Costes del Ciclo Vital en sistemas de aguas residuales y cómo minimizarlos

Transcripción

1 Revista del Agua de Grundfos Costes del Ciclo Vital en sistemas de aguas residuales y cómo minimizarlos Por qué debemos tener en cuenta los CCV? Energy Project ( o puede contactar directamente con nosotros. Por qué debemos preocuparnos por los costes del ciclo vital de los sistemas de bombeo? i usted quiere realmente reducir el consumo energético, este un punto excelente para comenzar: Cerca del 20% de la energía eléctrica que se sa en el mundo se desitna a sistemas de bombeo. Y se podría ahorrar al menos entre el 30% y el 50% de la energía consumida por los sistemas de bombeo! Para más detalles, consulte la página web de Grundfos, la iniciativa istemas de bombeo Otros usos Thames Water: El consumo de energía representa el 85% del coste total Para ser más específicos, qué cifras se manejan en relación con el bombeo de aguas residuales? El potencial de ahorro es tan grande como en otros sistemas. Y esto no solamente lo dice Grundfos. Por ejemplo, Thames Water ha realizado una encuesta independiente para evaluar el coste real del funcionamiento de sus sistemas de bombeo a lo largo de la vida total de los mismos. an obtenido los resultados que se muestran a la derecha. Coste inicial 5% Coste de mantenimiento 10% Coste energético 85% Elegir eficiencia siempre compensa Podemos sacar una conclusión muy sencilla a partir del análisis de Thames Water: El dinero mejor invertido se centra en el Coste de Propiedad a largo plazo, no solamente en el coste inicial de compra del equipo de bombeo. Como muestra este gráfico, la decisión de adquirir una bomba más eficiente compensa rápidamente el precio pagado y sigue produciendo beneficios reales. Coste inicial Coste del Ciclo Vital e debe tener en cuenta que marttrim es una característica específica de Grundfos; para más detalles, consulte el apartado acerca de la holgura del impulsor y su impacto en los costes totales. Costes de mantenimiento y funcionamiento Cubrir los gastos Costes de mantenimiento y funcionamiento Bomba barata, de bajo rendimiento Bomba de alto rendimiento y con marttrim Tiempo de amortización Tiempo

2 Cómo puedo reducir los costes a largo plazo? En pocas palabras, la estrategia del Coste del Ciclo Vital persigue ahorrar gastos de consumo energético, de mantenimiento y de servicio. Es rentable a largo plazo. Pero, cómo se puede lograr? Los tres objetivos principales de esta presentación son: Ofrecer una visión general del impacto de la eficiencia de la bomba y el mantenimiento sobre los costes totales del ciclo vital Ofrecer ejemplos concretos de cómo utilizar bombas de aguas residuales Grundfos para reducir los costes totales de funcionamiento Presentar ecuaciones útiles para realizar cálculos prácticos del CCV Los factores del Coste del Ciclo Vital Al estudiar el coste total del ciclo vital de propiedad y funcionamiento de una bomba de aguas residuales, estos son los elementos que hay que tener en cuenta. En ocasiones, no se consideran algunos de estos elementos, o se omite tenerlos en cuenta en conjunto. Pero, verdaderamente, merece la pena hacer el esfuerzo de considerar todos ellos. Y, por supuesto, es preciso considerarlos del modo correcto en vez de hacer suposiciones. Estos elementos son: Cic = coste inicial, precio de adquisición Cin = instalación y puesta en marcha Ce = costes energéticos Co = costes de funcionamiento Cm = costes de mantenimiento Cs = costes de inactividad Cenv = costes medioambientales Cd = costes de retirada de servicio y eliminación Cuándo debo realizar un análisis del CCV? ay dos etapas obvias en las que un análisis del CCV tiene un mayor sentido comercial: al planificar/diseñar un sistema y al adquirir las bombas seleccionadas para el mismo. Conocer los CCV exactos de las distintas alternativas le ayudará a responder a preguntas como las que analizaremos a continuación. Cuál de mis alternativas de inversión es la mejor? Debería sustituir mis bombas antiguas por unas nuevas? Y, cuáles serán las que mejor las sustituyan? Cuáles son las mejores bombas para el diseño de mi sistema? En realidad, cuál es el mejor diseño para un sistema? Etapa de compra Cuál es la mejor respuesta a mi propuesta comercial? El período de evaluación es de 10 años normalmente Cuándo debo realizar un análisis del CCV? ay dos etapas obvias en las que un análisis del CCV tiene un mayor sentido comercial: al planificar/diseñar un sistema y al adquirir las bombas seleccionadas para el mismo. Conocer los CCV exactos de las distintas alternativas le ayudará a responder a preguntas como las que analizaremos a continuación. Temas ay varios aspectos que merece la pena tener en cuenta para reducir los costes totales del ciclo vital. Esta presentación trata de los siguientes temas: Diseño del sistema de bombeo Tamaño y precio de la bomba Distribución de costes Energía específica Eficiencia reducida de la bomba Pérdidas por fugas Análisis del CCV de la bomba Impacto del aumento de la holgura del impulsor Valor actual del coste del ciclo vital Min. 200 mm Min. 100 mm Min. F + F mm Min. 200 mm Min. 200 mm X 2 X 3 X 1 L x) F 1 A 60 o F

