Gestión de los activos de la estación de bombeo para obtener el TCO más bajo y la máxima eficacia
Las operaciones de agua y aguas residuales están bajo una presión cada vez mayor para lograr objetivos ambiciosos para la prestación de servicios, el cumplimiento normativo y la resiliencia en la gestión de una infraestructura grande y obsoleta. Con un capital limitado, deben encontrar formas de extender la vida útil de los activos vitales, priorizar la renovación y defenderse de las amenazas de seguridad cibernética. Para enfrentar estos desafíos, muchos buscan ahorros en el mantenimiento de la energía de la estación de bombeo y los costos operativos, que consumen aproximadamente el 75 % del presupuesto típico de una estación de bombeo.
Abordar estos problemas requiere el acceso oportuno y la manipulación de los datos de rendimiento, que están disponibles para la industria del agua a través de la transformación digital que ahora está teniendo lugar en toda la industria. La transformación digital promete aprovechar los volúmenes de información que surgen a raíz de las operaciones industriales y aplicarlos para mejorar las operaciones. Lo hace añadiendo inteligencia y conectividad a activos previamente aislados, sincronizando el control y las comunicaciones entre ellos y compartiendo información con aplicaciones analíticas. En la base de la arquitectura se encuentran las bombas, los motores, los accionamientos y otros activos que se vuelven cada vez más inteligentes y conectados.
Mejora de la estación de bombeo
Para las estaciones de bombeo, un enfoque estructurado de la digitalización significa una mayor capacidad para contener los costos. Podría reducir los costos de energía de la estación de bombeo al permitir que la operación se acerque más a las curvas objetivo al aprovechar el equipo más eficiente y los períodos de menor costo al igualar los puntos de ajuste u optimizar los cargos en las facturas de energía para evitar cargos por demanda y penalizaciones por factor de potencia.
Reduciendo costos
La digitalización podría reducir los costos de mantenimiento al permitir que la operación de la bomba esté más cerca de los puntos de mejor eficiencia (BEP) al:
eliminando la inspección a través de un monitoreo avanzado
aumentar el mantenimiento de rutina con monitoreo de condición para identificar puntos de falla pendientes antes de que sucedan
proteger los activos eliminando la operación en condiciones de flujo bajo
La digitalización podría contribuir a la reducción general de costos operativos a través de un monitoreo mejorado en tiempo real contra los puntos de rendimiento objetivo; variar las velocidades del motor para alcanzar los objetivos establecidos; y sincronizar el rendimiento de la bomba en el contexto más amplio de la instalación de bombeo. Este contexto puede incluir sistemas hidráulicos, estrategias de control de bombas o funciones de control auxiliares como la dosificación de cloración.
Fiabilidad y optimización de activos, además de excelencia en el mantenimiento
El acceso detallado y oportuno a la información permite que el rendimiento alcance nuevos niveles. Esto incluye:
aplicación rentable del mantenimiento basado en la condición
mejoras en las condiciones generales de funcionamiento
reducción de la frecuencia y, por tanto, de los costes laborales de las inspecciones
1. Mantenimiento basado en la condición
Los impulsores se encuentran entre las primeras piezas de la bomba en desaparecer y una vez que comienza la erosión y la corrosión, se acelera. Los análisis pueden proporcionar información sobre el índice de salud de la bomba y las pérdidas de capacidad, que pueden correlacionarse directamente con el uso de energía según lo informado por los medidores de energía. El monitoreo de la succión de la bomba con transmisores de presión puede enviar alertas cuando la succión de la bomba cae por debajo de cierto nivel.
2. Mejora de las condiciones operativas
Además de monitorear las condiciones de la bomba, mejorar las condiciones de operación de la bomba mejora el intervalo entre fallas (MTBF) al reducir las fuerzas axiales que contribuyen a acortar la vida útil de las juntas y los cojinetes.
