Agitador sumergible con empuje adaptable de Xylem: Aumenta la flexibilidad, aumenta la eficiencia

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  • Agitador sumergible empuje adaptable Xylem: Aumenta flexibilidad, aumenta eficiencia
  • Tener la capacidad para cambiar el empuje de un agitador después de haberlo instalado para que cumpla con las condiciones específicas de la instalación puede ahorrar costes energéticos significativos - a veces más del 50.

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Xylem Water Solutions España
Xylem Water Solutions España aporta soluciones globales de transporte y tratamiento en cada etapa del ciclo del agua.

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Aplicaciones de tratamiento de aguas residuales

Agitador Flygt 4320

Introducción

El agitador 4320 Flygt de Xylem Water Solutions permite a los operarios adaptar el efecto de la agitación para satisfacer diferentes demandas según sea la aplicación, mejorando así las capacidades operativas a la vez que se reducen los costes energéticos hasta en un 50 por ciento.

La agitación se realiza en muchas etapas del tratamiento de las aguas residuales para generar un estado hidrodinámico que asegure el mezclado, la suspensión de sólidos y la distribución homogénea. Tradicionalmente se han utilizado los agitadores sumergibles convencionales con una velocidad de giro constante para aplicaciones tales como el tratamiento de lodos activos, su retención y en la etapa de digestión. Aunque el uso de variadores de frecuencia (VFD) en ciertas aplicaciones de plantas de tratamiento de aguas residuales ha aumentado de manera constante (en particular para controlar la entrada de caudal), se ha retrasado el desarrollo de sistemas igualmente eficaces para controlar el flujo impulsado por el agitador.

Muchas plantas de aguas residuales utilizan agitadores de una sola velocidad con modo de arranque / parada. Algunas plantas instalan variadores de frecuencia en uno de los lados del tanque para lograr cierta flexibilidad operacional que es el que puede aportar un agitador de una sola velocidad de giro. Xylem, sin embargo, ha diseñado recientemente una tecnología mucho más eficaz; la integración del variador de frecuencia (VFD) dentro del motor sumergido del agitador. Lo encontramos en el agitador sumergible de baja velocidad Flygt 4320. Es el primer agitador sumergible que ofrece una velocidad variable sin utilizar un VFD externo

El agitador 4320 Flygt de Xylem Water Solutions permite a los operarios adaptar el efecto de la agitación para satisfacer diferentes demandas según sea la aplicación

Con el agitador sumergible Flygt 4320, los operarios tienen un control completo sobre el empuje del agitador, permitiendo de este modo que los resultados de los procesos sean continuos y, a su vez, se reduzca el consumo de energía. Al eliminar los problemas de compatibilidad electromagnética (EMC) y otros problemas de instalación y puesta en marcha similares (a menudo asociados al uso de variadores de frecuencia externos colocados fuera del Tanque de agitación), la tecnología Flygt de accionamiento integrado permite continuas variaciones de empuje para funcionar con un simple modo de arranque / paro.

Agitación con empuje adaptable

Los procesos de agitación cambian continuamente con el tiempo en la mayoría de las plantas de tratamiento de aguas residuales. Por ejemplo, incluyen cambios a largo plazo debido a los aumentos graduales o disminuciones en las cargas, como resultado estacional del funcionamiento diario (incluso por variaciones horarias). También se producen variaciones en la entrada del caudal al tanque: al cambiar el tipo de reja de desbaste, el cambio de velocidad media en el caudal, en los niveles de los sólidos suspendidos en el licor-mezcla y en el ajuste de las zonas aeróbicas / anóxicas. Todos estos factores pueden cambiar significativamente las necesidades de empuje.

"Los procesos de tratamiento de aguas residuales no son estáticos, sino que varían con el tiempo", Andreas Lindberg, director de producto de Agitadores en Xylem Water Solutions. "La funcionalidad de velocidad variable del agitador Flygt 4320 hace que sea fácil ajustar el empuje del agitador a las condiciones del proceso en tiempo real, por lo que es un agitador flexible y potente."

Por otro lado, se deben tener en cuenta numerosos parámetros a la hora de seleccionar un agitador. Por ejemplo, cuando una planta de tratamiento de aguas residuales se encuentra en su etapa de diseño, no siempre se conocen las condiciones de agitado y otros datos importantes. Estos pueden ser:

  • Dimensiones internas del tanque, incluyendo obstáculos eventuales tales como trabajo en tuberías, etc.
  • Tasa de flujo a través del tanque
  • Contenido de materia seca
  • La consistencia del fluido para agitar
  • Nivel de pre-tratamiento (por ejemplo, eliminación de arena)
  • Ubicación de entradas y salidas
  • Presencia de equipos de aireación y tasa del flujo de aire durante la oxigenación.

