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
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