSIADT EEITEM Fecha Dia Hora

ALGUNAS CONCLUSIONES

• El LCC sirve como HERRAMIENTA para analizar los costos relevantes de la vida del proyecto.

• El LCC toma en cuenta a la instalación y como opera el sistema, dando una cifra sobe el costo de uso de los activos y como funcionan estos.

• El LCC sirve como herramienta cuando se compara con otras opciones. (nueva instalación, análisis de reemplazo)

• El diseño del sistema, es decir, tamaño de tuberías, material, tipo de instalación y zona de operación del equipo (en su respectiva curva) influye directamente en el costo del ciclo de vida, por lo que no se debe pensar que es solo el valor del equipo de bombeo, o su eficiencia, la que determina este costo, ya que los componentes anteriormente descritos son parte del costo total (ejem, Cámara húmeda vs. Cámara seca, bomba de turbina Vs, bomba

horizontal).

http://lccperu.blogspot.com/

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Elaboración de la línea

base

Análisis de los resultados y diseño de la estrategia de

mejora

Implementación de las mejoras y creación de indicadores

VALOR

MODELO PARA EL PROCESO DE MEJORA EN LA OPERACIÓN DE LOS

EQUIPOS DE BOMBEO

Audito

ria

Energética

Análisis d

e

oferta

/demanda

energía,

Análisis del

Costo de Ciclo

de Vida

Implementació

n

de lo

s sistemas

de m

onito

reo,

creación de

indicadores,

análisis

esta

dístico

de

los re

sulta

dos

MUCHAS GRACIAS