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Rediseño del SistemaFlecha de título

Con mucha frecuencia, los organismos municipales de servicio de agua comprenden sistemas complejos con infraestructura de ingeniería. El diseño general de los sistemas es, en  términos de eficiencia,  una de las características más críticas de una empresa de servicio de agua. Ésta es una característica sobre la que desafortunadamente la mayoría de los operadores o administradores no tiene un control directo, a menos que se esté realizando una actualización del sistema. El rediseño de todo el sistema o tan sólo mejorar el diseño de áreas específicas, puede llevar a oportunidades de ahorros significativos.

 

Por ejemplo, en el área de diseño del sistema de bombas, la Confederación de la Industria India recomienda un análisis sistemático para determinar las oportunidades potenciales de eficiencia. Con base en su experiencia, la Confederación estima que pueden tenerse ahorros de energía de hasta un 25% siguiendo una metodología sistemática resumida en estas seis preguntas:

 

1. ¿Se necesita realmente la bomba?

 

2. ¿Está la bomba correctamente diseñada?

 

3. ¿Es la bomba realmente eficiente?

 

4. ¿Están bien determinadas las cargas totales de las bombas? (Las cargas totales de las bombas con las del sistema)

 

5. ¿Se han instalado variadores de frecuencia para aprovechar las cargas variables?

 

6. ¿Son eficientes los controles?

 

Aunque estas preguntas están formuladas específicamente en referencia a las bombas, hacen surgir inquietudes interesantes que son válidas para todo el sistema de agua.

 

¿Se necesita realmente el sistema?

 

Cuestionar si realmente se necesita o no un sistema puede llevar a las oportunidades más grandes de ahorros. ¿El sistema realmente necesita todas las bombas, válvulas, líneas de derivación, etc., conque cuenta, o puede rediseñarse para utilizar mejor la gravedad y reducir las pérdidas por fricción? Por ejemplo, muchas autoridades municipales del servicio de agua han podido eliminar bombas aprovechando mejor la gravedad, o haciendo mejor uso de otras bombas disponibles.

 

¿Está diseñado correctamente el sistema?

 

Una vez que se ha determinado que un sistema es realmente necesario, el equipo encargado del uso eficiente de la energía y el agua necesita determinar si el sistema está diseñado correctamente. Por ejemplo, es muy frecuente que los diseñadores, con toda intención, diseñen el equipo sobredimensionado para asegurar que cumpla con los requerimientos máximos del sistema. En algunos casos, los márgenes en exceso son hasta del 50%. Además de ser ineficiente, los problemas operativos de un diseño excesivamente grande pueden incluir un ruido excesivo del flujo, vibraciones de la tubería y un funcionamiento deficiente. Un diseño excesivamente grande puede también resultar en costos innecesariamente altos respecto a materiales, instalación y operación.

 

Entre las correcciones que deben hacerse a un sobrediseño excesivo de los sistemas de bombeo están las siguientes:

 

  • La instalación de una bomba de dimensiones correctas.

  • La instalación de un motor con sistema  de velocidad regulable (ASD).

  • La disminución del tamaño de los impulsores.

  • Agregar una bomba más pequeña para reducir la operación intermitente.

 

¿Es eficiente el equipo?

 

La modernización, con un equipo más nuevo y eficiente, probablemente mejorará el funcionamiento del sistema si está dimensionado correctamente e integrado a todo el sistema de agua. Los equipos que probablemente produzcan más ahorros son:

 

  • Motores de alta eficiencia

  • Motores con sistema de velocidad variable

  • Impulsores

  • Tuberías con menos fricción y revestimientos

  • Válvulas

  • Capacitores

 

Motores eficientes

 

La selección de un motor de bomba con una eficiencia operativa más alta agregará más eficiencia general al sistema de bombeo. Además, para funcionar eficientemente, debe seleccionarse un motor que trabaje en forma correcta con la bomba, es decir, que coincida con las diversas necesidades de la bomba, como tiempo de arranque, número de paros y arranques, velocidad y el torque necesario.

