KSB Canadá completa el proyecto de reemplazo de la bomba de elevación alta del lago Huron

10.10.2022
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Durante medio siglo, los residentes y el comercio de ocho municipios del área metropolitana de Londres, en el sudoeste de Ontario, han recibido su suministro de agua potable de la planta de tratamiento de agua (WTP, por sus siglas en inglés) del lago Huron cerca de Grand Bend y, durante este período, la comunidad ha recibido un buen servicio.
KSB Canadá completa el proyecto de reemplazo de la bomba de elevación alta del lago Huron

Las bombas RDLO están clasificadas para 1300 L/s o 900 L/seg y cada una de las tuberías de descarga de las bombas está equipada con una válvula de control y estrangulamiento de disco basculante de 600 mm de diámetro y una válvula de bola de aislamiento, cada una con un actuador motorizado. (Fuente de la imagen: KSB SE & Co. KGaA)

Sin embargo, en 2017, el Sistema de Suministro de Agua Primaria del Lago Huron (LHPWSS) anunció un estudio de Optimización de Bombas y Auditoría Energética que identificó una oportunidad significativa para el ahorro de energía y la optimización de las operaciones de bombeo para la estación de bombeo.

El resultado de este estudio ha sido la modificación de la configuración original de cinco bombas en la estación de bombeo y su sustitución por una configuración de seis bombas. Esto implicó retirar tres de las bombas originales de 3000 hp (2237 kW) de 50 años de antigüedad y reemplazarlas con cuatro bombas de elevación alta de KSB. Con las nuevas bombas funcionando en su curva operativa, se pueden lograr importantes ahorros de energía. Como entidad conectada a la transmisión eléctrica, el LHPWSS era elegible bajo el Programa Acelerador Industrial (IEP) del Operador Independiente de Sistemas Eléctricos (IESO) para recibir incentivos financieros para proyectos de eficiencia energética elegibles.

Cuatro fabricantes internacionales de bombas presentaron ofertas, pero la presentación de KSB Canada se destacó. A pesar de ser el costo de gasto de capital más alto por una cantidad significativa, la presentación de KSB en realidad ofreció el costo de ciclo de vida anticipado general más bajo durante 25 años. Esto fue posible gracias a la impresionante eficiencia energética y la solución creativa de KSB al ofrecer un solo tipo para las cuatro bombas (grandes y pequeñas). Esto redujo la necesidad de repuestos, lo que a su vez redujo el costo del ciclo de vida y brindó flexibilidad para aumentar fácilmente la capacidad de la bomba en el futuro. a medida que la demanda sigue aumentando. El contrato se adjudicó a KSB Canada, que comenzó el trabajo de diseño y consultoría en 2019. La fabricación de bombas comenzó en 2020 y la estación de bombeo actualizada entró en pleno funcionamiento en agosto de 2022.

Sistema de suministro de agua primario del lago Huron
Ubicada en el sudoeste de Ontario, a lo largo del corredor de la ciudad de Quebec-Winsor, Londres es una ciudad interesante ya que obtiene su fuente de agua tanto del lago Huron como del lago Erie. La División Regional de Abastecimiento de Agua de la Ciudad de Londres (RWS) está adscrita a las Juntas de Agua regionales y es responsable de dos importantes sistemas de abastecimiento de agua, que son el LHPWSS y el Sistema de Abastecimiento de Agua Primaria del Área de Elgin (EAPWSS). El LHPWSS presta servicios a los municipios de Londres, Lambton Shores, North Middlesex, South Huron, Bluewater, Middlesex Centre, Lucan-Biddulph y Strathroy-Caradoc desde una planta de tratamiento de agua ubicada al norte del pueblo de Grand Bend en South Huron. La planta tiene una capacidad de tratamiento actual de 340 millones de litros por día (75 millones de galones imperiales por día) y atiende a la población de la ciudad de aproximadamente 420.000 personas en los ocho municipios, incluido el 80% de la ciudad de Londres.

