El camino hacia el Net Zero: mejorar la eficiencia energética en el sector del agua con SAM4 Energy

Explore cómo las empresas de agua pueden reducir los costes energéticos y la huella de carbono de los sistemas de agua potable y las plantas de tratamiento de aguas residuales optimizando el rendimiento de los equipos con SAM4 Energy.

Acerca de Samotics

Samotics es un proveedor líder de información práctica en tiempo real para optimizar el rendimiento y la eficiencia energética de motores de CA y equipos rotativos. Un equipo experto de científicos de datos, desarrolladores de software y especialistas técnicos ha desarrollado una plataforma basada en IA que ayuda a empresas industriales de todo el mundo a reducir el derroche de energía y los tiempos de inactividad imprevistos. Entre nuestros clientes se encuentran empresas líderes del sector como Yorkshire Water, Anglian Water, Northumbrian Water y Pidpa.

El reto de las empresas de agua: alcanzar el Net Zero

Las empresas de agua de todo el mundo están sometidas a presión para operar con cero emisiones netas. Por ejemplo, todo el sector del agua del Reino Unido se ha comprometido a alcanzar este objetivo en 2030. Al mismo tiempo, las empresas se ven presionadas para tratar mayores cantidades de aguas residuales y producir y distribuir mayores cantidades de agua limpia a medida que aumentan la población y la contaminación. Hasta dos tercios de las emisiones de la industria del agua se deben al consumo de electricidad en bombas, aireadores y otros equipos, lo que la convierte en la mayor fuente de emisiones controlable. Dado que hasta 40% de la electricidad utilizada por los sistemas accionados por motores eléctricos se desperdicia debido a ineficiencias operativas, desajustes entre procesos y máquinas y daños en desarrollo, estas emisiones se vuelven aún más significativas. Al mismo tiempo, los presupuestos de OPEX están bajo presión debido al aumento de los precios de la electricidad y a las limitadas formas de repercutir estos costes a los clientes finales. Existe una clara necesidad de una solución que reduzca el consumo de electricidad.

La solución: SAM4 Energy

En el sector del agua, los equipos suelen tener que dar servicio a una amplia gama de demandas de caudal, por lo que optimizarlos no es tarea sencilla. Como líder mundial en el análisis de datos eléctricos, la solución SAM4 Energy de Samotics proporciona la primera herramienta automatizada del mundo para lograr una optimización continua de la eficiencia. SAM4 Energy analiza la eficiencia de todo el tren motriz, desde las pérdidas en el motor eléctrico hasta los equipos accionados, como las bombas. Además, la plataforma distingue las pérdidas inherentes al equipo -como la eficiencia nominal del motor- y las causadas por la forma en que se opera el equipo, como las pérdidas de eficiencia de la bomba por operar lejos del punto de mejor eficiencia.

Con esta información, los avanzados algoritmos de SAM4 van más allá del rendimiento individual de los activos y proporcionan información sobre el rendimiento de estaciones de bombeo completas con varias bombas ubicadas en el mismo lugar en comparación con los valores de referencia del sector. Esto genera recomendaciones rentables que pueden ponerse en práctica, a menudo en un plazo muy breve y sin necesidad de costosas inversiones de capital. Ayuda a nuestros numerosos clientes a reducir su consumo de energía y a conseguir un ahorro anual recurrente de electricidad de 10-15% en todos sus equipos y de hasta casi 40% en activos específicos. Esto tiene un impacto muy positivo en los objetivos de sostenibilidad y la huella de carbono.

Potencial de ahorro energético en el sector del agua potable

Las bombas son el alma del sector del abastecimiento de agua, y los sistemas de bombeo representan por término medio más de 80% del consumo total de energía en las plantas de tratamiento de agua potable. En las redes de abastecimiento de agua, alrededor de dos tercios del consumo energético se atribuyen a la distribución final del agua. SAM4 Energy puede conseguir un ahorro energético medio de entre 10 y 15%, y las bombas individuales pueden ahorrar hasta casi 40% en casos concretos. Para determinar dónde puede mejorarse el rendimiento y la eficiencia de las bombas y otros equipos industriales críticos es necesario conocer a fondo el consumo de energía en el sector del agua y encontrar soluciones probadas para resolver los problemas de eficiencia asociados.