 

Sistemas de velocidad variable

 

Para adaptarse a las necesidades variables de carga, una de las mejores opciones disponibles para mejorar la eficiencia es instalar un motor ASD. Como su nombre lo indica, este tipo de transmisión ajusta la velocidad de la bomba para cumplir con las necesidades específicas de un cierto sistema en un momento determinado. Un tipo muy popular de motor ASD es el variador de frecuencia (VFD por sus siglas en inglés), que utiliza controles electrónicos para regular la velocidad del motor. Al hacer más lenta una bomba excesivamente grande, el motor VFD reduce las pérdidas de energía en su operación. Además de las bombas, los motores ASD pueden disminuir los costos de tratamiento de agua en los sopladores de la cámara preliminar de sedimentación aireada. Los motores ASD trabajan mejor en sistemas con carga friccional alta. En realidad pueden ser menos eficientes en el caso de otras opciones en sistemas con carga estática alta.

 

Impulsores

 

Otra alternativa para mejorar la eficiencia es instalar un impulsor más pequeño o ajustar el impulsor en la bomba existente. Un impulsor es el componente giratorio en una bomba tipo centrífuga, que empuja el fluido a través del sistema. Similar a un motor VFD, un impulsor más pequeño o recortado, disminuye la velocidad del fluido para reducir las pérdidas de energía. Debido a que el ajuste del impulsor reduce el flujo, disminuyen las pérdidas por fricción en las líneas de derivación y las válvulas reguladoras.

 

Tuberías de menor fricción y revestimientos

 

Las tuberías hechas de material suave, como el cloruro de polivinilo, en comparación con las tuberías tradicionales de hierro fundido, pueden reducir las pérdidas por fricción. Las tuberías con menor fricción pueden incrementar los ahorros de energía de un 6 a un 8%. La aplicación de un revestimiento de resina y polímero en la parte interior de una bomba puede lograr una mejora adicional del 1 al 3%. Los revestimientos también pueden reducir la erosión y la corrosión en las tuberías y las bombas.

 

Válvulas

 

Al controlar el flujo y la presión, las válvulas juegan un papel de crítica importancia en cualquier sistema de agua. Existen numerosos tipos de válvulas para diferentes funciones. Sin embargo, cuando se seleccione la válvula apropiada para un fin específico deberá considerarse el impacto de la válvula en la eficiencia del sistema. Algunas válvulas agregan más fricción al sistema que otras. Por ejemplo, las válvulas reguladoras son más eficientes que las válvulas de derivación. Este es el caso porque, a medida que se cierra una válvula reguladora, todavía puede mantener una presión corriente arriba que puede ayudar a mover el agua a través de partes paralelas del sistema. La energía utilizada para bombear agua que se deriva en un sistema utilizando una válvula de derivación, es energía desperdiciada. Como opción principal para controlar el flujo y la presión, las empresas de servicio de agua pueden encontrar que es más eficiente utilizar motores ASDs en lugar de válvulas.

 

Capacitores

 

La instalación de capacitores puede optimizar el uso de la energía necesaria para hacer funcionar algún equipo. Los capacitores son dispositivos que almacenan energía eléctrica capacitiva y se utilizan para corregir los bajos factores de potencia. Algunos equipos eléctricos como los transformadores, los motores y la iluminación de alta intensidad, crean campos magnéticos en su operación que pueden causar bajos factores de potencia. Muchas veces este equipo representa una porción importante de la electricidad utilizada en una planta. Además de demandar energía reactiva, un bajo factor de potencia puede provocar fallas prematuras del equipo. Además, las compañías de luz con frecuencia aplican multas por los bajos factores de potencia, de tal manera que el uso de capacitores puede evitar gastos innecesarios. La Corporación Municipal de Ahmedabad en la India descubrió beneficios importantes en términos de ahorros en costos y funcionamiento del equipo al instalar capacitores en algunas de sus principales bombas.

 

¿Es el equipo apropiado para la tarea?

