Caso
Cómo la gestión óptima de la presión con DDD de Grundfos permitió reducir en un 43% el consumo de energía
La situación
Goleniów Water and Sewage Utility (GWiK) es una empresa pionera ampliamente reconocida en la región por su compromiso con la innovación en diversos sectores. La sostenibilidad es la piedra angular del planteamiento estratégico de GWiK, que se pone de manifiesto en la aplicación de soluciones de vanguardia. La dedicación de GWiK a la sostenibilidad se ejemplifica mediante inversiones estratégicas en fuentes de energía renovables y electromovilidad.
Además, la utilización de lodos sólidos del proceso de tratamiento de aguas residuales para crear abono natural para las plantas pone de manifiesto sus medidas proactivas para reducir el impacto medioambiental. Con nueve depuradoras, GWiK atiende con eficacia las necesidades de más de 30.000 habitantes del condado de Goleniów, así como de plantas industriales e instalaciones públicas.
La mayor estación de Goleniów, responsable de abastecer más del 85% de la demanda de agua potable de los consumidores, utilizaba un sistema compuesto por cuatro bombas horizontales monoetapa, cada una con una potencia de 37 kW, junto con un sistema de control proporcional de la presión.
GWiK se mantiene a la vanguardia de la eficiencia analizando sistemáticamente el agua no facturada. En 2019, su compromiso con la optimización se tradujo en un encomiable nivel de agua no facturada del 12,54%. El sistema de control de la estación de bombeo gestionaba la presión del agua bombeada a la red de forma proporcional al caudal actual, pero con una característica constante y fija. En 2017, Grundfos propuso una Auditoría DDD a GWiK Goleniów para evaluar el estado del sistema e identificar posibles áreas de mejora.
Instalación de cinco nuevas bombas verticales Grundfos CR125-2-1 de alta eficiencia con variadores de frecuencia específicos.
En 2013, durante una reforma anterior, instalamos bombas de un proveedor diferente. Sin embargo, el consumo de energía no era el objetivo principal del nuevo sistema en aquel momento; se trataba más bien de una sustitución unas bombas por otras. El grupo de presión se controlaba mediante un único variador de frecuencia que, cuando una bomba alcanzaba el 100% de su velocidad, activaba otra a velocidad mínima. Esta configuración planteaba retos, ya que provocaba inestabilidad operativa en los momentos de transición. La bomba se encendía y apagaba alternativamente durante una hora. Ya entonces reconocimos la necesidad de abordar esta cuestión.
La solución
Para determinar la solución óptima para las necesidades del cliente, Grundfos llevó a cabo una exhaustiva auditoría DDD, que incluía un análisis de la red de suministro de agua de la estación de tratamiento de agua potable de Goleniów. El estudio reveló que el sistema existente funcionaba con una eficiencia media inferior al 45%, acompañada de una energía específica relativamente alta que alcanzaba los 0,243 kWh/m3. Además, un examen de puntos específicos de la red de suministro de agua puso de manifiesto notables fluctuaciones de presión correspondientes a la demanda variable existente.
El informe detallado de la auditoría recomendaba la instalación de un nuevo grupo de presión con cinco bombas CR 125-2-1 de alta eficiencia y variadores de frecuencia específicos. Se prevé que esta mejora eleve la eficiencia media al 65% y reduzca el consumo total de energía. Además, el sistema propuesto proporcionará un caudal máximo de 580 m3/h. También, la incorporación del sistema de control DDD facilitará el control dinámico de la presión en puntos de medición estratégicamente situados en la red, optimizando de manera efectiva los ajustes de presión en función de la fluctuante demanda.
Nos dimos cuenta de que la ineficacia no se limitaba a las bombas, sino que el sistema de control tampoco era óptimo. Cuando una parte de las bombas funcionaba al 100% de velocidad, y solo una estaba bajo el control del variador de frecuencia, la eficiencia global del sistema disminuía considerablemente.