La estación de bombeo se diseñó originalmente para una sola tubería, pero más tarde, en 1996 y 2014, el RWS combinó parcialmente la tubería de transmisión principal de 47 km con un depósito terminal, lo que provocó que las bombas ya no funcionaran en su curva. “Después de casi 50 años, las bombas existentes se estaban volviendo ineficientes y los impulsores mostraban signos de picaduras. Mantenerlos en funcionamiento requería mucho mantenimiento continuo porque se salían de la curva”, informa Billy Haklander, gerente del programa de capital, LH&EAPWSS.

Selección de bomba
Para brindar a LHPWSS la mayor flexibilidad en la selección de bombas, se invitó a cuatro proveedores de bombas a presentar ofertas separadas para las bombas pequeñas y grandes y para identificar un crédito en caso de que LH&EAPWSS decidiera obtener las bombas pequeñas y grandes de el mismo proveedor. La oferta de KSB ofreció una solución creativa usando un solo tipo para las cuatro bombas, con solo los impulsores y motores siendo diferentes de acuerdo con el tamaño de la bomba. Las placas base para cada bomba eran del mismo tamaño. La flexibilidad ofrecida por KSB permitió ajustar el costo de capital de su oferta para tener en cuenta menos repuestos y, por lo tanto, generar ahorros para el cliente.

Un beneficio significativo de la propuesta hecha por KSB fue que con las bombas más pequeñas que usaban carcasas y placas base del mismo tamaño que las dos bombas más grandes, habían diseñado la oportunidad de aumentar el tamaño de la bomba instalando impulsores y motores más grandes en una fecha futura. Esto se puede hacer en el sitio sin que sea necesario realizar ninguna obra civil. Por lo tanto, si crece la demanda para aumentar el suministro de agua, se puede acomodar con el mínimo costo e interrupción de la planta.

Luego de un análisis del costo del ciclo de vida de 25 años, teniendo en cuenta el costo de capital, el consumo de energía y los costos de mantenimiento realizados por AECOM Canadá, consultores de LH&EAPWSS, se adjudicó el contrato a KSB. Dado que las bombas propuestas por KSB cumplían con los requisitos técnicos y ofrecían el costo de ciclo de vida total anticipado más bajo durante 25 años, AECOM y RWS recomendaron que se aceptara la propuesta de KSB.

Desafíos de instalación
“Una de las limitaciones que tuvimos que tener en cuenta al evaluar el proyecto de los licitadores fue la capacidad de adaptarnos al espacio disponible en la sala de bombas existente”, explica Marcus Henderson, Gerente Nacional de Operaciones de KSB. “Al tratarse de una instalación existente, solo había un espacio limitado con el que trabajar y una limitación clave era que las bombas existentes tenían una configuración de succión inferior. Por lo general, la configuración de instalación de las bombas horizontales de carcasa dividida está en línea con la succión y la descarga en la misma dirección. Esto significaba que teníamos que encontrar una solución para incorporar succión inferior. Tuvimos que realizar algunos trabajos de diseño para incorporar las tuberías existentes que nos permitieron resolver el problema”.

“El alcance eventual del proyecto involucró el suministro de cuatro bombas horizontales de caja dividida de succión inferior, un sistema de monitoreo de vibraciones y enderezadores de flujo (carretes acondicionadores de succión) para la distribución de agua potable (suministro de agua)”, informa Marcus Henderson. “Además, parte del contrato era suministrar dos motores eléctricos TECO de 1494kW/2000hp @ 1200rpm, 4160V / 3Ph/60Hz y dos motores eléctricos TECO de 2611Kw/3500hp @ 1200rpm, 4160V / 3Ph/60Hz. También fuimos responsables del análisis torsional y lateral de los conjuntos de bombas, la puesta en marcha en el sitio y los servicios de campo de puesta en marcha".

