Mejora Eficiencia Ptas Desaladoras

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    ENERGTICA EN LA REFORMA DEPLANTAS DESALADORAS

    UN COMPROMISO DE

    SOSTENIBILIDAD

    Bartolome Marin. aqualia infraestructuras

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    MEJORA DE LA EFICIENCIA ENERGTICA EN

    LA REFORMA DE PLANTAS DESALADORASUN COMPROMISO DE SOSTENIBILIDAD

    Marn Fernndez, BartolomJefe del departamento de desalacin

    Arnaiz Garca, EvaJefa del departamento internacional

    Autores:

    Con el presente trabajo se pretende dar a conocer las actuacionesrealizadas, en el campo de la mejora energtica, en tres plantas desaladoras

    que estn en proceso de ampliacin y mejora.

    Actuaciones promovidas por:

    I.T.A.M. TORDERA I.D.A.M. IBIZA Y SAN ANTONIO

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    Mejora de la Eficiencia Energtica en la Reforma de Plantas Desaladoras. Un Compromiso de Sostenibilidad - II Seminario Internacional de Desalacin en Antofagasta - 2010

    Participan:

    I.T.A.M. TORDERA I.D.A.M. IBIZA Y SAN ANTONIO

    CONCESIONARIA:

    .I.T.A.M. DELTA DE LA TORDERA, A.I.E.

    CONCESIONARIA: CODEISA

    (Concesionaria de Desalacin de Ibiza, S.A.)

    plantas, se consigue un ahorro elctrico de

    17.500 Mwh - ao

    Esto supone evitar la emisin de unas

    15.500 toneladas de CO2 a la atmsfera.

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    1.- INTRODUCCION

    Todos los procesos de desalacin

    son consumidores de energa.

    EVAPORACION

    Energa trmica

    RO, EDR,

    Energa elctrica

    Partiendo de esta premisa,los procesos de desalacin

    son consumidores de

    energa.

    Est en nuestras manos

    Mejora de la Eficiencia Energtica en la Reforma de Plantas Desaladoras. Un Compromiso de Sostenibilidad - II Seminario Internacional de Desalacin en Antofagasta - 2010

    M.S.F. - M.E.D.

    Hasta incluso:La evaporacin solar

    Osmosis Inversa

    EDR

    hacerlos lo mas eficientesposibles, con objeto de

    contribuir a un desarrollo

    sostenible.

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    El consumo energtico, en estas plantas, ha evolucionado mucho con el paso del tiempo.Desde las primeras plantas industriales con un consumo de 15 a 20 Kwh/m3 producido,

    hasta nuestros das que se obtienen consumos de 3 a 4 Kwh/m3 producido.

    La reduccin del consumo ronda el 80%

    6

    7

    8

    9

    10

    11

    12

    h/m3producido

    FUTURO

    EVOLUCION DEL CONSUMO ELECTRICOEN DESALADORAS DE AGUA DE MAR

    Mejora de la Eficiencia Energtica en la Reforma de Plantas Desaladoras. Un Compromiso de Sostenibilidad - II Seminario Internacional de Desalacin en Antofagasta - 2010

    2

    3

    45

    1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015

    C.E.E.

    K

    Aos

    Evaporacin O.I. con bomba invertida O.I. con turbina Pelton Cmaras isobricas

    ?

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    Gracias al esfuerzo del hombre y en

    especial de todos los que han desarrollado

    su vida profesional entorno al mundo del

    agua, se ha conseguido producir este

    recurso cada vez con un consumoenergtico menor.

    Mejora de Evolucin

    Pilares en los que se ha basado la

    disminucin de consumo energtico

    Mejora de la Eficiencia Energtica en la Reforma de Plantas Desaladoras. Un Compromiso de Sostenibilidad - II Seminario Internacional de Desalacin en Antofagasta - 2010

    Los motivos por los cuales ha sido posible

    la reduccin del consumo energtico en

    plantas de smosis inversa, han sido fruto

    de la evolucin de la tecnologa del sector.

    eficiencia deequipos de

    bombeo y

    auxiliares

    demembranas

    de smosis

    inversa

    Aumento del

    rendimiento de

    equipos de

    recuperacin de

    energa

    Esfuerzo en

    ingeniera,

    diseando cada

    vez plantas mas

    eficientes

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    En Espaa, con una trayectoria en desalacin de mas de 45 aos, existen plantas a las queles ha tocado van necesitando vivir un proceso de reforma.

