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Sostenibilidad y eficiencia energética en el sector del agua

Para asegurar el suministro futuro de agua son necesarias enormes inversiones en infraestructuras hidráulicas, tanto para rehabilitar los sistemas y plantas deteriorados como para ampliar las infraestructuras construyendo nuevas instalaciones. Dependiendo de la zona, estas inversiones se producirán en diversas aplicaciones de agua y de aguas residuales. Incluyen, por ejemplo, estaciones de bombeo para sistemas de transporte de agua, desalinización, tratamiento de aguas municipales e industriales, reutilización y reciclado, distribución de agua, tratamiento de aguas residuales municipales e industriales y programas de riego para la agricultura.
Dichas inversiones no deben centrarse exclusivamente en el aspecto material de las infraestructuras, sino que también deben incluir su explotación y mantenimiento. Un factor común a todas las aplicaciones de aguas y aguas residuales mencionadas anteriormente es que todas ellas son procesos muy consumidores de energía ➔ 3.

Evaluación de la eficiencia energética
Para conseguir un mayor grado de eficiencia energética, es preciso tener en cuenta todo el proceso para aprovechar todas las oportunidades de mejora de la eficiencia y priorizarlas correctamente, tanto durante la fase de diseño como en las plantas y sistemas ya en funcionamiento. Un ejemplo de este enfoque es el concepto de ABB de evaluación en eficiencia energética industrial. Con esta metodología, el punto de interés no está sólo en los componentes individuales del equipo, sino en el sistema general, teniendo en cuenta los procesos y la organización de dicho sistema, así como el consumo de la instalación. Este concepto de eficiencia energética utiliza un enfoque por etapas que consta de una etapa de identificación de oportunidades, una etapa de plan director diseñada para evaluar y priorizar oportunidades identificadas de mejora y, por último, una etapa de implantación. La implantación es un esfuerzo conjunto de ABB y del cliente en el que intervienen expertos de distintas disciplinas.

Identificación de oportunidades
Durante esta etapa se evalúa la eficiencia de los sistemas de servicios existentes y se identifican las posibles mejoras en control de procesos, modificación de equipos o tecnologías eficientes de energías alternativas. Los datos disponibles sobre consumo o condiciones de caudal así como las evaluaciones de las plantas se consideran datos para el análisis. El control, la determinación de objetivos y la evaluación de comportamientos y prácticas en relación con la eficiencia energética también forman parte de esta etapa. Durante la identificación de oportunidades se lleva a cabo un análisis crítico de los componentes del proceso en curso. Se examinan aspectos como los siguientes:
- Antes de nada ¿es necesario que funcione el equipo del proceso?
- ¿Puede utilizarse durante menos horas, por ejemplo, uso a tiempo parcial en lugar de uso permanente?
- ¿Puede conseguir el proceso o el equipo los mismos resultados con un caudal menor?

Las respuestas a estas preguntas proporcionan una primera indicación de las posibilidades de optimización de la eficiencia energética.
Por ejemplo, examinando más de cerca el proceso biológico de una planta de tratamiento de aguas residuales, deben analizarse con más detalle las siguientes oportunidades generales ya que, como indica la experiencia, el potencial de mejora de la eficiencia energética tiene relación con ellas:
- Optimización de la recirculación de lodos.
- Optimización de la secuencia de los aireadores de disco.
- Reducción del tiempo de permanencia de los lodos.
- Implantación o modificación de controles avanzados.
- Cambio del tipo de aireador seleccionado u optimización de los aireadores.

El análisis y la aplicación de medidas de eficiencia energética en un proceso de tratamiento debe tener siempre en cuenta que existe el riesgo de que la reducción del consumo de energía afecte negativamente al funcionamiento del proceso biológico, por ejemplo, reduciendo la cantidad de oxígeno disponible para el proceso de digestión. Así pues, deben elegirse cuidadosamente las medidas adoptadas y tener en cuenta su posible efecto en el proceso y en el funcionamiento.

El plan director
Durante la etapa de desarrollo del plan director, el conjunto de oportunidades seleccionadas de ahorro energético se convierte en un plan de ejecución. Para cada una de las oportunidades, se consideran los aspectos clave de su implantación. En la etapa de desarrollo del plan director se celebran seminarios de coordinación y priorización con los clientes para definir elementos tales como la magnitud del ahorro de energía y el nivel de inversión o sus limitaciones. El plan se desarrolla en base a la evaluación del las oportunidades en términos de:
- Viabilidad técnica y fiabilidad de los datos sobre la oportunidad de ahorro de energía.
- Repercusión en el negocio y requisitos de desarrollo de la oportunidad de ahorro de energía.
- Plazo de implantación de las medidas de ahorro energético, incluyendo presupuesto y disponibilidad de la planta.
- Tiempo estimado de amortización total de la inversión.
Como parte de esta etapa, los proyectos se dividen en dos niveles:
- El nivel 1 describe las oportunidades seleccionadas para su desarrollo inmediato y su puesta en marcha.
- El nivel 2 recoge las oportunidades que requieren más información antes de elegirlas y desarrollarlas.
Mientras que para el nivel 1 se generan ya las especificaciones de proyecto, para el nivel 2 se crea un resumen para poder confirmar el proyecto.

Fase de implantación
Las medidas de implantación se basan en los resultados del plan director. Para las medidas de implantación, la configuración del equipo humano de implantación depende de la naturaleza de los propios proyectos y de las capacidades disponibles dentro de la organización del cliente.

Eficiencia energética en distintas aplicaciones
Considerando, por ejemplo, las estaciones de bombeo, una de las posibilidades para conseguir importantes ahorros de energía tiene que ver con el control del caudal y de la presión. El control se puede conseguir con una solución mecánica o eléctrica. En muchos casos, las bombas pueden funcionar a carga parcial y por tanto se pueden conseguir enormes ahorros de energía mediante el control de la presión y el caudal de salida variando la velocidad en lugar de utilizando válvulas de estrangulamiento para el control mecánico ➔ 4 ➔ 5.


 
La solución más elegante y eficiente desde el punto de vista energético es utilizar accionamientos de frecuencia variable que permiten cambios del volumen de producción adaptando la velocidad del motor. Este enfoque es comparable a reducir la velocidad levantando el pie del acelerador y cambiando a una marcha más corta. Para bombas con carga estática relativamente baja, la mayor parte de la presión de salida de la bomba se emplea en vencer las pérdidas por rozamiento en la tubería. Al reducir la velocidad con un accionamiento de velocidad variable (VSD) para disminuir el caudal, la presión disminuye también. De esta forma las bombas funcionan en su punto de máxima eficiencia (BEP) dentro del intervalo de velocidades de funcionamiento del accionamiento, con las claras ventajas de ahorro de energía, disminución de emisiones de CO2 y costes de explotación reducidos al mínimo, así como un control del proceso rápido y preciso. Los VSD también pueden actuar como arrancadores suaves, disminuyendo así el esfuerzo de la red, de los motores y de las bombas. Durante el proceso de arranque, los VSD aumentan progresivamente la velocidad del motor y aceleran suavemente la carga hasta la velocidad nominal. Puede utilizarse un único accionamiento de velocidad variable para arrancar varias bombas consecutivamente. La función de arranque suave elimina las elevadas intensidades de arranque y las caídas de tensión que pueden provocar desconexiones del proceso, por lo que se reducen los costes de mantenimiento y se prolonga la vida útil de los equipos del sistema. Si la demanda de agua disminuye, los VSD reducen lentamente la velocidad de las bombas, evitando golpes de ariete y garantizando una velocidad mínima del agua en el sistema.


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