El proyecto adoptó un enfoque de diseño y ejecución que incluía la sustitución de cuatro bombas verticales existentes, de 37 kW cada una. Para ello se instaló un grupo de presión con cinco nuevas bombas CR 125-2-1 de 18,5 kW cada una. Además, el proyecto incluyó la instalación de un nuevo armario de control DDD, registradores de datos, sensores para recoger datos de presión de la red de suministro de agua, suministro de módulos de comunicación MODBUS para la integración con el sistema SCADA y la sustitución de tuberías y colectores. Y lo que es más importante, toda la obra se ejecutó con el sistema en funcionamiento, lo que garantizó el suministro ininterrumpido de agua a los usuarios finales.
Grupo de presión con 4 bombas horizontales, 2017 (izquierda). Nuevo Sistema con 5 bombas verticales multietapa CR 125-2-1, 2022 (derecha).
Al no estar familiarizado con el sistema de control DDD, nunca imaginé que pudiéramos lograr resultados tan notables. Al revisar los resultados de la auditoría, nos dimos cuenta de su potencial.
Los resultados obtenidos fueron impresionantes, como demuestra la reducción de la energía específica media del sistema de bombeo de 0,243 kWh/m3 a 0,138 kWh/m3. En solo un año de aplicación, GWiK logró una notable reducción del 43% en el consumo de energía, lo que se traduce en un ahorro anual de más de 194.000 kWh para la instalación actual. Sin embargo, los beneficios iban más allá del ahorro energético.
Dariusz Kozak (Technical Director, GWiK Sp. z o.o.) and Robert Góra (Senior Sales Engineer, Grundfos).
El efecto
La altura del sistema de bombeo influye significativamente en el consumo de energía. Inicialmente, con el sistema de control proporcional de la planta de tratamiento de aguas de Goleniów, la presión en la salida de la estación de bombeo fluctuaba entre 4,2 y 4,4 bares. Sin embargo, tras la implantación y adaptación del sistema DDD de Grundfos, el sistema generó de forma activa y dinámica una curva de control óptima, lo que se tradujo en una reducción de la presión de salida en la estación que oscila entre 3,3 y 4,1 bares. Al mismo tiempo, el sistema estabilizó la presión en el lado de los usuarios finales, garantizando un confort de uso constante independientemente de la demanda actual, la hora del día o la estación del año.
Creíamos que ya habíamos logrado un control óptimo de la presión frente al caudal. Sin embargo, se hizo evidente que existen soluciones capaces de adaptarse dinámicamente a las demandas cambiantes de forma aún más eficaz. Además, observamos que con el control DDD podíamos mantener el confort del usuario final y reducir al mismo tiempo la presión en la red. Esto, a su vez, se tradujo en un menor consumo de energía y una reducción de las pérdidas de agua.
Dada la constante evolución de la red de abastecimiento de agua, el sistema de control DDD utiliza los datos recopilados diariamente para ajustar el control con el fin de lograr una eficiencia óptima.
Como usuario, solo tengo que fijar la presión deseada en los puntos críticos de la red, y el controlador DDD analiza de forma autónoma los datos para ajustar la curva de control. Automáticamente, día tras día, sistemáticamente.
La reducción de la presión en las tuberías contribuye a reducir las fugas subterráneas, lo que se traduce en una disminución de las pérdidas de agua gracias a la optimización de la red. Antes de la renovación, la empresa registraba un 12,5% de agua no facturada (NRW). Tras la implantación de Grundfos DDD, NRW descendió al 9,3%, lo que supone una reducción sustancial de 3,2 puntos porcentuales. De este modo, la empresa evitó la pérdida de casi 60.000 m3 de agua tratada. Teniendo en cuenta el importante coste asociado a la producción de cada m3 de agua potable, por no mencionar el imperativo del uso sostenible de los recursos naturales, estos resultados son dignos de mención.
Además, con la distribución en función de la demanda de Grundfos, el sistema aumenta la presión solo durante los períodos de alta demanda para garantizar el confort del usuario final. Durante los períodos de baja demanda, la presión de descarga disminuye considerablemente. Este control suave minimiza la tensión en las tuberías, lo que provoca menos fallos en la red, reduce los costes de reparación y asegura el suministro de agua.
Grundfos aceptó el reto de abordar nuestros problemas y lograr un resultado final específico. Con ello, han demostrado no solo su papel como proveedores de hardware, sino también como auténticos socios en el proceso de optimización.
Dariusz Kozak, Technical Director at Goleniów Waterworks and Sewage Utility