Seguir la corriente hacia el siglo XXI

Entre 1990 y 2010, la ciudad de Cottonwood, Arizona, EE. UU., ubicada en el segundo condado de más rápido crecimiento del estado, casi duplicó su población. Este crecimiento ejerció una presión significativa sobre los sistemas de suministro de agua antiguos e inconexos de la comunidad, que atendían a una base de 30.000 clientes. Los residentes se enfrentaban a frecuentes cortes de agua que duraban uno o dos días, así como a una presión inconsistente y continuos ruidos de golpes de ariete en sus hogares.

Debido al rápido crecimiento de la comunidad, el suministro de agua de la ciudad se administró a través de un mosaico de cuatro sistemas de agua separados y de propiedad privada, cada uno de los cuales controlaba áreas de servicio individuales y, a veces, superpuestas. Peor aún, las operaciones de suministro de agua más pequeñas no estaban interconectadas, lo que eliminaba las eficiencias normales que disfrutaba una única empresa de agua integrada.

“Si un municipio no es propietario del sistema de agua dentro de sus límites, no controla su propio destino”, afirma Dan Lueder, director general de servicios de desarrollo de Cottonwood. “Una empresa privada de agua está preocupada por los resultados y por ganar dinero; la ciudad está más preocupada por proporcionar y conservar el agua”.

Para Cottonwood, la necesidad de abordar la conservación del agua era especialmente crucial; Con un promedio de apenas 12 pulgadas de lluvia al año, la ciudad enfrentó serios desafíos en el suministro de agua. La situación se complicó aún más por las variaciones en la longitud de las líneas de agua y las elevaciones de la red de distribución de agua de la comunidad rural. Por ejemplo, una bomba de refuerzo tenía que bombear agua a lo largo de casi 6300 pies lineales, así como a una altura de 200 pies.

En 2005, la ciudad ideó una estrategia de gestión del agua que incluía modernizar su sistema de agua con tecnología eficaz de monitoreo, control y bombeo; un desarrollo posible gracias a la tecnología de bombas municipales inteligentes y basadas en la demanda de Grundfos. La estrategia se desarrolló después de que la ciudad adquiriera las empresas privadas de agua, lo que presentaba una serie de desafíos en materia de tuberías y bombeo.

Una de las primeras tareas de Lueder fue integrar estos sistemas de agua separados, que representan aproximadamente 10.000 conexiones de servicios principalmente residenciales, en un único departamento de servicios públicos municipal. En 2004, la ciudad comenzó a incorporar los sistemas de agua privados y a establecer una División de Agua, responsable de suministrar y distribuir agua a través de tanques de almacenamiento, 28 pozos, hidrantes, bombas y medidores de agua.

El plan de la ciudad también exigía que la División de Aguas Residuales, que había funcionado como una entidad separada, se incorporara al departamento de servicios públicos. Esta división administra una instalación de tratamiento de aguas residuales de 1,5 millones de galones por día, cinco estaciones de bombeo de aguas residuales, 48 ​​millas de sistema de recolección y alrededor de 80 acres de área de reutilización de efluentes.

"Tuvimos que unir estas redes independientes y fusionarlas en un sistema interconectado", explica Lueder. “Trabajamos mucho identificando zonas de presión. Ha sido una experiencia interesante que básicamente nos lleva del siglo XX al XXI en materia de suministro y distribución de agua”.

La mayoría de las bombas en el sistema de distribución existente de la ciudad eran bombas de velocidad constante, a través de la línea, que bombearían agua de pozo a un depósito de almacenamiento y luego a estaciones de servicio y comunidades individuales. Además de proporcionar aumentos repentinos de presión, las bombas de velocidad fija no podían proporcionar presión incremental; las bombas estaban apagadas o funcionando a máxima velocidad.

Por ejemplo, si la presión en el tanque de retención hidroneumático cayera por debajo de 50 libras por pulgada cuadrada (psi), se activaría una bomba para reponer el tanque a aproximadamente 75 psi. Este cambio de presión sometió las tuberías a un cambio de presión de 25 psi, lo que estresó y envejeció prematuramente las líneas, muchas de las cuales databan de 1930.

Con aproximadamente 100 millas de tuberías en el sistema, el constante aumento de presión y el golpe de ariete causaron fugas significativas y costos de reparación de capital para la ciudad, hasta cinco a siete fugas por semana en la línea principal, además de una o dos fugas en las líneas de servicio.

El problema llegó a un punto crítico en 2006, cuando dos bombas de refuerzo de 11 años mostraron signos de falla, recuerda Doug Ryan de la ubicación de Grand Canyon Pump and Supply en Phoenix, que proporciona ventas de equipos y soporte de aplicaciones a la ciudad. En lugar de reemplazar productos similares, Ryan aprovechó la oportunidad para presentar una nueva opción de aumento de agua para el sistema reconfigurado.

