A través del análisis y evaluación en la Planta de Tratamiento de Agua Potable de Puerto Mallarino en Cali, se estimó el potencial de ahorro en el proceso de captación de agua, logrando reducciones hasta del 55% en el consumo de energía.
En el año 2011, el Banco Interamericano de Desarrollo (BID), creó una hoja de ruta para evaluar los sistemas de agua en las empresas de acueducto y saneamiento básico en países de América Latina y El Caribe; después de realizar un estudio sobre la eficiencia energética (consumo eléctrico) y los costos que se generan en las plantas de tratamiento de agua.
Con base en esto, el grupo de investigación de Abastecimiento de Agua del Instituto Cinara, de la Facultad de Ingeniería de la Universidad del Valle, en cabeza de las estudiantes Natalia Prieto Rodríguez y Ana María Caicedo, desarrolló un trabajo titulado “Valoración del consumo de energía del sistema de bombeo de agua cruda de la Planta de Tratamiento de Agua Potable (PTAP) Puerto Mallarino de la ciudad de Cali – Colombia”, que contó con el apoyo de las Empresas Municipales de Cali (Emcali), encargada de abastecer a más de 2 millones de habitantes. En el estudio, se valoraron diferentes escenarios de operación del sistema de bombeo de agua cruda para el año 2015.
Cali cuenta una cobertura de acueducto que alcanza el 98,12% y dispone de un sistema de abastecimiento de agua potable que está conformado por cinco PTAP: Río Cali, La Rivera, La Reforma, Puerto Mallarino y Río Cauca, estas dos últimas realizan captación de agua a través de un sistema de bombeo, las demás plantas captan el líquido por gravedad, es decir, no consumen energía eléctrica.
Estación de bombeo de agua cruda, captada desde la bocatoma para ser tratada en la planta Foto Cortesía: Emcali
De las cinco plantas, la de Puerto Mallarino es la principal porque surte el 62% del agua potable que consume la ciudad diariamente, está en capacidad de producir 6.6 metros cúbicos de agua potable por segundo, unos 570 mil metros cúbicos diarios, la cantidad para llenar 300 piscinas olímpicas. Gracias a diversas operaciones que empieza con la captación de agua cruda del río Cauca, y que posteriormente es impulsada desde la bocatoma a la estación de bombeo, con ayuda de seis bombas, hasta la planta para empezar a ser tratada. Este proceso es el que genera mayor consumo de energía, pues según un estudio realizado en 2013 por la Universidad Autónoma de Occidente, dicha área de trabajo representa el 72,40%, equivalente a 440.771 kWh/mes, del gasto total.
Justamente el Viceministerio de Agua y Saneamiento Básico y la Unidad de Planeación Minero Energética señaló que en Colombia “el sector de acueductos tiene una participación cercana al 8% en la demanda total de energía en el país, y que el costo del consumo de energía puede llegar a ser el 10% de los costos totales de operación en un sistema de acueducto y/o alcantarillado completo, incluidos sus sistemas de tratamiento, bien sea de potabilización o de aguas residuales”.
Puesta en marcha del estudio
Según el ingeniero Sanitario del Instituto Cinara, Edgar Quiroga Rubiano, profesor de la Universidad del Valle y Vicerrector de Bienestar Universitario y quien, con la participación del Ingeniero Electricista Carlos Pinedo Jaramillo, profesor de la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, estuvieron acompañando el estudio, el alto consumo de energía en los sistemas de bombeo se debe a que funcionan con bombas de motores eléctricos o de combustión interna. “Muchas veces esos sistemas tienen problemas de mal diseño, muy bajas eficiencias en los motores o hay un uso inadecuado en términos de operación. Cuando el consumo de energía es muy alto, se tiene un alto impacto en la huella de carbono, porque para producir energía hay mucha generación de CO2”, afirma.
