Memoria que como parte de los requisitos para obtener el

Universidad Tecnológica
de Querétaro
Firmado digitalmente por Universidad Tecnológica de
Querétaro
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de Querétaro, o=Universidad Tecnológica de Querétaro, ou,
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Fecha: 2011.04.12 13:10:36 -05'00'
Memoria que como parte de los requisitos
para obtener el título de
Ingeniero en Procesos y Operaciones Industriales.
Elaboración de propuesta técnica y comercial para la
instalación de equipo de Bombeo
Presenta
_Eduardo Daniel Contreras Rivera_
Nombre del aspirante
M.I.A. Asesor de la UTEQ
Juan Mario Placencia Campos
Asesor de la empresa
Isidro Tello Chagoya
Querétaro Qro. Abril 2011
1
RESUMEN
Este trabajo muestra la instalación y selección de un equipo de bombeo
que es solicitado por el cliente, la memoria no muestra un programa de
desarrollo de mejora continua basado en herramientas de calidad o sistemas
de producción, es un proyecto que se realiza con el objeto de satisfacer al
cliente realizando un análisis técnico y de costos para la selección de equipo
de bombeo en la zona norte del país. Es muy importante la aplicación de estos
equipos, el desarrollo de estos equipos no radica en hacer una ingeniería para
el desarrollo de nuevos materiales, lo que sí es posible hacer es la selección
de materiales para la el equipo de bombeo así como los motores que
transmitirán el torque suficiente para cumplir con las condiciones de operación.
Sin embargo es necesario tener un fundamento técnico y de costos para
presentar la oferta técnica y comercial, es importante mencionar que no es un
concurso mercantil a diferencia de otras licitaciones con grandes empresas y
organismos gubernamentales, es un proyecto que se caracteriza por ser una
compra directa para la empresa KSB de México.
2
ABSTRACT
This work shows the installation and selection of a pumping equipment
that is requested for the customer, the project doesn’t show a program of
development of continuous improvement based on quality tools or production
systems, is a project that is realized with the intention of satisfying to the
customer realizing a technical analysis and with costs for the selection of
pumping equipment in the North zone of the country. The application and
selection
of these equipment is very important, the development of these
equipment is not in making an engineering for the development of new
materials, is possible to do is the selection of materials for the equipment of
pumping as well as the motors that will transmit torque sufficient to fulfill the
conditions of operation. Nevertheless it is necessary to do a technical study and
of costs to present the quote technical and commercial supply, it is important to
mention that it is not a mercantile contest unlike other licitations with great
companies and governmental organisms, is a project that is characterized for
being a direct purchase for company KSB of Mexico.
3
AGRADECIMIENTOS
A Dios, mi Señor y Salvador porque es quien me da la fortaleza y la
capacidad de realizar todas las cosas.
A mis padres, Contreras Pérez Eucebio y Rivera Pulido Julia, por orientarme,
por sus consejos, por su ejemplo, por su cariño y por ser el apoyo principal a lo
largo de mi vida, no tengo más palabras para expresarte mi gratitud.
A mis hermanos, Ana Lilia y Néstor, por su compañía, por su paciencia, por
todo lo que me han enseñado y porque siempre me han apoyado
incondicionalmente.
A mis amigos, a todos los que he conocido a lo largo de mi estancia en la
UTEQ, desde el COBAQ1 hasta la ingeniería gracias a todos ustedes por
darme ánimos, por otorgarme su confianza y por permitirme ser parte de sus
vidas.
Al Maestro en Ingeniería Juan Mario Placencia por su invaluable orientación
en el desarrollo de esta memoria, por sus sugerencias y sus certeras
observaciones.
A mis profesores del área de Procesos de Producción e Investigación por el
profesionalismo demostrado en la instrucción de cada uno de los cursos que
me impartieron.
A la Universidad Tecnológica de Querétaro.
4
INDICE
Página
Resumen ............................................................................................. 2
Abstract................................................................................................ 3
Agradecimientos .................................................................................. 4
Índice ................................................................................................... 5
I.
INTRODUCCION ...................................................................... 6
II.
ANTECEDENTES ..................................................................... 8
III.
JUSTIFICACIÓN ..................................................................... 10
III.