"El ingeniero civil y sanitario contratado por la ciudad originalmente abogó por una estación de bombeo diseñada a medida que, además de ser costosa, era un problema para el plan a largo plazo de la ciudad de reubicar esa estación en siete meses", explica Ryan, un ingeniero de ventas de Más de 28 años de experiencia trabajando con bombas y sistemas de bombeo. "Como alternativa, recomendamos una solución de refuerzo empaquetada 'plug-and-play' que el personal municipal de Cottonwood podría canalizar e instalar por sí solo, ahorrando considerables costos iniciales de diseño y mano de obra".

Ryan eligió Grundfos Hydro MPC BoosterpaQ, un sistema de aumento de presión integrado que ofrece hasta seis bombas CR verticales de múltiples etapas en funcionamiento en paralelo, diseñadas para optimizar la eficiencia del bombeo en una variedad de caudales. Ideales para sistemas de suministro de agua, así como para aplicaciones industriales y de riego, estos sistemas de bombeo integrados utilizan un controlador avanzado que ajusta la velocidad de la bomba y configura bombas adicionales según sea necesario para satisfacer la demanda fluctuante del sistema.

El Hydro MPC BoosterpaQ es un sistema de aumento de presión integrado para sistemas de suministro de agua; así como refuerzo municipal, flujo contra incendios, transferencia de agua y aplicaciones industriales. Este sistema de refuerzo de presión suministra agua doméstica y flujo contra incendios a los residentes de Cottonwood, Arizona.

Además, la unidad empaquetada se podía trasladar fácilmente de un lugar a otro, una característica importante para Cottonwood, a medida que reconfiguraba su red de bombeo. De hecho, Ryan señala que uno de los sistemas de refuerzo de la ciudad ya está funcionando en su tercera aplicación.

"La flexibilidad del sistema diseñado fue una verdadera ventaja para nosotros", dice Lueder. “Simplemente conectas una entrada y salida de agua, estableces la energía, ingresas el punto de ajuste y la enciendes. El sistema de bomba integrado hace el resto”.

Lueder señala que la facilidad de instalación fue fundamental para la decisión de la ciudad de comprar el producto. "El controlador avanzado determina la combinación más eficiente de bombas para funcionar y la velocidad de las bombas para que coincida exactamente con cualquier condición de trabajo".

Con el diseño de presión fija, según Ryan, una o más bombas estaban en línea todo el tiempo para mantener el sistema presurizado. "Pero el nuevo sistema empaquetado proporcionaría la presión exacta necesaria para lograr un rendimiento óptimo, todo ello sin intervención humana directa", señala.

“En lugar de funcionar a toda máquina con los máximos caballos de fuerza para alcanzar la presión deseada, la opción más eficiente energéticamente es diseñar un sistema que comience desde cero y aumente hasta la velocidad deseada para mantener una presión constante y coloque bombas adicionales según sea necesario para cumplir. la demanda de flujo específica”, continúa. "Dado que la demanda de suministro de agua municipal varía a lo largo del día, ¿por qué no variar la producción?"

Con motores de velocidad variable y controladores avanzados, se mantiene una alta eficiencia tanto con el control de velocidad como con la puesta en marcha de la bomba. Según Ryan, otra ventaja de la nueva bomba es la capacidad de reducir aún más la fatiga de las tuberías y el uso de energía al cambiar de presión constante a presión proporcional. Explica que a caudales más bajos, como durante la noche, el controlador de la bomba reducirá automáticamente el punto de ajuste de presión, ya que hay menos pérdida de carga por fricción.

"Al cargar los datos de la curva de la bomba directamente en el controlador, el sistema Hydro MPC BoosterpaQ puede estimar continuamente los caudales adecuados", explica Ryan. "El controlador utiliza el cálculo del caudal para determinar cómo ajustar el punto de ajuste de presión proporcional".

Los ingenieros utilizaron esta configuración de control de bomba proporcional en algunas de las instalaciones de la ciudad para optimizar aún más el consumo de energía y minimizar la pérdida de agua durante caudales bajos debido al requisito de presión reducida. Ryan anticipa que aplicaciones adicionales aprovecharán la función de control de bomba proporcional a medida que la comunidad y su División de Agua maduren.

Se ofrecen seis bombas CR verticales de etapas múltiples en funcionamiento en paralelo, diseñadas para optimizar la eficiencia del bombeo en una variedad de caudales.

La facilidad de instalación y el rendimiento de las soluciones de bombeo fueron tan exitosos, incluso convirtieron al ingeniero contratado de la ciudad en un defensor, que Ryan y Lueder desarrollaron un plan para reemplazar más sistemas de bombeo con Hydro MPC BoosterpaQ.

Desde que comenzó el programa en 2005, la ciudad ha instalado nueve sistemas de aumento de presión, siete para agua potable y dos para agua recuperada, según Lueder. La empresa de agua también modernizó siete de sus estaciones de extracción de agua con bombas sumergibles SP de Grundfos que cuentan con accionamientos de velocidad variable y eficiencia energética.

