Story Transcript
USO DE LOS VARIADORES DE FRECUENCIA EN EL CONTROL DE PROCESO DE PLANTAS DESALADORAS Noemí Sánchez, Andrea Dapueto, Juan María Sánchez
IX congreso internacional
Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012
IX congreso internacional
Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012
-‐ 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
IX congreso internacional
Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012
Producción Temperatura agua de mar Salinidad agua de mar Número líneas/Pasos Membranas Recuperación Energía Conversión OI Rendimiento BAP Rendimiento motor BAP Rendimiento BR Rendimiento motor BR
IX congreso internacional
60.000 m3/día 15-‐26 °C 38.000 mg/L 3/1 PA, AE SIP 43 % 84 % 96,4 % 85,5 % 96 %
Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012
Condiciones de funcionamiento de la planta desaladora Tª (°C) Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Sepcembre Octubre Noviembre Diciembre
IX congreso internacional
15 15 15 16 18 22 24 26 24 22 19 16
Ensuciamiento Pérdida Producción (Fouling carga rack (días) Factor) (bar) 0,85 1,5 31 0,80 2 29 0,80 2 31 0,75 2,5 30 0,75 2,5 31 0,85 1,5 27 0,85 1,5 31 0,80 2 31 0,80 2 30 0,75 2,5 31 0,75 2,5 30 0,85 1,5 28
Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012
Solución 1 de control del proceso FIT
FE
Bomba de alta presión
Bomba de recirculación
Sistemas de intercambio de presión
FIT
FE
Qp = cte = 60.000 [m3/día]/ 3 [líneas]/ 24 [h/día] = 833,34 m3/h FC = 43 % = (1 – Qs/Qa)*100
IX congreso internacional
Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012
Solución 2 de control del proceso FIT
FE
VF
Bomba de alta presión
Bomba de recirculación
M
Sistemas de intercambio de presión
FIT
FE
Qp = cte = 60.000 [m3/día]/ 3 [líneas]/ 24 [h/día] = 833,34 m3/h FC = 43 % = (1 – Qs/Qa)*100
IX congreso internacional
Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012
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 = 60.000 [m3/día]/ 3 [líneas]/ 24 [h/día] = 833,34 m3/h FC = 43 % = (1 – Qs/Qa)*100
IX congreso internacional
Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012
Solución 4 de control del proceso FIT
FE
M
VF
VF
Bomba de alta presión
Bomba de recirculación
M
Sistemas de intercambio de presión
FIT
FE
Qp = cte = 60.000 [m3/día]/ 3 [líneas]/ 24 [h/día] = 833,34 m3/h FC = 43 % = (1 – Qs/Qa)*100
IX congreso internacional
Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012
-‐ Presión de entrada a membranas → f (pérdida de carga rack & temperatura del agua de mar) -‐ Caudal de entrada a membranas = constante = QBAP + QBR -‐ Bomba de Alta Presión: 2000 kW, 6 kV -‐ Bomba de Recirculación: 250 kW, 400V
IX congreso internacional
Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012
η
TDH
↑ Temperatura ↓ Pérdida de carga
Caudal
IX congreso internacional
↓ Temperatura ↑ Pérdida de carga
Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012
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 ρam [kg/ L] x 0,002725 / ηb / ηm
IX congreso internacional
Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012
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 ρam [kg/ L] x 0,002725 / ηb / ηm / ηVF
IX congreso internacional
Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012
Bomba de Alta Presión 49
Mill kWh/año
48,8 48,6 48,4 48,2 48 47,8 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
IX congreso internacional
Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012
Bomba de Alta Presión Rendimiento del variador (%) 95,0% 95,5% 96,0% 96,5% 97,0% 97,5% 98,0%
Aumento/disminución de Ahorro/coste con potencia consumida con la la instalación de instalación de variadores variadores (kWh/año) (euros/año) 531.877,38 20.534,72 276.486,14 10.674,58 23.755,23 917,14 -‐226.356,71 -‐8.739,18 -‐473.890,18 -‐18.295,95 -‐718.884,84 -‐27.754,71 -‐961.379,56 -‐37.116,94
Precio energía → 0,038608 euros/kwh Variador de frecuencia: 2.000 kW 6 kV → 247.000 euros Válvula de control → 3.000 euros Tasa de retorno → (247.000x3-‐3.000x3)/37.116,94 = 19,7 años
IX congreso internacional
Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012
Bomba de Recirculación 6,45
Mill kWh/año
6,4 6,35 6,3 6,25 6,2 6,15 6,1 6,05 6 91,50%
92,50%
93,50%
94,50%
95,50%
96,50%
97,50%
Rendimiento del variador de frecuencia
Válvula de Control Variador de Frecuencia
IX congreso internacional
Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012
98,50%
Bomba de Recirculación
0,038608 euros/kwh
Aumento/disminución de Ahorro/coste con Rendimiento potencia consumida con la la instalación de del variador instalación de variadores variadores (%) (kWh/año) (euros/año) 92,0% 41.256,32 1.592,82 95,0% -‐161.684,45 -‐6.242,31 95,5% -‐194.268,30 -‐7.500,31 96,0% -‐226.512,75 -‐8.745,20 96,5% -‐258.423,05 -‐9.977,20 97,0% -‐290.004,38 -‐11.196,49 97,5% -‐321.261,80 -‐12.403,28 98,0 % -‐352.200,27 -‐13.597,75 Precio energía → 0,038608 euros/kwh Variador de frecuencia: 250 kW 400 V → 16.800 euros Válvula de control → 9.500 euros Tasa de retorno → (16.800x3-‐9.500x3)/8.745,2 = 2,5 años
IX congreso internacional
Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012
Otros condicionantes:
IX congreso internacional
-‐ 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] = 1.036.800,00 kWh/año de energía calorífica al ambiente. Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012
Otros condicionantes: -‐ Pueden requerir medidas especiales de refrigeración: -‐ Refrigeración aire-‐aire, agua-‐aire. -‐ 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).
IX congreso internacional
Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012
IX congreso internacional
-‐ 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. Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012
Muchas gracias USO DE LOS VARIADORES DE FRECUENCIA EN EL CONTROL DE PROCESO DE PLANTAS DESALADORAS IX congreso internacional
Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012