    Mejora de la Eficiencia Energtica en la Reforma de Plantas Desaladoras. Un Compromiso de Sostenibilidad - II Seminario Internacional de Desalacin en Antofagasta - 2010

    Cuando las instalaciones de desalacin llegan al

    final de su vida til, estn tecnolgicamente

    obsoletas desde el punto de vista de la eficiencia

    energtica. Es entonces el momento de incorporar,

    en su proceso de reforma, la tecnologa maseficiente que tengamos a nuestra disposicin.

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    2.- LOCALIZACION DE LAS ACTUACIONES

    I.T.A.M. DELTA

    DE LA TORDERA

    Las instalaciones de desalacin en las que se centra la ponencia son: La I.T.A.M. de la

    Tordera, I.D.A.M. de Ibiza capital e I.D.A.M. de San Antonio de Portmany (Ibiza). Plantas

    que comenzaron su proceso de reforma en 2008 (I.T.A.M. de la Tordera) y en 2010

    (I.D.A.M. de Ibiza capital e I.D.A.M. de San Antonio) y entrarn en servicio, una vez

    reformadas, durante 2010 y 2011.

    Mejora de la Eficiencia Energtica en la Reforma de Plantas Desaladoras. Un Compromiso de Sostenibilidad - II Seminario Internacional de Desalacin en Antofagasta - 2010

    I.D.A.M. DE IBIZA(CAPITAL)

    I.D.A.M. DE

    SAN ANTONIO

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    4.- ACTUACIONES ENERGETICAS IMPLANTADAS

    Rediseo completo del proceso, buscando

    el menor consumo energtico

    Sustitucin de los antiguos sistemas de

    recuperacin de energa e instalacin de

    cmaras isobricas.

    1

    2

    Mejora de la Eficiencia Energtica en la Reforma de Plantas Desaladoras. Un Compromiso de Sostenibilidad - II Seminario Internacional de Desalacin en Antofagasta - 2010

    Instalacin de membranas de O.I. de

    ltima generacin y bajo consumo

    energtico.

    Optimizacin general de todos los

    proceso, realizando una reforma integral.

    3

    4

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    5.- I.T.A.M. DELTA DE LA TORDERA

    Esta instalacin se concibi

    originalmente con 4 lneas de 7.200

    m3/d ampliable a otras 4 mas. En la

    reforma realizada la planta se amplia

    pasando a tener 4 lneas de 15.000m3/d de produccin. Estas lneas se

    equipan con cmaras isobricas.

    Medidas implantadas mas relevantes:

    Mejora de la Eficiencia Energtica en la Reforma de Plantas Desaladoras. Un Compromiso de Sostenibilidad - II Seminario Internacional de Desalacin en Antofagasta - 2010

    Sustitucin de las turbinas PELTON por cmaras

    isobaricas como sistema de recuperacin de energa1

    Ampliacin de la produccin en 1 paso a mas del doble de

    capacidad, instalndose membranas de alta produccin..

    Realizacin de obras de ampliacin y mejoras generales.

    2

    3

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    Primer reto planteado:

    Reformar las instalaciones, disminuyendo el

    consumo elctrico de las mismas.

    Mejora de la Eficiencia Energtica en la Reforma de Plantas Desaladoras. Un Compromiso de Sostenibilidad - II Seminario Internacional de Desalacin en Antofagasta - 2010

    Partiendo del balance

    energtico de los

    equipos de bombeo y

    recuperacin deenerga existentes,

    admitimos el

    compromiso de

    mejorar la eficiencia

    global del sistema.

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    Segundo reto planteado:Reformar las instalaciones, aprovechando al mximo los

    equipos existentes y con la planta funcionando.

