Impacto de las medidas de eficiencia hidráulica en el consumo energético y su valoración. De Pozos Pozuelos y Viborillas Tanque Los Bosques Rebombeo Los Bosques Tanque de Rebombeo Cloración San Fco. Rebombeo PYTCO Pozo 20 de Noviembre Rebombeo Borjas Tanque Guerrero Tanque Borjas Rebombeo Estadio Tanque Bartola Rebombeo Guadalupe Tanque Ermita Tanque Loma Alta Válvula Cerrada Tanque la Loma Pozos San José 1 y 3 Pozo Matilde Barrera Pozo Carnero Tanque Oscar Flotes T. De Pozos Monclova 1 y 2 Tanque Buenos Aires Pozo Placetas M. en I. Carlos Espino Godínez
Enfoque técnico de Watergy Relación Agua y Energía- Costo Principio hidráulico básico Potencia = ( Q) ( Hb) ( K ) µ ( kw) Constantes K = Cte dependiendo las unidades Variables, sobre las que podemos influir Q = Gasto de agua Hb = Altura Total del Sistema de Bombeo µ = Eficiencia electromecanica Energía = Potencia * Horas de servicio ( kwh)
PROYECTO DE EFICIENCIA ENERGÉTICA INTEGRAL (PEEI) Principales Componentes PROYECTO DE EFICIENCIA ENERGÉTICA DIAGNÓSTICO DE EFICIENCIA ENERGÉTICA PROYECTO DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Medidas de ahorro de energía convencionales (Corto Plazo) Medidas de ahorro que resultan de la optimización hidráulica PROYECTO DE EFICIENCIA HIDRAULICA ANÁLISIS DE DISPONIBILIDAD DE AGUA BALANCE DE AGUA (FUGAS) BALANCE VOLUMETRICO Determinar los gastos aprovechables de las fuentes disponibles Cuantificar los niveles reales de fuga y las acciones de recuperación Análisis y propuesta de optimización de la distribución de caudales MODELACIÓN HIDRÁULICA DE REDES Validar con ingeniería esquemas de distribución de caudal y control de presiones
PROYECTO DE EFICIENCIA ENERGÉTICA INTEGRAL (PEEI) Integrar DIAGNÓSTICO DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Grandes pérdidas de carga Perdida en fugas de agua 8.7% Pérdida de carga en conducción 18.4% BALANCE DE ENERGÍA Prueba 1 Perdida en la succ. y desc. 0.2% Energía de Trabajo Útil 20.3% Perdida en Sist. Electrico 1.9% Perdida en el motor 15.6% Perdida en la bomba 34.9% Conjunto Bomba-Motor ineficientes Medidas de ahorro que resultan de la optimización hidráulica ANÁLISIS DE DISPONIBILIDAD DE AGUA N. Dinamico (Metros) Grafica de Niveles del Pozo 160.0 150.0 140.0 130.0 120.0 110.0 100.0 90.0 80.0 70.0 60.0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Gasto (L./s.) Punto de operación casi al límite de abatimiento BALANCE DE AGUA (FUGAS) + Hay agua suficiente? BALANCE VOLUMÉTRICO MODELACIÓN HIDRÁULICA DE REDES
UNA REGLA FUNDAMENTAL PARA UN PROYECTO DE EFICIENCIA INTEGRAL BUSCAR EL MENOR TRABAJO DE BOMBEO POSIBLE Q X H x 9.81/1000 = Trabajo de bombeo en kw hf= 10 m H en m Q en lps H= 100 m Q = 100 lps 100 x 110 x 9.81/1000 = 107.91 kw
UNA REGLA FUNDAMENTAL PARA UN PROYECTO DE EFICIENCIA INTEGRAL BUSCAR EL MENOR TRABAJO DE BOMBEO POSIBLE Q X H x 9.81/1000 = Trabajo de bombeo en kw H en m Q en lps hf= 4 m H2= 50 m hf= 1 m P1 Q = 100 lps RB2 RB1 H1=hf= 10 m Q1 = 50 lps H= 50 m Equipo Q H TB kw P1 100 51 50.03 RB1 50 10 4.91 RB2 50 54 26.49 TOTAL 81.42 << 107.91
