CONTENIDO
CAPITULO I
JUSTIFICACION………………………………………………………………………….1
NATURALEZA SENTIDO Y ALCANCE DE TRABAJO…………………………. .. 2
ENUNCIACION DEL TEMA …………………………………………………………….3
EXPLICACION DE LA ESTRUCTURA DE TRABAJO……….………………..........4
CAPITULO II
DESARROLLO DEL TEMA……………………………………………………………..5
PLANTEAMIENTO DEL TEMA DE LA INVESTIGACION……………………….....-5
MARCO CONTEXTUAL…………………………………………………………………6
MARCO TEORICO……………………………………………………………………...10
1.0 DESCRIPCION DEL METODO DE EVALUACION ELECTROMECÁNICA
1.1 DEFINICION DE CAUDAL Q ................................................................11
1.1.1 Tipos de instrumentación para le medición de caudal Q………….…12
1.2 CARGA DE BOMBEO H…………………………………………………………...16
1.2.1 Presión………………………………………………………………….….16
1.2.2 Niveles de bombeo…………………………………………………… …18
1.2.3 Clasificación de las pérdidas en tuberías……………………………..19
1.2.3.1 Perdidas primarias o de fricción………………………………….......19
1.2.3.1.1Numero de Reinolds (Re) Rugosidad relativa (K/D) y factor de
fricción ( f )………………………………………………………………………19
1, 2, 3,2 Perdidas secundarias o, locales ……………………………………22
1.3 FACTOR DE POTENCIA………………………………………………….23
1.3.1 Triangulo de potencias……………………………………….................25
1.3.2 Determinación del factor de potencia………………………………….28
1.4 POTENCIA ELECTRICA…………………………………………………..29
1.4.1 Instrumentos para medición de parámetros eléctricos que
Intervienen en el cálculo de la potencia eléctrica…………………………...31
1.5 EFICIENCIA ELECTROMECANICA……………………………………..33
1.5.1 Determinación de la eficiencia electromecánica………………..........33
1.5.2 Eficiencia en un motor……………………………………………………34
2.0 CALCULO DE LA EFICIENCIA ELECTROMECANICA
2.1 CALCULO DECAUDAL Q………………………………………………….37
2.1.1 Medición de caudal……………………………………………………….41
2.2 CALCULO DE LA CARGA DE BOMBEO H……………………………..42
2.2.1Obtención del valor de la presión manométrica………………………..42
i
2.2.2 Nivel dinámico (m)……………………………………………………………….43
2.2.3 Perdidas por fricción en la columna (hfc.)………………………………43
2.3 CALCULO DEL FACTOR DE POTENCIA………………………............45
2.4 CALCULO DE LA POTENCIA ELECTRCA……………………………...47
2.5 CALCULO DE LA EFICIENCIA ELECTROMACANICA………………..48
2.5.1 Calculo de las eficiencias de motor y bomba………………………….50
3.0 EVALUACION ELECTROMECANICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
3.1 ANALISIS DE RESULTADOS…………………………………………….52
3.2 INTERPRETACION DE RESULTADOS…………………………………55
3.3 PROPUESTA DEL EQUIPO DE ALTA EFICIENCIA…………………...59
3.4 JUSTIFICACION DEL EQUIPO…………………………………………..59
3.5 DESCRIPCION DEL EQUIPO DE ALTA EFICIENCIA…………………60
3.5.1 Cuando utilizar motores de alta eficiencia……………………………..62
4.0 ANALISIS ECONOMICO
4.1 COSTO DE LA ENERGIA ELECTRICA………………………………….65
4.1.1 Tarifas……………………………………………………………………...65
4.2 CONSUMO OPERACIONAL MENSUAL………………………………...69
4.3 COSTOS DE EQUIPO DE ALTA EFICIENCIA………………………….71
4.4 COMPARACION DE COSTOS……………………………………….......73
ANALISIS CRÍTICO DE LOS DIFERENTES ENFOQUES…………………………75
CAPITULO III
CONCLUCIONES……………………………………………………………………….76
BIBLIOGRAFIA………………………………………………………………………….77
ANEXOS…………………………………………………………………………………78
APENDICES……………………………………………………………………….........87
ii
INTRODUCCION
Una estación de rebómbeo esta compuesta por una bomba y se acopla ya sea
por un motor eléctrico o con uno de combustión interna su trabajo es de remover
el liquido a una mayor presión y velocidad para llegar al punto deseado un motor
eléctrico tiene una fuente que es la electricidad esta electricidad se convierte en
potencia mecánica para hacer girar la bomba.
El hombre tiene la tendencia natural de hacer pruebas para mejorar las eficiencias
de los dispositivos electromecanicos además el alto consumo de la energia
eléctrica que consumen los equipos electromecanicos.
Las bombas pueden estar combinadas por motor eléctrico y acoplada con un
motor de combustión interna la combinación de estos dos tipos de motores es en
caso de que falle algunos de los motores que se instalen.
El desarrollo de una bomba tipo turbina se encuentra disponible para transportar
líquidos en sistemas de flujo de fluidos la selección y aplicación adecuadas de las
bombas tipo turbina requieren una comprensión de sus características de
funcionamiento y usos típicos el agua que se almacena en cisterna es para
mandarlo a la población donde es muy difícil que llegue el suministro de agua en
lugares mas altos es por eso se instalaron bombas en serie para mejorar el
servicio de distribución que demanda la población para satisfacer y hacerlo mas
eficiente.
Una bomba conectada en serie permite la obtención de la misma capacidad y una
cabeza total es igual a la suma de los valores de las otras bombas este método
permite la operación contra valores de cabezas altos los cuales son poco
frecuentes.
El desarrollo de los sistemas de bombeo no es para mandar agua para lugares
más altos si no también para la recolección de aguas negras sistemas de riego y
para las plantas termoeléctricas donde se manejan grandes cantidades de
volumen de agua.
El propósito de este trabajo es analizar el funcionamiento de la estacion de
rebombeó parque las americas que pertenece a la CMAS.
iii
CAPITULO l
JUSTIFICACION:
El agua es un líquido indispensable en la vida diaria el agua se utiliza en la
industria en las plantas termoelectricas en la ganaderia y donde hay mas
consumo es en la población donde dia con dia aumenta mas gente cabe
mencionar que hay poca agua en las reserva de rios y mantos acuiferos debido
a las escasas lluvias debido al cambio climatico que sufre nuestro planeta es por
eso que se tiene que hacer recortes de sumunistro de agua para posibilitar un
desabasto de agua en la población para que llegue el servicio de agua potable es
necesario instalar equipos electromecanicos que la CMAS de proporcionar para
esto debe analizar costos de operación de la obra hidráulica del proceso de
servicio de agua la etapa de analizar en este trabajo.
El almacenamiento de agua por cisternas proveniente de la planta potabilizadora
que se ubica en el complejo escolin opera las 24 horas del los 365 dias del año y
es mandada a los equipos electromecanicos de la estacion de rebombeo cuatro
generando gastos de operación por lo que un análisis permitirá una selección de
equipo de bombeo que reduzca los gastos de operación y de mantenimiento
redundando un servicio continuo y economico y eficiente a la comunidad.
Es necesario que el incremento de la capacidad instalada sea sastifecho por
medio de la tecnología moderna y mejor eficiente y bajo costo de inversión para
esto nuestro país así como el resto del mundo las estaciones de bombeo se han
relevado con la mayor alternativa la cual debido las ventajas que tienen los
equipos electromecánicos.
El alcance de este trabajo es llevar a cabo el análisis electromecánico así como
proporcionar una informacio completa sobre los componentes de dicho equipo. -
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NATURALEZA SENTIDO Y ALCANCE DE TRABAJO.
Los sistemas de bombeo de agua potable son parte importante en el desarrollo
economico y social de las ciudades. Proveer un servicio mejor y economico sin
embargo la mayoria de los equipos presenta fallas en los sistemas ya sean
eléctricos o mecánicos falta de mantenimiento o fugas en la distribución estos
generan gastos que no estan al presupuesto y es por eso los equipos se vuelven
deficientes y obsoletos que no brinda un servicio mejor para la ciudadanía.
Por lo anterior puede ser prevenido y controlado a través de una evaluación
electromecánica a todo el sistema de bombeo que se realizaría conocer el
método para la aplicación de la evaluación y su importancia en los sistema de
bombeo es el propósito de este trabajo así como ofrecer alternativas y soluciones
para lograr la acreditación del equipo electromecánico y operar en un rango
eficiente y economico que es lo que se ajusta a las normas de la comisión
municipal de agua y saneamiento.
El alcance de este trabajo es llevar a cabo un análisis economico y así
proporcionar los costos de consumo de energia electrica y evaluar el equipo
electromecánico que realizara mas adelante.
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ENUNCIACION DEL TEMA.
En la actualidad la ciudad de Poza Rica en donde se esta acelerando el
crecimiento de su economía así como de la población de los diferentes sectores
se han nuevas exigencias de un mejor y mas eficiente servicio de suministro de
agua potable.
La estación numero cuatro entro en operación en los años 70 ese tiempo a
sufrido modificaciones en los componentes electromecanicos durante los ultimos
años han provocado gastos elevados en mantenimiento y operación del equipo
por lo que el problema sera demostrar que los equipos no estan en las
condiciones optimas y de operación tomando referencia un método de
evaluación aplicable al sistema de bombeo en cuestión.
Generalmente para que se considere que la eficiencia electromecánica es
importante tener bien las instalaciones tanto mecánico como eléctrico.
Debido a la importancia de estos equipos electromecanicos en este trabajo se
efectúa un análisis del comportamiento de esta estacion de bombeo.
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EXPLICACION DE LA ESTRUCTURA TRABAJO
El trabajo que se presenta estará conformado de la siguiente manera.
En un principio se describe el planteamiento del problema de la investigación en
el cual se menciona los puntos fundamentales, los cuales motivaron a su
realización con finalidad de proponer alguna alternativa de solución.
Para el desarrollo de este trabajo se estructuran tres capítulos de la siguiente
manera.
En el capitulo I, se presenta la introducción justificación naturaleza sentido
alcance y enunciación del tema con el fin de que exista un buen entendimiento de
la importancia del análisis del sistema de bombeo de agua potable.
En el capitulo II, se inicia el planteamiento del tema de análisis realizando
posteriormente se presenta el marco contextual que es el espacio geográfico
donde se lleva a cabo la investigación y el marco teórico la cual es la descripción
detallada del trabajo realizado y por ultimo un análisis critico de los diferentes
enfoques.
En el capitulo III, se dan a conocer todas las conclusiones obtenidas con este
análisis alternativas y sugerencias para una mejor obtención del rendimiento del
sistema de bombeo.
Además se presenta la biografía anexos y apéndices esperando que este trabajo
sea de gran utilidad e interés para todas aquellas personas interesadas en este
tema.
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CAPITULO II
DESARROLLO DEL TEMA
PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACION
Cuando una estacion de prebombeo inicia las operaciones de suministro de agua
es poco probable que se presente problemas técnicos en el sistema pero con el
paso del tiempo se empiezan ha detectar deficiencias en el sistema que tal vez no
repercutan de manera importante no por ello se deben pasar por alto se les debe
solucionar oportunamente.
A través del tiempo las fallas técnicas son mas frecuentes estan acarrearan
interrupciones en el suministro de agua a la población elevando costos de
operación y mantenimiento.
De igual manera solo puede esperar que el ingeniero de proyectos o usuario de
equipo informando y capaz logre la combinación de estos dos procesos
deseables un costo mínimo y la mejor eficiencia de esta menear logra un fin
común que sea un resultado optimo.
La investigación de este tema esta enfocado a un análisis poco común dentro del
ámbito y de la ingeniería por lo cual resulta ser un tema muy interesante implica
una serie de decisiones que debe tomar una empresa para mejorar su eficiencia
de la estacion de prebombeó.
Hoy en dia existe mucha información clasificada sobre los motores que accionan
las bombas conocer sus partes de funcionamiento así como sus problemas y
fallas de trabajo bajo la operación del equipo de bombeo.
Con el presente análisis se pretende determinar la solución de problemas en
términos técnicos para lograr una mejora en el rendimiento del sistema.
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MARCO CONTEXTUAL
La cuidad de Poza Rica Ver: al norte del estado de Veracruz a la altura del
cerro del abuelo se localiza la estación de prebombeó numero cuatro parque las
Américas donde aproximadamente 79 años se realizaban explotaciones
petroleras por partes de compañías extranjeras y paraestatales en el año de
1938 el control de la explotación del petróleo paso a manos del gobierno
mexicano y las instalaciones quedaron de un organismo llamado petróleos
mexicanos (PEMEX) dio inicio la urbanización pero hasta el año de 1951se otorgo
municipio libre.
Debido al crecimiento de la población el servicio del agua potable se ha
incrementado por lo cual se requiere brindar un servicio a las zonas de nueva
creación para ser posible es necesario rehabilitar y proponer alternativas que
hagan al sistema de agua mas eficiente.
En la ciudad de Poza Rica el agua potable que se suministra a la población es
tratada en la planta potabilizadora localizada frente al complejo petroquímico
escolin el agua es captada de la bocatoma corralillos por medio de una toma
directa por bombas de 250 HP y enviada por una tubería de abesto de 36
pulgadas de diámetro con equipos electromecanicos y enviada a la estacion de
rebombeo numero cuatro parque las americas que estan abastecen al campo
tres anahuac y a la colonia chapultepec con diferentes días de suministro de agua
potable.
Acontinuacion se describirá la ubicación de la estacion de rebombeo´ cuatro
parque las Américas, la estacion cuatro denominada parque las americas que
abastece a tres colonias se localiza a la altura del cerro del abuelo con rumbo al
pozo 90 se encuentra 5 Km. de la planta potabilizadora complejo petroquímico
escolin en el municipio de coatzintla ver.
DESCRIPCION DEL EQUIPO ELECTROMECANICO
La captación se lleva acabo de la planta potabilizadora del complejo escolin
La estacion de rebombeo cuenta con una cicsterna de 5.40 x 32.5 x 25 de ancho.
La obra de distribución son la cisterna de piedra cantera 5 equipos de bombeo 3
de 125HP y 2 de 50 HP una caseta de operación un cuarto de control para las
bombas.
Un transformador de 500 kva para el equipo de bombeo
Un transformador de 30 kva adicional para el alumbrado de la estacion de
bombeo.
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Figura: a) Bomba vertical de pozo profundo
Este es el equipo electromecánico de la estación numero cuatro del parque las
América que abastece al tanque del campo tres de la colonia francisco sarabia y
de la colonia anahuac de la ciudad de poza rica ver.
Figura: b) Motor eléctrico posición vertical
Este es el motor con capacidad de 125 hp. Y 1785 rpm. Que proporciona un
Caudal de 125lps y una presión de 4.2 Kg. / cm2. Y el otro motor es de 50 Hp
Un caudal de 65 lps y una presión de 3.4 Kg. / cm2.
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Figura c) Cuarto de control del sistema de bombeo
Este es el cuarto de control modelo 6 Cáp. De barras H. 800 am. Vertical 300amp
que controla el equipo electromecánico del tanque de 4200 metros cúbicos.
Figura: d) Transformador de potencia
Transformador de 500 kv para alimentar las tres bombas de 125 HP dos de 50
HP el transformador se encuentra al intemperie es enfriado por aceite dieléctrico
en su interior del transformador.
Los datos del equipo de bombeo se muestran en la tabla siguiente actualmente
se encuentra en operación 3 equipos y 2 esta de reserva.
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Características de los motores de 125 HP
Marca ------------------------------------------------ U S Emersión
Potencia --------------------------------------------- 125 HP
Aislamiento ----------------------------------------- resistente alta temperatura
Fases ------------------------------------------------- 3 Fases
Factor de potencia --------------------------------- 87 %
Temp. amb -------------------------------------------40 grados centígrados
Velocidad --------------------------------------------- 1785 RPM
Volt ----------------------------------------------------- 440 V
Rodamiento vertical -------------------------------- 7322 BG
Características de las bombas
Marca ---------------------------------Gasto aproximado ------------------ 125 lps
Diámetro de la flecha -------------- 1 1/2 pulg.
Lubricante ---------------------------- grasa
Diámetro columna ------------------ 12 pulg.
Diámetro descarga ----------------- 8 ½ pulg.
Numero de pasos ------------------ 2 pasos
Características de los motores de 50 HP
Marca ---------------------------------------------- U S Emersión
Potencia ------------------------------- ------------ 50 HP
Aislamiento---------------------------------------- resistente a la humedad
Fases ------------------------ -------------------------3
Factor de potencia ---------------------------------- 88.3
Temp. amb -------------------------------------------- 40 grados centígrados
Velocidad ----------------------------------------------1780 rpm
Volt ------------------------------------------------------ 460 volts
Caracteristicas de las bombas
Marca --------------------------------Gasto aproximado ------------------- 65 lps
Diámetro de la flecha ---------------- 1 pulg.
Lubricante ------------------------------ grasa
Diámetro del tubo de succión --------------- 7 pulg.
Diámetro de descarga ------------------------- 5 pulg.
Números de pasos ----------------------- 3 pasos
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MARCO TEORICO
Marco teórico este estará dividido en cuatro capítulos en donde primeramente se
describirá el método de evaluación electromecánica propuesto que se aplicara
al sistema de bombeo mostrando el método analítico y la forma que el desarrollo
para cada unos de los equipos instalados posteriormente se realizara la
evaluación electromecánica del sistema de bombeo para conocer los siguientes
puntos sera determinantes la proposición de un equipo de alta eficiencia también
se calculara su factor de potencia y conocer las características o tablas para la
selección de motores por ultimo hará un análisis economico con tablas
comparativas de los equipos muy deficientes contra los equipos propuestos.
Finalmente se enunciaran las conclusiones obtenidas en el desarrollo de trabajo y
se describirán algunas proposiciones para el sistema de bombeo en la etapa de
distribución.
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1.0 DESCRIPCION DEL MÉTODO DE LA
EVALUACIÓN ELECTROMECANICA
1.1 Definición de caudal (Q)
El agua llega a hogares e industrias por medio de tuberías las cuales varían de
diámetro de acuerdo las necesidades requeridas pero como determinar la
cantidad de fluido que pasa por la tubería en este caso el agua se observa en la
figura siguiente una tubería que conduce fluido el área sombreada representa la
sección transversal de que manera se puede conocer cuanto fluido pasa por esa
sección.
Figura: 1.1)
Área sombreada donde se conduce el fluido
Una manera de determinar la cantidad del fluido que pasa por la sección
transversal es calculado el volumen que atraviesa por unidad de tiempo lo cual
permite el concepto del caudal o gasto denominado con la letra Q que se define
de la siguiente manera:
Caudal Q que es el volumen del fluido por unidad de tiempo que pasa a través de
una sección transversal a la corriente.
Así por ejemplo en una tubería de agua los litros por hora que circulan a través
de una sección transversal a la tubería.
Ecuación de dimensiones [Q]= [L]3 [T}-1
Unidad 1 Q = m3/seg S I
Para el cálculo teórico se utiliza la ecuación de la continuidad
Q=VxA
(1.1)
Q = caudal m3/s.
V = Velocidad media del caudal en m/s.
A = Área de la sección de la tubería en m2.
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1.1.1 Tipos de instrumentación para la medición del caudal (Q)
Se han ideado diversos métodos para medir el gasto como consecuencia de las
múltiples necesidades de obtener resultados prácticos algunos de ellos requieren
de equipos muy complicados y costosos y otros son sencillos y económicos el
método a utilizar depende de la cantidad de flujo las condiciones bajo las cuales
se efectuaran la medición y el índice exactitud que se requieran.
Para hacer una clasificación de instrumentos de medición de caudal volumétrico
nos basaremos en la magnitud captada por los detectores. Así tenemos
medidores de caudal volumétrico que contabilizan...
1).- Presión diferencial.
Por medio de la presión diferencial en un elemento se puede calcular la cantidad
de flujo que circula por una línea de conducción de agua los instrumentos mas
conocidos son;
A) Placa de orificio. Consiste simplemente en una placa de metal con orificio
hecho sobre la misma puede ser de tipo concéntrico también existen excéntricos
cónicos o seccionados. En la práctica la placa es instalada entre dos bridas
Como primer paso la placa estrangula el flujo produciendo una presión diferencial
a trabes de la placa. Deben existir dos agujeros uno cada lado de la placa que
son utilizados para detectar la diferencia de presión la ventaja de la placa es que
no tiene partes móviles aun que es el medidor que mas perdidas de carga
produce en el sistema
Figura: 1.1.1 A)
Placa de orificio
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B) Tobera. Es muy similar a la placa de orificio pero con el se puede manejar
aproximadamente 60 % mejor la medida de flujo que con la placa de orificio
teniendo la misma caída de presión líquidos con sólidos en suspensión también
pueden ser medidos.
Figura: 1.1 B) Tobera
C) Tuvo venturi. Es una sección de tubo con una entrada y salida cónica y una
garganta recta. Como el líquido pasa dentro de la garganta su velocidad se
incrementa creándose una diferencia de presiones entre las regiones de entrada y
salida del líquido.
No existen partes móviles y puede ser instalado en tuberías de gran diámetro
usando bridas soldadas o roscadas. Tiene la ventaja de poder manejar grandes
volúmenes de fluido a una caída baja de presión puede ser usado en la mayoria
de los líquidos incluyendo que tenga sólidos en suspensión se mostrara una figura
de placa de orificio una tobera y un tubo venturi
Figura: 1.1 C) Tubo venturi
2) Velocidad. Es la gama de instrumentos que detectan la velocidad de un flujo
como paso inicial para medir el caudal del mismo se utilizan las turbinas y los
vertederos para el caso de canales abiertos.
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D).-. Área Variable El mas común de estos instrumentos es el rota metro se trata
de un tubo de sección variable generalmente transparente dispuesto en posición
vertical en cuyo interior se aloja un flotador mas denso que el liquido cuyo caudal
se requiere medir que es desplazado hacia arriba por el fluido que circula por el
interior.
Ranuras
Escala
Flotador Tubo cónico de vidrio
Flujo
Figura: 1.1 D)
Rota metro de tubo de vidrio
E) Medidor de caudal electromagnético utiliza el mismo principio básico que el
electro generador cuando un conductor se mueve a través de un campo
magnético se genera una fuerza electromotriz en el conductor siendo su magnitud
directamente proporcional a la velocidad media del conductor en movimiento el
material tiene que ser compatible con las propiedades químicas del fluido que
circula.
Flujo
Magnético
Tubería
Electrodos
Electroimán
Flujo
Figura: 1.1 E) Elementos de un medidor electromecánico
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F) Tipo ultrasónico. Este medidor se basa su principio de funcionamiento en la
teoría del efecto doppler la cual nos ayuda a determinar velocidades por medio de
la reflexión de hondas sonoras para un correcto funcionamiento de este equipo
deben existir partículas suspendidas o burbujas desde una concentración de 25
ppm hasta el 2 % en el caso de tratar de medir fluidos limpios se deben localizar
el punto mas apropiado para hacer la medición con el fin que no exista un
régimen de flujo simétrico no hay que detener el proceso productivo para
instalarlo nunca hasta en contacto con el fluido que se esta midiendo, se puede
normalizar un solo tipo de medidor para varias aplicaciones y tamaños de tubería.
Transmisor
Receptor
Producto adhesivo
C3
C2
C1
Flujo
Tubería
Figura: 1.1 F) cabezal individual transmisor/receptor
G) Método escuadra. Existe otra opción para calcular el flujo llamado método
escuadra que consiste en lo siguiente:
Para tuberías totalmente llenas se utilizan una escuadra con dimensiones según
el diámetro de la tubería. En la figura se muestran las variables que intervienen
para el cálculo de gasto: ―D‖ que indica el diámetro interior de la tubería y ―A‖ que
es la distancia más corta de la escuadra toca el agua. El caudal se va a calcular
en galones por minuto y se utiliza la tabla 1 del apéndice A. Hay que hacer notar
que la distancia de A y D son en pulgadas.
Por ejemplo si tenemos una distancia de A de 8 pulgadas y un diámetro interior
de 4 pulgadas en B entonces nuestro gasto seria de 166 galones por minuto.
A
B
Figura: 1.1 G) Método Escuadra
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1.2 CARGA DE BOMBEO H
La carga total de bombeo esta dada por la siguiente suma de cargas parciales:
H = Pm + ND + hfc
(1.2)
H = carga de bombeo en m c a.
Pm = presión manométrica medida a la descarga en m c a.
ND = nivel dinámico mts...
hfc = perdidas por fricción en la columna en m c a.
1.2.1 Presión.
La presión es una de las magnitudes más medidas en sistemas de bombeo no
para conocer su valor si no como fase intermedia para medición de otras
magnitudes tales como caudal el nivel de líquido.
Existen algunas definiciones de presión las más usuales son las siguientes:

