Tech dive: Bombas - ¿El Héroe de la crisis energética?

Una parte esencial de cualquier operación de agua para transportar volúmenes de agua de un punto a otro, las bombas también consumen mucha energía y exigen un alto consumo de energía para cumplir con sus funciones.

Si bien hace cinco años los mapas de ruta de cero neto estaban en la parte superior de las listas de tareas pendientes de las empresas de servicios públicos y corporaciones, la situación geopolítica actual que condujo a un aumento significativo en los precios de la energía ha visto innovaciones en las bombas que brindan una solución rápida para reducir la factura de energía.

¿Podrían las bombas convertirse en el héroe improbable de la crisis energética? En nuestro último Tech Dive, Aquatech Online echa un vistazo.

El gran signo de interrogación de la energía del agua

La prestación de servicios de tratamiento de aguas y aguas residuales requiere una gran cantidad de energía. Según la Agencia Internacional de Energía (AIE), el sector consumió 978 TWh (teravatios hora) de energía en 2020.

Para 2030, la AIE predice que esto podría aumentar a 1252 TWh y 1473 TWh para 2040.

En los EE. UU., en general, los sistemas de agua potable y aguas residuales representan aproximadamente el dos por ciento del uso de energía en los EE. UU., agregando más de 45 millones de toneladas de gases de efecto invernadero anualmente, según la agencia de protección ambiental de los EE. UU.
Un informe independiente de la AIE encontró que el sector del agua consume el cuatro por ciento de la energía global total del mundo, una cifra que se espera que se duplique en los próximos 25 años.

De este cuatro por ciento según Statista, el 42 por ciento de la energía es consumida por las redes de suministro de agua, el 26 por ciento por tecnología de desalinización y reutilización de agua, el 14 por ciento por plantas de tratamiento de aguas residuales, el 13 por ciento en distribución de agua y cinco por ciento en transferencia de agua.

¿Y qué tienen en común todos estos sectores? Todos usan bombas. Montones y montones de bombas.

¿Cuánta energía utiliza una bomba? 

Con el cuatro por ciento de la energía mundial utilizada por el sector del agua, ¿de cuánto son responsables las bombas?

Una pregunta difícil de responder, con múltiples variables que deben tenerse en cuenta.

Por ejemplo, se requiere menos energía para bombear agua superficial que para bombear agua subterránea. De manera similar, la cantidad de energía que se necesita para bombear agua a una distancia larga será mayor que a una distancia corta.

Otras variables para el bombeo incluyen la topografía (que afecta la recarga de agua subterránea), el clima, la temperatura estacional y la lluvia.

El lugar donde se bombea el agua también juega un papel clave. En California, por ejemplo, el 19 por ciento del consumo de electricidad del estado se destina al bombeo, tratamiento, recolección y descarga de agua y aguas residuales.

En las plantas de agua potable, los motores necesarios para bombear agua pueden representar hasta el 80 por ciento del consumo total de energía de la planta. Asimismo, en las plantas de tratamiento de aguas residuales, las bombas y el procesamiento de sólidos ocupan los primeros lugares en el consumo de energía.
 
Sin embargo, mientras que hace un año las empresas de servicios públicos y las corporaciones estaban felices de aceptar el hecho de que las bombas son una necesidad de uso intensivo de energía, la invasión de Ucrania por parte de Rusia solo ha ejercido una mayor presión sobre los suministros de energía y ha provocado que los precios de la energía se disparen.

Tensiones geopolíticas

Cuando Rusia invadió Ucrania, los precios de la energía se dispararon en todo el mundo, alcanzando un aumento del 20 por ciento durante cinco meses seguidos según el Gobierno de Acceso Abierto.

En el Reino Unido, The Guardian informó que la invasión rusa de Ucrania hace casi un año había costado a los proveedores de energía del Reino Unido entre 50.000 y 60.000 millones de libras adicionales, además de los 10.000 a 20.000 millones de libras gastados en un año normal.

