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Modernización de la estación de elevación: Resolución de desafíos del tratamiento de aguas residuales municipales mediante un control basado en datos
Resumen: Este blog explica cómo los municipios pueden modernizar las estaciones de elevación antiguas mediante variadores de frecuencia (variable frequency drive, VFD), controles inteligentes e integración con el control de supervisión y adquisición de datos (supervisory control and data acquisition, SCADA) para reducir las obstrucciones de las bombas, disminuir los costos de energía y pasar de un mantenimiento reactivo a uno basado en datos.
Si gestiona la recolección de aguas residuales municipales, sabe lo esenciales que son las estaciones de elevación para elevar las aguas residuales a mayor altura cuando la gravedad por sí sola no es suficiente. Muchas de estas estaciones en su sistema se instalaron hace años.
Las estaciones de elevación desactualizadas representan amenazas, como las siguientes:
- Equipos defectuosos
- Aumento de los costos de energía
- Obstrucciones frecuentes de las bombas
- Visibilidad limitada en las operaciones diarias
Al modernizar sus estaciones de elevación, reduce o elimina estos desafíos. Los sistemas modernos de control de estaciones de elevación son más confiables, reducen las visitas y los gastos de mantenimiento y permiten ahorrar en costos de energía, todo ello sin necesidad de una renovación completa del sistema.
Desafíos comunes de las estaciones de elevación que enfrentan los municipios
Si bien los costos de energía, las obstrucciones frecuentes de las bombas y la visibilidad limitada parecen ser los problemas más comunes de los que escuchamos hoy en día, eso no es todo. Nuestros clientes también nos informan de que se producen alarmas con frecuencia y de que sus equipos de bombeo se someten a un esfuerzo cada vez mayor.
En una típica estación de elevación con pozo húmedo, las bombas sumergibles se activan mediante la detección del nivel. Las bombas de avance y de retroceso se alternan para regular el caudal, pero sin controles avanzados, los operadores apenas tienen información sobre el esfuerzo que realizan las bombas o si funcionan de manera eficiente. Como consecuencia, problemas como arranques excesivos, condiciones de torque elevado, fallos en las juntas o funcionamiento en seco suelen pasar desapercibidos hasta que se produce una avería.
Por qué los sistemas de control antiguos de las estaciones de elevación aumentan los riesgos
Si bien los componentes mecánicos de las bombas a menudo pueden durar décadas, los sistemas de control de las estaciones de elevación suelen tener un ciclo de vida mucho más corto. Los arrancadores, relés y plataformas de PLC obsoletos ofrecen funciones de diagnóstico limitadas y no proporcionan información predictiva. Esta falta de visibilidad obliga a los municipios a depender del mantenimiento reactivo, lo que aumenta los costos de mano de obra y el riesgo de desbordamientos de alcantarillado sanitario (sanitary sewer overflows, SSO).
Las actualizaciones modernas del control de las estaciones de elevación se centran en mejorar el funcionamiento del sistema, en lugar de simplemente reemplazar los componentes que fallan. Al modernizar los controles, las empresas de servicios públicos obtienen acceso a los datos de rendimiento en tiempo real que respaldan una mejor toma de decisiones y la gestión de activos a largo plazo.
Cómo los variadores de frecuencia mejoran el rendimiento de las estaciones de elevación
Los variadores de frecuencia (VFD) son una tecnología clave en las soluciones modernas de las estaciones de elevación. A diferencia de los arrancadores directos, los VFD controlan la velocidad y el torque del motor, lo que permite que las bombas se pongan en marcha de forma suave y funcionen en un rango más amplio de condiciones. Esto reduce la tensión mecánica, minimiza las corrientes de arranque elevadas y mejora la eficiencia general del sistema.
En las estaciones de elevación de aguas residuales, los VFD también proporcionan protección de bomba integrada e inteligencia operativa. Los VFD modernos pueden monitorear el torque, la corriente, la temperatura, el tiempo de funcionamiento y las condiciones de carga, lo que permite la detección temprana de comportamientos anormales. Estos datos se pueden compartir con los sistemas SCADA para el monitoreo en tiempo real y el análisis de tendencias históricas.