OBJETIVOS ............................................................................ 11
IV.
ALCANCES ............................................................................. 12
V.
FUNDAMENTACION TEORICA ............................................. 13
VI.
PLAN DE ACTIVIDADES ........................................................ 28
VII.
RECURSOS MATERIALES Y HUMANOS .............................. 29
VIII.
DESARROLLO DEL PROYECTO ........................................... 30
IX.
RESULTADOS OBTENIDOS .................................................. 42
X.
CONCLUSIONES.................................................................... 42
XI.
RECOMENDACIONES ........................................................... 43
XII.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ........................................ 44
5
I. INTRODUCCIÓN
KSB De México S.A. de C.V. se le conoce actualmente por ser una
empresa líder en la fabricación de Equipos de Bombeo, KSB de México cuenta
con más de 14 mil empleados alrededor del mundo, con una generación de
casi 2 billones de euros anuales, la instalación de un equipo de Bombeo es una
de sus actividades principales, todas las bombas (centrífugas y volumétricas).
La importancia de realizar un estudio técnico de la instalación de un equipo de
bombeo radica en el uso del mismo, ya que no es lo mismo realizar un análisis
para bombas que utilizan agua común a los que se realiza con agua de drenaje
(cárcamo), estos fluidos generalmente tienen un contenido de Ph que los hace
muy ácidos y por lo tanto el material (metalurgia) constituye un factor
determinante en el costo, no es lo mismo fabricar un equipo en fierro fundido a
un equipo en acero inoxidable, independientemente del proceso que tengan
que pasar para fabricarse, el material es el cuerpo de la bomba.
Notablemente a últimos días, los cambios de temperatura y el impacto
ambiental en el planeta, hace que las variables como: temperatura, presión y
hasta el hecho de conocer si existen zonas sísmicas, son condiciones que
debe soportar el equipo y aun así seguir funcionando. En el estudio técnico se
acerca a la realidad que pudiese presentarse.
Un equipo de bombeo debe satisfacer las condiciones que muestra el cliente,
el cuerpo del equipo se construye en base a una metalurgia definida por una
norma, así también los componentes del equipo, tales como los rodamientos, el
impulsor, la flecha, los coples, etc. Estos son el tren motriz del equipo, otro
aspecto que se enuncia, es la elección del sello mecánico, al igual que el
material del equipo, los sellos mecánicos se eligen según el fluido que
manejaran, la presión, la carga, temperatura, entre otros tantos y por último el
plan de lubricación del sello.
Hay que recordar que KSB de México fabrica equipo de bombeo para ser
usado en la áreas de manufactura, energía, petróleo, agua residual, etc., estos
6
son de suma importancia para las actividades diarias, además realiza
reparaciones de los equipos de bombeo a diferentes empresas, así como a
distintos organismos gubernamentales, por ejemplo la CEA Querétaro y
recientemente la instalación de equipo del acueducto en la región del SLP o
también conocido como el infiernillo.
A partir de la solicitud del cliente, se realizara la propuesta técnica con el apoyo
de
Ingeniería de aplicación de KSB, hay que tomar en cuenta que estos
equipos se identificarán con números de serie que el cliente definirá según su
criterio. Todos los materiales, equipos electromecánicos y/o servicios, deben
ser garantizados durante un periodo de 36 meses a partir de su entrega o 24
meses de la puesta en funcionamiento del equipo, lo que ocurra primero, contra
defectos de fabricación o vicios ocultos, mediante una carta de garantía
entregada antes de ser liberado el equipo para embarque, durante el período
de garantía, si el material en la obra no da la satisfacción esperada, KSB tiene
que asegurar el reemplazo y/o el ajuste, incluyendo también los gastos de
desinstalación o de re-montaje de las piezas que hayan causado el defecto, el
periodo de garantía se reiniciará a partir de la fecha del reemplazo sin costo
para DEGREMONT, S.A. de C.V.
