Ir al contenido principal

Deje que fluya: estudio de caso de la desalinización

El nuevo diseño ofrece el mayor ahorro de energía con productos que consumen 2.3 kWh/m3

El desafío:

En vista del aumento de los costos de energía, el Departamento de Aguas de Chipre decidió mejorar la planta de desalinización de Larnaca. Los propietarios de la planta desafiaron a M.N. Larnaca Desalination y a Flowserve a optimizar la eficiencia de la planta con dispositivos de recuperación de energía (ERD) DWEER™ dentro del espacio actual disponible del establecimiento.

La solución:

Flowserve optimizó la planta Larnaca con bombas de alta presión (HP) mejoradas, dispositivos de recuperación de energía por intercambio dual (DWEER) y tecnologías de vanguardia adecuadas. El nuevo diseño superó los objetivos de eficiencia y redujo los costos de mantenimiento. Solo los ahorros de energía anuales superarán los €6 millones. Se decidió instalar un dispositivo DWEER adicional en cada tren para mejorar aún más la eficiencia. Si se estima un costo de energía anual de €0.15/kWh, esta inversión adicional permitirá ahorrar €30 000 de energía al año, lo que justifica el retorno de la inversión en menos de tres años.

Al contar con un solo proveedor para todas las bombas y dispositivos de recuperación de energía, M.N. Larraca Desalination no solo ahorró capital, sino que redujo los costos de la evaluación y coordinación de los detalles de diseño de múltiples proveedores, una solución beneficiosa para ambas partes.

Planta de desalinización de Flowserve en Lanarca, Chipre
Planta de desalinización en Lanarca, Chipre

La planta de desalinización de Larnaca fue construida por IDE Technologies, Ltd. mediante un contrato de construcción, posesión, operación y transferencia (Build, Own, Operate, Transfer, BOOT) de 10 años. La capacidad del diseño original de la planta era de 48 000 m3/día (12 MGD) con 5+1 trenes, lo que daba como resultado una capacidad de trenes de 9600 m3/día (2.4 MGD). La planta fue construida el año 2000 y entró en funcionamiento el año 2001.  Poco después de la instalación, se solicitó un tren adicional para aumentar la capacidad de la planta a 54 000 m3/día (13.5 MGD).

Flowserve suministró una unidad completa de turbina, motor y bomba, que contenía la turbina Pelton de recuperación de energía Calder™ —el dispositivo de recuperación de energía más eficiente disponible en aquel entonces—. Para aumentar aún más la capacidad y el rendimiento, se realizaron mejoras de planta para alcanzar una capacidad máxima de 64 000 m3/h (16 MGD). El sistema se mantuvo en funcionamiento de forma satisfactoria y fiable durante 10 años, y contaba con una disponibilidad que superaba el 99%. No obstante, para el año 2011, la demanda de agua y los costos de energía estaban en aumento.

Cuando venció el contrato BOOT original de 10 años, el Departamento de Desarrollo Hídrico de Chipre llamó a una licitación para construir una nueva planta dentro de la disposición existente de la planta. El consorcio de Mekorot Development & Enterprise Ltd. y Netcom Co. llamado M.N. Larnaca Desalination ganó la licitación.

Durante el proceso de licitación, Flowserve permaneció en contacto directo con M.N. Larnaca para ayudar en el diseño y la selección de los paquetes de equipos más eficientes para las bombas y los dispositivos de recuperación de energía.

Mejoras más eficientes con un solo proveedor:

A pesar de las dificultades del proyecto, la decisión de M.N. Larnaca de trabajar con un único proveedor de bombas y sistemas de recuperación de energía generó importantes ventajas y sinergias. Como resultado, se pudo optimizar la cantidad y tamaño de las unidades, la huella, la disposición de la planta y el consumo de energía. Un gerente de proyectos global actuó como punto de contacto único para todos los equipos y servicios de campo de Flowserve. También se redujo la cantidad de piezas de recambio necesarias y se simplificó la gestión de inventario.

Diseño económico que generó ahorros de eficiencia:

El nuevo diseño de Flowserve reemplazó los seis trenes originales de la planta con dos trenes considerablemente más grandes, lo que le aportó al sistema bombas y dispositivos de recuperación de energía isobáricos de mayor eficiencia. Cada uno de los nuevos trenes opera a una capacidad de producción nominal de 30 730 m3/h (7.5 MGD). Para asegurar una máxima eficiencia bajo condiciones cambiantes, se instalaron variadores de frecuencia (VFD) en las bombas de entrada, de alimentación de alta presión y de circulación del sistema de recuperación de energía. Según la proyección de la figura 2, el consumo específico de energía de la sección de alta presión es baja: un producto de 2.3 kWh/m3.