Muchas empresas de suministro de agua emplean SAM4 Energy para detectar dónde y cuándo se desperdicia energía en su red de abastecimiento de agua, mejorando la eficiencia y reduciendo al mismo tiempo los costes y las emisiones. Las recomendaciones van desde el ajuste de los umbrales de caudal en bombas situadas en el mismo lugar (para que funcionen más cerca de los puntos de eficiencia óptima) hasta la sugerencia de sustitución de componentes e incluso de bombas enteras. Los cambios de proceso de SAM4 Energy proporcionan a las empresas de suministro de agua un método rentable y rápido para reducir costes y emisiones sin inversión de capital.

SAM4 Energy también detecta ineficiencias eléctricas debidas a daños en desarrollo en activos industriales y sus componentes, lo que ayuda a los clientes de la industria del agua a optimizar las estrategias y la planificación del mantenimiento, reduciendo aún más los costes.

Consumo de energía en los sistemas de agua potable

Los sistemas de bombeo representan 87% del consumo total de energía de los sistemas de agua potable. SAM4 Energy puede generar ahorros de entre 3% y 37% en estos sistemas. Para un sistema típico que dé servicio a 200.000 personas, esto supone una reducción de hasta 1,5 GWh -equivalente a más de 325.000 euros al año-, al tiempo que se evitan aproximadamente 660 toneladas de emisiones de CO₂ al año*.

*El coste de 1 kWh es de 0,21 euros, y 1 MWh de emisiones de CO₂ equivale a 0,429 toneladas.

Cálculo del potencial de ahorro energético

El potencial de ahorro energético en el sector del agua potable varía en función del consumo total de energía, las operaciones específicas y los ajustes de control. Factores como los patrones de demanda de agua diurnos y estacionales, así como la configuración de los equipos (antigüedad, presencia de variadores de velocidad, etc.), también influirán en el potencial de ahorro energético.

En esta infografía se ha enumerado el potencial de ahorro significativo (medio) y elevado para los tipos de equipos más utilizados, basándose en la experiencia del sector.

SAM4 Energy en acción: Estudio de un caso práctico de bombeo de agua limpia

Resolver el funcionamiento ineficiente de las bombas para reducir el consumo de energía

La plataforma SAM4 Energy analizó tres bombas que forman el núcleo de una estación de bombeo de agua limpia. Estas bombas son cruciales para suministrar agua a los clientes durante los periodos punta y valle. La estación incluye dos bombas más grandes de 55 kW y una más pequeña de 11 kW.

SAM4 Energy descubrió que las bombas más grandes se utilizaban a menudo de forma ineficiente, manejando caudales que la bomba más pequeña podía gestionar de forma más eficiente. SAM4 Energy descubrió que las ineficiencias operativas de la bomba y el motor provocaban aproximadamente 10% de pérdidas totales de eficiencia.

Al aplicar las recomendaciones de SAM4 Energy, el cliente ajustó dos parámetros sencillos para conseguir un bombeo más eficaz durante los periodos de bajo caudal. En primer lugar, se aumentó el umbral de caudal de la bomba de 11 kW, ya que podía gestionar el caudal bajo con más eficacia que las dos bombas más grandes. En segundo lugar, se aumentó la velocidad de la bomba de 11 kW ajustando la frecuencia de alimentación del variador de frecuencia, ampliando su rango de funcionamiento para suministrar un mayor caudal a la presión requerida. Las bombas más grandes se activaron sólo cuando fue necesario. Estos cambios se aplicaron en cuestión de horas, sin ningún gasto de capital.

Tras aplicar estos cambios en el proceso, SAM4 Energy mostró que las tres bombas funcionaban más cerca de sus puntos de rendimiento óptimo. El rendimiento total de la estación de bombeo mejoró en 7,1%, teniendo en cuenta la distribución del tiempo de funcionamiento, la presión y las diferencias de caudal entre la configuración antigua y la nueva. El resultado fue un ahorro anual de electricidad de 2.500 euros y una reducción de 9,2 toneladas de CO₂. La ampliación de este ahorro a toda una red de suministro de agua ofrece ventajas significativas.