7
II. ANTECEDENTES ¿Cómo ha estado trabajando KSB?
El cliente Degremont solicita los equipos que serán instalados en Planta
Norte, Pascual Ortiz Rubio No 115 Col Satelite Cp 32540 Planta sur, Rio
Candameño No. 1105 Col Zaragocita municipio de Zaragoza, distrito bravo
México Ciudad Juárez Chihuahua. Para la instalación de equipos de bombeo
en la Zona norte del país (Chihuahua), el cliente realizo un estudio primario
sobre
las
condiciones
atmosféricas
del
lugar,
alimentación
eléctrica,
geográficas, materiales que no se deben utilizar, etc.
La característica principal de este proyecto es que los materiales utilizados en
la fabricación de los equipos serán de la calidad especificada según el cliente
(Degremont) y adecuados para el uso al que serán sometidos indicados en las
hojas de especificaciones entregadas en la solicitud de Cotización. KSB de
México
indicara cualquier anomalía o desviación en la aplicación de la
especificación, recomendando, según su propia experiencia, lo más adecuado,
teniendo en cuenta que deberá garantizar el funcionamiento de los equipos.
Lo importante es enunciar que para todos los equipos mecánicos y sus
componentes, se requiere un diseño de vida útil de 12 años, excepto para
aquellos sujetos a desgaste como son: sellos juntas o cojinetes, en este caso el
fabricante deberá de indicar cuál es la vida útil del componente en cuestión,
para poder programar el mantenimiento respectivo. La parte de corrosión del
equipo se basa en un esquema de protección contra la corrosión y deberán ser
garantizada por un lapso de 5 años, a partir de la puesta en operación de la
Planta.
KSB de México garantizará el embalaje hasta que el equipo sea depositado en
la obra y deberá definir e indicar las condiciones de almacenamiento del
mismo, para un periodo corto de tiempo y para un periodo largo. Si por razones
no imputables a DEGREMONT, S.A. de C.V., el material debe permanecer un
largo periodo embalado y almacenado, fuera de la programación normal de la
obra, el proveedor deberá definir e indicar, dentro de su garantía, las
8
precauciones y las operaciones preventivas que se deberán llevar a cabo para
garantizar el perfecto estado del equipo.
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III. JUSTIFICACIÓN
Cada equipo, por más sencillo que este sea, siempre son adquiridos
como “traje a la medida”, esto quiere decir que se adapta a las necesidades del
que lo adquiere, sin embargo es importante mencionar que existen lugares
donde realizan la ingeniería inversa, donde copian los modelos cuando
adquieren el equipo, para poder adaptarlos a otras condiciones sin consultar a
fabricantes, desde luego que se realiza con la finalidad de suministrar los
productos a necesidades particulares.
A pesar de ello todos son fabricados con materiales que ya están definidos
para ciertas aplicaciones que aumentan la durabilidad del equipo, contar con
este estudio técnico es importante para constituir el programa de servicio
técnico a futuro, para cuando estos equipos sean reparados.
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IV.OBJETIVOS
- Establecer las condiciones óptimas para la instalación de Equipos de
Bombeo.
- Selección del motor conforme al requerimiento de la Bomba (Caudal y gasto)
para que de las condiciones deseadas por el cliente.
- Determinación de materiales que sean resistentes al fluido (abrasivo).
- Disminución de la cavitación originada dentro del equipo.
- Determinación del plan de sellado (lubricación de sello).
- Selección de accesorios del equipo.
Los objetivos deben ser medibles y alcanzables. Deben ser redactados
con un verbo en infinitivo.
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V. ALCANCES
En la presentación de este proyecto se considera llevar a cabo el estudio
para la instalación del equipo de Bombeo, se realizaran varios estudios, el
primero y el más importante es el técnico que consistirá en para el
establecimiento de las condiciones de operación de los equipos, de ahí se
partirá con la selección técnica del o los equipos que sean necesarios y sobre
todo que se ajusten a las necesidades, esto llevara a la ingeniería de costos
para saber si puede ser factible o no por el precio a pesar de ello, es necesario
comprender que según el uso que sea, se elegirán pues no existe una sola
bomba que se pueda utilizar en cualquier lado, es importante informar que los
modelos de las bombas se diferencian por sus funciones aunque en esencia
sirven para lo mismo, pero al igual que los autos tienen accesorios y las
potencias que los hacen completamente diferentes, la condición principal que
deben cumplir estas bombas es la selección y el asesoramiento técnico que se
realizaran con el apoyo del grupo de ingenieros de aplicación, que aportaran
datos relevantes al proyecto, al mismo tiempo la comunicación con los clientes
para definir y validar los requerimientos.