Reducción de obstrucciones de las bombas y del mantenimiento con características de control inteligente
Las obstrucciones de las bombas siguen siendo uno de los desafíos de mantenimiento más comunes en las estaciones de elevación. Incluso las bombas que no se obstruyen, las de vórtice o las trituradoras pueden tener dificultades con toallitas, trapos y materiales fibrosos. Los VFD avanzados diseñados para aplicaciones de aguas residuales incluyen rutinas antiobstrucción y de desatasco que ajustan automáticamente el funcionamiento de la bomba para eliminar los residuos antes de que causen una obstrucción.
Estas rutinas automatizadas reducen la necesidad de limpiezas manuales, accesos a espacios confinados y llamadas de emergencia. Al abordar las obstrucciones de manera proactiva, los municipios pueden prolongar la vida útil de la bomba, mejorar la seguridad del operador y reducir el tiempo de inactividad no planificado.
Uso de SCADA y análisis de datos para la gestión proactiva de las estaciones de elevación
Las estrategias modernas de modernización de las estaciones de elevación dependen de los datos. Cuando los VFD, PLC y la instrumentación se integran con los sistemas SCADA, los operadores obtienen visibilidad en tiempo real de las operaciones, como las siguientes:
- Niveles del pozo húmedo
- Estado de la bomba
- Alarmas
- Tendencias de rendimiento
Los controles de las estaciones de elevación, junto con un sistema SCADA confiable, permiten a las empresas de servicios públicos identificar ineficiencias, comparar el comportamiento de la bomba y responder rápidamente a condiciones anormales.
El monitoreo remoto también reduce la necesidad de visitas frecuentes al sitio. Dado que los municipios siguen enfrentándose a problemas de falta de personal, se trata sin duda de una ventaja fundamental. Las alertas automatizadas para condiciones como arranques excesivos, aumento del torque o tiempos de funcionamiento prolongados ayudan a los operadores a abordar los problemas antes de que se conviertan en fallas.
Mejora de la eficiencia energética en las estaciones de elevación municipales
El consumo de energía es un costo operativo importante para los sistemas municipales de aguas residuales, y las estaciones de elevación son un contribuyente significativo. Las bombas de velocidad fija suelen funcionar de forma ineficiente cuando el caudal es bajo, lo que supone un desperdicio de energía y aumenta el desgaste. Las estaciones de elevación controladas por VFD ajustan la velocidad de la bomba para satisfacer la demanda real del sistema, lo que reduce el consumo de energía y mantiene un funcionamiento confiable.
En muchos casos, el ahorro energético por sí solo justifica la inversión en la modernización de las estaciones de bombeo. La reducción del consumo eléctrico, la disminución de las fallas mecánicas y la reducción de los costos de mantenimiento se combinan para aportar un valor cuantificable a lo largo del ciclo de vida.
Planificación de una estrategia de modernización de las estaciones de elevación a largo plazo
La modernización efectiva de las estaciones de elevación requiere una visión a largo plazo. Estos son 3 aspectos que debe tener en cuenta al planificar la modernización de su estación de elevación:
- 1.Actualice o reemplace las plataformas de control antiguas con tecnologías modernas que admitan protocolos de comunicación abiertos, se integren con los sistemas SCADA existentes y permitan la expansión futura.
- 2.Proteja sus estaciones de elevación de los ciberataques mediante soluciones integrales de ciberseguridad.
- 3.Actualice los controles, incorpore inteligencia y mejore la visibilidad de forma gradual o por fases. No todo tiene que actualizarse de una sola vez.
Este enfoque minimiza las interrupciones mientras se construye una infraestructura de aguas residuales más resiliente.
Las modernas estaciones de elevación garantizan la fiabilidad de los sistemas municipales de aguas residuales
La modernización de las estaciones de elevación ayuda a los municipios a abordar los desafíos más comunes de las aguas residuales, como los siguientes: infraestructura envejecida, obstrucción de bombas, altos costos de energía y visibilidad operativa limitada. Al combinar VFD avanzados, controles inteligentes e integración de los sistemas SCADA, las empresas de servicios públicos pueden pasar del mantenimiento reactivo a operaciones proactivas y basadas en datos.
Las estaciones de elevación modernas son más eficientes, más confiables y más fáciles de gestionar. Con la estrategia y la tecnología adecuadas, los municipios pueden proteger la infraestructura esencial mientras brindan un servicio confiable de aguas residuales a sus comunidades.
Nuestros expertos en agua organizaron un seminario web a través de Pump & Systems, donde analizaron este tema en detalle:
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Colaboradores
Wesley Gulik
Gerente de Mercadotecnia Industrial (agua y aguas residuales)
Mitsubishi Electric Automation, Inc.