Potencial de ahorro energético en el sector de las aguas residuales

En el sector de las aguas residuales, SAM4 Energy puede lograr ahorros significativos en toda la red. Las bombas y soplantes consumen hasta 65% de energía en las plantas de tratamiento de aguas residuales. SAM4 Energy puede conseguir un ahorro medio de entre 10 y 15% en estos sistemas y de hasta casi 40%* en activos específicos. Al analizar el rendimiento y el derroche de energía en toda la red variable de aguas residuales, SAM4 Energy mejora la eficiencia y reduce los costes y las emisiones. Al igual que en el sector del abastecimiento de agua, SAM4 Energy ofreció diversos consejos, desde cambios en los procesos (por ejemplo, modificar la configuración operativa de bombas situadas en el mismo lugar para que funcionen más cerca de sus puntos de mayor eficiencia) hasta la sustitución de componentes o incluso de activos (por ejemplo, sustituir un impulsor desgastado o añadir un variador de velocidad).

Los cambios de proceso recomendados por SAM4 Energy proporcionan a las empresas de agua una forma rentable y rápida de reducir costes y emisiones sin necesidad de inversión de capital. Además, los conocimientos de SAM4 Energy identifican un indicio de operaciones ineficientes que pueden estar causando daños a los equipos o sus componentes, lo que permite un mayor ahorro al abordar las necesidades de mantenimiento de forma proactiva.

*Coalición Mundial para la Investigación sobre el Agua: Eficiencia energética en la industria del agua: A Compendium of Best Practices and Case Studies Global Report.

Uso de la energía en las depuradoras de aguas residuales

Las bombas y soplantes consumen hasta 65% de la energía total de las plantas de tratamiento de aguas residuales. SAM4 Energy puede suponer un ahorro de entre 3% y 40% en estos sistemas. Para un sistema típico que da servicio a 200.000 personas, esto supone una reducción de hasta 1,7 GWh de energía ahorrada, lo que se traduce en más de 360.000 euros anuales, evitando aproximadamente 740 toneladas de CO₂ al año*.

*El coste de 1 kWh es de 0,21 euros, y 1 MWh de emisiones de CO₂ equivale a 0,429 toneladas.

Cálculo del potencial de ahorro energético

El cálculo del potencial de ahorro energético de los distintos equipos del sector de las aguas residuales es una combinación del consumo total de energía de los equipos y del grado de variación de los modos de funcionamiento de los mismos. Factores como los distintos niveles de demanda biológica de oxígeno, que afectan al espesor de los lodos, también influyen en las variaciones de carga de los equipos.

SAM4 Energy en acción: Estudio de caso del sector de las aguas residuales

Optimización del funcionamiento de las bombas de tornillo para reducir el consumo de energía

En una estación de entrada de tratamiento de aguas residuales, dos bombas helicoidales de 185 kW funcionan frecuentemente en paralelo para satisfacer las necesidades de caudal. SAM4 Energy supervisa las bombas, que son cruciales para mantener un suministro constante de aguas residuales.

Además, cualquier avería puede provocar la acumulación de aguas residuales en la red colectora, lo que podría causar desbordamientos. La plataforma SAM4 determinó que las dos bombas helicoidales se utilizaban de forma ineficiente (funcionando a baja carga). Ambas funcionaron simultáneamente con cargas bajas durante aproximadamente 75% del tiempo. Este comportamiento es beneficioso en condiciones de caudal de tiempo húmedo (común durante las tormentas). Sin embargo, durante los periodos de tiempo seco, una sola bomba podía satisfacer adecuadamente la demanda/caudales requeridos. El funcionamiento de una sola bomba en estas condiciones le permitía funcionar más cerca de su punto de rendimiento máximo, optimizando el rendimiento energético de ambas bombas en tiempo seco. Con las recomendaciones proporcionadas por SAM4 Energy, el cliente aplicó un sencillo cambio de ajuste, mejorando la eficiencia del bombeo durante los periodos de caudal bajo y regular. El ajuste consistió en cambiar el umbral de caudal, determinando cuándo una bomba debía funcionar independientemente y cuándo ambas bombas debían funcionar en tándem.

Tras aplicar este sencillo cambio en el proceso, la plataforma SAM4 Energy mostró inmediatamente una mejora significativa de la eficiencia del sistema. El nuevo modo de funcionamiento aumentó significativamente la eficiencia, lo que supuso una reducción de energía de 25% en las dos bombas. Esto supuso un ahorro de hasta 41.000 euros al año en costes de electricidad y una reducción asociada de unas 75 toneladas métricas de CO2eq al año sólo por la reducción de energía. Esto supone un ahorro muy significativo si se traslada a toda una red de aguas residuales que puede incluir cientos de estaciones elevadoras. Además del ahorro inmediato generado, el hecho de que los equipos industriales funcionen más cerca de su punto de máxima eficiencia prolonga su vida útil. Esto tiene beneficios financieros y de sostenibilidad adicionales con respecto a los gastos de capital, la depreciación y los costes industriales y medioambientales de la producción de capital.