Los agitadores sumergibles, tradicionalmente accionados por motores de una sola velocidad, se eligen normalmente para dar el empuje máximo según la carga de diseño de la planta. Pero debido a que rara vez se produce la carga máxima, el agitador normalmente consume más energía de la necesaria, lo que resulta en altos costes de funcionamiento innecesarios y de explotación.

Con la flexibilidad del agitador de velocidad variable Flygt 4320, gran parte de la incertidumbre en la etapa de diseño se pueden eliminar, dando al ingeniero más flexibilidad hasta el momento en que se conocen todos los hechos (por lo general, cuando se pone en marcha el agitador y empieza a funcionar con los datos reales operativos de la planta).

"Tener la capacidad para cambiar el empuje del agitador después de haberlo instalado para que cumpla con las condiciones específicas de la instalación puede ahorrar costes energéticos significativos - a veces más del 50% lo que supone un ahorro de miles de euros por agitador," dice Lindberg. "El agitador 4320 de Flygt permite que una planta de tratamiento utilice sólo la energía que el proceso demande en el día, sin dejar de estar bien preparada para futuros aumentos según demanda".

 "El agitador 4320 de Flygt permite que una planta de tratamiento utilice sólo la energía que el proceso demande en el día, sin dejar de estar bien preparada para futuros aumentos según demanda"

Máximo empuje / Mínima energía

El empuje producido por un agitador y su potencia asociada establecen los parámetros de rendimiento. Esto es clave en un agitador sumergible. Cuando se comparan varios agitadores, el agitador que produce la mayor cantidad de empuje utilizando la menor energía debe ser el elegido en los sistemas de agitación de flujo controlado.

Por ejemplo, cuando una hélice ejerce un empuje sobre un caudal contenido en el interior de un tanque o depósito, el caudal empezará a moverse, acelerando hasta que la pérdida asociada con el flujo en el tanque equilibre el empuje del agitador. La velocidad alcanzada en el punto de equilibrio es la "velocidad de equilibrio". Un mayor empuje equivale a una mayor velocidad de equilibrio, lo que resulta en un agitado más intenso.

Se puede conseguir un agitado suficiente con casi cualquier dispositivo de rotación, con la condición de que siempre está disponible la energía que lo haga funcionar. Sin embargo, aunque se realice el agitado usando la menor cantidad de potencia, se requiere un agitador sofisticado y ajustable. El Flygt 4320, con su hélice optimizada hidráulicamente, y el motor con variador de frecuencia integrado equivalente a un motor de categoría Premium IE4, provee un óptimo rendimiento de más de 4 puntos con respecto a otro motor de eficiencia energética.

Agitador ajustable, sofisticado

El diseño de la hélice del agitador 4320 de Flygt proporciona una alta eficiencia hidráulica para maximizar el nivel de empuje proporcionado a la vez que minimiza el consumo de energía. La hélice de gran diámetro (que va desde 1,4 metros a 2,5 metros y que está disponible en modelos de dos y tres palas, con un empuje máximo de hasta 6.000 newtons) está diseñado con materiales de alta resistencia y un diseño de auto-limpieza llamado “backswept” patentado que consigue un rendimiento sin atascos.

El bloque de accionamiento del agitador se compone de un motor síncrono de magnetización permanente acoplado a un variador de frecuencia interno, donde ambos componentes se alojan en el compartimiento del motor estanco del agitador. La eficiencia del motor del agitador Flygt 4320 corresponde a los niveles de eficiencia IE4 Súper Premium. A diferencia de la mayoría de los agitadores de hoy en día, que son impulsados ​​por motores inductivos asíncronos de jaula de ardilla, los motores de magnetización permanentes usados en el Flygt 4320 no muestran virtualmente pérdidas de inducción asociadas, con lo que la eficiencia alcanzable es sustancialmente más alta.

La unidad de accionamiento del Flygt 4320 es la misma unidad probada que la serie de Flygt 4400 de baja velocidad, con varios miles de instalaciones realizadas que abarcan más de 30 años de servicio. El variador de frecuencia del agitador 4320 se ha diseñado para no necesitar el servicio reparación durante la vida útil del agitador. El variador de frecuencia protege al agitador de sobrecargas y sobre corrientes. La unidad no permite que haya corrientes más altas que lo que dicta la limitación de corriente pre-programada.

