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ENERGTICA EN LA REFORMA DEPLANTAS DESALADORAS
UN COMPROMISO DE
SOSTENIBILIDAD
Bartolome Marin. aqualia infraestructuras
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MEJORA DE LA EFICIENCIA ENERGTICA EN
LA REFORMA DE PLANTAS DESALADORASUN COMPROMISO DE SOSTENIBILIDAD
Marn Fernndez, BartolomJefe del departamento de desalacin
Arnaiz Garca, EvaJefa del departamento internacional
Autores:
Con el presente trabajo se pretende dar a conocer las actuacionesrealizadas, en el campo de la mejora energtica, en tres plantas desaladoras
que estn en proceso de ampliacin y mejora.
Actuaciones promovidas por:
I.T.A.M. TORDERA I.D.A.M. IBIZA Y SAN ANTONIO
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Mejora de la Eficiencia Energtica en la Reforma de Plantas Desaladoras. Un Compromiso de Sostenibilidad - II Seminario Internacional de Desalacin en Antofagasta - 2010
Participan:
I.T.A.M. TORDERA I.D.A.M. IBIZA Y SAN ANTONIO
CONCESIONARIA:
.I.T.A.M. DELTA DE LA TORDERA, A.I.E.
CONCESIONARIA: CODEISA
(Concesionaria de Desalacin de Ibiza, S.A.)
plantas, se consigue un ahorro elctrico de
17.500 Mwh - ao
Esto supone evitar la emisin de unas
15.500 toneladas de CO2 a la atmsfera.
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1.- INTRODUCCION
Todos los procesos de desalacin
son consumidores de energa.
EVAPORACION
Energa trmica
RO, EDR,
Energa elctrica
Partiendo de esta premisa,los procesos de desalacin
son consumidores de
energa.
Est en nuestras manos
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M.S.F. - M.E.D.
Hasta incluso:La evaporacin solar
Osmosis Inversa
EDR
hacerlos lo mas eficientesposibles, con objeto de
contribuir a un desarrollo
sostenible.
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El consumo energtico, en estas plantas, ha evolucionado mucho con el paso del tiempo.Desde las primeras plantas industriales con un consumo de 15 a 20 Kwh/m3 producido,
hasta nuestros das que se obtienen consumos de 3 a 4 Kwh/m3 producido.
La reduccin del consumo ronda el 80%
6
7
8
9
10
11
12
h/m3producido
FUTURO
EVOLUCION DEL CONSUMO ELECTRICOEN DESALADORAS DE AGUA DE MAR
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2
3
45
1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015
C.E.E.
K
Aos
Evaporacin O.I. con bomba invertida O.I. con turbina Pelton Cmaras isobricas
?
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Gracias al esfuerzo del hombre y en
especial de todos los que han desarrollado
su vida profesional entorno al mundo del
agua, se ha conseguido producir este
recurso cada vez con un consumoenergtico menor.
Mejora de Evolucin
Pilares en los que se ha basado la
disminucin de consumo energtico
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Los motivos por los cuales ha sido posible
la reduccin del consumo energtico en
plantas de smosis inversa, han sido fruto
de la evolucin de la tecnologa del sector.
eficiencia deequipos de
bombeo y
auxiliares
demembranas
de smosis
inversa
Aumento del
rendimiento de
equipos de
recuperacin de
energa
Esfuerzo en
ingeniera,
diseando cada
vez plantas mas
eficientes
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En Espaa, con una trayectoria en desalacin de mas de 45 aos, existen plantas a las queles ha tocado van necesitando vivir un proceso de reforma.
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Cuando las instalaciones de desalacin llegan al
final de su vida til, estn tecnolgicamente
obsoletas desde el punto de vista de la eficiencia
energtica. Es entonces el momento de incorporar,
en su proceso de reforma, la tecnologa maseficiente que tengamos a nuestra disposicin.
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2.- LOCALIZACION DE LAS ACTUACIONES
I.T.A.M. DELTA
DE LA TORDERA
Las instalaciones de desalacin en las que se centra la ponencia son: La I.T.A.M. de la
Tordera, I.D.A.M. de Ibiza capital e I.D.A.M. de San Antonio de Portmany (Ibiza). Plantas
que comenzaron su proceso de reforma en 2008 (I.T.A.M. de la Tordera) y en 2010
(I.D.A.M. de Ibiza capital e I.D.A.M. de San Antonio) y entrarn en servicio, una vez
reformadas, durante 2010 y 2011.