Presión atmosférica.-También se le llaman presión barométrica por los
aparatos que se usan para medirla (barómetros) y es aquella que se tiene en
lugar debido al peso de la atmósfera al nivel del mar tiene un valor de
1.003kg/cm2 (en condiciones normales) o 760 mm de columna de mercurio
equivalente a 10.33 mts de columna de agua (mca).

Presión manométrica- es la presión que se tiene en una superficie sin
considerar la presión atmosférica y por ello suele llamarse presión relativa en la
practica cuando se omite el tipo de presión significa que se trata de presión
manométrica.

Presión absoluta.- es la suma de la presión atmosférica mas la presión
manométrica se mide arriba del cero absoluto y puede arriba o debajo de la
presión atmosférica veamos la siguiente figura
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El método más usual para medir la presión de descarga en los equipos de
bombeo a través del manómetro. Acontinuación se describen los tipos de
manómetros que existen en el mercado:
Figura 1.2.1a) Tubo de Bourdón
Figura1.2.1b) Manómetro
Tubo de Bordón.- mide presiones de hasta de 5000kg/cm2. Es robusto
relativamente barato muy sensible a sobrecargas permite acoplamiento de un
transductor mide presiones relativas pero se fabrican para absolutas.

La presión se expresa en unidades de fuerza entre unidades de superficie o bien
en metros de columna de agua.
Por razones de carácter practico en la selección y operación de equipos de
bombeo se prefiere expresar la presión de descarga en metros columna de agua
(m.c.a) o sus equivalencias:
TABLBA.1 EQUIVALENCIAS DE SISTEMA METRICO Y SISTEMA
INTERNACIONAL
1kg/cm2.
10 m c a
0.1 kg/cm2
1.00 m c a
1kg/cm2
14.22lb/plg2
1 Atmósfera
3.28 pies
32. 808 pies
Para el calculo del presente trabajo se utilizara la presión manométrica esta se
medirá directamente en el manómetro instalado lo mas cercano posible al cabezal
de la bomba en la tubería de descarga. La lectura del manómetro que
generalmente esta calibrado en Kg. /cm2 se convierte en m c a de acuerdo con los
factores de conversión antes mencionados.
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1.2.2 Niveles de bombeo.
Nivel estático.- Es el nivel del agua de pozo cuando no se esta bombeando y la
distancia vertical medida apartir del brocal del pozo hasta el espejo del agua.
Nivel dinámico.- Es el nivel estático de agua en cualquier pozo se abate durante el
proceso de bombeo hasta que se establece el equilibrio hidráulico entre la
cantidad de agua que se extrae y la capacidad de producción del pozo en este
momento queda determinado el nivel dinámico del pozo y se mide apartir del
brocal hasta el espejo del agua. Esto se ve en la siguiente Figura.
La determinación del nivel dinámico es de fundamental importancia en la
selección de equipó de bombeo ya que este en función de nivel se determina la
longitud de la columna y es parte importante en la carga de bombeo y su medición
periódica nos indica el comportamiento del acuífero.
Figura: 1.2.2) Niveles de bombeo
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1.2.3 Clasificación de las pérdidas en tuberías.
Los cálculos de flujo en tuberías se dirigen por lo general a determinar la suma de
perdidas incluidas mientras se conduce fluidos de un punto a otro a presiones y
cantidades especificas ya sea utilizando la energia potencial de un deposito
suficientemente elevado o la energia de presión entregada por una bomba la
energia aplicada deben vencer las perdidas de energia incurridas los factores que
afectan las perdidas de energia durante el flujo en las tuberías son independiente
de la presión. El parámetro mas importante que influye sobre estas perdidas de
energia es la energia cinética del flujo V2/2g otros parámetros que influyen son
geométricos e incluyen en su mayor parte la longitud L y el diámetro D.
En tuberías hay dos clases de perdidas de energia del flujo perdido primario o de
fricción y perdidas secundarias o locales ambas son causadas por la resistencia
viscosa del fluido.
1.2.3.1 Perdidas primarias o de fricción.
Las pérdidas primarias o de fricción a lo largo del conducto son causadas por la
rugosidad de las paredes de la tubería por el cortante entre las partículas del
fluido según se mueven por la tubería a diferentes velocidades. En ambos casos
la energia cinética es la variable primera de control.
La ecuación de Darcy--Weisbach es la formula fundamental usada para
determinar las pérdidas debida a la fricción o la lo largo de las tuberías establece
que la perdida de energia h en una tubería es directamente proporcional a la
longitud L y la energia cinética V2/2g presentes e inversamente proporcional al
diámetro de la tubería D la formula se escribe como:
L
V2
hP = f x ------ x --------(1.3)
D
2g
hp = perdida de carga primaria en mts.
f = factor de fricción de carga primaria.
L = longitud de la tubería en mts.
D = diámetro de la tubería en mts.
V= velocidad media del fluido en m/s.
g = aceleración de la gravedad 9.81 m/s2.
1.2.3.1.1 Numero de Reynolds (Re) Rugosidad relativa (K/D) y Factor de fricción
Numero de Reynolds (Re)
Para estudiar este problema de la resistencia al flujo resulta necesario clasificar el
flujo y considerar las grandes diferencias de su comportamiento entre los flujos
laminar y turbulento.
En todo movimiento excepto los movimientos muy lentos en tuberías de muy
pequeño diámetro hay siempre flujo turbulento en las tuberías.
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19
En el flujo turbulento las partículas del fluido siguen caminos independientes y
muy al azar el concepto velocidad media no es más que un concepto estadístico
un determinado gasto Q pasa como promedio a través del área de la sección de
la tubería en un cierto punto.
Este movimiento turbulento de partículas del fluido es la razon de grandes partes
de las perdidas de energia en el flujo en las tuberías. El grado de la turbulencia
crece con el aumento de la velocidad. Una medida de turbulencia es un término
carente de dimensión llamado número de Reynolds, Re, que se define como:
VxD
Re = -------------
(1.4)
V
Re = numero de Reynolds sin unidades.
V = velocidad media del flujo en m/s.
D = diámetro de la tubería en mts.
v = viscosidad cinemática del fluido en m2/seg.
En flujos en que el numero de Reynolds es menor de 2000 se suprime la
turbulencia y las partículas del fluido se mueven en caminos paralelos y
ordenados estos flujos son los llamados laminares. Cuando el número de
Reynolds es mayor que 2000 el flujo se vuelve turbulento.
Es interesante observar que tanto el flujo laminar como el flujo turbulento resulta
propiamente de la viscosidad del fluido por lo que se ausencia de la misma no
habría distinción de ambos. Es mas a un flujo turbulento el esfuerzo tangencial o
de fricción producido por el intercambio de la cantidad de movimiento entre
partículas que fluctúan lateralmente en cierto modo es resultado de los efectos
viscosos.
Rugosidad relativa (K/D)
Cuando la superficie de la pared de un conducto se amplifica, observamos que
esta formada de irregularidades o aderezas de diferentes alturas y con
distribución irregular o aleatoria. Dicha característica es difícil de definir
científicamente pues depende de factores como la altura media de las
irregularidades de la superficie la variación de altura efectiva respecto a la altura
media la forma y distribución geométrica, la distancia entre dos irregularidades
vecinas etc. Puesto prácticamente es imposible tomar en consideración todos
estos factores se admite que la rugosidad puede expresarse por la altura media K
de las asperezas ( rugosidad absoluta tabla No 1 del apéndice B) como un
promedio obtenido del resultado de un calculo con las características del flujo mas
no propiamente por el obtenido como la media de alturas determinadas
físicamente de la pared en cada conducción es mas importante la relación que la
rugosidad absoluta guarda con el diámetro del tubo esto es la relación K/D que
se conoce como la rugosidad relativa .
Rugosidad relativa = K/ D
(1.5)
Donde:
K = Rugosidad absoluta en mm.
D = Diámetro de la tubería en mm.
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20
Factor de fricción ( f )
La relación entre el factor de fricción y los otros parámetros de flujo antes
mencionados fue tema de muy amplia investigaciones en los laboratorios y en el
campo por mas de un siglo las investigaciones teóricas de la turbulencia en las
tuberías ha contribuido significativamente a aclarar este complejo problema
trazando convenientemente los resultados tanto teóricos como experimentales en
una sola grafica el diagrama de Moody ( apéndice E ) se puede obtener la rápida
determinación del factor de fricción siempre que se conozca la rugosidad relativa
de la tubería y el numero de Reynolds para el flujo considerado. La ecuación de
darcy y el diagrama de moody se pude usar directamente aquellos problemas
donde se busca la perdida de energia hp y se define el gasto y la tubería para
tales casos se calcula primero la rugosidad relativa K/D y el numero de Reynolds
De lo antes expuesto el factor de fricción es función de la rugosidad K y el
número de Reynolds Re en el tubo,
Poiseuille en 1846, fue el primero en determinar matemáticamente el factor de
fricción en flujo laminar y obtuvo una ecuación para determinar dicho factor, que
es:
64
f = ------------(1.6)
Re
La cual es valida para tubos lisos o rugosos en los cuales el número de reynolds
no rebasa el valor crítico de 2000.
A partir de los resultados experimentales acumulados hasta el año de 1913
blausius llego a la importante conclusión de que existen dos tipos de fricción para
el flujo turbulento en tubos. El primero esta asociado con tubos lisos donde los
efectos de viscosidad predominan y el factor de facción depende únicamente del
numero de Reynolds. El segundo tipo, se refiere a tubos rugosos donde la
viscosidad y los efectos de rugosidad influyen en el flujo además de que el factor
de fricción depende del número de Reynolds y de la rugosidad relativa.
Base a sus propias experiencias y con los datos experimentales de Saph y
Schoder, Blasius formulo la siguiente expresión para tubos lisos:
0.3164
f = ---------------
(1.7)
Re1/4
Substituirla en la ecuación de Darcy– Weisbach, resulta que hp = V1.75
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21
1.2.3.2 Perdidas secundarias o locales.
En las tuberías, cualquier causa perturbadora, cualquier elemento o dispositivo
que venga a establecer o elevar la turbulencia, cambiar la dirección alterar la
velocidad, origina una perdida de carga.
A consecuencia de la inercia y de torbellinos, parte de la energia mecánica
disponible se convierte en calor y se disipa bajo esta forma, resultando una
perdida de carga. En la práctica las tuberías no son constituidas exclusivamente
de tubos rectilíneos y del mismo diámetro. Usualmente incluyen piezas especiales
y conexiones que, por la forma y disposición, elevan la turbulencia, provocan
fricciones y causan el choque de partículas, dando origen a perdidas de carga.
Además se presentan, en las tuberías, otros hechos particulares como, válvulas,
medidores, etc. también responsable de perdidas de esta naturaleza.
Son estas perdidas denominadas secundarias locales localizadas accidentales o
singulares por el hecho de resultar específicamente de puntos o partes bien
determinadas de la tubería al contrario de lo que ocurre con las perdidas a
consecuencia del flujo a lo largo de la misma se sabe que las perdidas locales en
los accesorios de tubería son proporcionales la energia cinética V2/2g. La
constante de proporcionalidad se determine generalmente por experimentos de
laboratorio con cada tipo de accesorio sobre esta base la energia que se pierde
por un accesorio se puede calcular por la formula.
V2
hs = CAd x ---------
(1.8)
2g
hs = perdida de carga secundaria en mts.
C Ad = coeficiente adimensional de perdida de carga
V = Velocidad media en la tubería si se trata de codos válvulas etc. si se trata de
un cambio de sección como contracción o ensanchamiento suele tomarse la
velocidad en la sección menor en m/seg.
g = aceleración de la
gravedad 9.81 m/seg
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22
1.3 FACTOR DE POTENCIA.
De una manera general la expresión del factor de potencia se utiliza para designar
la relación de la potencia de que se dispone realmente en una instalación (es
decir, la Potencia Activa) y la que hubiera podido disponerse si la tensión y la
corriente de la instalación estuvieran idealmente en fase (Potencia Aparente).
De una forma más estricta, se denomina factor de potencia a la relación entre la
potencia activa o efectiva y la potencia aparente de una instalación, es decir que:
F. P. = P/S
(1.9)
Donde:
P = Potencia Activa, en Watts
S = Potencia Aparente, en VA
La potencia real en electricidad se designa usualmente como potencia activa y el
factor de corrección (coseno) como factor de potencia o simplemente FP. Con
frecuencia suele multiplicarse por 100 a (coseno) para expresarlo en porciento.
El angulo de fase o defasamiento entre el voltaje y la corriente, depende de la
carga que se esta alimentando. En los circuitos eléctricos se distinguen dos tipos
básicos: cargas resistivas y cargas reactivas. Estas últimas a su vez se dividen en
inductivas y capacitivas.
Al aplicar el voltaje a una carga resistiva la corriente que toma se encuentra en
fase con este, es decir el defasamiento es igual a 0 grados como puede
observarse en la figura 1...a, donde se muestran las ondas de voltaje y corriente y
su presentación por medio de vectores gráficos.
Debido a esta circunstancia, la energia electrica que consumen se transforma
íntegramente en trabajo mecánico, en calor o en cualquier otra forma de energia
no retornadle directamente a la red electrica. Este tipo de corrientes se conocen
como corrientes activas.
Figura: 1.3.1
Diagrama vectorial de ondas de voltaje y corriente defasamiento a 0°
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23
En el caso de las corrientes reactivas ideales toman corrientes que se encuentran
desfasadas a 90 grados en atraso si es inductiva figura 1.3.2
Figura: 1.3.2
Corriente inductiva que se encuentra defasada a 90° en atraso
Y en adelanto si es capacitiva figura 1.3.3 con respecto al voltaje aplicado y por
consiguiente la energia electrica que llega a la mismas no se consumen en ellas si
no que se almacena en forma de un campo eléctrico o magnético durante un corto
periodo de tiempo (un cuarto de ciclo) y se devuelve a la red en un tiempo idéntico
al que tardo en almacenarse este proceso se repite periódicamente siguiendo las
oscilaciones del voltaje aplicado a la carga. Las corrientes de este tipo se conocen
como corrientes reactivas.
Figura: 1.3.3
Corriente capacitiva que se encuentra desfasada a 90° en adelanto
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24
La mayoría de las cargas en las instalaciones eléctricas son una combinación de
los tipos básicos que se han descrito, predominando las de naturaleza inductiva
como: motores de inducción, balastros para lámparas fluorescentes, soldadoras
de arco, etc.; cuyo factor de potencia es en atraso, por el retardo de la corriente
con relación al voltaje.Precisamente las cargas inductivas, son el origen del bajo
factor de potencia, con los inconvenientes que ocasionan, y para contrarrestarlas
se emplean cargas capacitivas que por su características se oponen a sus
efectos.
1.3.1 Triangulo de potencias.
Se puede observar la relación de fase, entre el voltaje y la corriente en una carga
predominantemente inductiva. Nótese que la corriente se atrasa con respecto al
voltaje, pero su defasamiento es menor de 90 grados, por la componente resistiva
de la carga.
IR
V
IL
I
Figura 1.3.1 a
Voltaje y Corriente en un circuito
Predominante inductivo
La corriente se ha desagregado en dos componentes IR o corriente activa
asociada con la parte resistiva de la carga y en fase con el voltaje por lo que es
capaz de producir un trabajo útil movimiento calor luz sonido, etc.; e IL o corriente
reactiva, asociadas con la parte reactiva de la carga y que por estar en cuadratura
con el voltaje no produce un trabajo en sentido físico pero que tiene importancia
función de generar el flujo magnético necesario para el funcionamiento de los
dispositivos de inducción .
Ya que IR = I coseno, el producto V IR da como resultado la potencia activa el
producto V IL = I seno, define la potencia reactiva, que se presenta con la letra Q y
se expresa en volt amperes reactivos o VAR.
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25
Como IR e IL estan desfasadas 90° otro tanto ocurre con las potencias P y Q
asociadas con ellas. Por esta razon para obtener la potencia total, P y Q no se
pueden sumar directamente, sino en forma vectorial como se muestra en el
triangulo de las potencias de la figura siguiente. Nótese que la potencia total, que
se representa con la letra S, no es otra que la potencia aparente VI.
P = V I cos
(W )
0
Q = V I sen
(VAR)
S=VI
(V A)
Figura 1.3.1 b. Triangulo de potencias.
Del triangulo de potencias se define que:
F. P = Coseno
(1.10)
P
= --------------
(1.11)
S
P
---------------
(1.12)
P2 + Q 2
Es decir que el factor de potencia se puede expresar como la relación aritmética
de las potencias activa y aparente.
Generalmente las unidades para las potencias aparentes activa y reactiva VA
WATTS VAR respectivamente resultan inapropiadas para las cantidades que se
manejan a los sistemas eléctricos y se prefiere usar KVA. KW KVAR que se
definen las formulas que se tiene la tabla 2. En esta tabla se han incluido las
relaciones de potencia para los circuitos trifásicos en donde el voltaje V es el de
línea o entre fases.
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26
En la practica es común designar a las potencias por sus unidades las que al
sustituir en las formulas anteriores dan como resultado las siguiente expresiones
con las que con frecuencia se define el factor de potencia.
KW
FP = ------------
(1,13)
KVA
KW
= ----------------
KW 2 + KVAR2
(1.14)
TABLA: 2 UNIDADES BASICAS PARA EL FACTOR DE POTENCIA
CANTIDAD
POTENCIA
APARENTE
(S)
POTENCIA
ACTIVA
(W)
POTENCIA
REACTIVA
(Q)
UNADAD
MONOFASICO
VA
TRIFASICO
VI
1.73 V x I
KVA
V I /1000
1.73 x V x I
1000
W
VxIx FP
1.73x Vx Ix FP
KW
Vx I xFP/1000
1.73 x V x I x Fp
10000
VAR
1—FP2
KVAR
VI
1—FP2
1000
1.73 V I
1—FP2
1.73 V I
1—FP2
1000
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27
1.3.2 Determinación del factor de potencia.
Cuando se trata de cargas individuales generalmente su factor de potencia es
conocido o puede ser estimado a partir de los datos del fabricante si esto no es
factible o se tiene un conjunto de cargas diferentes tanto por su naturaleza como
por su instante de conexión es conveniente auxiliarse de equipo de medición.
El factor de potencia se puede evaluar en forma instantánea o en promedio para
un intervalo. El conocimiento periódico de valores instantáneos sobre todo en
condiciones de demanda máxima permite conocer su comportamiento y ofrece
una perspectiva para controlarlo. En instalaciones donde la carga no este sujeta a
grandes variaciones durantes las horas de trabajo un factor de potencia promedio
puede ser considerado.
Existen varios métodos para definir y medir el factor de potencia entre los cuales
se tienen los que se mencionan a continuación:
Con un watimetro un voltímetro y un amperímetro.- las lecturas de potencia activa
(KW) voltaje (V) y corriente (A) de estos instrumentos dan el factor de potencia al
sustituirse en las siguientes expresiones la primera cuando la instalación es
monofasica y la segunda cuando es trifásica en las que V es el voltaje a neutro y
entre fases respectivamente.
KW
FP = -------------(1.15)
VA/1000
KW
FP = -------------------------1.73x VxA / 1000
(1.16)
Con un indicador de factor de potencia y un Watimetro.- en este caso el indicador
del factor de potencia (factirimetro) proporciona en forma directa el valor de Cos
adicionalmente la medición de la potencia activa servirá para estimar la potencia
capacitiva necesaria para corregirlo.
Con un vathorimetro y varhorimetro.- el factor de potencia promedio durante un
periodo se puede calcular a partir de las lecturas de los medidores de energia
activa (Kwh.) y reactiva (kvarh) mediante la siguiente formula:
Kwh.
FP = ------------------------
(1.17)
2
(Kwh.) + (KVARh)
2
En este caso la potencia activa promedio (Kw.), se determina dividiendo los Kw.
medidos entre los números de horas que abarca el periodo considerado.
Precisamente el factor de potencia promedio durante el ciclo de facturación es
empleado para la bonificación o recargo por este concepto tiene las compañías
eléctricas en la cuenta de electricidad y es el valor que aparece en el recibo.
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28
1.4 POTENCIA ELECTRICA Pe.
La potencia electrica es la relación entre la energia electrica y el tiempo durante
el cual se suministra o se consume dicha energia. Por esa razon también se le
define como la energia electrica consumida en la unidad de tiempo es decir:
A
P = -------------
(1.18)
T
Como la energia electrica vale:
A=vlt
(1.19)
Resulta que:
V2
2
P = V l = R I = -----------R
(1.20)
La medida de la potencia electrica es el Watt (W), definido como la potencia de un
sistema que en un segundo realiza trabajo igual a un joule. Es decir que:
1 watt = 1 joule/seg.
También se utilizan las fracciones y los múltiplos del watt en aplicaciones
técnicas los más comunes son los siguientes:
TABLA: 3 MULTIPLOS6
1KW
1000 W
1 MW
1000000 W
1mW
0.001 W
Los conceptos anteriores se refieren a la corriente continua en corriente alterna el
concepto de potencia es mas complicado a causa de que por lo general la
intensidad de corriente no esta en fase con la tensión. Es decir que tal como se
expresa en la figura 1. J. la corriente I esta desfasada en su Angulo de la tensión
V como consecuencia de ello y tal como se expresa en la figura la corriente
alterna sinusoidal se deduce tres expresiones posibles de potencia:
1.- Potencia activa
P = VI cos (que se mide en Watts).
2.- Potencia aparente Pa = VI (que se mide en voltamperios).
3.- Potencia reactiva Pr = VI (que se mide en voltamperios reactivos).
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29
V
Pr = V I Sen
I
P= V I Cos
I Cos
Pa = V I
I Sen
a)
Figura 1.4 a)
b)
Figura:1.4 b )
a) Diagrama vectorial de corrientes; b) diagrama vectorial de potencias.
La potencia activa se representa a la potencia útil es decir la que realiza un
trabajo la potencia aparente expresa un valor orientativo que indica la cual seria la
potencia si no hubiera desfase es decir la potencia máxima posible del sistema.
La potencia reactiva indica la influencia que tienen los elementos reactivos
(reactancias inductivas y capacitivas) en el sistema eléctrico considerado.
La potencia electrica puede determinarse de varias formas que pude agruparse
en dos sistemas:
1. Por cálculos a partir de las indicaciones de otros aparatos de medición tales
como amperímetros voltímetros (medición directa).
2. Directamente a parir de las indicaciones de aparatos de medición directa
denominados watimetros (medición directa)
En un sistema trifásico la potencia electrica suministrada al motor se puede
determinar con la siguiente formula:
1.73 x V x I x Cos
Pe = -------------------------746
Donde:
(1.21)
Pe = potencia electrica suministrada al motor en HP.
1.73 = factor para sistema trifásicos.
V = tensión entre fases en volts.
I = corriente de fase en amperios.
Cos = factor de potencia sin unidades.
746 = factor de conversión a HP.
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30
1.4.1 Instrumentos para medición de parámetros eléctricos que intervienen en el
calculo de la potencia electrica.
En la actualidad se presentan para la mayoria de las magnitudes a medir aparatos
de medida de tipo analógico y digital. Estos últimos realizan la medida contando
las veces que la magnitud a medir contiene una magnitud patrón proporcionada
por el aparato de medida. El uso de instrumentación digital ha experimentado un
crecimiento muy acusado y es de esperar que estos aparatos desplacen a los
analógicos ya que pueden ofrecer:




precisión.
lectura en forma digital.
integración del aparato de medida en un sistema informático.
diseños de sistemas e instalaciones de medidas gobernados por
Microprocesador.
A continuación se describen los aparatos mas utilizados, ya sea digital o
analógico:
A) Amperímetros.
Están construidas para una corriente máxima en su interior, especificada por el
fabricante. Si la corriente a medir excede dicho valor máximo, han de utilizarse
shunts (en c. d. y en c. a) o transformadores de corriente (en c. a. solamente).
B) Voltímetros.
Los voltímetros usuales son esencialmente iguales a los amperímetros, solo que
llevan una gran resistencia en serie con el instrumento para limitar la corriente que
lo atraviesa a un valor tolerable para el mismo.
Los voltímetros no se pueden emplearse para tensiones superiores a las
especificadas, para medirlas, se debe presentar al instrumento un voltaje reducido
mediante un potenciómetro (en c.d. y en c. a.), o un transformadores de corriente
(en c.a solamente).
C) Wattmetros.
En mediciones de c.d la potencia puede encontrarse midiendo separadamente
voltaje y corriente calculando después del producto de estos valores también
puede medirse la potencia de c.d empleando wattmetros de tipo electrodinámico o
digital:
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DE AGUA POTABLE ESTACION 4
31
En corriente alterna no es posible calcular la potencia como producto de voltaje y
corriente sin conocer el factor de potencia por esta razon se emplean wattmetros
electrodinámicos los cuales realizan el producto de voltaje y corriente obteniendo
el valor medio de este producto a lo largo del tiempo es decir obtienen la potencia
activa los wattmetros digitales realizan la misma operación pero a intervalos
discretos de tiempo. La potencia reactiva puede medirse con instrumentos
electrodinámicos tales como varmetros.
D) Factorimetros.
En circuitos monofasicos el factor de potencia es el cociente de la potencia activa
medida con warttmetro y la potencia aparente que es el producto de las lecturas
separadas de voltímetro y amperímetro.
KW
Cos = -----------
(1.22)
KVA
En circuito trifásico equilibrado el factor de potencia de una fase coincide con el
del conjunto
P
Cos = ---------------(1.23)
1.73 x V x I
En los circuitos trifásicos no equilibrados puede encontrarse un factor de potencia
conjunto del mismo modo anterior. Pero este no coincidirá con los de las fases
individuales cada una de las fases tiene el suyo propio puede emplearse aparatos
que proporcionan directamente el valor de factor de potencia.
E. Medidor de parámetros eléctricos.
Es un medidor digital de todos los parámetros eléctricos como voltaje a neutro
voltaje entre líneas corrientes potencia real aparente y reactiva factor de
potencia frecuencia etc.
Puede ser alimentado directamente sin transformador hasta con un voltaje de 347
volts de línea a neutro y 600 V entre fases integra los principales parámetros para
obtener las demandas con el mismo criterio que utiliza la Comisión Federal de
Electricidad.
Aparte de ser un medidor de mucha exactitud cuenta con una memoria para
almacenar perfiles de parámetros para reportes y análisis. El historial es una
herramienta muy poderosa para definir diversas situaciones que podrían ser
causas de muchos problemas en la instalación o para optimizar el uso de la
energia se puede detectar por ejemplo desbalanceo de cargas bajo factor de
potencia banco de capacitares conectados en periodos que no es necesario sobre
carga de equipo instalado demanda máxima muy alta, etc.
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
32
1.5 EFICIENCIA ELECTROMECANICA
e
La eficiencia es un número abstracto, inferior a la unidad, que expresa en la
misma unidad de medida el cociente entre dos magnitudes físicas: el dividendo
representa la cantidad obtenida y el divisor la cantidad suministrada.
En la terminología técnica la eficiencia se indica por medio de la letra griega y se
expresa mediante un numero decimal o en tantos por ciento (%); por ejemplo: =
0.86 o = 86 %.
Cada aparato que absorbe energia, la transforma o la utiliza para una operación,
para un movimiento o para producir energia de forma distinta (motores, maquinas,
etc.), trabajan con cierta eficiencia.
1.5.1 Determinación de la eficiencia electromecánica.
La eficiencia electromecánica global de los equipos de bombeo esta definida de
acuerdo con la siguiente relación:
Potencia hidráulica requerida por el sistema
Eficiencia total = ---------------------------------------------------------------Potencia electrica suministrada
Ph
et = ----------
(1.24)
Pe
Donde la potencia hidráulica (p h) utilizada por la bomba es:
Q xHx pg
P h = -------------------
(1.25)
746
Donde:
P h = potencia hidráulica en HP.
Sustituyendo la ecuación 1.25 en la ecuación 1.24 queda:
QxHxpg
et = ---------------------
(1.26)
746 x Pe
Donde et = Eficiencia total del conjunto bomba – motor.
Q = Gasto en m3 / seg.
H = Carga total de bombeo, en m. c. a.
Pe = Potencia electrica suministrada al motor en H. P.
746 = Factor de conversión a H.P.
p g = Peso especifico del liquido en N / m3.
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DE AGUA POTABLE ESTACION 4
33
Para calcular la eficiencia de la bomba partimos de la siguiente expresión:
et= eb x em
(1.27)
Despejando se tiene:
eb=
_et_
(1.28)
em
Donde:
eb
=Eficiencia de la bomba.
em = Eficiencia del motor suministrada por el fabricante
Apéndice D
Combinando las formulas 1.28 y 1.26, se puede determinar la eficiencia de la
bomba, de acuerdo a la siguiente expresión:
eb =
QxHxpg
_____________
746 x Pe x em
(1.29)
1.5.2 Eficiencia de un motor.
La eficiencia es una consideración importante en la aplicación de accionamientos
con motores eléctricos, especialmente en aquellos con una cantidad de horas de
servicio, donde el costo de operación del motor llega a ser, en mucho, superior a
su precio de adquisición. La eficiencia usualmente se expresa en porcentaje de la
relación de la potencia mecánica de salida entre la potencia electrica de entrada.
La eficiencia de un motor de corriente alterna, es siempre mejor cuando trabaja a
plena carga o cerca de ella y baja mucho cuando el motor funciona ligeramente
cargado en motores pequeños de baja velocidad se tiene un rendimiento que
varia ente un 78% a un 82%. En motores grandes, de 25 HP en adelante, el
rendimiento obtenido varía de 90% a un 95%.
Potencia real en la flecha
Eficiencia = ---------------------------------Potencia eléctrica
(1.30)
Con la ayuda de equipo de medición, wattmetro y tacometro, es posible medir con
relativa certeza, la potencia y la eficiencia real a la que esta trabajando un motor.
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
34
La potencia demandada por la carga se puede calcular aplicando la siguiente
expresión:
Cpr = L x CPn
(1. 31)
Cpr
Cpn
Donde:
Potencia real en la flecha.
=
=
Potencia nominal en la flecha.
L =
Factor de carga.
El factor de carga se determina como se indica a continuación:
El factor de carga, es el valor de la potencia que se demanda con el motor, en
relación con su valor de carga o nominal. Se puede calcular a partir de los datos
de placa del motor y con la medición de la velocidad real de operación y de la
potencia que toma de la red.
Ns - Nr
L = --------------
(1.32)
Ns - Nm
Donde:
Ns
= Velocidad de sincronismo, es la velocidad en r. p. m. del campo
Magnético rotativo, que establece alrededor del estator la
Corriente suministrada por la línea. Su valor se obtiene con la
Siguiente expresión.
120 x f
Ns = -------------
(1.33)
P
Donde:
f =
frecuencia en ciclos por segundo.
p =
números de polos.
Nr = Velocidad real en la flecha en r. p. m., obtenida directamente con
tacometro.
Nm
= Velocidad nominal en r. p. m. (dato de placa).
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
35
Para calcular la eficiencia del motor se tiene la siguiente expresión:
Cpr
em = ---------- x 100
(1.34)
Pe
Donde:
Cpr
Pe
=
=
Potencia real en la flecha.
Potencia electrica de la red.
INFORMACION TECNICA DE DIVERSOS FABRICANTES PARA BOMBAS Y
MOTORES