    Mejora de la Eficiencia Energtica en la Reforma de Plantas Desaladoras. Un Compromiso de Sostenibilidad - II Seminario Internacional de Desalacin en Antofagasta - 2010

    Para aprovechar los equipos de

    bombeo existentes, bastidores,

    valvulera y conducciones, la

    solucin aplicada consisti en

    transformar cada dos lneasexistentes, en una nica lnea que

    es alimentada por medio de una

    bomba de alta presin existente y

    un nuevo sistema de cmaras

    isobricas mas bomba booster.

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    Proceso de reforma: (1 de 10)

    Mejora de la Eficiencia Energtica en la Reforma de Plantas Desaladoras. Un Compromiso de Sostenibilidad - II Seminario Internacional de Desalacin en Antofagasta - 2010

    1. Situacin inicial

    Se parte de 4 lneas de 7.200 m3/d de produccin unitaria equipadas con turbinas pelton yespacio para 4 lneas mas. Adems de dispone de una BAP de reserva.

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    Proceso de reforma: (2 de 10)

    Nuevos bastidores

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    2. Instalacin de 4 nuevos bastidores, configurando 2 lneas de 15.000 m3/d

    En los espacios vacios existentes se instalan 2 nuevas lneas de produccin, formadas por 4bastidores de membranas.

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    Proceso de reforma: (3 de 10)

    Mejora de la Eficiencia Energtica en la Reforma de Plantas Desaladoras. Un Compromiso de Sostenibilidad - II Seminario Internacional de Desalacin en Antofagasta - 2010

    3. Instalacin de nuevos sistemas de recuperacin/alimentacin a lneas de 15.000m3/d

    En los espacios vacios existentes se instalan 2 nuevas lneas dotadas de cmaras isobricasy bombas boostes, esperando el traslado de las bombas de alta presin existentes.

    Nuevos sistemas de recuperacin/ alimentacin

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    Proceso de reforma: (4 de 10)

    Mejora de la Eficiencia Energtica en la Reforma de Plantas Desaladoras. Un Compromiso de Sostenibilidad - II Seminario Internacional de Desalacin en Antofagasta - 2010

    4. Reforma de la bomba de alta presin de reserva.

    Primeramente se utiliza la bomba de reserva. Previamente se le ha eliminado la turbina yse ha sustituido el motor, incrementando la potencia de este.

    Reforma de bomba de altapresin de reserva

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    Proceso de reforma: (5 de 10)

    Lnea C

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    5. Puesta en servicio de la nueva lnea de produccin C

    Una vez instalada una de las nuevas lneas , se pone en marcha la nueva lnea deproduccin C, pudindose parar dos lneas de 7.200 m3/d existentes.

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    Proceso de reforma: (6 de 10)

    Lnea C

    Lnea D

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    6. Parada de dos lneas existentes para reformarlas.

    Puesta en servicio la nueva lnea C, se paran dos lneas antiguas para reformarlas. Sereforma y cambia de posicin una bomba existente y se pone en marcha la lnea D.

    Bomba a nueva posicin

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    Proceso de reforma: (7 de 10)

    Lnea B

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    7. Adecuacin y reforma de la nueva lnea B.

    Se reforman bastidores, conducciones y otra bomba de alta presin existente. Se haeliminado la turbina y se ha sustituido el motor, incrementando la potencia de este.

    Bomba reformada

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    Proceso de reforma: (8 de 10)

    Lnea B

    Lnea C

    Lnea D

    Lnea A

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    8. Cambio de posicin de BAP para la nueva lnea C.

    A otra bomba de alta se le ha eliminado la turbina y se ha sustituido el motor,incrementando la potencia de este. Se traslada para servir de alimentacin a la lnea C.

    Nueva posicin de bomba

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    Proceso de reforma: (9 de 10)

    Lnea BLnea A

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    9. Reforma de las dos ltimas lneas existentes.

    Con las nueva lneas C y D en servicio, se procede a parar las dos ltimas lneasexistentes para reformarlas.

    Recuperadores + booster

    Reforma debomba

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    Proceso de reforma: (10 de 10)

    Lnea BLnea A

    Lnea C

    Lnea D

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    10. Puesta en marcha de toda la instalacin.

    Una vez reformadas las instalaciones, se procede a la puesta en marcha del conjunto detoda la planta.