 

Incluso si el equipo se considera eficiente, la eficiencia del sistema sufrirá si el equipo utilizado no es el adecuado para la tarea. Esto significa que las bombas necesitan corresponder a las necesidades del sistema, los impulsores necesitan tener las dimensiones correctas para crear las velocidades de flujo deseadas, y para que los motores VFD sean efectivos deben instalarse en áreas con una carga friccional alta. 

 

Uno de los pasos más críticos en el diseño y que mayor impacto tienen en la eficiencia de un sistema, es empatar las necesidades reales de velocidad de flujo y presión requeridos por el sistema con, las características de la bomba y el motor, y todo ello al costo económicamente más conveniente. Las bombas funcionarán a su nivel de máxima eficiencia si la empresa puede analizar cuidadosamente las necesidades de un sistema de agua encontrando las bombas apropiadas por medio de curvas de desempeño. Los paquetes de software, como la Herramienta de Evaluación de Sistemas de Bombeo (Pumping System Assessment Tool) del Departamento de Energía de Estados Unidos, están diseñados para ayudar a los usuarios a evaluar la eficiencia del diseño de un sistema de bombeo.

 

La ciudad de Pune en la India da un ejemplo de un equipo que no coincide con una tarea. Al revisar algunas actualizaciones recientes del sistema, el equipo recientemente formado en Pune para revisar la eficiencia de la empresa determinó que varias bombas muy costosas que se habían agregado a una estación de toma de agua no estaban bien diseñadas para trabajar conjuntamente con las bombas existentes. Aunque estas nuevas bombas estaban operando las 24 horas del día, en realidad no estaban moviendo el agua a través de la tubería. Con solamente apagarlas la Corporación Municipal de Pune ahorró US$35,000 dólares anuales, sin ninguna reducción del agua suministrada.

 

¿Es un equipo flexible a las demandas cambiantes del sistema?

 

Las demandas del sistema no son estáticas. Aun cuando los sistemas de agua están diseñados para cumplir con las necesidades de uso en horas pico, la mayor parte del tiempo no operan a su carga máxima. Un equipo encargado de la eficiencia en el uso del agua y la energía necesita determinar la forma de optimizar la eficiencia en todo el ciclo de carga. Mediante la utilización del almacenamiento por gravedad, múltiples arreglos de bombas, bombas pequeñas para utilizarse fuera de horas pico y sistemas ASD, pueden diseñarse sistemas para reducir o eliminar las pérdidas por falta de eficiencia en las demandas cambiantes del sistema.

 

Por ejemplo, en el caso de Kolhapur, India, se llevó a cabo una evaluación con la ayuda de USAID para maximizar la eficiencia del actual sistema de bombeo, dividiendo mejor las necesidades de carga entre ocho bombas. Se determinó que la empresa podía ahorrar anualmente más de 2 millones de kWh y 8 millones de rupias (US$180,000) tan sólo igualando la carga requerida en un momento dado, con la combinación más eficiente de bombas para ello.

 

¿Son eficientes los controles?

 

Los sistemas computarizados de control pueden ayudar a reducir el uso de energía monitoreando la eficiencia de las bombas, manejando su operación, desplazando las cargas en horas no pico y controlando los sistemas VFD de las bombas. Por ejemplo, los controles de lógica programable aplicados a equipo controlado eléctricamente como los sistemas VFD para bombas, pueden ayudar a minimizar el tiempo de operación del equipo. También permiten a las empresas aprovechar los precios más bajos de la electricidad cuando la empresa eléctrica cobra diferentes precios por kilovatio-hora durante el día.

 

Otro tipo de control es el proporcional, integral y derivativo (PID, por sus siglas en inglés). Estos controles PID pueden utilizarse para moderar los flujos de aguas residuales en lugar de permitir que tengan incrementos súbitos y luego se detengan. No solamente se consume menos energía, sino también puede evitarse el mal olor del drenaje. Las compañías Moulton Niguel Water District y Madera Valley Water Company son dos empresas de servicio de agua ubicadas en California, que han reducido en forma significativa los costos de operación mediante la utilización de controles PID.

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