Bombas centrifugas para pozo profundo 78% a 82 %de

Bombas centrifugas con motor sumergido 65% a 75 % de eficiencia.
eficiencia.
Por otra parte las eficiencias en los motores eléctricos usados para accionar
bombas de pozo profundo presentan valores entre el 80 % y el 94 % dependiendo
de la velocidad potencia y posición del eje.
Por lo general una buena selección del equipo de bombeo implica eficiencias del
80 % y considerando para el motor eléctrico el 90% resulta que la eficiencia global
del conjunto debe ser el orden de del 72 % en buenas condiciones de operación
para bombas accionadas con motor externo.
Los datos se han obtenido de la CNA (Comisión Nacional del Agua) ver
bibliografía.
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
36
2.0 DETERMINACION DE LA EFICIENCIA
ELECTROMECÁNICA
2.1 CALCULO DEL CAUDAL Q.
Pára el cálculo teórico del caudal o gasto se utilizan las ecuaciones de la
continuidad ecuación general de Bernoulli y la ecuación de Darcy Weisbach;
procediendo la siguiente manera para el equipo 1:
Aplicando la ecuación general de Bernoulli entre los puntos A y B de la figura No
2A se tiene lo siguiente:
0
0
0
PA
V2 A1
PB
V2 B2
---------- + Z A + -------- + Hb – hfc = ---------- + Z B + ---------Ec (2.1)
pg
2g
pg
2g
Despejando Hb:
Hb = ------ + ZB
PB
V2 B2
+ --------- + hf -AB
pg
2g
Ec (2.2)
Tomando los valores de las tablas No 2 No 3 No 4 que se encuentra en el capitulo
2 del tema cálculo de la eficiencia electromecánica tenemos que:
PB
------- = 42m ZB = 3.45 m hfc AB = 0.0623m
pg
Sustituyendo los valores en la ecuación: 2
V2
Pm = 42 mca + 3.45 m + ------ + 0.0623 mca
2g
V2
Pm = 45.51 mca + -------
Ec (2.3)
2g
Como el diámetro en la succión y la descarga es el mismo por tanto el diámetro
es constante entonces:
V = VA = VB
Por lo que:
V2
HB = 45.51 m + ------
Ec (2 4)
2g
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
37
PRESION MANOMETRICA
= 4.2 Kg. /cm2
3.45 MT
B
P ATM = 0
Diámetro
= 12 pulg.
A
Figura: 2.1A)
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
38
De la ecuación 1.3 se determina las perdidas en la succión:
L
V2
hfcAB = f x ------ x -------D
2g
Sustituyendo valores:
(hfc -AB) x D x 2g
V = ---------------------Lxf
2
Las perdidas en la columna se calculan mediante la tabla apéndice C utilizando el
gasto diámetro longitud de columna y diámetro de flecha.
Q = 125 lps
D = 0.3048m..
L = 3.45 mts
g = 9.81 m/s2
hL = 0.0623 mts
0.0623m x 0.3048m x 19.62 m / s2
0.3725
V2 = ------------------------------------------------- = -----------3.45m x 0.030
0.1035
=
(3.599)
V = 1.897 m/s
Para calcular la rugosidad relativa se toma un factor de K = 1.5 (fundición
corriente oxidada) de la tabla no.1 del apéndice B la viscosidad cinemática del
agua es de 24 grados centígrados es v = 0.000000914 m2/s de la tabla no 2
apéndices B sustituyendo valores en las ecuaciones (1.4) y (1.5) se tiene:
K
0.0015
Rug relativa = --------- = ------------D
0.3048
K
-------- = 0.00492
D
Numero de Reynolds
DxV
0.30348 m x 1.897 m/s
Re = ----------- = --------------------------------V
0.000000914
Re = 632603.93 es un flujo turbulento
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
39
Para calcular el nuevo caudal se emplea la ecuación de continuidad (1.1)
Q = A xV
3.1416 x D2
3.1416 x (0.3048 m)2
A = ------------------ = ------------------------------4
4
A = 0.07296 m2
Sustituyendo en (1.1)
Q = 0.07296 m2 x 1.897m/s
Q = 138.40 l/s
Sustituyendo V = 1.897m/s en Ec (2...4)
(1.897m/s)2
Hb = 45.51m + ---------------2 x 9.81 m/s2
(3.598 m)
Hb = 45.51m + ------------19.62m/s2
Hb = 45.51 mca.+ 0.1834 m
Hb 45.693 m
Para los siguientes equipos (2, 3,4 y 5) se procedió de igual forma realizando
todos los pasos hasta obtener el gasto Q resultando los valores que a
continuación se muestra en la tabla:
TABLA No 4 VALORES CALCULADOS
NUMERO
DE
K /D
f
V
Re
Q
H
EQUIPO
m/ s
lps
mca
1
0.00492
0.030
1.897
632603.93
138.40
45.693
2
0.00492
0.030
1.897
632603.93
138.40
45.693
3
0.00492
0.030
1.897
632603.93
138.40
45.693
4
0.00590
0.0320
1.55
392949.67
78.54
37.617
5
0.00590
0.0320
1.55
392949.67
78.54
37.617
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
40
2.1 .1 Medición de caudal.
Con medidor de caudal digital se obtuvieron los parámetros para cada uno de los
equipos instalados de la estacion cuatro del parque las América.
Fue necesario operar individualmente cada uno de ellos el caudal que
proporciona los equipos de bombeo. El equipo que se utilizo es un medidor digital
instalado en la salida de la descarga tomando las lecturas se dan en litros. El
cuadro siguiente presenta los valores medidos y los calculados en el apartado
TABLA No 5 MEDICION DE CAUDAL MEDIDOS Y CALCULADOS
No DE EQUIPO
CAUDAL MEDIDO EN
LPS
CAUDALCALCULADOEN
LPS
1
125
138.40
2
125
3
125
138.40
4
65
78.54
5
65
78.54
138.40
Como se observa estos valores calculados analíticamente distan con los
obtenidos los medidores digitales esto se debe probablemente a que el medidor
digital sufre desgaste en la parte mecánica y por ello que la lecturas presentan un
cierto porcentaje de error.
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
41
2.2 CALCULO DE LA CARGA DE BOMBEO H.
Se determina con la ecuación (1.2):
H = Pm + ND + hfc
2.2.1 Obtención del valor de la presión manométrica.
Pm = presión manométrica medida en la descarga en mca para obtener esta valor
fue necesario operar individualmente los equipos electromecanicos resultando las
siguientes lecturas.
TABLA No 6 VALORES DE LA PRESION MANOMETRICAEN LA DESCARGA.
No DE
EQUIPO
1
2
3
4
5
PRESION
4.2 Kg./cm2.
4.2 Kg. /cm2.
4.2 Kg. /cm2.
3.4kg/cm2.
3.4kg/cm2.
Pero la presión se debe expresar en mca entonces se utiliza la siguiente:
Expresión para convertir los Kg. /cm2 a mca
1 Kg. /cm2. = 10.0 mca
TABLA No 7 VALORES DE LA PRESION MANOMETRICA EN LA DESCARGA
EN ( mca)
No DE
EQUIPO
1
2
3
4
5
PRESION
42
42
42
34
34
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
42
2.2.2 Nivel dinámico N.D en (m).
Se determino con cinta métrica resultando los siguientes valores:
TABLA No 8 VALORES DEL NIVEL DINAMICO
No DE
EQUIPO
NIVEL
DINAMICO
1
2
3
4
5
3.45 m
3.45 m
3.45 m
3.45m
3.45m
2.3.3 Perdidas por fricción en la columna (hfc).
Las perdidas en la columna se calculan mediante la tabla del apéndice C,
utilizando el gasto diámetro longitud de columna y diámetro de la flecha.
Para el equipo No 1 tienen los siguientes datos
Q = 125 lps
Diámetro de columna = 12 pulg.
Diámetro de flecha = 1.5 pulg.
Diámetro de la columna = 4.45 mts
4.45 mts
hfc = 1.40 x ------------100 mts
hfc = 0.0623 mca
Para el equipo No 4 se tiene los siguientes datos:
Diámetro de columna = 10 pulg.
Diámetro de flecha = 1 pulg.
Longitud de la columna = 4.45 mts
4.45 mts
hfc = 1.10 x ----------100 mts
hfc = 0.0445 mca
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
43
De los resultados anteriores resulta la siguiente tabla:
TABLA No 9 VALORES DE PERDIDAS EN LA COLUMNA DE SUCCION EN
(mca)
No DE
EQUIPO
1
2
3
4
5
hfc
0.0623
0.0623
0.0623
0.0445
0.0445
Una vez calculados los parámetros Pm ND y hfc se determina la carga de bombeo
para los equipos electromecanicos sustituyendo los valores correspondiente en la
ecuación (1.2) para cada uno tenemos:
Equipo No 1
Tomando los valores de la tabla anteriores tenemos que:
Pm = 42 mca
ND = 3.45 mca
hfc = 0.0623 mca
Sustituyendo los valores en la ecuación (1.2)
H = Pm + ND + hfc
H = 42 mca + 3.45 mca + 0.0623 mca
H = 45.51 mca
Equipo No 4
Tomando los valores de las tablas anteriores tenemos que:
Pm = 37.494 mca
ND = 3.45 mca
hfc = 0.0445 mca
Sustituyendo los valores en la ecuación (1.2):
H = Pm + ND + hfc
H = 34 mca + 3.45 mca + 0.0445 mca
H = 37.494 mca
TABLA No 10 VALORES DE CARGA DE BOMBEOEN (H) EN (mca)
No DE
EQUIPO
1
2
3
4
5
CARGA DE
BOMBEO H
45.51
45.51
45.51
37.494
37.494
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
44
2.3 CALCULO DE FACTOR DE POTENCIA
Para calcular el factor de potencia se realizan las siguientes mediciones en este
caso tenemos el valor en la placa es igual a 0.871
.
TABLA No 11 VALORES MEDIDOS
NUMERO VAB
VBC
DE
(volts) (volts)
MOTOR
VCA
(volts)
IA
(amp)
IB
(amp)
IC
(amp)
Pot.
(Kw).
1
460
460
460
134
136
133
93.250
2
460
460
460
134
136
133.
93.250
3
460
460
460
134
136
133.
93.250
4
460
460
460
53.019
55.10
54.57
37.30
5
460
460
460
53.019
55.10
54.57
37.30
Con los valores del cuadro anterior se procede calcular para el motor No 1 Voltaje
promedio Corriente promedio Potencia aparente Potencia activa y Cos así
tenemos:
Vab + Vbc + Vca
460 + 460 + 460
VL promedio = ------------------------ = ---------------------------- = 460 Volts
3
3
4
Ia +Ib + Ic
134 + 136 133
IL promedio = ----------------- = ------------------------ = 134.33 Amp
3
3
1.73 x VL x IL
1.73 x 460 V x 134.33 A
Pa = --------------------- = ----------------------------------- = 107.058 kva
1000
1000
P1 + P 2
PT = -------------1000
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
45
Pot = 125HP x 0.746 kw = 93.25 kw
KW
93.250
Cos = ---------- = ----------- = 0.871
KVA
107.058
A continuación se presenta el cuadro de los valores calculados:
TABLA No 12 VALORES CALCULADOS
No.DE
MOTOR
VL
Promedio
(volts)
IL
Promedio
(amps)
Pa
Promedio
(Kva)
Pot.
Promedio
(Kw)
FP
(Cos)
1
460
134.33
107.058
93.250
0.871
2
460
134.33
93.250
0.871
3
460
134.33
107.058
93.250
0.871
4
460
53.019
42.24
37.30
0.883
5
460
53.019
42.24
37.30
0.883
107.058
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
46
2.4 CALCULO DE LA POTENCIA ELECTRICA
El cuadro siguiente presenta las lecturas que se realizan para determinar la
potencia electrica de cada uno de los equipos:
TABLA No 13 POTENCIA ELECTRICA
No DE
MOTOR
P
(W)
Pot
( KW )
Pot
( HP )
1
93250
93.250
125
2
93250
93.250
125
3
93250
93.250
125
4
37300
37.30
50
5
37300
37.30
50
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
47
2.5 CALCULO DE LA EFICIENCIA ELECTROMECANICA
Con los valores de carga de bombeo (H) potencia eléctrica (Pe) y gasto (Q)
obtenidos determinamos le eficiencia global del conjunto bomba—motor para
cada uno de los equipos.Agrupando los valores anteriores resulta la siguiente
tabla:
TABLA No 14 POTENCIA ELECTRICA CAUDAL Y CARGA DE BOMBEO
No DE EQUIPO
1
Pe
( HP )
125
Gasto Q
(lps)
125
Altura H
(mca)
45.51
2
125
125
45.51
3
125
125
45.51
4
50
65
37.494
5
50
65
37.494
En la determinación de la eficiencia electromecánica del conjunto bomba—motor
utilizamos la ecuación 1.26 descrita anteriormente:
QxHxpg
et = --------------------
(1.26)
746 x Pe
Donde:
Q = Gasto en lps.
H = carga total de bomba mca.
746 = factor de conversión para HP.
Pe = potencia electrica suministrada al motor HP.
pg = peso especifico del liquido en N / m3.
et= eficiencia total en el conjunto bomba-motor.
De esta manera para la bomba-motor numero 1 tenemos los siguientes valores:
Q = 125 lps
H = 45.51 m c a
Pe = 125 HP
Sustituyendo los valores en la ecuación 1.26 tenemos que:
0.125m3/s x 45.51m x 9810N /m3
55806.637 N.m/s
et = ----------------------------------------------------= --------------------------746W x 125 HP
93250 W
et = 0.5984 x 100% = 59.84 %
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
48
Como un 1N m/s = 1 W Entonces:
De esta manera para la bomba-motor para el equipo No 4 se tiene:
Pe = 50 HP
H = 37.596 mca
Q = 65 lps
Sustituyendo los valores en la ecuación tenemos que:
Q x H x pg
et = --------------------
(1.26)
746 x Pe
Q x H x pg
0.065 m3/s x 37.494mts x 9810 N / m3
et = ----------------- = -------------------------------------------------746 x Pe
746 x 50 HP
et = 64.096 %
Agrupando los resultados de la eficiencia total del conjunto bomba –motor se tiene
la siguiente tabla:
TABLA No 15 EFICIENCIA TOTAL CONJUNTO BOMBA--MOTOR (%)
No de
equipo
1
2
3
4
5
Eficiencia
Total
(%)
59.84
59.84
59.84
64.09
64.09
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
49
2.5.1 Calculo de las eficiencias. de motor y bomba
Para determinar el rendimiento del motor fue necesario hacer mediciones en la
estacion de rebómbelo las revoluciones de cada equipo de bombeo (motor
eléctrico):
TABLA No 16 VALORES DE LAS REVOLUCIONES DE LOS MOTORES
MOTOR ELECTRICO
VELOCIDAD Nr EN R.P.M
1
1786
2
1786
3
1786
4
1782
5
1782
Con las revoluciones obtenidas y los datos de la placa del motor se procede el
cálculo de la eficiencia de motor y bomba:
Motor eléctrico No1
Datos:
Nm = 1785 rpm
Cpn = 125HP
P = 4 polos
f = 60 hz
Nr = 1786 rpm
a) Calculo de la velocidad sincronía Ns, ecuación 1.33:
120 x f
120 x 60
Ns = ------------ = ---------------- = 1800 rpm
p
4
b) Calculo del factor de carga L ecuación 1.32:
Ns –Nr
1800 --- 1786
14
L = -------------- = --------------------- = ------ = 0.933