3 Posibles errores en el análisis del CCV Un análisis del coste del ciclo vital es una excelente herramienta para comparar distintas propuestas comerciales de bombas teniendo en cuenta las ventajas para el usuario final. Ayuda a centrarse en el coste total de propiedad en vez de considerar únicamente el precio de compra inicial. in embargo, es importante considerar los hechos de modo correcto. i las cifras utilizadas para calcular los costes de energía y mantenimiento están fundamentadas en suposiciones, el resultado del análisis no será completamente fiable. Por lo tanto, utilicemos datos correctos! Con esta idea en mente, vamos a examinar de cerca la etapa de planificación y diseño, y qué aspectos debemos considerar. Diseño del sistema de bombeo Al diseñar un sistema de bombeo, tanto el coste del equipo como el coste de funcionamiento se relacionan directamente con el tamaño de la tubería ascendente principal. Un menor diámetro de la tubería ascendente principal implica Menores costes de adquisición de las tuberías Mayor inversión en las bombas Mayores costes energéticos La tubería ascendente principal se selecciona basándose en los siguientes factores: Economía Diámetro interno requerido para la aplicación Caudal mínimo requerido Velocidad de la aplicación Costes Tamaño de la tubería Velocidad del caudal 1. Coste de adquisición de la tubería ascendente principal 2. Coste de adquisición de la estación de bombeo 3. Coste de energía 4. Coste total Diseño del sistema de bombeo Por tanto, qué debería escoger? El diámetro óptimo de la tubería ascendente principal depende de si la estación de bombeo funcionará todo el tiempo o sólo de modo intermitente. Las estaciones con relativamente pocas horas de funcionamiento se pueden conectar a tuberías ascendentes principales más pequeñas. Esto se debe a que se acepta una fricción más elevada; el resultado será un mayor consumo energético para compensar la fricción mayor, pero los costes energéticos totales no serán necesariamente excesivos. Las estaciones con muchas horas de funcionamiento se pueden conectar a tuberías ascendentes principales más grandes para reducir la fricción, de manera que también se reduce el consumo energético de cada hora de funcionamiento. 200 Price/P N Precio (%) PN (%) Los costes reales de las estaciones de bombeo pequeñas Como muestra esta figura, el mantenimiento es en realidad el factor principal en los costes de las estaciones de bombeo a escala pequeña, y supera por un margen escaso los costes del consumo energético. 43% 40% 16% 1% Costes de mantenimiento Costes energéticos Precio de compra Costes medioambientales Los costes reales de las estaciones de bombeo grandes Esto contrasta con el panorama general para las estaciones de bombeo grandes, donde los propios cálculos de Grundfos están en conformidad con los análisis que hemos visto de Thames Water. 10% 84% 5% 500 P N (kw) Costes de mantenimiento Costes energéticos Precio de compra Funcionamiento intermitente < % Costes medioambientales Funcionamiento continuo Consumo energético frente a mantenimiento En el caso de las bombas de aguas residuales más pequeñas (10 kw o menores), el consumo energético no es necesariamente el punto principal que se debe considerar. El número de horas de funcionamiento por año es, a menudo, bajo. Y el precio de compra de un equipo eficiente puede parecer alto. Es aquí donde deben tenerse en cuenta los costes de mantenimiento asociados a los distintos tipos de equipos.