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I.D.A.M. DE IBIZA(CAPITAL)
I.D.A.M. DE
SAN ANTONIO
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4.- ACTUACIONES ENERGETICAS IMPLANTADAS
Rediseo completo del proceso, buscando
el menor consumo energtico
Sustitucin de los antiguos sistemas de
recuperacin de energa e instalacin de
cmaras isobricas.
1
2
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Instalacin de membranas de O.I. de
ltima generacin y bajo consumo
energtico.
Optimizacin general de todos los
proceso, realizando una reforma integral.
3
4
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5.- I.T.A.M. DELTA DE LA TORDERA
Esta instalacin se concibi
originalmente con 4 lneas de 7.200
m3/d ampliable a otras 4 mas. En la
reforma realizada la planta se amplia
pasando a tener 4 lneas de 15.000m3/d de produccin. Estas lneas se
equipan con cmaras isobricas.
Medidas implantadas mas relevantes:
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Sustitucin de las turbinas PELTON por cmaras
isobaricas como sistema de recuperacin de energa1
Ampliacin de la produccin en 1 paso a mas del doble de
capacidad, instalndose membranas de alta produccin..
Realizacin de obras de ampliacin y mejoras generales.
2
3
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Primer reto planteado:
Reformar las instalaciones, disminuyendo el
consumo elctrico de las mismas.
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Partiendo del balance
energtico de los
equipos de bombeo y
recuperacin deenerga existentes,
admitimos el
compromiso de
mejorar la eficiencia
global del sistema.
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Segundo reto planteado:Reformar las instalaciones, aprovechando al mximo los
equipos existentes y con la planta funcionando.
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Para aprovechar los equipos de
bombeo existentes, bastidores,
valvulera y conducciones, la
solucin aplicada consisti en
transformar cada dos lneasexistentes, en una nica lnea que
es alimentada por medio de una
bomba de alta presin existente y
un nuevo sistema de cmaras
isobricas mas bomba booster.
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Proceso de reforma: (1 de 10)
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1. Situacin inicial
Se parte de 4 lneas de 7.200 m3/d de produccin unitaria equipadas con turbinas pelton yespacio para 4 lneas mas. Adems de dispone de una BAP de reserva.
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Proceso de reforma: (2 de 10)
Nuevos bastidores
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2. Instalacin de 4 nuevos bastidores, configurando 2 lneas de 15.000 m3/d
En los espacios vacios existentes se instalan 2 nuevas lneas de produccin, formadas por 4bastidores de membranas.
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Proceso de reforma: (3 de 10)
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3. Instalacin de nuevos sistemas de recuperacin/alimentacin a lneas de 15.000m3/d
En los espacios vacios existentes se instalan 2 nuevas lneas dotadas de cmaras isobricasy bombas boostes, esperando el traslado de las bombas de alta presin existentes.
Nuevos sistemas de recuperacin/ alimentacin
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Proceso de reforma: (4 de 10)
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4. Reforma de la bomba de alta presin de reserva.
Primeramente se utiliza la bomba de reserva. Previamente se le ha eliminado la turbina yse ha sustituido el motor, incrementando la potencia de este.
Reforma de bomba de altapresin de reserva
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Proceso de reforma: (5 de 10)
Lnea C
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5. Puesta en servicio de la nueva lnea de produccin C
Una vez instalada una de las nuevas lneas , se pone en marcha la nueva lnea deproduccin C, pudindose parar dos lneas de 7.200 m3/d existentes.
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Proceso de reforma: (6 de 10)
Lnea C
Lnea D
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6. Parada de dos lneas existentes para reformarlas.
Puesta en servicio la nueva lnea C, se paran dos lneas antiguas para reformarlas. Sereforma y cambia de posicin una bomba existente y se pone en marcha la lnea D.
Bomba a nueva posicin
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Proceso de reforma: (7 de 10)
Lnea B
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7. Adecuacin y reforma de la nueva lnea B.
Se reforman bastidores, conducciones y otra bomba de alta presin existente. Se haeliminado la turbina y se ha sustituido el motor, incrementando la potencia de este.