Las bombas de la planta tienen una capacidad nominal de 1158 L/s, y cada una de las tuberías de descarga de las bombas está equipada con una válvula de retención de disco basculante de 500 mm de diámetro, junto con una válvula de bola con asiento metálico de 500 mm de diámetro equipada con un actuador eléctrico motorizado. La WTP tiene dos tanques hidroneumáticos, cada uno con una capacidad de 580m³, para la protección transitoria del sistema principal de distribución de agua de 47km parcialmente hermanado y de 1200mm de diámetro.

Las bombas especificadas fueron:

2 x RDLO 500-835 B SC G OBS

  • Capacidad de flujo de diseño: 900 L/s (78 ML/D)
  • Cabeza de bomba de caudal de diseño: 125 m TDH
  • RPM bajas
  • Arranque de la bomba: Arrancador suave

2 x RDLO 500-835 ASC G OBS

  • Capacidad de caudal de diseño: 1300 L/s (112 ML/D)
  • Cabeza de bomba de flujo de diseño: 150 m TDH
  •  RPM bajas
  •  Arranque de la bomba: arrancador suave

Bombas RDLO
Probadas en muchas aplicaciones de agua en todo el mundo, las bombas RDLO fueron identificadas como más que capaces de satisfacer las demandas específicas del cliente. Las bombas de voluta de una sola etapa, partidas axialmente, RDLO de KSB se han desarrollado específicamente para manejar agua sin tratar, agua limpia, agua de servicio y fluidos de transporte con una resistencia mínima al flujo. Como resultado, reducen los costes energéticos y del ciclo de vida de los sistemas en los que se instalan. También cumplen con las demandas gemelas de confiabilidad y alta disponibilidad. La fiabilidad resulta del sellado de las mitades de la carcasa con bridas divididas de la carcasa sólidas en la parte superior e inferior de la carcasa, y la alta disponibilidad se atribuye al uso de cojinetes de grandes dimensiones y sellos de eje de alta calidad. El funcionamiento suave está garantizado en todo momento gracias al codo de admisión sin vórtices de flujo optimizado y al eje rígido con una distancia entre cojinetes corta. Debido a que el eje está completamente sellado sin escalones/roscas en el área húmeda, el RDLO ofrece una transmisión de potencia confiable.

La combinación de soportes de cojinetes sólidos, un eje corto y rígido y cojinetes precargados garantiza una baja vibración y una vida útil prolongada para los cojinetes, los sellos y el acoplamiento. Al ser bombas de carcasa dividida axialmente, se simplifican los procedimientos de mantenimiento, lo que permite un fácil acceso a todas las piezas para una inspección minuciosa. El accionamiento se puede colocar tanto a la izquierda como a la derecha de la bomba sin que sean necesarias piezas adicionales o modificaciones en la carcasa. ”Dos de las bombas están conectadas a motores de hasta 3500 hp y las otras dos a motores de 2500 hp. Estas son las bombas principales que abastecen de agua potable a todo el LHPWSS con muchos clientes a más de 50 km de distancia, por lo que consumen una gran cantidad de energía. Son mejoras marginales como estas las que pueden mejorar la eficiencia en un uno o dos por ciento, pero generan mucho dinero si se considera el tamaño total de la planta”, comenta Marcus Henderson.

Instalación
“Debido a que las bombas se reacondicionaron en las instalaciones originales, fue necesario hacer funcionar la planta a la mitad de su capacidad en un lado de la transmisión durante la instalación”, explica Billy Haklander. “Como ya había una bahía de repuesto en la planta, fue posible utilizarla para la instalación de la primera bomba. El procedimiento implicaba hacer funcionar las bombas 1, 2 y 3 mientras se instalaban las bombas 5 y 6. Una vez que se probaron estas bombas y nos sentimos cómodos con su rendimiento, el procedimiento cambió a hacer funcionar las bombas 4, 5 y 6 mientras se instalaban las bombas 1, 2 y 3”.