OTRA REGLA FUNDAMENTAL PARA UN PROYECTO DE EFICIENCIA INTEGRAL EQUIPO TRABAJANDO SIEMPRE EN EL RANGO ALTO DE EFICIENCIA NO SALIRSE DEL RANGO ÓPTIMO DE OPERACIÓN DE LA CURVA. ESCOGER EQUIPO CUYO RANGO DE OPERACIÓN HIDRÁULICA DE PROYECTO MANTENGA LA EFICIENCIA Curva de Operación del Equipo de Bombeo Con eficiencia de bomba mayor a 75% 141 < Q < 222 m 3 /h 200 > H > 140 m
UNA REGLA MAS TAMBIÉN FUNDAMENTAL PARA UN PROYECTO DE EFICIENCIA INTEGRAL NO CONFUNDIR AHORROS PUNTUALES POR AHORROS REALES hf= 4 m Operar 12 h a tanque y 12 h a red H2= 50 m hf= 1 m Q = 100 lps H1=hf= 10 m H= 50 m Baja ef. bomba de 79% a 72% Una variación de carga de 44 metros podría sacarnos del punto optimo de eficiencia, haciendo una operación ineficiente. desperdicio de energía
EJEMPLO REAL: rebombeo la Paz El pozo TX316 suministra al rebombeo La Paz y al Tanque Emiliano Zapata, los cuales abastecen las colonias aledañas a la zona; entre ellas, el Conjunto La Paz, Villas del Sol y Emiliano Zapata. Del pozo TX316 al rebombeo La Paz, existen derivaciones hacia las colonias 2 de Marzo y La Comunidad así como a una garza que funciona alrededor de 10 horas continuas. Puntos de operación actuales del rebombeo la Paz 1. Zona Baja (Colonia Zapata) y Conjunto La paz 2. Solo Zona Baja (Colonia Zapata) 3. Zona Alta ( Tanque Emiliano Zapata ) y Conjunto La Paz 4. Solo Zona Alta (Tanque Emiliano Zapata )
Condición operativa Medición anterior. Zona Baja Colonia Zapata y Conjunto La paz Zona Baja Colonia Zapata y Conjunto La paz Solo Zona Baja Colonia Zapata Zona Alta ( Tanque Emiliano Zapata ) y Conjunto La Paz Solo Zona Alta Tanque Emiliano Zapata Resultados de Eficiencia Electromecánica Factor de Pot. Potencia Eléctrica kw Caudal, Q lps A red Retorno Total Presión kg/cm2 CDT m Eficiencia Electromecán ica % 0,77 146,7 63,7 59,3 123 5,4 60 49,3% 0,74 151,7 73,0 57,0 130 5,5 61 51,3% 0,75 154,7 60,0 69,0 129 6,3 69 56,6% 0,75 162,7 87,0 38,0 125 8,3 90 67,7% 0,77 162,67 87,00 36,0 123 8,4 91 67,4% La mejor eficiencia electromecánica, del 67.7 %, es suministrando a la zona alta, pero al subir la carga de 60 a 90 m.c.a., la potencia se incrementa de 146 a 162 kw. La potencia promedio en todas las condiciones de operación es de 155.7 kw lo que equivale a un consumo anual de energía de 1,363,815 kwh/año La recirculación al cárcamo. los rangos de recirculación oscilan del 30 al 50 %, lo cual está representando un desperdicio energético y representan una área de oportunidad de ahorro de energía importante
Curva de operación actual Carga (m.c.a.) 120 100 80 60 40 20 0 122 124 126 128 130 132 134 Gasto (l.p.s.) Q Carga Eficien total cia Em. lps m.c.a. % 123 97 62 124,8 91 67 125 90 67 129 69 56 130,3 60 51 131,6 46 50