Se explica en el trabajo de investigación que durante el análisis y valoración de la eficiencia energética en el proceso de captación de agua cruda, se construyeron diversos escenarios de operación de las bombas en las que aportaban el mismo caudal o mayor a un menor consumo de energía, relacionados con periodos climáticos, días y horas específicas; de esta forma se obtuvieron buenos resultados.
“En periodos climáticos se consideraron los meses de mayor precipitación de lluvias, definiendo las mejores combinaciones de trabajo de bombas funcionado en paralelo, que aportó una disminución cercana al 40% del consumo de energía. Para los escenarios de los fines de semana, y horas pico laborales, se encontraron otras combinaciones del trabajo en paralelo de las bombas, con reducciones cercanas al 55% del consumo de energía, con ostensibles reducciones de los costos de energía totales en el sistema.”, lo que permitió hacer diversas recomendaciones a Emcali.
Pero hay otras estimaciones brindadas por el BID relacionadas con que en algunas plantas se podría lograr una reducción de entre 5% y 15% del consumo de electricidad, mediante la instalación de variadores de velocidad y motores de alta eficiencia, y algunas plantas de tratamiento podrían reducir entre 10% y 20% esos costos si modifican sus equipos.
Por eso, “la investigación propone hacer la evaluación de sistemas de bombeo desde la perspectiva de la eficiencia energética, y esa evaluación está orientada a revisar cómo están funcionando las bombas con sus motores eléctricos y a partir de ahí establecer medidas de mejoramiento que la gran mayoría de las veces recomienda nuevas opciones de operación y, de ser posible, hacer una reposición de equipos de última generación que permitan mejorar las condiciones de trabajo y bajar los costos energéticos”, asegura el Ingeniero.
Eficiencia energética en acción
Además de las recomendaciones hechas por el Instituto Cinara, desde unos años atrás Emcali viene trabajando con base en un estudio de una auditoría energética que enlistó una serie de mejoras para optimizar todo el sistema, así lo señaló el Ingeniero Jairo Villareal Aguirre, jefe del departamento de Mantenimiento de las estaciones de bombeo de agua potable de Emcali, quien aseguró que en las PTAP Puerto Mallarino y Río Cauca ya está en marcha varios lineamientos.
“En este momento estamos haciendo unas mediciones por procesos y estamos ya casi a punto de terminarlo para empezar con el seguimiento del consumo energético también por procesos. Esto se mide por índice de eficiencia energética, y los ahorros no se aprecian de manera inmediata, por ejemplo, a la planta de Cauca se le hizo una renovación tecnológica y se cambiaron todos los motores, por lo que antes estábamos consumiendo 0.28 kilovatios x metros cúbicos (KW/m3) y hoy estamos en 0.18 KW/m3. En cambio en Puerto Mallarino hemos bajado un punto, de 0.28 a 0.27 KW/m3 porque allí solamente se cambiaron recientemente cuatro motores, por lo que todavía no es muy significativa la reducción del consumo. Al cabo de unos meses ya nos daremos cuenta cuánto ha bajado el índice”, explicó el técnico.
Foto Cortesía: Emcali
Según Villarreal, ese punto está representando un ahorro anual de 3.985.000 kilovatios hora (KWh), pero para él los beneficios que trae dicha gestión son más ambientales que energéticos, porque por mucho que se baje uno o dos puntos de energía, la tarifa va subiendo, y así sucedió el año pasado cuando la bolsa de energía que compra Emcali presentó altibajo en el precio, que estuvo entre $300 y $150 el KWh.
Para el ingeniero Edgar Quiroga Rubiano, con el manual de eficiencia sí habría una reducción importante en costos de operación para empresas públicas de suministro de agua potable como Emcali, que compra a unos precios relativamente altos, y expuso una alternativa que se sugirió y que no usan muchas empresas: “si se bombea en hora Valle -hora de menos demanda- en lugar de horas pico, se tendría un costo diferencial. Ahora Emcali está muy avanzado en ese sentido, y con los apoyos que hemos venido dándole desde la Universidad y el Instituto Cinara, hay un trabajo en equipo que le permite a la empresa aprovechar toda esa investigación para ponerla en práctica en el mejoramiento de sus procesos y en las condiciones ambientales que ayuden a bajar la huella de carbono”, puntualizó.