Bomba reformada
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Proceso de reforma: (8 de 10)
Lnea B
Lnea C
Lnea D
Lnea A
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8. Cambio de posicin de BAP para la nueva lnea C.
A otra bomba de alta se le ha eliminado la turbina y se ha sustituido el motor,incrementando la potencia de este. Se traslada para servir de alimentacin a la lnea C.
Nueva posicin de bomba
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Proceso de reforma: (9 de 10)
Lnea BLnea A
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9. Reforma de las dos ltimas lneas existentes.
Con las nueva lneas C y D en servicio, se procede a parar las dos ltimas lneasexistentes para reformarlas.
Recuperadores + booster
Reforma debomba
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Proceso de reforma: (10 de 10)
Lnea BLnea A
Lnea C
Lnea D
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10. Puesta en marcha de toda la instalacin.
Una vez reformadas las instalaciones, se procede a la puesta en marcha del conjunto detoda la planta.
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Comparativo entre elestado inicial y final
Estado inicial
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Estado final
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Etapa de reforma, en la que convivan los dos sistemas de recuperacin de energa
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1 elemento 2 elemento 3 elemento 4 elemento 5 elemento 6 elemento 7 elemento
PRODUCTO PRODUCTO
= 380 6.000 gpd = 380 6.000 gpd = 380 6.000 gpd = 380 6.000 gpd = 380 6.000 gpd = 400 7.500 gpd = 400 7.500 gpd
BASTIDORES EXISTENTES. NUEVA CONFIGURACION ADOPTADA
Otro factor de mejora importante ha sido lainstalacin de nuevas membranas de smosis
inversa de mayor produccin especfica que las
existentes.
Mejoras generales
Adems, en la planta se ha realizado:
Nueva captacin de agua de mar entoma abierta.
Ampliacin del pretratamiento.
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ALIMENTACION RECHAZO
1 elemento 2 elemento 3 elemento 4 elemento 5 elemento 6 elemento 7 elemento
PRODUCTO PRODUCTO
= 400 7.500 gpd = 400 7.500 gpd = 400 7.500 gpd = 400 7.500 gpd = 400 7.500 gpd = 400 9.000 gpd = 400 9.000 gpd
ALIMENTACION RECHAZO
1 380 6.000 gpd
2 400 7.500 gpd
3 400 9.000 gpd
NUEVOS BASTIDORES. CONFIGURACION ADOPTADA
0
5
10
15
20
25
30
35
40
1 2 3
(m3/da)
MODELO DE MEMBRANA
PRODUCCIONES NORMALIZADA DE MEMBRANASUTILIZADAS
Instalacin de 2 pasos para mejorade calidad del producto.
Ampliacin del sistema de
remineralizacin.
Ampliacin del almacenamiento y
bombeo de producto.
Instalacin de un nuevo sistema de
control de ltima generacin
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PARAMETROS DE OPERACIONTURBINAS
PELTON
CAMARAS
ISOBARICAS
Produccin neta por lnea 7.200 15.080 m3/d
Factor de conversin 45 45 %
Caudales horarios
. Agua bruta 667 1.396 m3/h
. Agua producto 300 628 m3/h
. Salmuera 367 768 m3/h
Caudal de la bomba de alta presin 667 636 m3/h
Presin diferencial de la bomba de alta presin. Prdidas de carga hasta bastidor 10 15 m.c.l.
. Prdida mnima en vlvula de control 8,5 0 m.c.l.
. Presin mxima de alimentacin a bastidor 673 688 m.c.l.
. Presin de impulsin 691 703 m.c.l.
. Presin en aspiracin 20 20 m.c.l.
. Presin diferencial 671 683 m.c.l.
Presin diferencial en turbina m.c.l.
. Salida de bastidores 663 m.c.l.
COMPARATIVO DEL CONSUMO ENERGETICO DE LOS DOS SISTEMAS DE FUNCIONAMIENTO(1)
I.T.A.M. TORDERA
BOMBEO DE ALTA PRESION
1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 2,20 2,40 2,60 2,80 3,00 3,20
1
2
Sistemasderecuperacin
(1turbinas-2cmaras
isobaricas)
COMPARATIVO DEL CONSUMO
ELECTRICO
Conclusin
El consumo
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. . . .