Una vez validado el estudio técnico, se procederá con la fabricación y el
pedido de los equipos para que se encuentren listos en planta, luego se dará el
seguimiento correspondiente con las áreas de Calidad y Producción para que
sean entregados y embarcados al cliente, la finalidad del proyecto es culminar
con la instalación de los equipos en campo y documentar su funcionamiento,
para presentar las pruebas de funcionamiento en el laboratorio de la planta y
proporcionar los respectivos certificados de calidad . En esta etapa, ultima
parte, del proyecto significa que se incluirán las recomendaciones de uso de la
bomba al final de un periodo de utilización, ya que la bomba puede verse
obligada a cierto tiempo de inactividad, o incluso a ser manipulada con un
producto diferente, en otras palabras es condicionar la facilidad de limpieza y la
eliminación eficaz de cualquier residuo del fluido que se esté utilizando.
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VI. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
Cavitación
La cavitación es un fenómeno que se produce siempre que la presión en
algún punto o zona de la corriente de un líquido desciende por debajo de un
cierto valor mínimo admisible. El fenómeno puede producirse lo mismo en
estructuras hidráulicas estáticas (tuberías, Venturis, etc.), que en máquinas
hidráulicas (bombas, hélices, turbinas). Por los efectos destructivos que en las
estructuras y máquinas hidráulicas mal proyectadas o mal instaladas produce
la cavitación es preciso estudiar este fenómeno, para conocer sus causas y
controlarlo. (Los constructores de bombas hidráulicas, por ejemplo, reciben con
frecuencia reclamaciones y encargos de reposición
Descripción de la cavitación.
Cuando un líquido fluye a través de una región donde la presión es
menor que su presión de vapor, él liquido hierve y forma burbujas de vapor.
Estas burbujas son transportadas por el líquido hasta llegar a una región de
mayor presión, donde el vapor regresa al estado líquido de manera súbita,
implotando bruscamente las burbujas. Este fenómeno se llama cavitación. Si
las burbujas de vapor se encuentran cerca o en contacto con una pared sólida
cuando cambian de estado, las fuerzas ejercidas por el líquido al aplastar la
cavidad dejada por el vapor dan lugar a presiones localizadas muy alto,
ocasionando picaduras sobre la superficie sólida. El fenómeno generalmente
va acompañado de ruido y vibraciones, dando la impresión de que se tratara de
grava que golpea con diferentes partes de la máquina.
Según se ha dicho, cuando, la corriente de un punto de una estructura o
de una máquina alcanza una presión inferior a la presión de saturación de
vapor (Fig. 1), el líquido se evapora y se originan en el interior del líquido
“cavidades” de vapor, de ahí el nombre de cavitación. En el interior del fluido
existen, pues, zonas en que reina un gradiente fuerte de presiones que
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aceleran las burbujas y producen un impacto en el contorno (Venturis, bombas,
turbinas, etc.).
El fenómeno de la cavitación se explica con el mecanismo siguiente: si la
presión en un líquido como el agua baja suficientemente, empieza a hervir a
temperatura ambiente. Consideremos un cilindro lleno de agua y tapado con un
pistón en contacto con el agua. Si se mueve el pistón en dirección fuera del
agua, se reduce la presión y el agua se evapora formando burbujas de vapor, si
ahora bajamos el pistón hacia el agua la presión aumenta, el vapor se
condensa y la burbuja se destruye (colapso de la burbuja). Cuando se repite
este proceso con alta velocidad como por ejemplo -en el interior de una bomba
de agua, se forman y se destruyen las burbujas rápidamente. Se demostró con
cálculos que una burbuja en colapso rápido produce ondas de choque con
presiones hasta de 410 MPa. Estas fuerzas ya son capaces de deformar varios
metales hasta la zona plástica, lo que está comprobado por la presencia de
bandas de deslizamiento sobre partes de bombas o de otro equipo sujeto a
cavitación.