De acuerdo con el Banco Interamericano de Desarrollo, al implementarse un plan de eficiencia energética se podría reducir entre un 10% y 40% sus costos de energía, y algunas plantas de tratamiento podrían reducirlos hasta un 75%; lo que ocurre es que en el país aún no se ha tomado en consideración la implementación de algunos proyectos energéticos porque las empresas lo ven como un gasto, no como una inversión de corto y largo plazo, pese a que en Colombia se ha venido trabajando en la gestión de la energía en sistemas de tratamiento de agua bajo la orientación de las autoridades ambientales y energéticas.
Estación de bombeo de agua cruda, captada desde la bocatoma para ser tratada en la planta Foto Cortesía: EmcaliDe las cinco plantas, la de Puerto Mallarino es la principal porque surte el 62% del agua potable que consume la ciudad diariamente, está en capacidad de producir 6.6 metros cúbicos de agua potable por segundo, unos 570 mil metros cúbicos diarios, la cantidad para llenar 300 piscinas olímpicas. Gracias a diversas operaciones que empieza con la captación de agua cruda del río Cauca, y que posteriormente es impulsada desde la bocatoma a la estación de bombeo, con ayuda de seis bombas, hasta la planta para empezar a ser tratada. Este proceso es el que genera mayor consumo de energía, pues según un estudio realizado en 2013 por la Universidad Autónoma de Occidente, dicha área de trabajo representa el 72,40%, equivalente a 440.771 kWh/mes, del gasto total.
Justamente el Viceministerio de Agua y Saneamiento Básico y la Unidad de Planeación Minero Energética señaló que en Colombia “el sector de acueductos tiene una participación cercana al 8% en la demanda total de energía en el país, y que el costo del consumo de energía puede llegar a ser el 10% de los costos totales de operación en un sistema de acueducto y/o alcantarillado completo, incluidos sus sistemas de tratamiento, bien sea de potabilización o de aguas residuales”.
Puesta en marcha del estudio
Según el ingeniero Sanitario del Instituto Cinara, Edgar Quiroga Rubiano, profesor de la Universidad del Valle y Vicerrector de Bienestar Universitario y quien, con la participación del Ingeniero Electricista Carlos Pinedo Jaramillo, profesor de la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, estuvieron acompañando el estudio, el alto consumo de energía en los sistemas de bombeo se debe a que funcionan con bombas de motores eléctricos o de combustión interna. “Muchas veces esos sistemas tienen problemas de mal diseño, muy bajas eficiencias en los motores o hay un uso inadecuado en términos de operación. Cuando el consumo de energía es muy alto, se tiene un alto impacto en la huella de carbono, porque para producir energía hay mucha generación de CO2”, afirma.
Se explica en el trabajo de investigación que durante el análisis y valoración de la eficiencia energética en el proceso de captación de agua cruda, se construyeron diversos escenarios de operación de las bombas en las que aportaban el mismo caudal o mayor a un menor consumo de energía, relacionados con periodos climáticos, días y horas específicas; de esta forma se obtuvieron buenos resultados.
“En periodos climáticos se consideraron los meses de mayor precipitación de lluvias, definiendo las mejores combinaciones de trabajo de bombas funcionado en paralelo, que aportó una disminución cercana al 40% del consumo de energía. Para los escenarios de los fines de semana, y horas pico laborales, se encontraron otras combinaciones del trabajo en paralelo de las bombas, con reducciones cercanas al 55% del consumo de energía, con ostensibles reducciones de los costos de energía totales en el sistema.”, lo que permitió hacer diversas recomendaciones a Emcali.