4 Conclusiones Para recapitular, durante la fase de planificación y diseño es necesario considerar diversos factores. Para grandes estaciones, una alta eficiencia de la bomba es mucho más importante que el precio de compra inicial, si se desea ahorrar dinero a largo plazo. Para estaciones de bombeo pequeñas y/o con funcionamiento intermitente, un funcionamiento fiable y sin problemas es más importante que la eficiencia energética. En este caso, los costes de mantenimiento son más importantes. Ahora vamos a considerar algunos aspectos específicos más detalladamente. También haremos algunos cálculos. Evite los errores en los cálculos Con mucha frecuencia, los cálculos del consumo energético hacen suposiciones que impiden obtener resultados correctos. Este es el modo de evitar los errores más frecuentes: Cálculo de la energía específica La energía especifica es una función del caudal. Pgr es la energía absorbida por la unidad. Entonces, la energía específica medida en kwh/1000 m 3 es: La densidad 1000 kg/m 3 Cálculo de la energía específica Capacidad de la bomba: 1000 l/s Altura de la bomba: 11,8 m Eficiencia global: 76% Potencia de entrada: 152 kw Donde µ= 0,6 es un coeficiente de caudal g = 9,81 m/s 2 D = mm t = mm = m Bomba convencional con conexión de descarga metal-metal Caudal de fugas Q Nunca dé por supuesto que la eficiencia de la bomba permanece siempre igual debe considerarse la influencia de posibles entradas de aire. Pero la mayoría de la gente no lo hace. No olvide la influencia del desgaste siempre hay que considerar las normas de las pruebas No calcule simplemente considerando una sola bomba funcionando con un régimen fijo es importante incluir la influencia del funcionamiento en paralelo y en distintos puntos de servicio Energía específica: El coste de mover agua agamos unos cálculos. Una cifra importante que debe conocerse es la energía específica de su sistema. El principio es sencillo: un sistema de bombeo se diseña para mover un cierto volumen de aguas residuales desde el punto A hasta el punto B. Pérdidas por fugas Otro aspecto clave que muchos olvidan es el problema de las pérdidas por fugas surgidas entre la brida de descarga de la bomba y el autoacoplamiento. En las bombas convencionales, las fugas son especialmente acusadas en las uniones de metal con metal. El área de fugas es Y el caudal de fugas es Eficiencia reducida de la bomba Estas pérdidas por fugas conducen a una menor eficiencia de la bomba. Brida de descarga de bomba: DN350 Autoacoplamiento: DN350 Apertura de fugas: 3 mm Altura de la bomba: 45 m 0,0042 x 350 x 3 = 30 l/s La energía específica nos indica el coste de mover dicho volumen en Vatios hora por m 3 bombeado Energía utilizada Volumen bombeado Energía específica Bomba convencional con conexión de descarga metal-metal Caudal de fugas Q Pérdidas por fugas, conexión de descarga metal-metal O el caudal Q es entonces Bomba convencional con conexión de descarga metal-metal Caudal de fugas Q

5 Evite las pérdidas por fugas utilizando marteal Grundfos ha desarrollado un sistema que evita ese tipo de pérdidas por fugas: Las fugas se detienen utilizando un cierre de goma perfilada entre la descarga de la bomba y el autoacoplamiento. Autoacoplamiento en DN65 DN500 Otros motivos para las pérdidas por fugas Las fugas reducen la eficiencia de la bomba y las pérdidas por fugas pueden aparecer por diversos motivos: Las pérdidas por fugas internas pueden ser el resultado de diferencias de presión a lo largo de la holgura del impulsor. Elementos abrasivos, como la arena y la grava presentes en las aguas fecales y el agua de lluvia pueden erosionar la holgura. s = 1 mm Q 100 Normalmente, las fugas aparecen en la conexión de descarga La experiencia muestra que la eficiencia de la bomba se reduce de 1 a 3 puntos % anualmente en aplicaciones para aguas residuales La holgura del impulsor y pérdidas de eficiencia de la bomba La pérdida de eficiencia puede estar causada por un aumento de la holgura del impulsor En este ejemplo, la curva describe una bomba de 200 kw con un impulsor con dos canales y cómo le afecta una holgura del impulsor en aumento. Cuando se entrega de la fábrica, la holgura del impulsor es de 1 mm, pero ese valor no es permanente. egún aumenta la holgura del impulsor, la eficiencia se reduce. Esta curva muestra la diferencia del rendimiento y la eficiencia resultante de un aumento de la holgura del impulsor de hasta 3 mm y 6 mm Pérdida de eficiencia para distintos tipos de bombas En la práctica, las bombas para aguas fecales que permanecen en funcionamiento durante cierto tiempo, se vuelven menos eficientes que cuando eran nuevas. in embargo, disponer de la posibilidad de una holgura del impulsor ajustable puede ayudar considerablemente. Por término medio, la eficiencia de los distintos tipos de impulsor decae como se indica a continuación: Impulsor semiabierto sin holgura ajustable: - 5% Impulsor semiabierto con holgura ajustable: - 3% Impulsor cerrado sin espacio de aspiración ajustable: - 3 % (holgura radial) Impulsor cerrado con espacio de aspiración ajustable: - 1,5 % (holgura axial) 0 emiabierto Cerrado; holgura radial Cerrado; holgura axial