Figura No. 1. Tabla de vapor de agua. Muestra como la temperatura de fusión
del agua está en función de la presión del medio.
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El incremento de la velocidad va acompañado de un descenso en la presión.
Por ejemplo, la velocidad del aire sobre la parte superior del ala de un
aeroplano es, en promedio, más rápida que la que pasa por debajo de la
misma ala. Entonces, la fuerza de presión neta es mayor en la parte inferior del
ala que en la parte superior de esta (el ala genera sustentación).
Si la diferencia de velocidad es considerable, las diferencias de presión
pueden también serlo. Para flujos de líquidos, esto podría resultar con
problemas de cavitación, una situación potencialmente peligrosa que resulta
cuando la presión del líquido se reduce hasta la presión de saturación del vapor
y entonces este hierve. La presión de saturación del vapor es la presión a la
cual comienzan a formarse burbujas de vapor en el líquido. Obviamente esta
presión depende del tipo de líquido y de la temperatura.
Una manera de producir cavitación es denotada en la ecuación de
Bernoulli. Si la velocidad del fluido se incrementa (por ejemplo en una
reducción de área), la presión descendería. Este descenso de presión al
acelerar el líquido podría ser menor que la presión de saturación de vapor de
dicho fluido. Un ejemplo de cavitación puede ser mostrado en la figura 2:
Figura No. 2 Efecto de la cavitación. Se identifica los daños que pueden sufrir
por este fenómeno.
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En algunas situaciones la ebullición ocurre (cuando la temperatura no
necesariamente es muy alta)
, formando burbujas de vapor, entonces estas
se colapsan cuando el fluido las arrastra a una zona de mayor presión (con una
velocidad menor). Este proceso puede introducir efectos dinámicos (implosión),
si la burbuja se colapsa cerca de una pared de un dispositivo hidráulico esta
podría, luego de un periodo de tiempo, causar daños en este por cavitación.
Sellos mecánicos
Figura No. 3 Sello mecánico. Podemos ver el tipo de cierre
Sellado de equipos rotatorios
Casi cualquier proceso industrial emplea máquinas con partes rotatorias. Esto
significa que un amplio número de aplicaciones de varios grados De
complejidad requieren un rotor que atraviesa una
carcasa mientras se
mantiene la presión interna y se controla la fuga. Las siguientes cuatro
aplicaciones son típicas: la bomba de agua de enfriamiento en un automóvil,
una bomba de presurización en un oleoducto, un tanque mezclador en la
industria de alimentos, la bomba de alimentación de pintura en el área de
pintado de una fábrica de automóviles, así como la bomba de alimentación de
agua en una planta de energía nuclear.
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Importancia del sistema de sellado
El sistema de sellado en una máquina rotatoria influye directamente en la
confiabilidad de esta y del proceso en general. Desafortunadamente, la
importancia del sistema
de sellado comúnmente
es despreciada y se
considera hasta lo último durante el diseño de la máquina.
Si este importante elemento de la máquina funciona correctamente, este será
inadvertido, pero tan pronto ocurra una fuga o si el sello falla completamente,
su importancia se vuelve evidente inmediatamente. Convencionalmente un
rotor pude ser sellado con un sello mecánico axial o un sello radial como la
empaquetadura. En el lado motriz, el sello está generalmente expuesto a la
presión atmosférica, lo que significa que el sello debe ser capaz de soportar la
presión del fluido líquido o gas que se encuentra dentro de la máquina.
Figura No. 4. Empaquetadura. Muestra las partes que contiene la
empaquetadura.
Para una empaquetadura (Figura No. 4), uno o mas anillos son dispuestos
dentro de la caja de sellado y comprimidos axialmente con una brida. Un
pequeño espacio de forma cilíndrica se forma entre el diámetro interior de los
anillos de empaquetadura y el rotor, con lo cual la presión a sellar es reducida a
lo largo de este espacio hasta él nivel de la presión atmosférica. El fluido
contenido en la máquina o bien un fluido externo mas limpio fluye a través de
este espacio lubricando y enfriando las superficies de contacto y fugando en
forma líquida o gaseosa a la atmófera.
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Sellos radiales de labio
Figura No. 5 Sellos radiales. Indica la forma del cierre mecánico.