Pero hay otras estimaciones brindadas por el BID relacionadas con que en algunas plantas se podría lograr una reducción de entre 5% y 15% del consumo de electricidad, mediante la instalación de variadores de velocidad y motores de alta eficiencia, y algunas plantas de tratamiento podrían reducir entre 10% y 20% esos costos si modifican sus equipos.
Por eso, “la investigación propone hacer la evaluación de sistemas de bombeo desde la perspectiva de la eficiencia energética, y esa evaluación está orientada a revisar cómo están funcionando las bombas con sus motores eléctricos y a partir de ahí establecer medidas de mejoramiento que la gran mayoría de las veces recomienda nuevas opciones de operación y, de ser posible, hacer una reposición de equipos de última generación que permitan mejorar las condiciones de trabajo y bajar los costos energéticos”, asegura el Ingeniero.
Eficiencia energética en acción
Además de las recomendaciones hechas por el Instituto Cinara, desde unos años atrás Emcali viene trabajando con base en un estudio de una auditoría energética que enlistó una serie de mejoras para optimizar todo el sistema, así lo señaló el Ingeniero Jairo Villareal Aguirre, jefe del departamento de Mantenimiento de las estaciones de bombeo de agua potable de Emcali, quien aseguró que en las PTAP Puerto Mallarino y Río Cauca ya está en marcha varios lineamientos.
“En este momento estamos haciendo unas mediciones por procesos y estamos ya casi a punto de terminarlo para empezar con el seguimiento del consumo energético también por procesos. Esto se mide por índice de eficiencia energética, y los ahorros no se aprecian de manera inmediata, por ejemplo, a la planta de Cauca se le hizo una renovación tecnológica y se cambiaron todos los motores, por lo que antes estábamos consumiendo 0.28 kilovatios x metros cúbicos (KW/m3) y hoy estamos en 0.18 KW/m3. En cambio en Puerto Mallarino hemos bajado un punto, de 0.28 a 0.27 KW/m3 porque allí solamente se cambiaron recientemente cuatro motores, por lo que todavía no es muy significativa la reducción del consumo. Al cabo de unos meses ya nos daremos cuenta cuánto ha bajado el índice”, explicó el técnico.
Foto Cortesía: EmcaliSegún Villarreal, ese punto está representando un ahorro anual de 3.985.000 kilovatios hora (KWh), pero para él los beneficios que trae dicha gestión son más ambientales que energéticos, porque por mucho que se baje uno o dos puntos de energía, la tarifa va subiendo, y así sucedió el año pasado cuando la bolsa de energía que compra Emcali presentó altibajo en el precio, que estuvo entre $300 y $150 el KWh.
Para el ingeniero Edgar Quiroga Rubiano, con el manual de eficiencia sí habría una reducción importante en costos de operación para empresas públicas de suministro de agua potable como Emcali, que compra a unos precios relativamente altos, y expuso una alternativa que se sugirió y que no usan muchas empresas: “si se bombea en hora Valle -hora de menos demanda- en lugar de horas pico, se tendría un costo diferencial. Ahora Emcali está muy avanzado en ese sentido, y con los apoyos que hemos venido dándole desde la Universidad y el Instituto Cinara, hay un trabajo en equipo que le permite a la empresa aprovechar toda esa investigación para ponerla en práctica en el mejoramiento de sus procesos y en las condiciones ambientales que ayuden a bajar la huella de carbono”, puntualizó.
De acuerdo con el Banco Interamericano de Desarrollo, al implementarse un plan de eficiencia energética se podría reducir entre un 10% y 40% sus costos de energía, y algunas plantas de tratamiento podrían reducirlos hasta un 75%; lo que ocurre es que en el país aún no se ha tomado en consideración la implementación de algunos proyectos energéticos porque las empresas lo ven como un gasto, no como una inversión de corto y largo plazo, pese a que en Colombia se ha venido trabajando en la gestión de la energía en sistemas de tratamiento de agua bajo la orientación de las autoridades ambientales y energéticas.