. Presin de descarga 0 m.c.l.
. Presin diferencial 655Potencia absorbida en bomba
. Rendimiento hidrulico bomba alta presin 85 85 %
. Absorbida por la bomba 1478 1435 Kw
Potencia recuperada en turbina
. Rendimiento hidrulico de turbina 88 %
. Potencia recuperada 599
Potencia neta del tren de alta presin 879 1435 Kw
Energa consumida por el tren de alta presin
. Rendimiento motor 95,5 97 %
. Energa consumida 920 1479 Kwh
. Caudal de impulsin del booster 760 m3/h
. Presin diferencial del booster 46 m.c.l.
. Rendimiento hidrulico 83 %
. Potencia absorbida 118 Kw
. Rendimiento motor 92 %
. Rendimiento del variador de frecuencia 97 %
. Energa consumida 132 Kwh
Energa consumida por el tren de alta presin 3,0678 2,354 Kwh/m3
Energa consumida por el bombeo booster 0,211 Kwh/m3
Energa consumida total 3,068 2,565 Kwh/m3
AHORRO ENERGETICO CON RECUPERADORES 0,503 Kwh/m3
16% De ahorro Notas: (1) Valores de diseo
1BOMBEO BOOSTER DE ALTA PRESION
RESUMEN DEL CONSUMO ENERGETICO DE AMBOS SISTEMAS 2
Consumo especfico (Kwh/m3 producido)
ha disminuido0,503 Kwh/m3
(16% del consumo
en alta presin).
El ahorro enconsumo elctrico
es de 10.110.300
Kwh ao.
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6.- I.D.A.M. IBIZA (CAPITAL)
Medidas implantadas mas relevantes:
Sustitucin de las turbinas PELTON
por cmaras isobaricas como
sistema de recuperacin de energa
Am liacin de la roduccin en 1
1
Mejora de la Eficiencia Energtica en la Reforma de Plantas Desaladoras. Un Compromiso de Sostenibilidad - II Seminario Internacional de Desalacin en Antofagasta - 2010
Esta planta se dise en 1992 con
capacidad para producir 9.000
m3/da de agua desalada, mediante3 bastidores de 3.000 m3/da. En
el diseo se previ la posibilidad
de ampliacin de las instalaciones
con un cuarto bastidor.
paso, instalando un bastidor mas.
Realizacin de obras de ampliacin
y mejoras generales.
Eliminacin del bombeo de
salmuera a emisario.3
4
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Proceso de reforma:
Mejora de la Eficiencia Energtica en la Reforma de Plantas Desaladoras. Un Compromiso de Sostenibilidad - II Seminario Internacional de Desalacin en Antofagasta - 2010
La reforma consisti en la
instalacin de un 4 bastidor de
3.000 m3/d. La agrupacin decada dos bastidores en una lnea
de produccin, equipadas con
nuevas bombas de alta presin,
cmaras isobricas y bombas
booster.
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Eliminacin del bombeo de
salmuera
En esta planta originalmente,
toda la salmuera generada y
efluentes haba que bombearla,
ya que el emisario terrestrepasa por un punto ms alto que
la planta, que est a la cota
+2,50 m. Otra medida
La ltima medida para mejorar la
eficiencia energtica ha sido la
instalacin de nuevas membranas de
O.I. de bajo consumo
Mejoras generales
Mejora de la Eficiencia Energtica en la Reforma de Plantas Desaladoras. Un Compromiso de Sostenibilidad - II Seminario Internacional de Desalacin en Antofagasta - 2010
,
utilizar la contrapresinnecesaria a la salida de las
cmaras isobricas, para
realizar la impulsin del
rechazo a emisario de
evacuacin. De esta formaevitamos el consumo elctrico
en el bombeo de evacuacin,
utilizando la energa de
descarga del sistema de
recuperacin.
,
Nueva captacin de agua de mar con pozos
profundos
Ampliacin del pretratamiento
Instalacin de 2 pasos para mejora de calidad del
producto Instalacin de un nuevo sistema de remineralizacin
Ampliacin del almacenamiento y bombeo de
producto
Instalacin de un nuevo sistema de control de ltima
generacin
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7.- I.D.A.M. SAN ANTONIO DE PORTMANY
En 1994 se construy una plantadesaladora de agua de mar por el proceso
de smosis inversa en San Antonio de
Portmany. La planta tena una produccin
de 17.500 m3/d de agua desalada, despus
de una ampliacin realizada.