“No todos nuestros sistemas cuentan con Hydro MPC BoosterpaQ”, admite Lueder. "Debido a limitaciones de espacio u otros problemas, algunas bombas existentes se modernizaron con variadores de velocidad para alinear la producción con la demanda".

Otro sitio que era candidato para el sistema de aumento de presión ayudó a respaldar el sistema de protección contra incendios de la comunidad. Cuando se enteró de que las bombas de emergencia no arrancaban cuando los camiones de bomberos tiraban los hidrantes, la respuesta inicial de Lueder fue instalar una estación de refuerzo completa. Después de investigar la estación de bombeo, Ryan de Grand Canyon Pump desaconsejó la inversión adicional y recomendó en cambio ajustar el rendimiento del sistema actual. El proyecto ayudó a Ryan a ganarse la confianza de Lueder, lo que generó más ventas y una asociación más sólida.

La eliminación de los aumentos repentinos de presión en el sistema ha reducido drásticamente el número de roturas de tuberías y fugas que requieren reparación. Además, debido a que algunas de las bombas de refuerzo aprovechan el ajuste de presión proporcional de Grundfos, que reduce la presión/volumen del agua durante los ciclos de demanda fuera de las horas pico, los volúmenes de flujo reducidos se traducen en un menor desgaste de la infraestructura de tuberías de la comunidad, así como en menos agua perdida por filtraciones. "De 2010 a 2014, vimos una reducción del 30% en el número de fugas", afirma Lueder. "Basándonos en un promedio de $500 para reparar cada fuga, hemos ahorrado más de $38,500, además del ahorro en costos eléctricos".

“Estos ahorros no han pasado desapercibidos para la comunidad”, informa la alcaldesa de Cottonwood, Diane Joens. “La conservación del agua es fundamental para comunidades como Cottonwood”, señala Joens, quien representa a la ciudad en varias organizaciones de conservación del agua, incluidos los Comités Verde Front y String of Pearls, y es miembro de la junta directiva de Verde Valley River Nature Organization. "Somos un modelo de cómo los sistemas de agua rurales pueden adoptar nuevas tecnologías para satisfacer las demandas del crecimiento y al mismo tiempo conservar agua y ahorrar energía".

Irónicamente, la considerable reducción de las fugas ha sido un componente importante para que la ciudad extrajera menos agua del subsuelo en 2014 que el volumen combinado utilizado por las empresas privadas de agua en 2000.

El nivel de 'agua no contabilizada', que se refiere a la diferencia entre la cantidad de agua extraída versus la cantidad de agua facturada a los clientes, ha caído del 40% al 11%, lo que Lueder también atribuye a la reducción de fugas desde que se instaló el sistema envasado. sistemas de refuerzo. "Además del ahorro de energía gracias a las bombas más eficientes, nuestro nivel general de uso de agua ha disminuido", afirma Lueder. "Hoy estamos extrayendo menos agua del acuífero que hace cinco años, lo cual es imperativo si queremos superar la crisis hídrica que enfrenta el suroeste".

Igual de importante es que desde que se instalaron los nuevos sistemas de refuerzo, la ciudad ha experimentado una reducción en las quejas sobre cambios de presión y ruidos de golpes de ariete.

Los ahorros de energía de la ciudad se vieron reforzados por un reembolso de servicios públicos del Servicio Público de Arizona, que ofrece incentivos financieros para el uso de motores energéticamente eficientes de más de 15 hp. En 2012, con aproximadamente la mitad de las estaciones de bombeo de la empresa de servicios públicos de Cottonwood modernizadas con algún tipo de tecnología de bombeo VFD, Arizona Public Service pagó a la ciudad un reembolso único de $24,702. Estos fondos ayudaron a compensar el presupuesto operativo del departamento de servicios públicos de Cottonwood.

Según Grundfos, el consumo de energía representa el 85% de todos los costes incurridos durante el ciclo de vida de una bomba. El precio de compra inicial de la bomba y el costo del mantenimiento regular representan el resto. Por lo tanto, incluso la más mínima mejora en la eficiencia energética puede traducirse en ahorros considerables. Además, los diseñadores de sistemas pueden obtener entre un 10 y un 35 por ciento adicional de ahorro de energía al pasar de bombas de velocidad constante a bombas que aprovechan los variadores de velocidad, dependiendo de los parámetros del sistema.

Aunque la inversión inicial en un sistema compacto como el Hydro MPC BoosterpaQ es mayor que la de algunas alternativas, “no se puede poner precio a la confiabilidad”, concluye Lueder. “No hemos tenido interrupciones sostenidas del sistema desde que instalamos las soluciones Grundfos. Es extremadamente confiable y tiene redundancias integradas; Si una bomba arranca, otra lo compensa. Incluso para una comunidad pequeña como la nuestra, el rendimiento superior y el ahorro de energía valen la inversión”.