En declaraciones a Aquatech Online, Matt Rolls, vicepresidente de desarrollo comercial de EMEA en Specific Energy, dijo: "Lo que hemos notado en el Reino Unido ha sido un impulso en las hojas de ruta netas cero, pero la bomba no siempre ha estado en la cima de su agenda. Sin embargo, en los últimos seis meses, a medida que los precios de la energía se han disparado, las empresas buscan ganancias rápidas para reducir estos costos crecientes".

Como resultado, muchas empresas están buscando formas de reducir sus costos de energía y aumentar sus ahorros, y las innovaciones para reducir el consumo de energía en las bombas podrían desempeñar un papel.

Pero, ¿cuáles son las últimas innovaciones en bombas y quiénes son los actores clave?

Energía específica

Fuente: Specific Energy

Specific Energy no construye bombas, ha construido la tecnología que permite que las bombas funcionen a su velocidad óptima para lograr la máxima eficiencia energética.

Creado en 2010, Specific Energy se formó cuando alguien llamó y necesitaba algo que no existía.

El fundador, Perry Steger, recibió una llamada de un gerente de servicios públicos de agua preguntando cuáles eran las mejores velocidades para hacer funcionar sus bombas y si importaba siempre que se alcanzara el flujo de agua deseado. En resumen, sí. Si importa.

Steger buscó un producto que pudiera resolver esto, pero no había ninguno en el mercado, por lo que se creó Specific Energy para hacer precisamente eso.

"Nuestra primera implementación fue en 2011, ahora tenemos alrededor de 180 instalaciones y más de tres millones de horas de tiempo de ejecución comprobado en el campo", dice Rolls.

Su solución se llama Dynamic Pump Optimizer, que consta de una pequeña caja que se puede adaptar a cualquier sistema de bombeo de agua o aguas residuales, que recopila y procesa todos los datos en la red en tiempo real.
"Specific Energy está ahorrando a sus clientes un promedio de 14,7 por ciento en ahorros de energía".

Esencialmente, el hardware es una pequeña computadora industrial del tamaño aproximado de barajas de naipes que puede monitorear todo, desde sensores, válvulas, tanques y, por supuesto, bombas.

Fuente: Specific Energy

Resuelve millones de ecuaciones no lineales en el borde y envía la información a un tablero para permitir que los operadores vean exactamente cómo funcionan sus bombas, el sistema y se ajustan para garantizar un funcionamiento correcto y lograr la máxima eficiencia energética.

"Construimos un modelo basado en la física, un gemelo digital de todo el sistema de bombeo, utilizando los datos existentes de la planta, construimos este modelo de gemelo digital para que podamos comparar las condiciones modeladas con las condiciones reales y usar esa información sobre lo que sucede aguas arriba". y aguas abajo de las bombas", dijo Rolls.

"Estas son las cosas que influyen en la eficiencia de los sistemas de bombeo, particularmente en lo que se refiere al consumo de energía. Si tiene algún cambio en las condiciones del lado de succión o del lado de descarga, eso podría afectar tanto el consumo de energía como la capacidad de recuperación operativa", dijo. agregado.

Specific Energy dijo que está ahorrando a sus clientes un promedio de 14.7 por ciento en ahorros de energía, con algunos clientes registrando ahorros de energía de hasta 44 por ciento. "La conducción y el transporte de agua son uno de los mayores consumidores de energía. Por lo tanto, poder obtener ganancias en la eficiencia energética allí puede tener un gran impacto en su perfil energético general".

Danfoss

Fuente: Danfoss

La empresa de ingeniería danesa, Danfoss, ha estado durante mucho tiempo en el juego de la eficiencia energética.

Georg Herborg Enevoldsen, jefe de innovación de la empresa, cree que un cambio de actitud para implementar bombas inteligentes es donde se puede encontrar el siguiente nivel de ahorro de energía.

Le dijo a AquaTech Online: "En cuanto a la bomba, estamos buscando ir a la siguiente meseta".

