USO DE LOS VARIADORES DE FRECUENCIA EN EL CONTROL DE PROCESO DE PLANTAS DESALADORAS

Transcripción

1 USO DE LOS VARIADORES DE FRECUENCIA EN EL CONTROL DE PROCESO DE PLANTAS DESALADORAS Noemí Sánchez, Andrea Dapueto, Juan María Sánchez

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3 Variadores de frecuencia vs válvulas de control en plantas desaladoras Estudio planta desaladora Hpica de OI de agua de mar A lo largo de un año, variación ensuciamiento membranas y temperatura agua de mar Cálculo del consumo de energía Resultados y conclusiones del estudio

4 Producción m3/día Temperatura agua de mar 1526 C Salinidad agua de mar mg/l Número líneas/pasos 3/1 Membranas PA, AE Recuperación Energía SIP Conversión OI 43 % Rendimiento BAP 84 % Rendimiento motor BAP 96,4 % Rendimiento BR 85,5 % Rendimiento motor BR 96 %

5 Condiciones de funcionamiento de la planta desaladora Tª ( C) Ensuciamiento (Fouling Factor) Pérdida carga rack (bar) Producción (días) Enero 15 0,85 1,5 31 Febrero 15 0, Marzo 15 0, Abril 16 0,75 2,5 30 Mayo 18 0,75 2,5 31 Junio 22 0,85 1,5 27 Julio 24 0,85 1,5 31 Agosto 26 0, Sepcembre 24 0, Octubre 22 0,75 2,5 31 Noviembre 19 0,75 2,5 30 Diciembre 16 0,85 1,5 28

6 Solución 1 de control del proceso FIT FE Bomba de alta presión Bomba de recirculación Sistemas de intercambio de presión FIT FE Qp = cte = [m 3 /día]/ 3 [líneas]/ 24 [h/día] = 833,34 m 3 /h FC = 43 % = (1 Qs/Qa)*100

7 Solución 2 de control del proceso FIT FE Bomba de alta presión VF M Bomba de recirculación Sistemas de intercambio de presión FIT FE Qp = cte = [m 3 /día]/ 3 [líneas]/ 24 [h/día] = 833,34 m 3 /h FC = 43 % = (1 Qs/Qa)*100

8 Solución 3 de control del proceso FIT FE M VF Bomba de alta presión Bomba de recirculación Sistemas de intercambio de presión FIT FE Qp = cte = [m 3 /día]/ 3 [líneas]/ 24 [h/día] = 833,34 m 3 /h FC = 43 % = (1 Qs/Qa)*100

9 Solución 4 de control del proceso FIT FE M VF Bomba de alta presión VF M Bomba de recirculación Sistemas de intercambio de presión FIT FE Qp = cte = [m 3 /día]/ 3 [líneas]/ 24 [h/día] = 833,34 m 3 /h FC = 43 % = (1 Qs/Qa)*100

10 Presión de entrada a membranas f (pérdida de carga rack & temperatura del agua de mar) Caudal de entrada a membranas = constante = Q BAP + Q BR Bomba de Alta Presión: 2000 kw, 6 kv Bomba de Recirculación: 250 kw, 400V

11 η Temperatura Pérdida de carga TDH Temperatura Pérdida de carga Caudal

12 Válvula de control pérdida de energía en todas las condiciones de funcionamiento, excepto en el caso más desfavorable η Temperatura Pérdida de carga TDH Temperatura Pérdida de carga Caudal Potencia consumida [kw] = Caudal [m3/h] x TDH [m] x ρ am [kg/ L] x 0, / η b / η m

13 Variador de frecuencia pérdida de energía debida al rendimiento del variador de frecuencia η Temperatura Pérdida de carga TDH Temperatura Pérdida de carga Caudal Variador de Frecuencia Potencia consumida [kw] = Caudal [m3/h] x TDH [m] x ρ am [kg/ L] x 0, / η b / η m / η VF

14 Bomba de Alta Presión Mill kwh/año 49 48,8 48,6 48,4 48, ,8 47,6 47,4 47,2 94,50% 95,00% 95,50% 96,00% 96,50% 97,00% 97,50% 98,00% 98,50% Rendimiento del variador de frecuencia Válvula de Control Variador de Frecuencia

15 Bomba de Alta Presión Rendimiento del variador (%) Aumento/disminución de potencia consumida con la instalación de variadores (kwh/año) Ahorro/coste con la instalación de variadores (euros/año) 95,0% , ,72 95,5% , ,58 96,0% ,23 917,14 96,5% , ,18 97,0% , ,95 97,5% , ,71 98,0% , ,94 Precio energía 0, euros/kwh Variador de frecuencia: kw 6 kv euros Válvula de control euros Tasa de retorno ( x33.000x3)/37.116,94 = 19,7 años

16 Bomba de Recirculación Mill kwh/año 6,45 6,4 6,35 6,3 6,25 6,2 6,15 6,1 6, ,50% 92,50% 93,50% 94,50% 95,50% 96,50% 97,50% 98,50% Rendimiento del variador de frecuencia Válvula de Control Variador de Frecuencia

17 Bomba de Recirculación 0, euros/kwh Rendimiento del variador (%) Aumento/disminución de potencia consumida con la instalación de variadores (kwh/año) Ahorro/coste con la instalación de variadores (euros/año) 92,0% , ,82 95,0% , ,31 95,5% , ,31 96,0% , ,20 96,5% , ,20 97,0% , ,49 97,5% , ,28 98,0 % , ,75 Precio energía 0, euros/kwh Variador de frecuencia: 250 kw 400 V euros Válvula de control euros Tasa de retorno (16.800x39.500x3)/8.745,2 = 2,5 años

18 Otros condicionantes: Los variadores de frecuencia de motores de media tensión son equipos complejos que requieren un mantenimiento especializado, aumenta el OPEX. La instalación de variadores de frecuencia puede aumentar el CAPEX: En baja tensión habitualmente se precisa el filtrado de armónicos. En media tensión se precisan transformadores dedicados. Las pérdidas de los variadores de frecuencia son energía calorífica que pasa al ambiente. Por ejemplo BAP: 2000 [kw]*3 [unidades]*2% de pérdidas*24 [horas/día]*360 [días/año] = ,00 kwh/año de energía calorífica al ambiente.

19 Otros condicionantes: Pueden requerir medidas especiales de refrigeración: Refrigeración aireaire, aguaaire. Extracción forzada directa que opcmice el sistema de refrigeración. Instalación de los variadores en locales independientes. Instalación de cables apantallados entre variador y motor y restricciones de la longitud del cable. Los motores precisan mayor aislamiento. Los transformadores deben tener pantalla electrostácca. Se requieren transformadores desclasificados (sobredimensionados).

20 Según el estudio realizado, para una planta desaladora Hpica, para el control del proceso de OI con SIP: Es recomendable instalar variador de frecuencia en la bomba de recirculación. Es recomendable instalar una válvula de control frente al variador de frecuencia en la bomba de alta presión. No siempre la uclización de un variador frente a una válvula de control implica una reducción de consumo de energía, depende en gran medida del rendimiento del variador. Es recomendable analizar los condicionantes de diseño y mantenimiento que imponen este cpo de equipo y las condiciones de funcionamiento esperadas en la planta desaladora para el correcto cálculo del Capex y Opex de la instalación.

21 Muchas gracias USO DE LOS VARIADORES DE FRECUENCIA EN EL CONTROL DE PROCESO DE PLANTAS DESALADORAS