Medidas implantadas mas relevantes:
Mejora de la Eficiencia Energtica en la Reforma de Plantas Desaladoras. Un Compromiso de Sostenibilidad - II Seminario Internacional de Desalacin en Antofagasta - 2010
Sustitucin de las turbinas por cmaras isobricas como
sistema de recuperacin de energa1
Instalacin de nuevas membranas con una demanda de
presin menor que las existentes, por lo tanto, se mejora elconsumo elctrico.
2
Realizacin de obras de mejoras generales.3
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Proceso de reforma:
La I.D.A.M. de San Antonio contaba
con tres lneas de produccin. Dos (2)
de 5.000 m3/d con bombas invertidas
como sistema de recuperacin y unatercera de 7.500 m3/d equipada con
turbina pelton como sistema de
recuperacin de energa.
Mejora de la Eficiencia Energtica en la Reforma de Plantas Desaladoras. Un Compromiso de Sostenibilidad - II Seminario Internacional de Desalacin en Antofagasta - 2010
Evolucionan con la
reforma a:
Tres (3) lneas de 6.000 m3/d de
produccin unitaria en su 1 paso,
equipadas con cmaras isobricas.
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La ltima medida para mejorar
la eficiencia energtica ha sido
la instalacin de nuevas
membranas de O.I. de bajo
consumo.
Me oras enerales
Mejora de la Eficiencia Energtica en la Reforma de Plantas Desaladoras. Un Compromiso de Sostenibilidad - II Seminario Internacional de Desalacin en Antofagasta - 2010
Adems, en la planta se ha realizado:
Instalacin de 2 pasos para mejora de
calidad del producto.
Sustitucin de celdas de media tensin.
Instalacin de un nuevo sistema de
control de ltima generacin.
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8.- CONCLUSIONES
Se han realizado y se van necesitando procesos de reforma en algunas plantas,
debido a su edad y eficiencia energtica.1
Cuando los equipos electromecnicos llegan al final de su vida til o se considerantcnicamente amortizados, se plantea la sustitucin de los mismos por otros nuevos
de tecnologa ms avanzada.
2
Mejora de la Eficiencia Energtica en la Reforma de Plantas Desaladoras. Un Compromiso de Sostenibilidad - II Seminario Internacional de Desalacin en Antofagasta - 2010
Con la iniciativa de las Administraciones se puede emprender actuacionesencaminadas a mejorar la sostenibilidad de la instalaciones de desalacin,
promoviendo la reduccin del impacto ambiental que supone el consumo
energtico.
Las ingenieras, constructoras y empresas explotadoras de instalaciones de
desalacin, debemos poner todo nuestro empeo y esfuerzo en aplicar las ltimas
tecnologas disponibles en el mercado en materia de reduccin del consumo
elctrico en desalacin.
3
4
M j d l Efi i i E ti l R f d Pl t D l d U C i d S t ibilid d II S i i I t i l d D l i A t f t 2010
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Sirva como ejemplo de Mejora de la Eficiencia Energtica en la Reforma de I.D.A.M.S,
los resultados de reduccin de consumo elctrico obtenidos en las plantas presentadas.
INSTALACIONAHORRO EN CONSUMO
ELECTRICO ESPECIFICO
POTENCIAL DE AHORRO
ELECTRICO ANUAL
I.T.A.M. de Tordera 0,503 Kwh/m3 10.110.300 Kwh ao
I.D.A.M. de Ibiza 0,725 Kwh/m3 3.035.938 Kwh ao
I.D.A.M. San Antonio 0,735 Kwh/m3 4.311.812 Kwh ao
Mejora de la Eficiencia Energtica en la Reforma de Plantas Desaladoras. Un Compromiso de Sostenibilidad - II Seminario Internacional de Desalacin en Antofagasta - 2010
Reformar las instalaciones mencionadas anteriormente, con
sistemas de produccin de agua desalada ms eficientes,
significa dejar de consumir de la red elctrica un total de17.458 Mwh al ao.
Esto supone evitar la emisin de 15.538 toneladas de CO2 a la
atmsfera.
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