El agitador Flygt 4320 también está pre-programado con algoritmos para un arranque / paro suaves, lo que reduce el desgaste y la fatiga de los componentes mecánicos y eléctricos para así extender la vida útil del equipo y reducir el mantenimiento. También proporciona un alto par de arranque sostenido sin exceso de corriente, así como la eficiencia sostenida de la unidad de motor con cargas parciales. A diferencia de los agitadores accionados por motor de inducción asíncronos, el motor del agitador Flygt 4320 ofrece un alto rendimiento en todas las cargas.

La ventaja del variador de frecuencia (VDF) integrado

La integración del VFD en el alojamiento estanco del motor del agitador aporta numerosas ventajas sobre un motor de un agitador controlado por un VFD externo y colocado externamente en lateral del depósito.

Los VFD colocados en el lateral del tanque a menudo incrementan los gastos de explotación debido a la necesidad de protección de los mismos ante las inclemencias del tiempo (refrigeración y protección ante las altas temperaturas, lo que aumenta la complejidad y la vulnerabilidad del sistema de agitación). Por el contrario, el VFD del 4320 está encapsulado en el interior del agitador, protegido de las duras condiciones, lo que incluye el polvo y la humedad variable. La refrigeración también se suministra automáticamente por la inmersión del agitador.

La integración de la unidad en el alojamiento del motor en general también elimina los problemas de compatibilidad electromagnética que pueden hacer que el equipo de control eléctrico externo sea más costoso.

La instalación de un agitador sumergible con el VFD externo al depósito no es una tarea sencilla. El variador de frecuencia debe ajustarse con cuidado en el motor del agitador, que consiste en la selección de la potencia correcta en la pantalla del VFD (una tarea que requiere un conocimiento suficiente en los procesos que se producen en el tanque de agitación). Ajustarlo requiere que la programación de los parámetros del variador de frecuencia se realicen para optimizar la combinación VFD / motor. El VFD del agitador Flygt 4320 está diseñado de antemano y pre-optimizado para su motor. No es necesario hacer nada, simplemente instalarlo directamente en el Tanque.

Flexibilidad de control

El Flygt 4320 acepta señales de control de los sistemas de control de procesos o de cualquier otra fuente necesaria. Esto da a los operadores inmensas posibilidades sin precedente para poder trabajar con el agitador de manera consciente y de forma adaptativa. Se puede montar en serie un pequeño panel de control con el cable de alimentación del agitador, lo que permite al operario cambiar localmente el efecto de la agitación; tan fácilmente como si regulásemos la luz de una sala de conferencias. La velocidad del agitador también se puede controlar a través de un protocolo patentado por Flygt denominado “Modbus” (que permite el control remoto del agitador así como obtener información del estado y de las alarmas. Todo desde la sala de control de la planta).

El poder del agitado adaptativo

"En comparación con un agitador sencillo, un agitador sumergible de velocidad variable hace que sea posible adaptar el agitado a cada situación. Es Ideal para cada momento, diariamente, adaptándose a las diferentes condiciones como los picos de entrada estacionales o anuales", dice Lindberg de Xylem. "El poder ajustar el equipo para las necesidades reales de empuje también reduce el desgaste y la tensión en el agitador durante los períodos de menor potencia, dotándolo de una vida más larga y un mantenimiento mucho más reducido. Una alta eficiencia y un empuje fácilmente ajustables pueden reducir al mínimo el consumo de energía sin dejar de cumplir los objetivos del proceso".

La integración de la unidad de frecuencia variable en el agitador hace que la combinación de agitador/ VFD sea muy compacta. Además simplifica la manipulación, instalación y puesta en marcha. Ajustando el agitado a las condiciones reales del proceso, el VDF integrado también da como resultado un agitador más eficiente, lo que resulta en unos costes de energía del agitador mucho más bajos.

Sobre el autor: Magnus Fahlgren es ingeniero de aplicaciones en Flygt, una marca de Xylem Water Solutions. Se especializa en aplicaciones de agitación y agitadores. Apoya a las organizaciones locales de Xylem Water Solutions por todo el mundo. Magnus tiene una Master en Ciencias de Ingeniería Mecánica del Instituto Real de Tecnología en Estocolmo, Suecia.

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