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    Comparativo entre elestado inicial y final

    Estado inicial

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    Estado final

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    Etapa de reforma, en la que convivan los dos sistemas de recuperacin de energa

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    1 elemento 2 elemento 3 elemento 4 elemento 5 elemento 6 elemento 7 elemento

    PRODUCTO PRODUCTO

    = 380 6.000 gpd = 380 6.000 gpd = 380 6.000 gpd = 380 6.000 gpd = 380 6.000 gpd = 400 7.500 gpd = 400 7.500 gpd

    BASTIDORES EXISTENTES. NUEVA CONFIGURACION ADOPTADA

    Otro factor de mejora importante ha sido lainstalacin de nuevas membranas de smosis

    inversa de mayor produccin especfica que las

    existentes.

    Mejoras generales

    Adems, en la planta se ha realizado:

    Nueva captacin de agua de mar entoma abierta.

    Ampliacin del pretratamiento.

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    ALIMENTACION RECHAZO

    1 elemento 2 elemento 3 elemento 4 elemento 5 elemento 6 elemento 7 elemento

    PRODUCTO PRODUCTO

    = 400 7.500 gpd = 400 7.500 gpd = 400 7.500 gpd = 400 7.500 gpd = 400 7.500 gpd = 400 9.000 gpd = 400 9.000 gpd

    ALIMENTACION RECHAZO

    1 380 6.000 gpd

    2 400 7.500 gpd

    3 400 9.000 gpd

    NUEVOS BASTIDORES. CONFIGURACION ADOPTADA

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    40

    1 2 3

    (m3/da)

    MODELO DE MEMBRANA

    PRODUCCIONES NORMALIZADA DE MEMBRANASUTILIZADAS

    Instalacin de 2 pasos para mejorade calidad del producto.

    Ampliacin del sistema de

    remineralizacin.

    Ampliacin del almacenamiento y

    bombeo de producto.

    Instalacin de un nuevo sistema de

    control de ltima generacin

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    PARAMETROS DE OPERACIONTURBINAS

    PELTON

    CAMARAS

    ISOBARICAS

    Produccin neta por lnea 7.200 15.080 m3/d

    Factor de conversin 45 45 %

    Caudales horarios

    . Agua bruta 667 1.396 m3/h

    . Agua producto 300 628 m3/h

    . Salmuera 367 768 m3/h

    Caudal de la bomba de alta presin 667 636 m3/h

    Presin diferencial de la bomba de alta presin. Prdidas de carga hasta bastidor 10 15 m.c.l.

    . Prdida mnima en vlvula de control 8,5 0 m.c.l.

    . Presin mxima de alimentacin a bastidor 673 688 m.c.l.

    . Presin de impulsin 691 703 m.c.l.

    . Presin en aspiracin 20 20 m.c.l.

    . Presin diferencial 671 683 m.c.l.

    Presin diferencial en turbina m.c.l.

    . Salida de bastidores 663 m.c.l.

    COMPARATIVO DEL CONSUMO ENERGETICO DE LOS DOS SISTEMAS DE FUNCIONAMIENTO(1)

    I.T.A.M. TORDERA

    BOMBEO DE ALTA PRESION

    1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 2,20 2,40 2,60 2,80 3,00 3,20

    1

    2

    Sistemasderecuperacin

    (1turbinas-2cmaras

    isobaricas)

    COMPARATIVO DEL CONSUMO

    ELECTRICO

    Conclusin

    El consumo

    Mejora de la Eficiencia Energtica en la Reforma de Plantas Desaladoras. Un Compromiso de Sostenibilidad - II Seminario Internacional de Desalacin en Antofagasta - 2010

    . . . .

    . Presin de descarga 0 m.c.l.

    . Presin diferencial 655Potencia absorbida en bomba

    . Rendimiento hidrulico bomba alta presin 85 85 %

    . Absorbida por la bomba 1478 1435 Kw

    Potencia recuperada en turbina

    . Rendimiento hidrulico de turbina 88 %

    . Potencia recuperada 599

    Potencia neta del tren de alta presin 879 1435 Kw

    Energa consumida por el tren de alta presin

    . Rendimiento motor 95,5 97 %

    . Energa consumida 920 1479 Kwh

    . Caudal de impulsin del booster 760 m3/h

    . Presin diferencial del booster 46 m.c.l.

