Diseño de una estrategia de control para la optimización energética y operacional del sistema principal de bombeo de agua potable en Bavaria

Abstract

Este documento presenta una propuesta de proyecto que tiene como objetivo la optimización energética y operacional del sistema de bombeo de agua potable de la cervecería Bavaria S.A. con sede en Barranquilla. La problemática que se busca resolver está generada alrededor de la disminución del consumo de agua potable que se ha dado en la planta a lo largo de los años, la cual repercute en el desempeño del sistema de bombeo actual dado que, además del sobredimensionamiento de las bombas, no se está considerando la eficiencia operacional de estas y, consecuentemente, del proceso. A partir de lo anterior, se seleccionó una alternativa que consiste en el cambio del sistema de bombeo y la implementación de una nueva estrategia para el sistema de control. En esta estrategia se tiene como objetivo determinar el punto de operación que satisfaga los requerimientos del usuario y la cantidad de bombas en uso. Además, se plantea el manejo en simultáneo de las bombas requeridas, variando sus velocidades de rotación en igual proporción. En el desarrollo de esta alternativa se encontró que la empresa presenta ciertas restricciones que deben considerarse tales como la disponibilidad de espacio y tiempo, y la necesidad de continuidad del proceso dentro de la planta. Para evaluar la efectividad del sistema de control propuesto se analizaron distintos escenarios en Simulink. Entre los resultados obtenidos se cumple que ante las distintas variaciones de presión la velocidad de rotación del motor cambia sin superar su velocidad de rotación nominal y teniendo en cuenta los límites de presión permisibles. A su vez, también se demuestra como la presión de la bomba se estabiliza ante dichos cambios de la demanda, manteniendo la presión de referencia y valores de eficiencia aceptables. Por otra parte, por medio de la evaluación económica de la alternativa desarrollada se pudo evidenciar un ahorro en el consumo energético, cumpliéndose así el objetivo de optimización planteado.

This document presents a project proposal whose objective is the energy and operational optimization of the drinking water pumping system of the Bavaria S.A. brewery established in Barranquilla. The problem that is sought to be solved is generated around the decrease in the consumption of drinking water that has occurred in the plant over the years, which affects the performance of the current pumping system given that, in addition to the oversizing of the pumps, the operational efficiency of these and, consequently, of the process is not being considered. Based on the above, an alternative was selected that consists of changing the pumping system and implementing a new strategy for the control system. The objective of this strategy is to determine the operating point that satisfies the user's requirements and the number of pumps in use. In addition, the simultaneous management of the required pumps is proposed, varying their rotation speeds in the same proportion. In the development of this alternative, it was found that the company has certain restrictions that must be considered, such as the availability of space and time, and the need for continuity of the process within the plant. To evaluate the effectiveness of the proposed control system, different scenarios were analyzed in Simulink. Among the results obtained, it is fulfilled that in the face of different pressure variations, the rotational speed of the motor changes without exceeding its nominal rotational speed and taking into account the permissible pressure limits. At the same time, it is also shown how the pressure of the pump is stabilized in the face of these changes in demand, maintaining the reference pressure and acceptable efficiency values. On the other hand, through the economic evaluation of the developed alternative, it was possible to show a saving in energy consumption, thus fulfilling the proposed optimization objective.