Aplicaciones de la neumática en el tratamiento de agua
El máximo del consorcio de suministro de agua del estado de Baden-Wurtemberg es la siguiente: «Nuestro objetivo es posicionarnos en Alemania como empresa de abastecimiento de gran alcance y económica de agua potable de máxima calidad, caracterizada por su elevada seguridad de suministro y el uso sostenible de los recursos empleados».
Este consorcio fundado en 1912 suministra cada año 90 millones de m³ de agua potable a cerca de 250 ciudades y municipios en Baden-Wurtemberg y Baviera. Aproximadamente 3 millones de habitantes se abastecen desde las dos plantas de tratamiento de agua de Langenau y Dischingen a través de una red de suministro de 775 km de longitud.
Tratamiento eficiente y sostenible del agua del Danubio
La central de Langenau es una de las centrales de abastecimiento de agua más grandes y modernas de Europa. En 1973 entró en funcionamiento en el «Spitzigen Berg» a orillas del Danubio. En 2014 se amplió y se equipó con un nuevo sistema de filtrado de agua subterránea con técnica de automatización neumática de Festo.
El agua del Danubio tomada en Leipheim se trata aquí en un proceso multietapa para obtener agua potable: después de tres pasos de limpieza previa, un sistema de filtrado multicapa elimina los sedimentos en suspensión restantes. La posterior filtración con carbón activo elimina los contaminantes orgánicos incluso en concentraciones mínimas. La técnica de automatización de Festo regula el flujo de agua utilizando válvulas de proceso de asiento inclinado de accionamiento neumático y energéticamente eficientes, por ejemplo, para cerrar y evitar el flujo de retorno.
A continuación puede averiguar qué perseguía exactamente el consorcio regional de suministro de agua al modernizar la planta de Langenau. O puede saltar directamente a la solución neumática de Festo.
Filtro de agua seguro
Durante más de 100 años, el agua subterránea de la orilla del Danubio pudo usarse como agua potable sin más tratamiento. Luego, la creciente exposición a productos químicos industriales y domésticos, pesticidas y residuos farmacéuticos requirió la construcción de un sistema de filtrado del agua subterránea. Lo especial de esta ampliación fue que se construyeron un total de siete tanques de filtrado de dos pisos en un edificio existente. Para ello se desmanteló previamente un sistema de floculación que ya no era necesario. Tan solo esto supuso altos requisitos para la técnica de accionamiento requerida: tenía que ocupar el menor espacio posible.
Enjuague regular de los filtros de agua subterránea
En el filtrado del agua subterránea entra en juego la gravedad: el agua fluye de arriba a abajo a través de un filtro de arena multicapa y, seguidamente, a través de un filtro de carbón activo. Mientras que la arena retiene las partículas contaminantes más grandes, el carbón activo elimina incluso los contaminantes más pequeños.
En contraposición, limpiar los filtros no es tan fácil, pero es esencial: las partículas retenidas y la materia suspendida obstruyen los filtros, y se obstaculiza el flujo de agua. Cuando la resistencia del filtro ha alcanzado un límite de 3,5 m de columna de agua, el filtro en cuestión debe enjuagarse. Para ello, diez válvulas de mariposa deben abrir y cerrar las tuberías de manera coordinada.
Compactos y fiables: actuadores neumáticos
Para este propósito, el consorcio regional de suministro de agua estaba buscando una solución de automatización para la regulación del flujo de agua en un espacio muy limitado. Debía ser fiable y segura e incluir todo lo necesario: los actuadores y las válvulas de proceso de asiento inclinado correspondientes para regular, cerrar e impedir el flujo de retorno.
Hasta ese momento, el consorcio regional de suministro de agua había apostado casi exclusivamente por válvulas de mariposa con regulación por husillo. Los husillos se manejaban utilizando un volante o un motor eléctrico. Pero ya no había espacio para ello en la planta de tratamiento de agua de Langenau. Además de las tuberías complejas, en el espacio disponible había que instalar 70 válvulas de proceso de asiento inclinado automatizadas.
Los actuadores neumáticos de Festo fueron la solución: los actuadores giratorios DAPS se alimentan desde una estación central de aire comprimido y se controlan mediante terminales de válvulas. Esto elimina la necesidad de husillos de accionamiento y reductores helicoidales en las válvulas de proceso de asiento inclinado. Con esta solución, el actuador se coloca directamente en el eje del disco de la válvula.
A debate estaban una solución eléctrica y una neumática propuestas por Festo. La decisión fue claramente a favor de la neumática. Esta solución de automatización cumple todos los requisitos, y mucho más.
Actuadores giratorios y terminales de válvulas
Las válvulas de proceso de asiento inclinado de las tuberías son una parte esencial del sistema de filtrado de agua subterránea. En Langenau, las válvulas de mariposa de doble excéntrica se utilizan como válvulas de cierre y como válvulas de regulación. Estas mariposas funcionan de forma continua en posiciones intermedias cambiantes con ángulos de apertura variables. Para ello, la solución de Festo recurre a actuadores giratorios neumáticos DAPS. Su ángulo de giro se puede ajustar libremente, los actuadores son compactos y tienen un recorrido de momento de giro adaptado a las válvulas de mariposa con una cinemática de brazo oscilante de palanca. Esto significa que el dispositivo DAPS también puede superar de forma segura los pares de arranque elevados de las válvulas de proceso de asiento inclinado.