"Estamos persiguiendo eso, nuestra mejor tasa de eficiencia energética es del 90-92 por ciento, pero creemos que podemos llegar al 93, 94, tal vez incluso al 95 por ciento".

Danfoss ha desarrollado una gama de bombas de alta presión que es una de sus divisiones de rápido crecimiento que ve crecer su tecnología en diversos mercados, desde ósmosis inversa hasta turbinas de gas, limpieza y humificación y extinción de incendios.

"Existe potencial para mejorar la eficiencia energética de estos, pero se trata de no presionarlos demasiado".
Sus bombas APP, las 30, 38, 65 y 78 son las bombas insignia de eficiencia energética de la empresa.

El APP 78 tiene un caudal máximo de 345 gpm y puede funcionar a un máximo de 1500 rpm.

"Digamos que está conduciendo su automóvil y está haciendo 120 mph, no obtendrá un buen kilometraje. Si lo baja a 40 mph, obtiene una mayor eficiencia, es lo mismo con las bombas, si no corre las bombas están demasiado cerca del límite superior, entonces obtienes estos números de eficiencia del 90-92 por ciento", dijo Enevoldsen a Aquatech Online.

Enevoldsen cree que esta mentalidad es cada vez más común en el sector.

"Los directores de planta dicen: 'No me importa cuánta energía gasté, me importa cuánto tengo que pagar por ella'". Las plantas están cambiando su forma de operar a modelos de energía variable".

"En los días ventosos, el precio de la energía será bajo, por lo que producirá más agua. Cuando no sople el viento, puede detenerse porque está adelantado en su programa de producción.

"Desde la perspectiva de una planta, puede beneficiarse enormemente, porque puede producir a un costo menor".

Xylem

Fuente: Xylem

El gigante mundial del agua, Xylem, celebró recientemente la producción de cinco millones de sus bombas Flygt.

Flygt Concertor es una bomba sumergible para aguas residuales con inteligencia integrada, se lanzó en 2016 y desde entonces ha resuelto los problemas de obstrucción en los sistemas de alcantarillado de todo el mundo.

Su rendimiento ajustable por el usuario y las contramedidas antiobstrucción de autocontrol lo hacen adecuado para una amplia variedad de aplicaciones y para grandes volúmenes de sólidos en las aguas residuales.

La bomba Flygt Concertor es una de las bombas insignia de Xylem y uno de los primeros sistemas de bombeo de aguas residuales con inteligencia digital integrada.

Utiliza un algoritmo para escanear el sistema en cada ciclo de la bomba y encontrar el punto de trabajo más eficiente, asegurando que la bomba use la menor cantidad de energía posible.

Además del ahorro de energía de hasta un 70 %, la bomba se desgasta menos y se reduce el costo del ciclo de vida.

“Las estaciones mejoradas también han reducido su consumo de energía hasta en un 40 % de kilovatios al año”.

Recientemente, la empresa de agua escocesa, Scottish Water, realizó una prueba con el Flygt Concertor

Jessy Parmar, gerente global de productos para Flygt Concertor en Xylem, hablando con Aquatech Online, dijo: “La empresa de servicios públicos en Escocia responsable de más de 30 000 millas de tubería que atiende a 5,4 millones de personas quería minimizar las llamadas, aumentar la resiliencia y reducir los costos operativos como parte de su compromiso de convertirse en carbono neutral para 2045.

“Flygt Concertor les ayudó a mejorar la confiabilidad de los activos, reduciendo 56 horas/mes de limpieza y monitoreo a solo dos controles mensuales y reduciendo las visitas al sitio en un 99,8 %. Las estaciones mejoradas también han reducido su consumo de energía hasta en un 40 % de kilovatios al año”.

La funcionalidad de control integrado de Flygt Concertor se actualizó recientemente con la nueva solución de control de Xylem, Xylem Nexicon.

Viene preprogramado con toda la lógica exclusiva de las estaciones de bombeo, con limpieza de sumideros, limpieza de tuberías y análisis operativo integrados, y también se puede personalizar a través de Codesys para satisfacer las necesidades exactas de un cliente.

