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

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IX

 congreso  

internacional

 

Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012

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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IX

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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  

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Producción        60.000  m3/día   Temperatura  agua  de  mar  15-­‐26  °C  

Salinidad  agua  de  mar    38.000  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  %  

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Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012 Tª  (°C) Ensuciamiento  (Fouling   Factor) Pérdida   carga  rack   (bar) Producción   (días)   Enero 15 0,85 1,5 31 Febrero 15 0,80 2 29 Marzo 15 0,80 2 31 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 0,80 2 31 Sepcembre 24 0,80 2 30 Octubre 22 0,75 2,5 31 Noviembre 19 0,75 2,5 30 Diciembre 16 0,85 1,5 28

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Bomba de alta presión Bomba de recirculación FE FIT FE FIT Sistemas de intercambio de presión

Qp  =  cte  =  60.000  [m3/día]/  3  [líneas]/  24  [h/día]  =  833,34  m3/h  

FC  =  43  %  =  (1  –  Qs/Qa)*100  

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Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012 FE FIT Bomba de alta presión Bomba de recirculación Sistemas de intercambio de presión M VF FE FIT

Qp  =  cte  =  60.000  [m3/día]/  3  [líneas]/  24  [h/día]  =  833,34  m3/h  

FC  =  43  %  =  (1  –  Qs/Qa)*100  

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Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012

M VF FE FIT Bomba de alta presión Bomba de recirculación Sistemas de intercambio de presión FE FIT

Qp  =  cte  =  60.000  [m3/día]/  3  [líneas]/  24  [h/día]  =  833,34  m3/h  

FC  =  43  %  =  (1  –  Qs/Qa)*100  

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Madrid > 12, 13, 14 y 15 de noviembre de 2012

M VF FE FIT Bomba de alta presión Bomba de recirculación Sistemas de intercambio de presión M VF FE FIT

Qp  =  cte  =  60.000  [m3/día]/  3  [líneas]/  24  [h/día]  =  833,34  m3/h  

FC  =  43  %  =  (1  –  Qs/Qa)*100  

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-­‐  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  

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Caudal  

TDH  

↓  Temperatura   ↑  Pérdida  de  carga  

↑  Temperatura   ↓  Pérdida  de  carga   η  

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Caudal  

TDH  

↓  Temperatura   ↑  Pérdida  de  carga  

↑  Temperatura   ↓  Pérdida  de  carga  

Potencia  consumida  [kW]  =  Caudal  [m3/h]  x  TDH  [m]  x  ρam  [kg/ L]  x  0,002725  /  ηb  /  ηm  

Válvula  de  control  →  pérdida  de  energía  en  todas  las  condiciones   de  funcionamiento,  excepto  en  el  caso  más  desfavorable  

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Caudal  

TDH  

↓  Temperatura   ↑  Pérdida  de  carga  

↑  Temperatura   ↓  Pérdida  de  carga  

Variador  de  Frecuencia  

Potencia  consumida  [kW]  =  Caudal  [m3/h]  x  TDH  [m]  x  ρam  [kg/ L]  x  0,002725  /  ηb  /  ηm / ηVF  

Variador  de  frecuencia  →  pérdida  de  energía  debida  al   rendimiento  del  variador  de  frecuencia  

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47,2   47,4   47,6   47,8   48   48,2   48,4   48,6   48,8   49   94,50%   95,00%   95,50%   96,00%   96,50%   97,00%   97,50%   98,00%   98,50%   Mi ll   kW h/ o  

Rendimiento  del  variador  de  frecuencia  

Bomba  de  Alta  Presión  

Válvula  de  Control     Variador  de  Frecuencia  

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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% 531.877,38 20.534,72 95,5% 276.486,14 10.674,58 96,0% 23.755,23 917,14 96,5% -­‐226.356,71 -­‐8.739,18 97,0% -­‐473.890,18 -­‐18.295,95 97,5% -­‐718.884,84 -­‐27.754,71 98,0% -­‐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  

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Bomba  de  Recirculación  

Válvula  de  Control     Variador  de  Frecuencia  

6   6,05   6,1   6,15   6,2   6,25   6,3   6,35   6,4   6,45   91,50%   92,50%   93,50%   94,50%   95,50%   96,50%   97,50%   98,50%   Mi ll   kW h/ o  

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Bomba  de  Recirculación  

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% 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 0,038608  euros/kwh  

Precio  energía    →  0,038608  euros/kwh  

Variador  de  frecuencia:  250  kW  400  V  →  16.800  euros   Válvula  de  control    →  9.500  euros  

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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]  =   1.036.800,00  kWh/año  de  energía  calorífica  al   ambiente.  

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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  

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-­‐  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.  

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DESALADORAS  

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