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I n f or m e t é cnico de E D I
I n f or m e t é cnico de E D I
Sistema de aireación
REVISIÓN DE LA TECNOLOGÍA DE AIREACIÓN
El logro de la “Mejor práctica energética” de la industria
requiere un enfoque de tres fases, que incluyen la selección
de la tecnología, el diseño del sistema y las operaciones de
la planta.
En la figura 1 se resume la eficacia de aireación de diversas
tecnologías.
5
Para las tecnologías de aireación por aire difuso, el consumo
de energía y el costo total de propiedad se determinan
mediante las características de desempeño combinadas de los
componentes del difusor y el forzador.
4
3
La eficacia operativa real varía como una función de la salida.
2
• Las plantas de tratamiento se operan como fueron diseñadas
en muy pocas ocasiones. En promedio, las plantas operan
aproximadamente a 1/3 de su capacidad.
• El uso de varias unidades de forzador operando en su
desempeño pico proporciona una eficacia operativa más
uniforme cuando se requiere una salida variable.
Las oportunidades de inversión en la competencia se
deben evaluar de manera individual según el período
de recuperación para determinar la recuperación de la
inversión más rápida. Las actualizaciones de los difusores de
eficiencia alta por lo general proporcionan una recuperación
de la inversión de 1 a 5 años. Las actualizaciones de los
forzadores pueden requerir de 10 a 15 años para recuperar
los costos de las primeras inversiones.
ED
I
Environmental
Dynamics
International
www.wastewater.com
RADICALMENTE CON LOS COSTOS DE ENERGÍA ACTUALES Y PROYECTADOS. LAS TECNOLOGÍAS CON
UN CONSUMO EFICAZ DE ENERGÍA SON UN PUNTO FOCAL IMPORTANTE PARA LA PLANEACIÓN Y EL
Baja tasa de flujo/
alta densidad
DISEÑO DE LAS PLANTAS DE RECUPERACIÓN DE AGUAS RESIDUALES DE HOY EN DÍA.
Sistema de difusor de
burbuja fina típico
Aireadores a chorro y sistemas
de difusores de burbuja gruesa
Aireadores flotantes
mecánicos
Aireadores flotantes por
aspiración
EFICACIA DEL DIFUSOR EN
COMPARACIÓN CON LA SALIDA
Figura 2
Difusores de
burbuja fina
EFICACIA RELATIVA
• Las unidades de desplazamiento positivo rotatorio y las
unidades centrífugas de múltiples etapas disminuyen su
eficacia con la disminución. Los turbocompresores de alta
velocidad proporcionan una eficiencia más constante, figura 3.
1
PLANTA CON LAGUNA AIREADA
Difusores de
burbuja gruesa
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
EFICACIA DEL FORZADOR EN
COMPARACIÓN CON LA SALIDA
Figura 3
Cantidad de
instalaciones
encuestadas
kWh por millón
de galones
tratados
Barro
activado
51
3,954
Lagunas
aireadas
15
7,288
Zanja de
oxidación
19
6,895
Tipo de
tratamiento
% DE CAPACIDAD POR UNIDAD
Compresores de una sola etapa/
turbocompresores
EFICACIA RELATIVA
• Los difusores de burbuja fina suelen mejorar la eficacia
operativa en condiciones de disminución. Los difusores de
burbuja gruesa suelen disminuir la eficacia operativa con la
disminución, figura 2.
COSTO DE OPERAR UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ESTÁ AUMENTANDO
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
6
Consideraciones adicionales:
EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ES UN PROCESO QUE CONSUME MUCHA ENERGÍA EL
Figura 1
kg/kwh lb/hp-h
7
SELECCIÓN Y DISEÑO PARA UN MÁXIMO VALOR ECONÓMICO
PLANTA CON BARRO ACTIVADO
Clarificadores
Prensa de
banda
Iluminación y
edificios
Aireación
50-70%
Digestión
anaeróbica
Bombeo
Unidad centrífuga de
múltiples etapas
El requerimiento de energía varía
considerablemente pero en todos los casos
todos los tipos de plantas de tratamiento
consumen una cantidad de energía importante.
Desplazamiento
positivo rotatorio
0
40
50
60
70
80
% DE CAPACIDAD POR UNIDAD
90
100
Proveniente de los datos del Manual de Mejores Prácticas
de Energía para Agua y Aguas Residuales, Enfoque en la
Energía, del estado de Wisconsin.