La introducción de las nuevas bombas brindó la oportunidad de actualizar las válvulas de aislamiento. Históricamente, la falta de válvulas de aislamiento en las bombas existentes requería el aislamiento completo de la mitad del tablero de cabecera de descarga (tres bombas) para facilitar la reparación de una bomba, limitando efectivamente la capacidad de bombeo de la planta a la mitad de su capacidad nominal. . La selección de una válvula combinada de control/retención para reemplazar dos válvulas en cada descarga de bomba significó que cada bomba tendría una válvula de aislamiento dedicada para cada descarga de bomba. Las válvulas de aislamiento en cada descarga de la bomba permitirán el aislamiento completo de la válvula combinada y la bomba de elevación alta para fines de mantenimiento y reparación.

Eficiencia de la bomba
Un elemento significativo del proyecto fue la cuestión de que las bombas generaran ahorros de energía, lo que involucró pruebas de aceptación en fábrica en las instalaciones de Halle de KSB en Alemania. Henderson explica: “Las pruebas de fábrica consistieron en enviar un motor de cada tamaño a nuestra fábrica y acoplarlos a las bombas para realizar pruebas de cadena y registrar el rendimiento general de la bomba. Los motores también se sometieron a pruebas de tipo a plena carga de acuerdo con el estándar IEEE para que pudieran determinar la eficiencia del motor”. Continúa: “Tomamos la potencia total de la fábrica y los datos de la fábrica de motores para determinar la eficiencia de la bomba. Hubo multas estrictas sobre las garantías de rendimiento en este proyecto, por lo que si no cumplíamos con las garantías de eficiencia otorgadas, KSB tendría que pagar a LHPWSS la diferencia en los costos de energía entregados y los que estaban garantizados durante la vida útil del rendimiento”.

“Vale la pena señalar que cuando se llevaron a cabo las pruebas de la bomba, tenían que estar en el interior desnudo. Los recubrimientos solo se aplicaron después de la prueba, por lo que fue una verdadera prueba de la eficiencia bruta de las bombas. Dado que el recubrimiento puede mejorar la eficiencia en un uno o dos por ciento, enfrentamos algunas condiciones difíciles”.

Conclusión
“El reemplazo de las bombas de elevación alta de cincuenta años en la planta de tratamiento de agua de Lake Huron dará como resultado un ahorro de energía significativo y la optimización de las operaciones de las bombas. Las complejidades de este gran proyecto de infraestructura incluyen la instalación de dos bombas de 2000 hp/1494kW y dos bombas de 3500 hp/2611kW y válvulas combinadas de control y aislamiento asociadas, así como un centro de control de motores de media tensión, todo mientras se mantiene el suministro a los clientes regionales de la empresa de servicios públicos. ”, dice Billy Haklander.

“Trabajar con KSB y los otros proveedores durante una pandemia global presentó desafíos imprevistos, pero me sorprendió lo bien que funcionó el proyecto. La gente de KSB en Canadá pudo configurar y acomodar el programa de prueba de aceptación del sitio virtual y sus ingenieros en la planta de Halle en Alemania fueron excelentes para proporcionar información cuando se solicitó. KSB estuvo al frente para convertirlo en un proyecto exitoso y su colaboración con los actores clave, en particular Kenaidan. Contratar al contratista general responsable de instalar las bombas y los aspectos mecánicos del proyecto y supervisar la instalación de los componentes eléctricos por parte de su subcomisario eléctrico. -contratista Selectra, fue muy apreciado”, comenta Billy Haklander.

Marcus Henderson explica: “Uno de los aspectos positivos de este proyecto fue que pudimos seguir adelante con una función planificada para un equipo de puesta en marcha permanente. A medida que los proyectos se vuelven más complejos y se extienden durante períodos más largos, existe la necesidad de una mayor coherencia y, con este nuevo desarrollo, podemos ofrecer un recurso integrado constantemente disponible para nuestros clientes”.

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