Los actuadores se controlan a través de nuestra combinación de I/O remotas del terminal de válvulas CPX-VZSA con conexión Profinet. La construcción tuvo lugar entre los tanques de filtrado. Un robusto cuerpo metálico ofrece aquí protección en entornos difíciles. Las propias válvulas están completamente selladas, y el aire de ventilación y de pilotaje es común. El CPX-VTSA registra todas las señales de los filtros y las respuestas de los actuadores: presión, nivel de llenado, temperatura, etc. Gracias a que el terminal de válvulas tiene un diseño altamente modular y puede alojar cinco tamaños de válvula, ahorra energía porque permite ajustar con precisión el caudal deseado por posición de válvula.
Actuadores lineales y armarios de maniobra
Además, actuadores lineales neumáticos DFPI regulan las mariposas de agua de lodo laterales a través de las cuales fluye el lodo retenido desde el material del filtro hacia el tanque de sedimentación de agua de lodo. El DFPI cautiva con el hecho de que su sistema de medición de recorrido integrado está protegido de las influencias ambientales, lo que aumenta el rendimiento y reduce el mantenimiento.
Nuestros armarios de maniobra suministrados listos para instalar y los completos accesorios para el circuito de regulación neumático (preparación del aire comprimido, tubos flexibles y racores, etc.) completan la solución de automatización neumática de Langenau.
Solución permanente con ventajas económicas
Nuestra técnica de accionamiento neumático convenció al consorcio regional de suministro de agua porque es claramente superior a una solución de accionamiento eléctrica en términos técnicos y económicos. Al optar por la neumática, el consorcio regional de suministro de agua ahorra un 10 % en inversión y costes operativos. Tan solo por sus dimensiones, los actuadores eléctricos apenas hubieran tenido posibilidad alguna en las condiciones angostas de la sala de tuberías.
Ventajas de los actuadores neumáticos
La neumática brinda ventajas significativas en numerosas aplicaciones, desde los costes hasta seguridad y el manejo sencillo. Es una técnica sencilla fácil de instalar porque no se requieren funciones de control, excepto para la detección de la posición final y la supervisión de la alimentación de aire comprimido. Esto beneficia a los proveedores de agua, especialmente en la automatización de procesos: los actuadores neumáticos y los componentes ofrecen claras ventajas económicas frente a las soluciones eléctricas comparables, especialmente cuando se implementan soluciones de sistema completas.
Costes menores que con una técnica de accionamientos eléctrica
En comparación con la técnica de accionamientos eléctrica, la utilización coherente de conceptos de automatización descentralizados con terminales de válvulas brinda ventajas económicas sustanciales, llegando a ahorros del 10 % como fue el caso en la planta de tratamiento de agua de Langenau. En otros proyectos, son posibles incluso ahorros superiores al 50 %. Por lo tanto, incluso merece la pena automatizar posteriormente válvulas manuales.
Los actuadores eléctricos necesitan mucha energía, que pierden de nuevo en forma de calor o que necesitan para el reductor. Por el contrario, los actuadores neumáticos actúan directamente sobre el dispositivo de cierre. Un émbolo y un vástago de accionamiento bastan para convertir la fuerza lineal del aire comprimido en un movimiento giratorio. Las soluciones neumáticas solo necesitan electricidad para la generación y el control del aire comprimido. El movimiento real tiene lugar a través del aire comprimido.
Duraderos, sin mantenimiento y eficientes
Los actuadores neumáticos han demostrado ser resistentes a las vibraciones y duraderos a lo largo de los años. La razón: a diferencia de los actuadores eléctricos, constan de unos pocos componentes y, en consecuencia, apenas son susceptibles de fallar. También son resistentes a cargas continuas y permanecen libres de mantenimiento durante toda la vida útil. No son necesarios cambios de aceite ni lubricación adicional.
Dado que los actuadores neumáticos son resistentes a las sobrecargas y hacen posible una mayor fuerza de accionamiento simplemente aumentando la presión, a menudo es posible usar tamaños más pequeños con menos peso. Los sistemas neumáticos de Festo permiten fuerzas elevadas de hasta 50 000 N y momentos de giro de hasta 10 000 Nm. Con tuberías estancas e instalaciones con las dimensiones exactas, las soluciones resultantes presentan una eficiencia energética máxima.
Y, por último, la neumática es una solución segura. Esto es gracias a que el aire comprimido también está disponible en caso de fallo de energía: además de un compresor, siempre se cuenta con un acumulador de aire comprimido para la generación y el procesamiento en caso de emergencia.
Tecnología, conocimientos técnicos y asesoramiento de Festo
Estamos orgullosos de que el consorcio regional de suministro de agua del estado de Baden-Wurtemberg haya modernizado su tecnología de aguas con Festo. El ejemplo demuestra lo convincentes que son las ventajas de la automatización neumática.
Durante la fase de licitación, estuvimos directamente in situ varias veces, y el concepto neumático desarrollado nos permitió competir con la solución eléctrica tanto en el plano técnico como en el económico. Con el resultado de que el consorcio regional de suministro de agua ha cambiado completamente los actuadores eléctricos empleados hasta ahora por actuadores neumáticos.
Una ventaja a favor de Festo fue el asesoramiento exhaustivo: nuestros expertos ayudaron a calcular el consumo de aire comprimido y a diseñar de forma óptima la red del aire comprimido. Si así se desea, también podemos ayudar durante la fase de licitación.
La automatización con Festo es, en última instancia, tan fácil y libre de errores como la propia neumática: siempre proporcionamos a las empresas de ingeniería de sistemas todo lo necesario de una sola fuente, con un único número de artículo. Esto permite un procesamiento de pedidos sencillo y acelera notablemente la implementación del proyecto.