La aireación es la operación que más consume
energía en la planta. Se debe considerar
cuidadosamente la selección y el diseño de
los componentes de aireación para obtener el
máximo valor económico.
(10 Million Gallon Per Day / 100,000 Population Equivalent)
I n f or m e t é cnico de E D I
Sistema convencional de barro activado
10 MGD (40,000 CMD)/población de 100,000
PUESTO DE DESEMPEÑO DEL SISTEMA DE AIREACIÓN
Límite de eficacia máxima del diseño
PUESTO DE DESEMPEÑO DEL SISTEMA DE AIREACIÓN
Diseño típico de la industria
Diagrama A
Límite de eficacia mínima del diseño
LOS LÍMITES DEL PUESTO DE DESEMPEÑO (CONFIGURACIÓN DE DISEÑO “MÁS EFICAZ” Y
“MENOS EFICAZ”) MUESTRAN EL RANGO DE DESEMPEÑO NOMINAL PARA LA TECNOLOGÍA DE
DIFUSOR SELECCIONADA.
POBLACIÓN ACTUAL
Requerimiento operativo del diseño
Cómo usarlo:
ALTA EFICACIA
El flujo de aire operativo real variará con la
carga de la planta. Use las curvas de diseño
para calcular el flujo de aire para condiciones
de carga alternativas.
Diagrama B: El costo operativo es el único
componente mayor del costo total de
propiedad. Seleccione la tasa de flujo de aire y
de energía eléctrica requeridas para calcular el
costo operativo anual del sistema de aireación.
4,000 4,000 4,000 5,000 5,000 5,000 6,000 Línea A
7,000 8,000 Línea C
9,000 10,000 11,000 Electric Power Consumption / Cost ($0.10/kWh)
7,000 8,000 9,000 10,000 11,000 12,000 6,000 6,000 7,000 8,000 9,000 10,000 11,000 12,000 BAJA EFICACIA
EDI puede proporcionar un análisis económico
específicamente para su aplicación y ayudar a
elegir el diseño más apropiado.
13,000 14,000 13,000 14,000 14,000 Electric Power Consumption / Cost ($0.10/kWh)
CONSUMO DE ENERGÍA ELÉCTRICA/COSTO (10 ¢/kWh)
13¢
10¢
Diagrama B
7¢
2Mayor's Flyer.xlsx
4,000 4,000 Para obtener más información sobre los costos
locales de electricidad, visite: www.eia.gov/
cneaf/electricity
5,000 5,000 6,000 6,000 7,000 7,000 8,000 8,000 9,000 9,000 10,000 10,000 11,000 11,000 12,000 12,000 13,000 13,000 14,000 1 scfm = 1.584 Nm3/h
TOTAL OWNERSHIP CoST (20-yr, 10¢/kWh, 6% interest rate)
$5,000,000 $4,000,000 $5,000,000
Electricidad
Total Ownership Cost (20-yr, $0.10/kWh, 6% interest rate)
Costo de oportunidad
$4,500,000 Costo
total
Cost,
PW
($) de propiedad
Diagrama C: El costo total de propiedad se
define como el valor presente neto de todos
los costos asociados con el sistema durante
un período determinado. Estos costos
incluyen capital, instalación, mantenimiento
y electricidad. Se deben considerar los cuatro
componentes para optimizar el costo total
del sistema.
13,000 1 scfm = 1.584 Nm3/h
TASA DE FLUJO DE AIRE DEL SISTEMA (scfm)
DISEÑO INDUSTRIAL TÍPICO
12,000 TASA DE FLUJO DE AIRE DEL SISTEMA (scfm)
COSTO OPERATIVO DE ELECTRICIDAD ANUAL ($/año)
Diagrama A: El flujo de aire del sistema
requerido depende directamente de la eficacia
de la transferencia de oxígeno del sistema
de aireación. Se muestra el requerimiento
operativo del diseño para un diseño de alta
eficacia, de baja eficacia y el diseño típico de
la industria.
Línea B
Mantenimiento
Instalación
Diagrama C
Capital
$3,500,000 $4,500,000
$3,000,000 $4,000,000
$3,500,000
$2,500,000 $3,000,000
$2,000,000 Electricity
$2,500,000
$1,500,000 Installation
$2,000,000
$1,000,000 $1,500,000
$500,000 $1,000,000
$0 $500,000
$0
Maintenance
Capital
Más eficaz
Most Efficient
Diseño
típico de la industria
Typical Industry Design
Menos eficaz
Least Efficient
14,000