    . Rendimiento hidrulico 83 %

    . Potencia absorbida 118 Kw

    . Rendimiento motor 92 %

    . Rendimiento del variador de frecuencia 97 %

    . Energa consumida 132 Kwh

    Energa consumida por el tren de alta presin 3,0678 2,354 Kwh/m3

    Energa consumida por el bombeo booster 0,211 Kwh/m3

    Energa consumida total 3,068 2,565 Kwh/m3

    AHORRO ENERGETICO CON RECUPERADORES 0,503 Kwh/m3

    16% De ahorro Notas: (1) Valores de diseo

    1BOMBEO BOOSTER DE ALTA PRESION

    RESUMEN DEL CONSUMO ENERGETICO DE AMBOS SISTEMAS 2

    Consumo especfico (Kwh/m3 producido)

    ha disminuido0,503 Kwh/m3

    (16% del consumo

    en alta presin).

    El ahorro enconsumo elctrico

    es de 10.110.300

    Kwh ao.

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    6.- I.D.A.M. IBIZA (CAPITAL)

    Medidas implantadas mas relevantes:

    Sustitucin de las turbinas PELTON

    por cmaras isobaricas como

    sistema de recuperacin de energa

    Am liacin de la roduccin en 1

    1

    Mejora de la Eficiencia Energtica en la Reforma de Plantas Desaladoras. Un Compromiso de Sostenibilidad - II Seminario Internacional de Desalacin en Antofagasta - 2010

    Esta planta se dise en 1992 con

    capacidad para producir 9.000

    m3/da de agua desalada, mediante3 bastidores de 3.000 m3/da. En

    el diseo se previ la posibilidad

    de ampliacin de las instalaciones

    con un cuarto bastidor.

    paso, instalando un bastidor mas.

    Realizacin de obras de ampliacin

    y mejoras generales.

    Eliminacin del bombeo de

    salmuera a emisario.3

    4

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    Proceso de reforma:

    Mejora de la Eficiencia Energtica en la Reforma de Plantas Desaladoras. Un Compromiso de Sostenibilidad - II Seminario Internacional de Desalacin en Antofagasta - 2010

    La reforma consisti en la

    instalacin de un 4 bastidor de

    3.000 m3/d. La agrupacin decada dos bastidores en una lnea

    de produccin, equipadas con

    nuevas bombas de alta presin,

    cmaras isobricas y bombas

    booster.

  • 7/29/2019 Mejora Eficiencia Ptas Desaladoras

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    Eliminacin del bombeo de

    salmuera

    En esta planta originalmente,

    toda la salmuera generada y

    efluentes haba que bombearla,

    ya que el emisario terrestrepasa por un punto ms alto que

    la planta, que est a la cota

    +2,50 m. Otra medida

    La ltima medida para mejorar la

    eficiencia energtica ha sido la

    instalacin de nuevas membranas de

    O.I. de bajo consumo

    Mejoras generales

    Mejora de la Eficiencia Energtica en la Reforma de Plantas Desaladoras. Un Compromiso de Sostenibilidad - II Seminario Internacional de Desalacin en Antofagasta - 2010

    ,

    utilizar la contrapresinnecesaria a la salida de las

    cmaras isobricas, para

    realizar la impulsin del

    rechazo a emisario de

    evacuacin. De esta formaevitamos el consumo elctrico

    en el bombeo de evacuacin,

    utilizando la energa de

    descarga del sistema de

    recuperacin.

    ,

    Nueva captacin de agua de mar con pozos

    profundos

    Ampliacin del pretratamiento

    Instalacin de 2 pasos para mejora de calidad del

    producto Instalacin de un nuevo sistema de remineralizacin

    Ampliacin del almacenamiento y bombeo de

    producto

    Instalacin de un nuevo sistema de control de ltima

    generacin

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    7.- I.D.A.M. SAN ANTONIO DE PORTMANY

    En 1994 se construy una plantadesaladora de agua de mar por el proceso

    de smosis inversa en San Antonio de

    Portmany. La planta tena una produccin

    de 17.500 m3/d de agua desalada, despus

    de una ampliacin realizada.