3. Reducción de la frecuencia de inspección
Cuando la información sobre el funcionamiento de la bomba es limitada o poco fiable, es necesaria una inspección manual frecuente para identificar la necesidad de una intervención de mantenimiento. El monitoreo digital continuo de activos y variables operativas clave puede reducir la frecuencia y los costos de mano de obra asociados con las inspecciones manuales. Con herramientas digitales modernas, puede realizar un seguimiento de variables eléctricas, variables mecánicas e hidráulicas de motores y bombas y recibir alertas cuando el rendimiento se desvía de los umbrales establecidos.
Caso de estudio
Este proyecto comenzó con la implementación de la arquitectura para recopilar y analizar datos operativos. Usando la instrumentación ya instalada en cada una de las tres bombas de la estación, los especialistas de la industria del agua configuraron medidores de energía, impulsores inteligentes en los motores, así como sensores de presión y flujo para monitorear los puntos clave del proceso.
El software SCADA y los PLC en la capa de control perimetral supervisaron el intercambio de datos y la lógica de producción y se conectaron con una caja perimetral de Internet industrial de las cosas (IIoT) a través de redes PROFINET y Modbus TCP. La caja perimetral de IIoT se alojó en la sala de control de la planta y entregó datos al asesor de rendimiento de bombeo alojado en la nube.
Retorno de la inversión
Tras unos tres meses de seguimiento de la instalación española, se llegó a las siguientes conclusiones:
No hubo necesidad de reemplazar las bombas viejas. El impacto del desgaste y la corrosión podría gestionarse mediante el ajuste del bucle de control. Sin embargo, se recomendó que la instalación reacondicionara los impulsores y los anillos de desgaste.
Los cambios en el control de la velocidad de la bomba mejoraron el rendimiento y redujeron la factura de energía. Controlar la variación de velocidad con los variadores fue más efectivo que ejecutar el lazo de control en el PLC.
Se eliminó la necesidad de inspeccionar cada dos semanas.
La automatización del cambio en la válvula de cloración redujo los costos de operación en aproximadamente $5300.
La implementación de todas las recomendaciones, excepto la renovación del impulsor y el anillo de reparación y las advertencias del sistema de ozono automatizado, ahorró casi $22,000 al año, lo que representa el 12 % de los gastos operativos.
Reducción de los gastos operativos a través del rendimiento de los activos
$8,300 por año en cargos de energía reducidos
$3,500 por año en costos de mantenimiento al suspender la necesidad de inspeccionar cada dos semanas
$10,000 por año en ahorros de operaciones, aplicaciones, información y alertas al automatizar la opción de válvula de cloración (activar/desactivar)
12% en ahorros de opex
Aunque el ejemplo anterior se relaciona con el agua potable, la misma arquitectura básica se puede aplicar a las bombas en casi cualquier entorno. Por ejemplo, el mismo usuario opera una planta de tratamiento de aguas residuales y una red de recolección de agua y contrató a un especialista en administración de energía para lograr objetivos similares en su estación de bombeo.
Se realizaron ajustes de velocidad variable similares basados en el monitoreo, mayor rendimiento de bombeo, menor consumo de energía, desgaste y vibración. El monitoreo también reveló la necesidad de reducir el tamaño de las pantallas de aguas residuales para evitar que objetos más grandes aumenten el desgaste de la bomba. Los ahorros adicionales totales fueron de más de $21 000 (lo que representa un 14 % de los gastos operativos).
Lograr tales resultados implica tres pasos fundamentales:
Evaluar las operaciones actuales para evaluar.
el rendimiento potencial y establecer objetivos de mejora.
Implemente las mejoras y supervise el progreso con respecto a los objetivos durante unos meses.
Ajuste el rendimiento en consecuencia.
Con el tiempo, las operaciones llegarán a un punto en el que cumplirán los objetivos de forma constante, pero el proceso no debería terminar ahí. Las operaciones de agua y aguas residuales siempre deberán ir más allá de los objetivos iniciales para adaptarse a las cambiantes circunstancias económicas y realidades físicas.