Ns –Nm
1800 – 1785
15
L = 0.933
c) Calculo de la potencia real en la flecha CPr, ecuación 1.31:
CPr = L x CPn = 0.933 x 125
Cpr = 116.62 HP
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
50
d) Calculo de la eficienca del motor ecuación 1.34:
CPr
116.62
em = ------- x 100 = ---------- x 100
Pe
125
em = 93.296%
e) Calculo de la eficiencia de la bomba ecuación 1.28:
et
59.84
eb = ------ x 100 = ---------- X100
em
93.296
eb = 64.14%
Para los equipos siguientes se realizo la siguiente forma obteniendo los siguientes
resultados:
TABLA No 17 VALORES CALCULADOS
EQUIPO
Ns
(rpm)
L
(s/u)
CPr
(HP)
em
(%)
eb
(%)
1
1800
0.933
116.62
93.296
64.14
2
1800
0.933
116.62
93.296
64.14
3
1800
0.933
116.62
93.296
64.14
4
1800
0.90
45
90.0
71.21
5
1800
0.90
45
90.0
71.21
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
51
3.0 EVALUACIÓN ELECTROMECÁNICA
DEL SISTEMA DE BOMBEO
3.1 ANALISIS DE RESULTADOS.
En los sistemas de bombeo de agua potable se debe contar con información
técnica.
La información técnica que proporciona la C.N.A (organismo descentralizado de
la secretaria de asentamientos y recursos hidráulicos), con respecto a los niveles
de eficiencia (descritos en el tema 1.0) para el conjunto bomba—motor en
operación así como la bomba y para el motor una base para analizar los
resultados que arroje el presenta análisis del sistema de rebómbelo de la estacion
cuatro parque las América.
Los valores medidos y calculados se presentan en cuadros para cada uno de los
equipos con la finalidad de facilitar la interpretación de dicho valores:
Valores medidos son: Q. Pm. V. I. Pe. y Nr
Valores calculadas son: H. Ns L CPr. eb. em y et
Los datos de la placa son: Nm y CPn.
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
52
TABLA No 18 EQUIPO DE BOMBEO 1
VARIABLE
MEDIDA
OCALCULADA
BOMBA
Q ( lps )
125
Pm (m c a )
42
H(mca)
45.51
MOTOR
V (volts )
460
I ( amp )
134.33
Pe ( HP )
125
FP
87.1
Nm ( rpm )
1785
Nr ( rpm )
1786
Ns ( rpm )
1800
L
0.933
CPn ( HP )
125
CPr ( HP )
116.62
eb ( % )
em ( % )
BOMBA--MOTOR
64.14
93.296
et ( % )
59.84
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
53
TABLA No 19 EQUIPO DE BOMBEO 4
VARIABLE
MEDIDA O
CALCULADA
Q ( lps )
BOMBA
MOTOR
65
Pm ( mca )
34
H ( mca )
37.494
V ( volts )
460
I ( amp )
53.019
Pe ( HP )
50
Fp
88.33
Nm ( rpm)
1780
Nr ( rpm )
1782
Ns ( rpm )
1800
L
0.90
CPn (HP )
50
CPr ( HP )
45
eb( % )
em( % )
et( % )
CONJUNTO
BOMBAMOTOR
71.21
90
64.096
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
54
3.2 INTERPRETACION DE RESULTADOS.
En este apartado se realiza la interpretación de resultados analizados en la
sección 3.1 aquí se mencionara que componente del equipo que se encuentra en
condiciones un poco bajo de la eficiencia recomendada por la C N A así como la
propuesta de una solución para uno de los equipos electromecanicos instalado
en la estacion de prebombeo cuatro parque las americas cuenta con un motor
eléctrico de 125HP una bomba para proporcionar un caudal de 125lps por lo tanto
se tiene que:
Equipo de bombeo No 1:
Tiene un rendimiento total de 59.84 %, de acuerdo con la eficiencias de la CNA
debe ser el 72 % para el conjunto bomba --motor que prácticamente es muy bajo
por lo que no es eficiente.
Para el motor eléctrico de 125 HP tiene un rendimiento de 93 % comparándolo
con la eficiencia de la C N A se encuentra arriba del rango requerido.
De acuerdo al caudal de diseño la bomba proporciona un caudal de 125 las tiene
un rendimiento 59.84 % que resulta bajo si se compara con los rendimientos para
bombas de la CNA.
La potencia electrica absorbida de la red es 93.250 Kw. (125HP) con un factor
de carga de 0.90 se obtiene una potencia real de 116.62 hp de modo que lo
suministrado al motor casi todo es convertido en potencia mecánica obteniendo
con ello un alto rendimiento.
Aun con el motor eléctrico en buen funcionamiento la bomba y el rendimiento total
son tan bajos esto puede ser debido a que la potencia que tiene el motor no es
aprovechable del todo por lo que podría trabajar con mas carga mas elevada
dando como resultado que el motor estaría sobrado.
Para obtener cerca de las eficiencias de la CNA se puede realizar lo siguiente
asignarle un rendimiento de un valor de 75 %, para así obtener la potencia
electrica absorbida de la red por el motor para el mismo caudal y la misma carga
tenemos:
Q x H x pg
0.125 x 45.51 x 9810
55806.627
Pe = ----------------- = ----------------------------------- = --------------746 x et
746 x 0.75
559.5
Pe = 99.743 HP
Esta potencia sera la absorbida por el motor para determinar la potencia en la
flecha se considera una eficiencia del motor del 93 % por lo tanto:
CPr
em = --------- Por lo tanto
Pe
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
55
Cpr = em x Pe
CPr = 0.930 x 99.743 hp
Cpr = 92.760 HP
Tomando el factor de carga de 0.933 que sera para obtener la potencia nominal
del motor:
CPr = L x CPn
Cpr
92.760
CPn = -------- = --------L
0.930
CPn = 99.741HP
El rendimiento de la bomba que se tendrá será:
et
0.75
eb = ------- = ---------- = x 100%
em
0.930
eb = 80.64 %
Agrupando los resultados se tendrá la tabla siguiente:
TABLA No 20 VALORES CALCULADOS
eb
em
Q
CPn
EQUIPO
(lps)
(%)
(HP)
(%)
BOMBA
MOTOR
CONJUNTO
BOMBA--MOTOR
125
et
(%)
80.64
99.741
93
75
De acuerdo lo anterior se deduce que el motor mas adecuado para el gasto
requerido y la altura de carga de bombeo tiene que ser una potencia de 100 HP
con esto queda comprobada la hipótesis planteada mencionada anteriormente
que los equipos estarían trabajando con eficiencias fuera de norma de acuerdo
con los resultados obtenidos anteriormente en la sección 2.5 los rendimientos de
la bomba –motor son bajos por otra parte el motor eléctrico tiene un
funcionamiento optimo pero no esta aprovechando toda su potencia.
Estos resultados son para los tres equipos que tienen las características iguales
por eso se hizo un solo cálculo del equipo de bombeo para seleccionar el equipo
de bombeo ideal para la propuesta antes mencionada de la estacion:
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
56
Equipo de bombeo No 4:
Tiene un rendimiento total de 64.096 % de acuerdo con la eficiencias de la C N A
debe ser el 72 % para el conjunto bomba --motor que prácticamente es muy bajo
por lo que no es eficiente.
Para el motor eléctrico de 50 HP tiene un rendimiento de 91 % comparándolo con
la eficiencia de la CNA se encuentra arriba del rango requerido
De acuerdo al caudal de diseño la bomba proporciona un caudal de 65 lps tiene
un rendimiento 71.21 %.
La potencia eléctrica absorbida de la red es 37.30 Kw. 50HP con un factor de
carga de 0.90 se obtiene una potencia real de 45 HP de modo que lo suministrado
al motor casi todo es convertido en potencia mecánica
Para proporcionar el mismo gasto de 65 lps y la misma carga de bombeo H se
tomara un rendimiento total de 75% para determinar la potencia electrica
absorbida de la red:
Q X H X pg
0.065 x 37.498 x 9810
Pe = ------------------- = ------------------------------746 x et
746 x 0.75
Pe = 42.731HP
Esta potencia será la absorbida por el motor para determinar la potencia en la
flecha se considera una eficiencia para el motor del 90 % por lo tanto:
Cpr
em = ---------- por lo tanto
Pe
Cpr = em x Pe = 0.90 x 42.731 hp = 38.45 HP
Tomando un factor de carga de 0.90 que será para obtener la potencia nominal
del motor.
Cpr = L x Cpn por lo tanto
Cpr
38.45
Cpn = --------- = ----------- = 42.72 HP
L
0.90
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
57
El rendimiento de la bomba será:
et
075
eb = --------- x 100 = ----------- x 100
em
0.90
eb = 83.33 %
Agrupando los resultados para lo que seria el equipo ideal se tendrá la tabla
siguiente:
TABLA No 21 VALORES CALCULADOS
EQUIPO
Q
( lps)
eb
(%)
BOMBA
65
88.33
MOTOR
CONJUNTO
BOMBA–
MOTOR
Cpn
( HP )
em
(%)
42.72
90
et
(%)
75
De acuerdo lo anterior se deduce que el motor mas adecuado para el gasto
requerido y la altura de carga de bombeo tiene que ser de 40 hp con esto queda
comprobada la hipótesis planteada anteriormente que lo equipos estarían
trabajando con eficiencias fuera de norma de acuerdo con los resultados
obtenidos anteriormente en la sección 2.5 los rendimientos de la bomba y el
conjunto bomba-motor son bajos por otra parte el motor eléctrico tiene un
funcionamiento optimo pero no esta aprovechando toda su potencia.
Estos resultados son para los 2 equipos que tienen las características iguales por
eso se hizo un solo cálculo del equipo de bombeo para seleccionar el equipo ideal
para la propuesta antes mencionada:
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
58
3.4
PROPUESTA DEL EQUIPO DE ALTA EFICIENCIA
3.4.1
Justificación del equipo.
Después de haber analizado los resultados obtenidos en el cálculo realizado en el
tema 2.0, es importante mencionar que la capacidad de cada uno de los motores
para las condiciones que tiene el sistema de bombeo parque las americas de la
CMAS no son las apropiadas. El motor eléctrico tiene una potencia de 125 HP
que de acuerdo con lo antes visto en la sección 3.2 no se requiere de un potencial
como La que tiene el equipo instalado si no de una menor capacidad así para la
altura de carga de bombeo y el gasto que debe proporcionar la bomba los
motores requeridos no sobrepasan de los 100 HP y de 40HP por lo que es
recomendable reducir la potencia de los motores.
La proposición de aminorar la potencia es un objetivo de adecuar el equipo de
bombeo. Una disminución de la potencia del motor eléctrico significa una mayor
eficiencia global regimientos de la bomba y motor mas óptimos una reducción de
consumo de la energia eléctrica es donde se tiene mayor impacto en cuestión
económica por el tiempo de operación del equipo. Es importante tener en cuenta
este ultimo punto si queremos reducir los costos de operación y mantenimiento
así como el consumo de la energia electrica y poder brindar un servicio
economico y continuo a la comunidad que se vera reflejado en un sistema de
bombeo mas eficiente.
La diferencia que se tiene la capacidad de los motores es de 25 HP y de 8 HP
(instalados vs. propuestos) con esto se observa que se estaría pagando los Kw.-h
por un motor y medio de los propuestos (100 HP) y de (40HP) por cada unos de
los instalados (125 HP) y (50HP) por lo anteriormente mencionado se justifica la
proposición de un motor eléctrico de 100 HP y de 40HP para la mejoría del
sistema de bombeo de la estacion cuatro.
En estos tiempos el avance que se tiene la tecnología ha producido la
elaboracio0n de materiales con mejor calidad nuevos diseños de equipos altos
rendimientos, etc.; por lo que la fabricación de motores eléctricos no es la
excepción de modo que considerando al equipo de bombeo, con las horas de
operación que tiene todo el año los equipos electromecanicos es recomendable
instalar motores de alta eficiencia.
Estos motores eléctricos tienen diversas modificaciones en su constitución lo que
hace que la energia suministrada sea mejor aprovechada entregando una
potencia mecánica mayor. En esta relación potencia entregada / potencia
suministrada se encuentra entre los valores del 90 %.
A continuación se describen las mejoras aplicadas en la construcción de los
motores de alta eficiencia:
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
59
3.5 DESCRIPCION DEL EQUIPO DE ALTA EFICIENCIA.
El accionamiento de maquinas y equipamientos mecánicos para motores
eléctricos es un tema de gran importancia económica; Particular mente en la
industria se estima que un 70 a 80 % de la energia consumida por el conjunto de
todas las industrias se transforma en energia mecánica por medio de los motores
eléctricos. Esto significa que considerando un rendimiento medio del orden del 80
% del universo de los motores en aplicaciones industriales cerca del 15 % de la
energia electrica industrial se convierte en perdidas en los motores eléctricos.
En México se calcula que se utilizan mas de 350 millones de motores eléctricos y
de estos un gran porcentaje corresponde al jaula de ardilla de los cuales se
comercializan anualmente cerca de 200 mil unidades en capacidades que van de
1 a 200 CP. Precisamente en los accionamientos con este modelo de motores se
encuentra importantes oportunidades de energia electrica debido al avance del
diseño y construcción de motores de alta eficiencia.
Básicamente en un motor de inducción la potencia es transferida del estator al
rotor por inducción electromagnética y la eficiencia es siempre menor al 100%
debido a las pérdidas inherentes que se convierte en calor las cuales son:


Perdidas en núcleo.
Perdidas en el estator (I2 R).


Perdidas en el rotor (I2 R).
Perdidas por fricción y ventilación.

perdidas indeterminadas.
Un ahorro importante de energia electrica en accionamientos con motores se
puede obtener mediante la reducción de pérdidas. Para lograrlo algunos
fabricantes de motores eléctricos se han dedicado mejorar su diseño y
manufactura. Realizando acciones entre las cuales se puede mencionar:

Uso del acero eléctrico especial con bajas perdidas en el núcleo.

Reducción de laminación y espesor del acero.

Incremento de las longitudes de los núcleos.

Incremento del calibre de los conductores.

Mejores materiales aislantes.

Diseño optimizado del rotor de baja resistencia.

Menor entrehierro.

Diseño optimizado por computadora.

Utilización de mejores materiales aislantes.
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
60
El resultado ha sido disponer de motores con pérdidas menores de hasta un 45 %
que las de los motores estándar.
Por ejemplo, la reducción del 30 % en las perdidas de un motor de 10 CP con 83
% de eficiencia incrementa su valor a un 85 %. Por otro lado los motores de alta
eficiencia a diferencia de motores estándar mantienen su alto nivel de eficiencia
en amplio rango de carga. Esto se puede observar en una figura 4.A, que se
muestra la variación de la eficiencia con la carga para motores similares.
95
E
f 90
i
1
c
i
85
e
c
80
n
2
i
a
(%) 75
0
50
100
150
Porcentaje de carga (%)
Fig. 4. Comparación de la eficiencia de motores de 10 HP estándar y alta
eficiencia.
La manufactura y el uso de materiales mejores se traduce un costo mayor los
motores de alta eficiencias tiene un precio entre 15 y 30 % mas que los motores
estándar, este sobreprecio puede ser recuperado en un periodo razonable con los
ahorros que se obtienen al reducir el consumo de la energia electrica.
La línea roja es la de alta eficiencia
1
La línea negra es la de estándar
2
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
61
Cuando utilizar motores de alta eficiencia.
Hoy en dia con los altos costos de energia electrica su tendencia a subir más aun
los motores eléctricos debe ser seleccionados y aplicados con base al costo y
duración incluyendo factores como: costo inicial eficiencia de energia ciclo de
operación tiempo de trabajo y costo de la energía.
Sin embargo cada usuario tiene múltiples requerimientos que sastifacer para
asegurar la operación correcta y económica de sus accionamientos con motores.
La eficiencia es solo uno de ellos; no obstante en las siguientes condiciones, el
empleo de los motores de alta eficiencia debe ser considerado:


Cuando se realicen modificaciones mayores en procesos existentes.


En instalaciones nuevas.
Para remplazar motores viejos o sobrecargados.
En lugar de embobinar motores que han fallado cuando tienen más de 15
años de uso de trabajo y que operan más de 2000 al año.

Cuando se desea reducir el costo de operación sustituyéndolos por
motores viejos y obsoletos.

Comparación de ahorro de energia y el costo del ciclo de vida contra un
motor estándar.

Capacidad de trabajo bajo condiciones adversas como voltaje anormal.

bajas temperaturas de operación.

Nivel de ruido bajo.

Capacidad de acelerar cargas de inercia alta contra motores estándar.

Las más altas eficiencias de operación en todos los puntos de cargas.

La adquisición de equipos de accionamientos nuevos tales como aires
acondicionados compresores y sistemas de bombeo.
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
62
En ciertas aplicaciones y ciclos de trabajo los motores de alta eficiencia no se
justifican por su ahorro de energia por ejemplo:
1 Trabajo Intermitente o aplicaciones especiales de par:

Elevadores y gruas.

Impulsores de atracción.

Prensas punzón adoras.

Maquinas herramientas.

Centrifugadoras.
2 Tipos de carga:




Varias velocidades.
Arranque y paradas frecuente.
Cargas con muy alta inercia.
Motores de baja velocidad (debajo de 720 rpm).
En México la utilización de motores de alta eficiencia ha sido limitada entre otros
por falta de información su mayor costo inicial y la indiferencia de usuarios en los
que existe poco interés por ahorrar cuando la facturación electrica no es
relevante.
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
63
Información técnica sobre motores eléctricos de alta eficiencia proporcionada por
motores siemens.
Los motores eficientes siemens usa lo ultimo en tecnología en diseños de rotor y
estator y ventilador externo materiales como hierro acero y aluminio de grado
eléctrico y bobinas de cobre por lo cual permite mejor conducción de corriente
sabemos que solo si cumplimos con ciertas características mecánicas y eléctricas
en el diseño podemos decir que un motor es de alta eficiencia partiendo del hecho
de que un motor puede tener perdidas de eficiencia por un mal diseño mecánico o
eléctrico y alta temperatura siemens usa:
CARACTERISTICAS EN EL DISEÑO ELECTRICO
VOLTAJE ELECTRICO: La tensión nominal de operación es de 220/440
para motores de hasta 100 HP y 440 apartir de 125 HP.
FERCUENCIA : 60 Hz Estándar
RANGO DE OPERACIÓN: Operación continúa de 40 grados centígrados
como temperatura ambiente.
ALAMBRE MAGNETO: Cobre con recubrimiento para resistir la humedad a
temperatura de 200 grados centígrados.
AISLAMIENTO : Usamos un barniz resistente a la humedad y alta
temperatura clase H y aislamiento clase F.
RANGO DE INCREMENTO DE TEMPERATURA : Rango de clase B a
plena carga dando una larga vida del motor
AILASMIENTO DE FASES: Se aplica un aislamiento adicional entre las
fases del bobinado para dar máxima protección a sobrevoltaje.
CARACTERISTICAS EN EL DISEÑO MECANICO
ENFRIAMIENTO EXTERNO: Polipropileno de alta densidad anti-chispa.
VENTILADOR. Todos los ventiladores tienen un centro rasurado para
sujetarse a la flecha.
CAJA DE CONEXIONES: Tiene espacio suficiente para realizar las
conexiones fáciles ya que cumple el volumen prescrito en la norma MG- 11987.
PLACA DE DATOS: De acero inoxidable con la información completa
incluyendo los números de rodamiento.
CONSTRUCCION DEL ROTOR: Jaula de ardilla inyectado con aluminio de
alta calidad.
LUBRICANTE: Grasa equivalente o chevron SRI-2.
MATERIAL DE LA FLECHA: Acero como estándar.
ELEMENTOS DE LUBRICACION: Graseras para un fácil mantenimiento
sellos especiales en la flecha para prevenir los excesos de grasa al interior
del motor.
CONSTRUCCION DEL ROTOR: Jaula de ardilla inyectado con aluminio de
alta calidad:
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
64
4.0 ANALISIS ECONOMICO
4.1 COSTO DE LA ENERGIA ELECTRICA
La energía es la fuerza que mueve al moderno mundo industrial sin ella nuestras
fabricas se detendrían y economías enteras estarían en crisis. Por eso es vital
saber administrarla.
Solo aquellos el que hacen mejor uso de la energia pueden prosperar en un
mundo más competitivo. Y ahorrar energia es unas de las claves para abatir
costos y poder competir a la par de industrias de todo el mundo en una economía
que tiene la globalidad inevitablemente.
Quizá usted no sepa pero en su misma empresa en este mismo instante usted
puede estar perdiendo la batalla de la competitividad gastando o desperdiciando
energía. Encendiendo focos y luminarias de dia o en áreas donde nadie las estén
empleando.
Utilizando inadecuadamente sus equipos de aire acondicionado en oficinas,
laboratorios u otras áreas de su empresa, donde es indispensable este servicio de
igual forma empleando herramientas y maquinarias que consumen energia de
manera ineficiente, por falta de mantenimiento o por ser de tecnología obsoleta. O
simplemente, por que en la instalación electrica de su empresa existen fugas por
la que usted paga y nadie aprovecha.
Y todos estos son costos que puede llegar a ser hasta un 30 % de su consumo
estan mermando la competitividad en la manufactura de sus productos dinero que
podría ahorrarse para bajar sus precios y aumentar sus utilidades. Por eso es
importante ahorrar energia.
4.1.1 Tarifas.
El primer paso para ahorrar energia es determinar cuanta estamos
desperdiciando y cuanto nos cuesta esto. Para hacerlo resulta indispensable
conocer a fondo como reporta nuestros consumos y como calcula sus costos la
Comisión Federal de Electricidad.
Existen 18 diferentes tarifas de la (CFE) aplica a sus usuarios aquí solo se
comenta 4 de ellas que son la mas aplicables en las pequeñas y medianas
industrias.
La tarifa 02 es para demandas de 25 kilowatts la 03 para quienes demanda mas
de 25 kilowatts la OM para quienes utilizan servicios en media tensión con una
demanda menor de 1000 Kw. y la HM que es la tarifa horaria para servicio
general en media tensión con demanda de 1000 Kw. o mas.
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
65
TARIFA 02
Esta tarifa se aplica en periodos bimestrales de exactamente de 60 días
calendario por lo que no siempre corresponde a la misma fecha del mes.
Ejemplo: se tiene un recibo que cubre un periodo, del 29 de diciembre al 27 de
febrero:
El consumo se tiene restando la lectura anterior con la lectura actual. Si tenemos
6445 kilowatts-horas (Kwh.) esta cantidad se divide en 60 días para obtener el
consumo promedio diario que en este caso es de107.4167 Kwh. /dia.
El promedio se multiplica por los días del mes de cada mes: 2 por diciembre 31
por enero y 2 por febrero resultando el consumo por mes.
El costo de este consumo se basa en 4 conceptos.
1.- Cargo fijo.
2.- Por cada uno de los primeros 50 Kwh.
3.- Por cada uno de los segundos 50 Kwh.
4.- Por cada uno de los siguientes Kwh.
Para calcular el costo de mayo se calcula el valor proporcional del cargo fijo o sea
2/31 multiplicado por el cargo fijo vigente.
Luego se multiplica los primeros 50 kw por 2/31 por la tarifa fijada para los
primeros 50 kwh procedimiento que se repite para los segundos 50 kwh y para
cada uno de los siguientes.
Recuerde que la tarifa para los primeros 50 kwh son mas bajos que para los
segundos 50 kwh que son mucho mas costosos el kwh que excede los 100 Kwh.
Al sumar los totales del cargo fijo y las tres variables se obtiene el costo de la
energia consumida en el mes de mayo.
Procedimientos similares se aplicaran aquí para los 31 días de enero (31/31) y
para los de febrero (27/28).
La suma parcial de los tres meses da el total de su recibo de electricidad. La cifra
se redondea la cantidad cerrada mas próxima y se agrega el impuesto al valor
agregado (I V A).
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
66
TARIFA 03
La tarifa 03 se calcula con base de 3 conceptos.
1 Demanda máxima medida dada en Kw.
2 Energía consumida en Kwh.
3 Bajo o alto factor de potencia (F P).
Esta tarifa contempla un periodo de de facturación de 30 días y se calcula de la
siguiente manera:
A) Diferencia = lectura actual-- lectura anterior.
B) Consumo en Kw. = Diferencia x multiplicador.
C) Consumo promedio diario = consumo/30 días.
D) Cargo por demanda máxima medida = costo por Kw. demanda x demanda
máxima medida.
E) Cargo por consumo = costo por Kw. x consumo registrado en Kwh.
F) Cargo por bonificación por bajo o alto factor de potencia.
Primero se determina el valor del cargo o bonificación mediante las siguientes
formulas:
Cargo = 3 / 5 (90 / FP – 1) x 100 no mas del 120 % si el F P menor de 90 %
Bonificación = 1/4(1-(90 / FP)) x 100; no mas del 2.5% si el FP es mayor del 90%.
A continuación en caso de que el FP sea menor de 90 % el cargo = (cargo por
demanda máxima medida + cargo por consumo) x (valor del cargo por bajo factor
de potencia).
En caso un factor de potencia muy superior al 90 % entonces la bonificación =
(cargo por demanda máxima medida + cargo por consumo) x (valor de la
bonificación por alto factor de potencia).
Factura total = (cargo por demanda máxima medida + cargo por consumo + cargo
o bonificación por bajo factor de potencia.
g) Se agrega el impuesto al valor agregado (I V A).
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
67
TARIFA OM
Esta tarifa involucra los 4 conceptos que se indican continuación:
1 Cargo por demanda máxima medida en Kw.
2 Cargo por energía consumida en Kwh.
3 Cargo por medición en baja tensión.
4 Cargo o bonificación por bajo o alto factor de potencia.
El procedimiento para determinar el costo de la energía eléctrica en esta tarifa es
el siguiente:
a) Cargo por demanda máxima medida = (costo por Kw. demandado x demanda
máxima medida).
b) Cargo por consumo = (costo por Kw. x consumo registrado en Kwh.).
c) Cargo por medición en baja tensión = (cargo por demanda máxima medida +
cargo por consumo) x 0.02.
d) Cargo o bonificación por bajo o alto factor de potencia se calcula de la misma
forma que para la tarifa 03.
e) Factura total = (cargo por demanda máxima medida + cargo por consumo +
cargo por medición de baja tensión + cargo o bonificación por bajo o alto factor de
potencia).
f) Se agrega el (I V A).
TARIFA HM
Esta tarifa al igual que la anterior involucra 4 conceptos:
1 cargo por demanda facturable en Kw.
2 cargo por energía de punta o de base consumida en Kwh.
3 Cargo por energía intermedia.
4 cargo por medición en baja tensión.
5 Cargo o bonificación por bajo o alto factor de potencia.
La manera de obtener el costo de la energía la tarifa es la siguiente:
A) Cargo por demanda facturable = (costo por Kw. facturable x demanda
facturable registrada.
B) Cargo por consumo = (costo por Kw. de punta o de base x consumo registrado
en Kwh.).
C) Cargo por energía intermedia = (costo por Kwh. intermedia x consumo
registrado en Kwh.).
D) Cargo por medición en baja tensión = (cargo por demanda facturable + cargo
por consumo) x 0.02.
E) Cargo por bonificación por bajo o alto factor de potencia se calcula de la
misma forma que la tarifa 03.
F) Facturación total = (cargo por demanda facturable + cargo por consumo +
cargo por medición en baja tensión + cargo o bonificación por bajo o alto factor
de potencia.
G) Se agrega el (IVA).
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
68
4.2 CONSUMO OPERACIONAL MENSUAL
Para determinar el consumo (Kwh.) de operación solo se hará de un solo equipo
debido a que los instalados de la estacion que son de la mismas capacidad que
es 125HP.
El costo de facturación se calcula aplicando la tarifa HM (Horaria Media), y consta
de los conceptos mencionados en el punto 4.1. El calculo se hará los Kwh. punta
Kwh. intermedio Kwh. base en el periodo de un mes.
Con el motor numero 1 con consumo instantáneo de 125 HP se realiza el calculo
para el consumo operacional mensual. Los HP se convierten a Kw. dando como
resultado el parámetro siguiente: 93.25 Kw.
PERIODO PUNTA
Horas trabajadas en el periodo punta = 100 hrs.
Costo del Kwh. en el periodo punta = 1.926
Importe = energia x cuota
Importe = (93.25 Kw.) (100 hrs.) ($1.926)
Importe = $ 17959.95
PERIODO INTERMEDIO
Importe = energia intermedia x cuota
Importe = (93.25 Kw.) (402 hrs.) ($1.295)
Importe = $ 48545.01
PERIODO BASE
Importe = energia base x cuota
Importe = (93.25 Kw.) (242 hrs.) ($1.082)
Importe = $ 24416.95
COSTO GLOBAL DE OPERACIÓN
Es igual a la suma de los consumos individuales de los diferentes periodos.
Costo global = consumo punta + consumo intermedio + consumo base
Costo global = $17959.95 +$48545.01 +$24416.95
Costo global =$90921.91
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
69
Para determinar el consumo (Kwh.) de operación solo se hará de un solo equipo
debido que son las mismas bombas que tiene la estación de rebómbelo de agua
potable y son de 50 HP.
El costo de facturación se calcula aplicando la tarifa HM (horaria media) y consta
de los conceptos mencionados en el punto 4.1 el calculo se hará los Kwh. punta
Kwh. intermedio Kwh. base en el periodo de un mes.
Con el motor numero 4 con consumo instantáneo de 50 HP se realiza el calculo
para el consumo operacional mensual. Los HP se convierten a Kw. dando como
resultado el parámetro siguiente 37.3 Kw.
PERIODO PUNTA
Horas trabajadas en el periodo punta = 100 hrs.
Costo del Kwh. en el periodo punta
Importe = energía x cuota
Importe = (37.3 Kw.) (100 hrs.) ($1.926)
Importe = $7183.98
PERIODO INTERMEDIO
Importe = energía intermedia x cuota
Importe = (37.3 Kw.) (402 hrs.) ($1.295)
Importe = $19418.0
PERIODO BASE
Importe = energía base x cuota
Importe = (37.3kw) (242 hrs.) ($1.082)
Importe = 9766.78
COSTO GLOBAL DE OPERACIÓN
Es igual a la suma de los consumos individuales de los diferentes periodos.
Costo global = consumo punta + consumo intermedio + consumo base
Costo global = $7183.98 + $19418.0 +$ 9766.78
Costo global = $36368.76
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
70
4.3 COSTO DE EQUIPO DE ALTA EFICIENCIA
En el tema 3.0 se demostró que se requiere de un motor de 100HP para operar
con eficiencia al sistema de bombeo. Con 100 HP de potencia se desglosa los
costos de operación para el periodo de facturación mencionado en le capitulo
anterior considerando las mismas horas de trabajo para cada periodo.
Para el periodo de punta se trabajan 100 horas
Se convierte los 100 hp x 0.746 kw es igual a
P = (100 hp) (0.746 Kw.)
P = 74.6 Kw.
PERIODO PUNTA
Horas que serán trabajadas en el periodo punta = $1.926
Costo de Kwh. en el periodo punta
Importe = energia x cuota
Importe = (74.6 Kw.) (100 hrs.) ($1.926)
Importe = $14367.96
PERIODO INTERMEDIO
Para este periodo intermedio las horas trabajadas fueron x con una cuota de
pesos/ Kwh.
Importe = energia intermedia x cuota
Importe = (74.6 Kwh.) (402 hrs.) ($1.295)
Importe = $38836.01
PERIODO BASE
Para este periodo se registraron x horas y una cuota de x pesos / Kwh.
Importe = energia base x cuota
Importe = (74.6 Kw.) (242 hrs.) ($1.082)
Importe = $19533.56
COSTO GLOBAL DE OPERACIÓN
Es igual a la suma de los consumos individuales de los diferentes periodos.
Costo global = consumo punta + consumo intermedio + consumo base
Costo global = $14367.96 + $38836.01 + $19533.56
Costo global = $72737.53
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
71
En el tema anterior se demostró que se requiere de un motor de 40 HP para
operar con eficiencia al sistema de bombeo con 40 HP de potencia se desglosa
los costos de operación para el periodo de facturación mencionado en le capitulo
anterior considerando las mismas horas de trabajo para cada periodo.
Para el periodo de punta se trabajan x horas con un costo del Kwh. igual a x
pesos
Se convierte los 40 hp x 0.746 Kw. es igual a
P = (40 hp) (0.746 Kw.)
P = 29.84 Kw.
PERIODO PUNTA
Horas que serán trabajadas en el periodo punta = 0.985
Costo de Kwh. en el periodo punta
Importe = energía x cuota
Importe = (29.84 Kw.) (100 hrs. ) ($1.926)
Importe =$5747.18
PERIODO INTERMEDIO
Para este periodo intermedio las horas trabajadas fueron x con una cuota de
pesos/ Kwh.
Importe = energía intermedia x cuota
Importe = (29.84 Kwh.) (402 hrs. ) ($1.295)
Importe = $15534.40
PERIODO BASE
Para este periodo se registraron x horas y una cuota de x pesos / Kwh.
Importe = energía base x cuota
Importe = (29.84 Kw.) (242 hrs. ) ($1.082)
Importe = $7813.42
COSTO GLOBAL DE OPERACIÓN
Es igual a la suma de los consumos individuales de los diferentes periodos.
Costo global = consumo punta + consumo intermedio + consumo base