    Medidas implantadas mas relevantes:

    Mejora de la Eficiencia Energtica en la Reforma de Plantas Desaladoras. Un Compromiso de Sostenibilidad - II Seminario Internacional de Desalacin en Antofagasta - 2010

    Sustitucin de las turbinas por cmaras isobricas como

    sistema de recuperacin de energa1

    Instalacin de nuevas membranas con una demanda de

    presin menor que las existentes, por lo tanto, se mejora elconsumo elctrico.

    2

    Realizacin de obras de mejoras generales.3

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    Proceso de reforma:

    La I.D.A.M. de San Antonio contaba

    con tres lneas de produccin. Dos (2)

    de 5.000 m3/d con bombas invertidas

    como sistema de recuperacin y unatercera de 7.500 m3/d equipada con

    turbina pelton como sistema de

    recuperacin de energa.

    Mejora de la Eficiencia Energtica en la Reforma de Plantas Desaladoras. Un Compromiso de Sostenibilidad - II Seminario Internacional de Desalacin en Antofagasta - 2010

    Evolucionan con la

    reforma a:

    Tres (3) lneas de 6.000 m3/d de

    produccin unitaria en su 1 paso,

    equipadas con cmaras isobricas.

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    La ltima medida para mejorar

    la eficiencia energtica ha sido

    la instalacin de nuevas

    membranas de O.I. de bajo

    consumo.

    Me oras enerales

    Mejora de la Eficiencia Energtica en la Reforma de Plantas Desaladoras. Un Compromiso de Sostenibilidad - II Seminario Internacional de Desalacin en Antofagasta - 2010

    Adems, en la planta se ha realizado:

    Instalacin de 2 pasos para mejora de

    calidad del producto.

    Sustitucin de celdas de media tensin.

    Instalacin de un nuevo sistema de

    control de ltima generacin.

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    8.- CONCLUSIONES

    Se han realizado y se van necesitando procesos de reforma en algunas plantas,

    debido a su edad y eficiencia energtica.1

    Cuando los equipos electromecnicos llegan al final de su vida til o se considerantcnicamente amortizados, se plantea la sustitucin de los mismos por otros nuevos

    de tecnologa ms avanzada.

    2

    Mejora de la Eficiencia Energtica en la Reforma de Plantas Desaladoras. Un Compromiso de Sostenibilidad - II Seminario Internacional de Desalacin en Antofagasta - 2010

    Con la iniciativa de las Administraciones se puede emprender actuacionesencaminadas a mejorar la sostenibilidad de la instalaciones de desalacin,

    promoviendo la reduccin del impacto ambiental que supone el consumo

    energtico.

    Las ingenieras, constructoras y empresas explotadoras de instalaciones de

    desalacin, debemos poner todo nuestro empeo y esfuerzo en aplicar las ltimas

    tecnologas disponibles en el mercado en materia de reduccin del consumo

    elctrico en desalacin.

    3

    4

    M j d l Efi i i E ti l R f d Pl t D l d U C i d S t ibilid d II S i i I t i l d D l i A t f t 2010

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    Sirva como ejemplo de Mejora de la Eficiencia Energtica en la Reforma de I.D.A.M.S,

    los resultados de reduccin de consumo elctrico obtenidos en las plantas presentadas.

    INSTALACIONAHORRO EN CONSUMO

    ELECTRICO ESPECIFICO

    POTENCIAL DE AHORRO

    ELECTRICO ANUAL

    I.T.A.M. de Tordera 0,503 Kwh/m3 10.110.300 Kwh ao

    I.D.A.M. de Ibiza 0,725 Kwh/m3 3.035.938 Kwh ao

    I.D.A.M. San Antonio 0,735 Kwh/m3 4.311.812 Kwh ao

    Mejora de la Eficiencia Energtica en la Reforma de Plantas Desaladoras. Un Compromiso de Sostenibilidad - II Seminario Internacional de Desalacin en Antofagasta - 2010

    Reformar las instalaciones mencionadas anteriormente, con

    sistemas de produccin de agua desalada ms eficientes,

    significa dejar de consumir de la red elctrica un total de17.458 Mwh al ao.

    Esto supone evitar la emisin de 15.538 toneladas de CO2 a la

    atmsfera.

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