6 Recuperación de la eficiencia de la bomba Afortunadamente, gracias a la característica marttrim, las bombas Grundfos pueden recuperar completamente la eficiencia completa que tenían al salir de fábrica. Grundfos marttrim marttrim es un sistema de holgura del impulsor ajustable que permite modificar dicha holgura sin necesidad de desconectar ni desmontar la bomba. Las bombas para aguas fecales tradicionales necesitan desconectarse de las tuberías y desmontarse. marttrim es un sistema mucho más rápido y una forma más sencilla para recuperar la eficiencia. Cálculo del efecto del aumento de la holgura del impulsor La presión fuera de la holgura es aproximadamente la mitad de la altura de la bomba (/2) El factor de caudal para holguras es aprox. 0,6 Tomando en cuenta lo anterior, podemos calcular el caudal de fugas: El valor relativo de reducción de eficiencia es: A continuación se presentan unas fórmulas que permiten calcular cuánto afecta la holgura del impulsor a la eficiencia de las bombas. olgura del impulsor afectada por el desgaste El desgaste por el uso aumenta la holgura del impulsor, lo cual reduce la eficiencia de la bomba. A menos que se recuperen los ajustes de fábrica, la eficiencia continuará reduciéndose como se ilustra a continuación. Cálculo del efecto del aumento de la holgura del impulsor El diámetro de la entrada del impulsor es Reducción de la eficiencia de la bomba en puntos olgura del impulsor con ajuste de fábrica Alrededor del mejor punto de eficiencia, la velocidad de entrada es de 4,5 m/s El área del espacio de aspiración es Años Q

7 Cálculo del efecto del aumento de la holgura del impulsor Capacidad de la bomba: 1800 l/s Altura de la bomba: 20 m olgura del impulsor: 2 mm Valor actual de Coste del ciclo vital Valor actual del CCV = coste de compra + PV (valor actual) de: costes energéticos mantenimiento rutinario repuestos rutinarios revisiones programadas de mantenimiento repuestos para revisiones PV= coste anual / [1+(tasa de interés tasa de inflación)] ]1-n - consulte las definiciones en las siguientes páginas Cálculo del efecto del aumento de la holgura del impulsor Cuando aumenta el espacio de holgura, se debe sustituir por El caudal de fugas aumenta y, en consecuencia, aumenta la velocidad de vórtice entre la carcasa de la bomba y el impulsor se acelera, reduciendo la presión fuera del espacio de aspiración. Las mediciones reales muestran que este factor resulta ser aproximadamente el doble que la reducción de presión, lo cual significa que se puede sustituir por Por lo tanto, podemos ver que al aumentar la holgura del impulsor la eficiencia disminuye un 11%. Definición: Mantenimiento rutinario A efectos de este cálculo, el mantenimiento rutinario comprende lo siguiente: 1. Comprobación anual y reajuste de la holgura del impulsor Esto se recomienda para bombas con holgura del impulsor ajustable cuando la holgura es de 2 mm 1. Comprobación del aceite 2. Inspección visual de la bomba / estación de bombeo Miramos al futuro para poder ofrecerle las mejores soluciones de aguas residuales también mañana La ecuación que hemos visto anteriormente puede Valor actual del Coste del Ciclo Vital Otra fórmula útil ofrece más detalles acerca del valor actual de minimizar el coste total del ciclo vital. Puede ser muy instructivo tener una idea de cuánto se puede ahorrar hoy gastando un poco más. Cálculo del efecto del aumento de la holgura del impulsor Después de procesar la ecuación y las unidades, podemos calcular la disminución relativa de eficiencia y altura por medio de las siguientes ecuaciones donde: Q = l/s = m = mm y son valores relativos. La ecuación es aproximadamente válida alrededor del punto de mayor eficiencia. C p = Coste por elemento n= número de años i = tasa de interés p= inflación anual media estimada i-p = tasa neta real Valor actual del Coste del ciclo vital Coste por elemento considerado sobre un período de 10 años Tasa de interés: 5% Inflación anual media: 2%