Cómo funciona la plataforma SAM4 Energy en el sector del agua

1. Supervise la eficiencia energética de los equipos 24 horas al día, 7 días a la semana
   SAM4 Energy realiza un seguimiento continuo de sus sistemas de bombeo y otros activos industriales integrándolo con sus fuentes de datos existentes o recopilando datos de sensores IoT dentro de su armario de control de motores. De este modo, se obtiene una imagen detallada del uso de la energía y la eficiencia de cada activo a lo largo del tiempo, lo que permite elaborar informes energéticos eficaces.
2. Identificar el despilfarro energético y priorizar las oportunidades
   Mediante análisis avanzados, SAM4 Energy procesa sus datos continuamente. Localiza el derroche de energía en sus sistemas industriales, cuantificando dónde son mayores el consumo de energía, los costes y las pérdidas de eficiencia. Esto le ayuda a comprender exactamente dónde se necesitan mejoras para recortar costes y reducir su huella de carbono.
   
   SAM4 Energy ofrece consejos concretos que puede seguir para reducir el derroche de energía, los costes y la huella de carbono de su empresa de aguas. Se consigue con el enfoque paso a paso que se expone en estas páginas.
   
3. Recibir recomendaciones prácticas
   SAM4 Energy diagnostica la causa de su derroche energético y genera recomendaciones que puede poner en práctica. Ya se trate de ajustar procesos operativos como los umbrales de caudal o de sustituir componentes, SAM4 Energy clasifica estas sugerencias según su potencial de ahorro, para que usted sepa dónde concentrarse para obtener el mayor impacto. La aplicación de estos cambios puede suponer una reducción de 10-15% en sus costes anuales de electricidad y menores emisiones de carbono.
   
4. Valide los resultados y compruebe el ahorro
   Una vez aplicadas las recomendaciones de SAM4 Energy, la plataforma continúa midiendo, realizando un seguimiento y validando los resultados, lo que le proporciona una clara visibilidad del ahorro energético y económico conseguido. Esto le ayuda a supervisar el rendimiento de su sistema y a asegurarse de que está maximizando la eficiencia en todos sus activos industriales.

Profundización técnica: Auditoría de eficiencia energética de máquinas en tiempo real

SAM4 Energy audita la eficiencia energética de sus máquinas en tiempo real mediante el análisis de firmas eléctricas (ESA). A diferencia de muchos servicios de supervisión energética que solo tienen en cuenta la eficiencia nominal de sus equipos, los algoritmos de SAM4 Energy determinan la eficiencia de sus máquinas, y la forma en que las utiliza, de tres maneras:

• Eficiencia de la red eléctrica: La mala calidad de la energía, como los desequilibrios de tensión o las distorsiones armónicas de su proveedor de servicios públicos, puede reducir el rendimiento del motor eléctrico.
• Eficiencia del motor eléctrico: Un motor eléctrico funciona mejor con su carga y velocidad nominales. SAM4 Energy analiza cómo los distintos ajustes afectan a la eficiencia, el factor de potencia y la potencia de salida..
• Eficiencia de carga accionada: Al igual que los motores, las cargas accionadas (p. ej., bombas, soplantes, compresores) rinden de forma óptima en su punto de trabajo diseñado. SAM4 Energy calcula automáticamente qué parte de la potencia de entrada se traduce en potencia hidráulica (por ejemplo, caudal de la bomba).

Supervise el funcionamiento de las bombas en tiempo real sin sensores de caudal

SAM4 Energy supervisa las señales eléctricas, pero sus conocimientos no se limitan a los motores eléctricos. Mediante algoritmos avanzados, nuestra plataforma de análisis también proporciona información sobre el caudal y la altura de las bombas, teniendo en cuenta..:

• Curva de bombeo: Cada fabricante de bombas diseña sus bombas para un caudal y una altura de elevación determinados, a una potencia de entrada específica. SAM4 Energy combina estos datos con señales eléctricas en tiempo real para proporcionar estimaciones fiables del funcionamiento de la bomba en cualquier momento. Si no se dispone de curvas de la bomba, SAM4 puede integrar los datos de caudal o presión existentes como alternativa.
• RPM de la bomba: SAM4 Energy determina la velocidad de una bomba mediante un análisis de la frecuencia de alimentación del motor eléctrico y ajusta la altura y el caudal de la bomba en consecuencia.