Junto con la capacidad de usar bombas convencionales y Concertor en la misma estación, la actualización de Xylem Nexicon permite una mayor flexibilidad de la estación de bombeo y está lista para satisfacer las necesidades y desafíos futuros con una protección de ciberseguridad siempre actualizada.

Grundfos

Fuente: Grundfos

Grundfos, uno de los mayores fabricantes de bombas del mundo, ha desarrollado su iSolution, un sistema de bombas inteligentes y tecnología del agua que va más allá de los componentes individuales y optimiza todo el sistema.

iSolution se compone de bombas inteligentes, conectividad en la nube y servicios digitales que permiten el monitoreo en tiempo real, el control remoto, la predicción de fallas y la optimización del sistema.

Este año, Grundfos ayudó a Britvic, un fabricante de refrescos con sede en el Reino Unido, a reducir su costo de energía gracias a sus bombas.

Britvic necesitaba una solución que entregara diferentes cantidades de agua, a la presión correcta, y redujera los costos de energía y la huella de carbono para el sitio con acceso remoto.

Grundfos instaló sus bombas multietapas CRE 95 que funcionan con un motor síncrono trifásico de imanes permanentes y enfriado por ventilador.

Cuenta con dos entradas digitales dedicadas capaces de funcionar a un máximo de 3557 rpm y un caudal máximo de 146 m3/h.

La instalación de la bomba junto con un sistema de dosificación y desinfección de Grundfos le ahorró a Britvic un 45 por ciento en costos de energía.

Grundfos afirmó recientemente que reemplazar lo que estima son 200 millones de bombas viejas con modelos más nuevos y eficientes podría ahorrarle al mundo alrededor de 53,5 TWh de energía cada año.

Morten Bach Jensen, CEO de Domestic Building Services en Grundfos, dijo: “Debemos abordar con urgencia los problemas de energía en la fuente, mejorando la eficiencia para que podamos gestionar la demanda y mitigar las interrupciones en el suministro.

“Reemplazar una bomba de circulación vieja con un modelo más nuevo y más eficiente es la mejor manera de mejorar la eficiencia energética de manera rentable”.
 
¿Qué sigue para las bombas?
Las bombas pueden ser el héroe anónimo de la crisis energética, pero ¿qué sigue para ellas?

"Habrá una evolución constante de la tecnología en sí misma", cree Rolls. "La visibilidad para el usuario y la provisión de ganancias de resiliencia y eficiencia energética siempre serán un factor determinante. Pero creo que la forma en que se implementará será ligeramente diferente.

"Las empresas de servicios públicos no quieren tener múltiples tableros; uno para sus bombas, uno para sus obras de tratamiento, uno para su red de distribución, etc. quieren tener una ventanilla única donde todo vive.

"Creo que la belleza de la tecnología digital no es solo la energía específica, sino que ciertamente algo en lo que estamos trabajando en este momento es nuestra capacidad para asociarnos con otros proveedores de tecnología y otros proveedores de plataformas, para brindar análisis en tiempo real sobre las bombas. y el sistema de bombeo como componente de una solución general que aborda los desafíos del cliente", concluyó Rolls.

Hablando sobre los planes de Danfoss para los próximos cinco años, Herborg dijo: "En términos de nuestra hoja de ruta, desde hace bastantes años, nos hemos centrado en tratar de maximizar el valor generado por nuestras bombas.

"Hacer que las bombas entreguen la mayor cantidad de flujo posible, haciéndolas entregar presiones más altas, haciéndolas de materiales más resistentes a la corrosión, haciéndolas específicas para petróleo y gas en alta mar, donde requieren certificados especiales sobre los materiales.

"Hemos estado reduciendo la brecha de eficiencia energética durante los últimos diez años al 90-92 por ciento y ahora estamos buscando dónde se esconde el último porcentaje. Creemos en la tecnología de bombas que tiene un rango más amplio, donde la eficiencia energética se mantiene alta y cómo explotar eso”.