Flowserve: estudio de caso de la proyección del sistema de recuperación de energía de Lanarca
Proyección del caudal de la nueva planta de osmosis inversa de agua de mar (SWRO) de Larnaca

Para alcanzar la nueva capacidad de 1280 m³/h (5635 gpm) a 540 m (1771 pies) de altura de la bomba de alta presión, Flowserve seleccionó el modelo de 3 etapas 10x16DMX-3.
Sin embargo, a pesar de que este modelo garantiza una eficiencia de más del 87%, la bomba, en definitiva, alcanzó un punto de máxima eficiencia de 87.5% cuando se instaló.

El nuevo modelo DMX avanzado también ofrece importantes mejoras de eficiencia, tales como:

Anillos de canal con álabes guía de 360°: reducen las pérdidas y aumentan la eficiencia

  • Soporte de rodamiento de 360°: reduce la vibración del rodamiento y, a la vez, aumenta su vida útil.
  • Impulsores sin anillos: reducen el espacio de funcionamiento y mejoran la eficiencia, al tiempo que reducen la cantidad necesaria de piezas de recambio.
  • Anillos fijos superpuestos Stellite ™ y núcleo del impulsor: reducen el desgaste y permiten holguras más estrechas, lo que aumenta la eficiencia
  • Sistema cruzado continuo rediseñado que se extiende a más de 180°: reduce las pérdidas de cruce en un 40%, lo que aumenta la eficiencia general de la bomba.

Las mejoras en el sistema de recuperación de energía fueron vitales desde el principio, pero pronto se convirtieron en una preocupación aún mayor. Después
de firmar el contrato, los costos de energía en Chipre aumentaron de €0.15/kWh a más de €0.20/kWh.

Después de revisar varias configuraciones de los bastidores DWEER en conjunto, M.N. Larnaca y Flowserve determinaron que el diseño óptimo sería instalar el actuador lineal de accionamiento eléctrico y la válvula LinX en posición vertical. Además, se agregaron las
siguientes nuevas tecnologías:

  • Recipientes de superdúplex hidroconformados que proporcionan la mayor precisión con una inspección radiográfica del 100% para garantizar la mayor integridad posible
  • Pistones LinX de sello doble que reducen las fugas a un 0%
  • Diseño de válvula de retención de última generación que ofrece mantenimiento mínimo y la más baja carga diferencial
  • Un actuador eléctrico para garantizar el máximo control y simplicidad con un mínimo mantenimiento
Flowserve - Bastidor DWEER
Bastidor DWEER

Para optimizar los costos de capital frente a lo operativos, se reutilizó la evacuación de salmuera existente de las turbinas Pelton instaladas anteriormente. Como resultado, se pudo reducir al mínimo tanto la carga como el consumo de energía de las bombas de alimentación de baja presión (LP).

Un análisis CAPEX/OPEX indicó que la cantidad óptima era de seis DWEER por tren para optimizar la
eficiencia, lo que representa una capacidad de producción de aproximadamente 30 000 m3/día o una potencia de bombeo instalada de aproximadamente 2.5 MW.

Conclusiones

La cooperación amistosa y productiva entre M.N. Larnaca y Flowserve permitió la puesta en servicio eficiente de la nueva planta de desalinización de Larnaca en el segundo trimestre de 2015.

Se alcanzaron los parámetros de rendimiento garantizados para el DWEER. Si bien el diferencial de alta presión se encontraba en el límite, la mezcla y las fugas fueron mejor que lo garantizado. Gracias a las condiciones atmosféricas de la salida del dispositivo DWEER, la alimentación de baja presión fue solo de, aproximadamente, 1.3 a 1.4 barg, lo que permitió generar ahorros significativos de energía en el lado de baja presión del sistema.

El actuador eléctrico garantizó que las emisiones de ruido del dispositivo DWEER fueran míminas: muy por debajo de 80 dBA mientras funcionaba en uno de los trenes de SWRO más grandes instalados en el mundo.

El consumo de energía de la planta (en la sección de alta presión) se encuentra en el rango de 2.2 a 2.3 kWh/m3: cifras que superan los parámetros de diseño.

El proyecto de Larnaca es un claro ejemplo de cómo se puede lograr la optimización de los costos de capital y operación con diseños de procesos inteligentes y específicos para el sitio. Asesorarse con los conocimientos y la experiencia del proveedor del equipo en el inicio del proceso trajo consigo ventajas significativas para lograr el mejor rendimiento general. Analizar los requisitos del proyecto en conjunto ayudó a Flowserve y M.N. Lanarca a optimizar el dimensionamiento de las bombas y del sistema de recuperación de energía con el fin de encontrar la solución más eficiente y rentable. Además, al contratar a un único proveedor de dispositivos de recuperación de energía DWEER y todos los servicios principales de bombas, Larnaca logro obtener eficiencias significativas nunca antes vistas. .Deje que fluya