Especificaciones de la nueva bomba Criterios de diseño Posición topográfica del tanque y del rebombeo. Medidas con GPS Rebombeo 2261 m, Tanque 2340 m Lo que da una diferencia de 79 m. Pérdidas de carga de la línea actual. Calculadas con el modelo de simulación hidráulica Líneas de conducción (Simulación Actual) Equipos seleccionados para Gasto Operación Diámetro Velocidad Pérdidas por evaluarse (L/s) Longitud (m) menor (pulg) mayor (m/s) cortante (m) Pozo TX316 91 Rebombeo La Paz 1982 14 0.35 0.35 Rebombeo La Paz Equipo 1 123 Tanque Zapata 1971 14 0.96 3.29 Especificaciones básicas recomendadas son: Carga 95 mca. Pero que también trabaje a 60 mca de carga para la zona baja. Caudal: 87 lps. Para reducir la recirculación de agua al cárcamo. Eficiencia mínima de 80 %. Bomba tipo Turbina de flecha vertical lubricación agua, impulsor semiabierto, Motor vertical de flecha hueca de 4 polos de preferencia de alta eficiencia
Selección de equipo Gasto Eficienc ia % Potencia manom étrica kw CDT lps m 115 55 69,9 88,5 112 60 73,1 90,3 104 72 79,2 92,8 91 90 86,2 96,8 87 94,7 82,9 97,1 69 110 79,7 93,9 52 123 71,3 87,8 35 136 53,7 86,5 La curva trabaja bien en todo el rango de operación tandeada La Eficiencia va de 82.9 a 73 % y no de 67 a 50 % actuales
Concepto Eficiencia Motor Eficiencia Bomba Potencia Eléctrica promedio Consumo de energía Situación actual Calculo de ahorros Situación propuesta % 89.6 93.5 % 55-74 73-82 Ahorro kw 155,7 100,2 55.5 kwh/año 1,363,815 876.800 487015,0 Costo anual Sistema $/año 2 182,104 1 402,880 779,224 Ahorro de Energía kwh/año Ahorro en $/año Inversión Estimada $/año Tasa de Retorno de la Inversión años Rebombeo La Paz 474,641 $ 759,425.90 $ 155,480.00 0.20 35 % de ahorro Prácticamente el mismo ahorro estimado anteriormente
Propuesta de mejora en la operación Se modelo la operación asignando demandas a los nodos correspondientes a la Garza existente, a las colonias 2 de Marzo, La Comunidad, Conjunto La Paz, Villas del Sol, Parte Baja de la Colonia Emiliano Zapata y Parte Alta a través del Tanque Zapata. Se proponen dos alternativas : 1. Válvula reguladora para la zona baja a 20 m.c.a. 2. Variador de frecuencia en rebombeo nuevo para zona baja a 10.65 m.c.a., implica 1,265 m de línea nueva de 8. El equipo existente seguirá abasteciendo la zona alta a través del Tanque Zapata. 3. En ambos casos, sectorizar las zonas de influencia NOMBRE DEL EQUIPO Rebombeo La Paz Equipo 1 NOMBRE DEL EQUIPO Rebombeo La Paz Equipo 1 Rebombeo La Paz Equipo 2 CONDICION PROPUESTA Pot. Man. kw Q (lps) H (m.c.a.) ALTA BAJA 87 93 90.3 97.1 CONDICION PROPUESTA Potencia Man Q (lps) H (m.c.a.) kw 47 93 51.2 20 43 10.4 Beneficios. Ahorro de energía y servicio continuo
PROYECTO DE EFICIENCIA ENERGÉTICA INTEGRAL (PEEI) Integrar DIAGNÓSTICO DE EFICIENCIA ENERGÉTICA Grandes pérdidas de carga Perdida en fugas de agua 8.7% Pérdida de carga en conducción 18.4% BALANCE DE ENERGÍA Prueba 1 Perdida en la succ. y desc. 0.2% Energía de Trabajo Útil 20.3% Perdida en Sist. Electrico 1.9% Perdida en el motor 15.6% Perdida en la bomba 34.9% Conjunto Bomba-Motor ineficientes Medidas de ahorro que resultan de la optimización hidráulica ANÁLISIS DE DISPONIBILIDAD DE AGUA N. Dinamico (Metros) Grafica de Niveles del Pozo 160.0 150.0 140.0 130.0 120.0 110.0 100.0 90.0 80.0 70.0 60.0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Gasto (L./s.) Punto de operación casi al límite de abatimiento BALANCE DE AGUA (FUGAS) + Hay agua suficiente? BALANCE VOLUMÉTRICO MODELACIÓN HIDRÁULICA DE REDES
GRACIAS