Costo global = $5747.18 + $15534.40 + $7813.42
Costo global = $29095
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DE AGUA POTABLE ESTACION 4
72
4.4 COMPARACION DE COSTOS
En la siguiente tabla se muestra la diferencia del consumo de energia en Kw. Y el
costo por consumo del periodo de un mes; y por consiguiente se observa cuanto
seria el ahorro en Kw. y en pesos ($)
TABLA No 22 VALORES CALCULADOS
CONCEPTO
MOTOR
MOTOR
DIFERENCIA DE
INSTALADO
PROPUESTO
AHORRO
KILOWATTS.
INSTALADOS
IMPORTE POR
ENERGIA
CONSUMIDA EN
PERIODO
PUNTA($)
IMPORTE POR
ENERGIA
CONSUMIDA EN
PERIODO
INTERMEDIO($)
IMPORTE POR
ENERGIA
CONSUMIDA EN
PERIODO
BASE($)
COSTO
GLOBAL($)
93.25
74.6
18.65
17959.95
14367.96
3591.99
48545.01
38836.01
9709
24416.95
19533.56
4883.39
90921.91
72737.53
18184.38
De acuerdo con esta tabla basta con ver los Kw. ahorrados y deducir que por
cada motor instalado se esta consumiendo otro de casi de la misma
capacidad que el propuesto y por lo tanto la perdida que se genera es tanto
economico como técnico. Por que no se estaría aprovechando toda la
capacidad del motor actualmente instalado, como se ha mencionado
anteriormente del tema 3.0.
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DE AGUA POTABLE ESTACION 4
73
En la siguiente tabla se muestra la diferencia del consumo de energía en Kw. Y el
costo por consumo del periodo de un mes y por consiguiente se observa cuanto
seria el ahorro en Kw. Y en pesos ($)
TABLA No 23 VALORES CALCULADOS
CONCEPTO
MOTOR
INSTALADO
MOTOR
PROPUESTO
DIFERENCIA DE
AHORRO
37.3
29.840
7.46
IMPORTE POR
ENERGIA
CONSUMIDA
EN PERIODO
PUNTA($)
7183.98
5747.18
1436.8
IMPORTE POR
ENERGIA
CONSUMIDA
EN PERIODO
INTERMEDIO($)
19418.0
15534.40
3883.6
IMPORTE POR
ENERGIA
CONSUMIDA
EN PERIODO
BASE($)
9766.78
7813.42
1953.36
36368.76
29095
7273.76
KILOWATTS.
INSTALADO
S
COSTO
GLOBAL($)
De acuerdo con esta tabla basta con ver los Kw. ahorrados y deducir que por
cada motor instalado se esta consumiendo otro de casi de la misma
capacidad que el propuesto y por lo tanto la perdida que se genera es tanto
económico como técnico. Por que no se estaría aprovechando toda la
capacidad del motor actualmente instalado, como se ha mencionado
anteriormente en el tema 3.0.
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
74
ANALISIS CRÍTICO DE LOS DIFERENTES ENFOQUES
Se desarrolla un método de ecuaciones para calcular el nuevo caudal en función
de la velocidad del área de la tubería en la bomba que consiste en suponer
algunos valores y iteraciones hasta encontrar algunos valores buscados.
Se lleva a cabo un análisis crítico de los valores calculados de cada uno de los
equipos electromecanicos tales como caudal altura de la bomba eficiencia
mecánica del motor y bomba.
TABLA No 24 CAUDALES DE LA BOMBA TIPO TURBINA DE 125 LPS
No DE EQUIPO
CAUDAL MEDIDO
(LPS)
CAUDALCALCULADO
(LPS)
1
125
138.40
2
125
3
125
138.40
138.40
TABLA: 25 CAUDALES DE LA BOMBA TIPO TURBINA DE 65 LPS
No DE
EQUIPO
CAUDAL MEDIDO
(LPS)
CAUDAL CALCULADO
(LPS)
1
65
78.54
2
65
78.54
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
75
CAPITULO III
CONCLUCIONES
El presente trabajo tuvo como objetivo principal es el de mostrar, como un método
de evaluación se puede aplicar a un sistema de bombeo, para conocer que tan
eficiente esta operando y observar si los rendimientos de sus componentes están
en buenas condiciones que tiene la Comisión Nacional del Agua (C.N.A.); así
también cualquier sistema electromecánico puede ser evaluado mediante este
método.
Dentro de los resultados obtenidos se tiene que la eficiencia total y el rendimiento
de la bomba de los equipos electromecánicos resultaron ser demasiados bajos.
Por lo tanto con los cálculos realizados en el tema 2.0 y 3.0; se propone reducir la
potencia instalada para cada motor con la finalidad de reducir el costo en el
consumo de energía eléctrica, que es una de las etapas del proceso de
potabilizacion del agua en el que se produce mayor gasto operacional, por estar
trabajando las 24 hrs. del dia.
La reducción de la potencia repercutirá en un menor consumo de energía ya que
los motores instalados y los propuestos tienen una diferencia de 26.11 kw por 365
dias 9530.15 kw y un costo de consumo de $ 309,740.7 al año esta cantidad se
estaría ahorrando la Comisión Municipal de Agua y Saneamiento de Poza Rica
Veracruz significa que se puede renovar los equipos obsoletos por equipos mas
eficientes teniendo el mismo servicio continuo pero con una inversión menos
costosa.
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
76
BIBLIOGRAFIA
ASPECTOS BASICOS DEL FACTOR DE POTENCIA ORIENTADOS AL
AHORRO DE ENERGIA ELECTRICA.
FIDEICOMISO DE APOYO AL PROGRAMA DE AHORRO DE ENERGIA DEL
SECTOR ELECTRICO (FIDE)
COMO AHORRAR ENERGIA ELECTRICA
FIDEICOMISO DE APOYO AL PROGRAMA DE AHORRO DE ENERGIA DEL
SECTOR ELECTRICO (FIDE)...
EQUIPO ELECTRICOS CATALOGO MOTORES UNIVERSALES.
MECANICA DE FLUIDOS APLICADA.
ROBERT L MOTT.
PRENTICE hall INC.
MECANICA DE FLUIDOS Y MAQUINAS HIDRAULICAS…
CLAUDIO MATAIX.
GUIA PARA LA EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA EN EQUIPOS
ELECTROMECANICOS EN OPERACIÓN DE POZO PROFUNDO (CMAS)
SUBDIRECCION GENERAL DE LA INFRAESTRUCTURA HIDRAULICA
URBANA E INDUSTRIAL GERENCIAS DE NORMAS TÉCNICAS:
VENTAJAS DEL USO DE MOTORES ELECTRICOSDE ALTA EFICIENCIA
(FIDE) SECTOR ELECTRICO.
HIDRAULICA BASICA
ANDREWL L. SIMON
EDITORIAL LIMUSA S.A DE C .V 1993
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
77
ANEXOS
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
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ANEXOS
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ANEXOS
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ANEXOS
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DE AGUA POTABLE ESTACION 4
81
ANEXOS
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
82
ANEXOS
(FACTORES DE CONVERSION)
Longitud
1 pie = 0.3048 m
1 Km. = 1000 m
1 pulg. = 25.4 mm
1cm = 10 mm
1 mi = 5280 pie
1m = 1000 mm
1 mi = 1.609 Km.
Área
1pie2 = 0.0929 m2
1m = 10.76 pie2
1 pulg2.= 645.2 mm2
1m = 106 mm2
Volumen
1pie3 = 7.48 gal
1 gal = 0.00379 m 3
1pie3 = 1728 pulg3
3
1 gal = 3.785 L
3
1 pie = 0.0283 m
1m3 = 1000 L
1 gal imperial = 1,201 gal (EUA)
Velocidad de flujo de volumen
1 pie3/s = 449 gal/min.
1 gal/min. = 3,785 L/min.
1 pie3/s = 0.0283 m3/s
1 gal/min.= 6.309 x 10-5
1 L/min = 16,67 x 10-6
m3/s
Temperatura
m3/s
1 m/s = 60000 L/min
Presión
T (°C) = [T (°F) – 32] x 5/9
1 bar = 100 kpa
1 bar = 14.50 lb/pulg2
T (°F) = 9/5 x [T(°C)] + 32
Densidad
Energía
1slug/pie3 = 515.4 Kg. /m3
1 lb.-pie = 1.356 j
Peso especifico
1 Btu = 1,055 kj
1lb/pie = 157.1 N/m
1W-h = 3.600 kj
Potencia
1hp = 550 lb-pie/s
1hp = 745.7 W
1lb-pie/s = 1,356 W
1 Btu/h = 0.293 W
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83
ANEXOS
DIAGRAMA ELECTRICO UNIFILAR DEL SISTEMA DE BOMBEO
ACOMETIDA DE 13.2 KV FRECUENCIA 60 HZ
CUCHILLAS
APARTARRAYOS
3 DISPAROS
$
TRANSFORMADOR DE
POTENCIA DE 500 KVA
CUCHILLAS
$ APARTARRAYOS
3 DISPAROS
TRANSFORMADOR
DISTRIBUCION
CONECXION DELTA
ESTRELLA
30 KVA
INTERRUPTOR
TERMOMAGNETICO
ARRANCADOR DE TENSION
DE CORRIENTE REDUCIDA
LIMITADOR
ALUMBRADO
ESTACION
CENTRO DE COTROL DE
DE LA
ESTACION
BOTONES
MOTORES
LUZ PILOTO
VERDE / ROJO
40 HP
40 HP
100 HP
RESERVA
100 HP
100 HP
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84
ANEXOS
DIAGRAMA DE LINEA DE DISTRIBUCION BOMBEO DE AGUA POTABLE
Línea de distribución de la red en serie
DNd 1
DNd 2
Vc
DNd 3
Vc
V ck
Vc
V ck
M
V ck
M
DNS1
M
DNS 2
100HP
100HP
B.A 1
B.A 2
DNS 3
100 HP
B.A 3
B.A= Bomba
M = Manómetro
Vck = Válvula ckec
DNs = Diámetro de succión de la bomba
DNd = Diámetro de descarga de la bomba
Vc = Válvula de compuerta
línea de distribución en serie
Vc
DNd 1
Vck
Vc
DNd 2
Vck
M
M
DNs 1
DNs 2
40 HP
40 HP
B.A 1
B.A 2
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85
ANEXOS
CURVA DE FUNCIONAMIENTO DE LAS BOMBAS VERTICALES TIPO
TURBINA DE 125 LPS Y DE 65 LPS
APENDICE A
TABLA No 1.- CÁLCULO DE CAUDAL POR EL METODO ESCUADRA
(G P M)
Distancia
f
Distancia A
En
Pulgadas
Diámetro D en pulgadas
DIAMETRO EN PULMMMGADAS
D pulgadas
1
1.25 1.5
2
2.5
3
4
5
6
8
10
12
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
5.7
7.1
8.5
10.0
11.3
12.8
14.2
15.6
17.0
18.5
9.8
12.2
14.7
17.1
19.6
22.0
24.5
27.0
29.0
31.5
13.3
16.6
20.0
23.2
26.5
29.8
33.2
36.5
40.0
43.0
22.0
27.5
33.0
38.5
44.0
49.5
55.5
60.5
66.0
71.5
31.3
39.0
47.0
55.0
62.5
70.0
78.2
86.0
94.0
102
14
15
16
20.0 34.0 46.5 77.0 109
21.3 36.3 50.0 82.5 117
22.7 39.0 53.0 88.0 125
48.5 83.5
61.0 104 163
73.0 125 195 285
85.0 146 228 334 380
97.5 166 260 380 665 1060
110 187 293 430 750 1190
122 208 326 476 830 1330
134 229 360 525 915 1460
146 250 390 570 1000 1600
158 270 425 620 1080 1730
170
183
196
292
312
334
1660
1850
2100
2220
2400
456 670 1160 1860 2590
490 710 1250 2000 2780
520 760 1330 2120 2960
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DE AGUA POTABLE ESTACION 4
87
APENDICE B
TABLA No 1 RUGOSIDAD ABSOLUTA k EN TUBOS COMERCIALES
MATERIAL
TUBOS LISOS
k; en Mm.
De vidrio cobre latón madera cepillada acero
Soldado y con una mano interior de pintura
Tubos de precisión sin costura. Serpentines y
Plástico hule
0.0015
Tubos industriales de latón
0.2 a 1
Tubos de madera
0.2 a 1
Hierro forjado
0.05
Fiero fundido nevó
0.25
Fundición de protección interior de asfalto
0.12
Fierro fundido oxidado
1 a 1.5
Fundido con incrustaciones
1.5 a 3
Fundido centrifugado
0.05
Fundido nuevo y usado con bridas o juntas de macho y
Campana
0.15 a 0.3
Fierro fundido para agua potable con incrustaciones y diámetro
De 50 a 125 Mm.
1a4
Fierro galvanizado
0.15
Acero rolado nuevo
0.05
Acero laminado nuevo
0.04 a 0.1
Acero laminado con protección interior de asfalto
0.05
TUBOS DE ACERO SOLDADO DE CALIDAD NORMAL
Nuevo
0.05 a 0.10
Limpiado después de mucho uso
0.15 a 0.20
Moderadamente oxidado con poca incrustaciones
0.4
Con muchas incrustaciones
3
Con remaches transversales en buen estado
0.1
Con costura longitudinal y una línea transversal
De remaches en cada junta o bien laqueado interior
0.3 a 0.4
Con líneas transversales de remaches sencilla o doble
O tubos remachados con doble hilera longitudinal de remeces
E hilera transversal sin incrustaciones
0.6 a 0.7
Acero soldado con hilera transversal sencilla de pernos en cada
Junta laqueado interior sin oxidaciones con circulación de agua turbia 1
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
88
CONTINUACION
MATERIAL
K en mm
Acero soldado, con doble hilera transversal de pernos
Agua turbia, tuberías remachadas con doble costura
Longitudinal de remaches y transversal sencilla, interior
Asfaltado o laqueado
1.2 a 1.3
Acero soldado, con costura doble de remaches
Transversales, muy oxidados. Acero remachado, de
Cuatro a seis filas longitudinales de remaches, con mucho
Tiempo de servicio
2
TUBOS REMACHADOS, CON FILAS LONGITUDINALES
Y TRANSVERSALES
a) Espesor de lamina < 5 Mm.
0.65
b) Espesor de lamina de 5 a 12 Mm.
1.95
c) Espesor de lamina > 12 Mm., o entre 6 y 12 Mm., si las
Hileras de pernos tienen cubre juntas
3
d) Espesor de lamina > 12 Mm. con cubre juntas
5.5
Tubos remachados, con cuatro filas transversales y seis
longitudinales con cubrejuntas interiores
4
Asbesto – cemento nuevo
0.025
Asbesto – cemento con protección interior de asfalto
0.0015
Concreto centrifugado, nuevo
0.16
Concreto centrifugado, con protección bituminosa
0.0015 a 0.125
Concreto en galerías, colado con cimbra normal de madera
1a2
Galerías con cimbra rugosa de madera
10
Concreto armado en tubos y galerías con acabado interior
Terminado a mano
0.01
Concreto de acabado liso
0.025
Conductos de concreto armado con acabado liso y varios años
De servicios
0.2 a 0.3
Concreto alisado interiormente con cemento
0.25
Galerías con acabado interior de cemento
1.5 a 1.6
Concreto con acabado normal
1a3
Concreto con acabado rugoso
10
Cemento liso
0.3 a 0.8
Cemento no pulido
1a2
Mampostería de piedra bien punteada
1.2 a 2.5
Mampostería de piedra rugosa sin juntera
8 a 15
Mampostería de Piedra mal acabada
1.5 a 3
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
89
APENDICE B
TABLA No 2.-DENSIDAD Y VISCOSIDAD CINEMATICA DEL AGUA EN
FUNCION DE LA TEMPERATURA
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
90
APENDICE C
PERDIDAS DE CARGA DE FRICCION EN COLUMNAS DE BOMBAS
LUBRICACION AGUA O ACEITE EN PIES POR CADA 100 PIES O EN METROS
POR CADA 100 METROS.
(COMICION NACIONAL DEL AGUA)
NOTA. Solo para columnas usadas
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
91
APENDICE
D -1
VALORES DE EFICIENCIA A PLENA CARGA PARA MOTORES DE ALTA
EFICIENCIA CERRADOS (EQUIPOS ELECTRICOS CATALOGO IEM 1998)
CAPACIDAD
2 POLOS
4 POLOS
6 POLOS
8 POLOS
( CP )
EFICIENCIA
NOMINAL MINIMA
EFICIENCIA
NOMINAL MINIMA
EFICIENCIA
NOMINAL MINIMA
EFICIENCIA
NOMINAL MINIMA
1.0
1.5
2.0
3.0
--------- ------78.5
75.5
81.5
78.5
82.5
80.0
80.5
81.5
82.5
84.0
77.0
78.5
80.0
81.5
75.5
82.5
82.5
84.0
72.0
80.0
80.0
81.5
72.0
75.5
82.5
82.5
68.0
72.0
80.0
78.5
5.0
7.5
85.5
85.5
82.5
82.5
85.5
87.5
82.5
85.5
85.5
87.5
82.5
85.5
84.0
85.5
81.5
82.5
10.0
15.0
20.0
25.0
87.5
87.5
88.5
89.5
85.5
85.5
86.5
87.5
87.5
88.5
90.2
91..0
85.5
86.5
88.5
89.5
87.5
89.5
89.5
90.2
85.5
87.5
87.5
88.5
87.5
88.5
89.5
89.5
85.5
86.5
87.5
87.5
30.0
89.5
87.5
91.0
89.5
91.0
89.5
90.2
88.5
40.0
50.0
90.2
90.2
88.5
88.5
91.7
92.4
90.2
91.0
91.7
91.7
90.2
90.2
90.2
91.0
88.5
89.5
60.0
75.0
100.0
125.0
91.7
92.4
93.0
93.0
90.2
91.0
91.7
91.7
93.0
93.0
93.6
93.6
91.7
91.7
92.4
92.4
91.7
93.0
93.0
93.0
90.2
91.7
91.7
91.7
91.7
93.0
93.0
93.6
90.2
91.7
91.7
92.4
150.0
93.0
91.7
94.1
93.0
94.1
93.0
93.6
92.4
200.0
94.1
93.0
94.5
93.6
94.1
93.0
94.1
93.0
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
92
APENDICE
D -2
VALORES DE EFICIENCIA A PLENA CARGA PARA MOTORES DE ALTA
EFICIENCIA ABIERTOS (EQUIPOS ELECTRICOS CATALOGO IEM 1998)
CAPACIDAD
2 POLOS
4 POLOS
6 POLOS
8 POLOS
( CP )
EFICIENCIA
NOMINAL MINIMA
EFICIENCIA
NOMINAL MINIMA
EFICIENCIA
NOMINAL MINIMA
EFICIENCIA
NOMINAL MINIMA
1.0
1.5
2.0
3.0
--------- ------80.0
77.0
82.5
80.0
82.5
80.0
82.5
82.5
82.5
86.5
80.0
80.0
80.0
84.0
77.0
82.5
84.0
85.0
74.0
80.0
81.5
82.5
72.0
75.5
85.5
86.5
68.0
72.0
82.5
84.0
5.0
7.5
85.5
85.5
82.5
82.5
86.5
88.5
84.0
86.5
86.5
88.5
84.0
86.5
87.5
88.5
85.5
86.5
10.0
15.0
20.0
25.0
87.5
89.5
90.2
91.0
85.5
87.5
88.5
89.5
88.5
90.2
91.0
91.7
86.5
88.5
89.5
90.2
90.2
89.5
90.2
91.0
88.5
87.5
88.5
89.5
89.5
89.5
90.2
90.2
87.5
87.5
87.5
88.5
30.0
91.0
89.5
91.7
90.2
91.7
90.2
91.0
89.5
40.0
50.0
91.7
91.7
90.2
90.2
92.4
92.4
91.0
91.0
91.7
91.7
90.2
90.2
90.2
91.7
88.5
90.2
60.0
75.0
100.0
125.0
93.0
93.0
93.0
93.0
91.7
91.7
91.7
91.7
93.0
93.6
93.6
93.6
91.7
92.4
92.4
92.4
92.4
93.0
93.6
93.6
91.0
91.7
92.4
92.4
92.4
93.6
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91.0
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150.0
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94.1
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200.0
93.6
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94.1
93.0
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93.6
92.4
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
93
APENDICE E DIAGRAMA DE MOODY
EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
DE AGUA POTABLE ESTACION 4
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