Principales ventajas de SAM4 Energy para el sector del agua

Descubra cómo puede beneficiarse de la plataforma analítica avanzada de SAM4 Energy para alcanzar sus objetivos de sostenibilidad y reducción de emisiones de carbono.

Acceda a nuestra plataforma de análisis líder en el mundo: Maximice el valor de sus datos

Sus datos energéticos se procesan en nuestra avanzada plataforma de análisis. Mediante algoritmos propios respaldados por años de experiencia en el sector, transformamos sus datos en información práctica. Estos conocimientos le permiten reducir el derroche de energía en toda su red de agua, dándole el control sobre el uso de la energía industrial. Samotics combina la monitorización basada en IA con el conocimiento experto en el sector del agua para ayudarle en su camino hacia la eficiencia energética.

Rápido y fácil de aplicar: Sin grandes perturbaciones ni cambios de infraestructura

La configuración del sistema SAM4 Energy es rápida y sencilla. Se integra con sus fuentes de datos existentes o a través de nuestros sensores de energía instalados en su armario de control de motores, todo ello con una interrupción mínima. El sistema puede implantarse por etapas, lo que permite que se adapte sin problemas a sus operaciones, sin grandes costes ni cambios de infraestructura. Esta rápida configuración significa que puede empezar a ver resultados rápidamente.

Fácil de usar, en todo momento: controle la eficacia de sus bombas en tiempo real

SAM4 Energy le proporciona una herramienta de informes visualmente interactiva para supervisar continuamente el estado de sus bombas y otros equipos. Puede realizar auditorías energéticas continuas sin necesidad de instalar sensores (de caudal) adicionales sobre el terreno. Esta función le permite realizar un seguimiento continuo del uso de la energía e identificar las áreas de derroche, lo que le ayuda a priorizar las oportunidades de mayor impacto para el ahorro energético. También puede exportar datos para su posterior análisis.

Acompañarle en el proceso: Simplificar su camino hacia la eficiencia

Samotics le apoya en todos los pasos de su viaje hacia la eficiencia energética con SAM4 Energy. Le proporcionamos ayuda para identificar las bombas, soplantes y otros equipos industriales más adecuados en los que centrarse y le ofrecemos una orientación clara durante la implementación. Le proporcionamos familiarización con el sistema y las métricas que puede generar para optimizar la experiencia de sus clientes. Además, le ayudamos a revisar sus resultados tras una fase inicial de recopilación y análisis de datos.

Aportaciones para la sustitución de bombas: Utilice datos históricos para tomar decisiones informadas

Cuando es necesario sustituir una bomba por avería, SAM4 Energy proporciona un completo historial de caudales, puntos de trabajo y consumo de energía. Esto le ayuda a seleccionar la bomba de sustitución más eficiente en función de los datos de rendimiento reales.

Adaptarse con su empresa de aguas: Escalabilidad y flexibilidad con SAM4 Energy

El sistema SAM4 Energy está diseñado para escalar sin esfuerzo, ya sea en una única planta de tratamiento o en toda una red de agua. La flexibilidad del sistema le permite implantarlo sin interrupciones y seguir funcionando sin problemas a medida que amplía o actualiza sus activos. SAM4 se adapta a medida que evoluciona su infraestructura, garantizando una eficiencia energética continua sin inconvenientes.

Disfrute de un alto rendimiento de la inversión: Experimente el valor real y la rápida amortización

Los clientes del sector del agua de Samotics consiguen un alto retorno de la inversión con SAM4 Energy, y suelen amortizar la inversión en sólo 3-6 meses. La plataforma ofrece recomendaciones rentables, lo que permite a los clientes priorizar y centrarse primero en las áreas con mayor potencial de ahorro energético. Al centrarse en los procesos ineficientes, las empresas a menudo pueden reducir el derroche de energía y los costes con una inversión adicional mínima o nula, ofreciendo el camino más rápido y asequible para lograr reducciones de energía y CO2. Este enfoque garantiza una rápida rentabilidad. En comparación con otras soluciones, SAM4 Energy es una opción muy económica que ayuda a las empresas de agua a superar sus objetivos financieros y de sostenibilidad.