Los sellos radiales también forman una restricción axial. Un labio de sellado
fabricado de algún elastómero o algún plástico por ejemplo: poli-tetrafluoroetileno (PTFE) es empujado en dirección radial sobre el rotor mediante un
resorte que ejerce tensión. Los sellos de labio son generalmente aplicados a
bajas presiones y, temperaturas y requieren un fluido (generalmente agua o
aceite) para lubricarse y enfriarse. Existen otros tipos de sellos radiales, tales
como los laberintos y bujes de restricción.
Sellado hermético con acoplamientos magnéticos
Una forma muy diferente de sellar un rotor es dividir este en dos y, entonces
emplear magnetos para transmitir la potencia entre ambas mitades. El fluido a
sellar es contenido herméticamente dentro de la máquina mediante una
carcasa que permite el flujo del campo magnético (Fig. 4). Esta solución se
conoce como acoplamiento magnético. Esta solución de sellado es
técnicamente mas complicada y
requiere chumaceras adicionales para
soportar el peso del rotor y de la unidad magnética.
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Bomba con acoplamiento magnético
Figura No. 6 Acoplamiento magnético. No necesitan sello mecánico, debido a
que tienen una cámara de sellado desde el diseño.
Principios de Sellos Mecánicos Sellos Mecánicos Lubricados con Líquido y
Sellos Mecánicos Lubricados con Gas
Un sello mecánico consiste esencialmente de una restricción axial donde se
reduce la presión
presión del fluido a ser sellado (generalmente hasta la
presión atmosférica) a través de la separación de sellado.
Se distingue entre sellos mecánicos lubricados con líquido y sellos mecánicos
lubricados con gas de acuerdo al estado físico del fluido a ser sellado. La
separación de sellado se establece entre dos superficies anulares de
rozamiento, las cuales están alrededor y perpendiculares al rotor las cuales
están completamente juntas o bien ligeramente separadas una de otra por la
película del fluido líquido o gaseoso a sellar
Selección de Equipo de Bombeo
Este es un problema que se acentúa cuando se están asociando bombas en
paralelo, es decir:
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- cuanto más bombas en paralelo tenemos asociadas, tenemos:
- mayor flexibilidad del sistema, tanto en la operación como en la instalación.
- más unidades a ser mantenidas; motores super-dimensionados en relación al
punto de operación, causando problemas con el factor de potencia ( cos );
espacio de la instalación mayor, aumento en los costos de construcción.
Otros factores que deberán ser considerados son:
- un número excesivo de bombas en paralelo hace que cada una opere muy a
la izquierda del punto de diseño, trayendo con esto todos los inconvenientes
inherentes a este hecho.
A continuación se analiza la instalación de 7 (siete) bombas en paralelo:
Figura No.7 Diagrama. Indica el flujo aproximado de las bombas, según el
número de equipos en operación.
De las curvas en la asociación anterior, se puede notar lo siguiente (Ver
diagrama No. 1):
- cuando una bomba esta en operación, tenemos un caudal de 140 l/s.
- cuando agregamos una segunda bomba al sistema, tenemos un caudal de
250 l/s y no un
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caudal de 140 l/s x 2 = 280 l/s , que era lo esperado.
- al agregar una tercera bomba al sistema, el caudal resultante pasa a ser de
310 l/s.
- cuando las siete bombas están en operación, tenemos un caudal final en
torno a 380 l/s y no 140 l/s x 7 = 980 l/s.
De lo anterior podemos sacar algunas conclusiones, como por ejemplo:
Por cada bomba que entra en el sistema, las otras pasan a operar más a
izquierda de su punto de diseño, lo que se verifica en las curvas de la figura
anterior ya que una bomba operando en el sistema entrega un caudal de 140
l/s. Cuando las siete están en operación, cada una pasa a entregar
individualmente un caudal en torno de los 50 l/s.
Notamos también que el aporte de caudal a partir de la tercera bomba es
relativamente pequeña y en general podemos afirmar que la inclinación de las
curvas de las bombas y de la curva del sistema afectarán a la selección del
número limite de bombas a asociar.
1) en caso que salga de funcionamiento una de las unidades que está
operando en el sistema, la bomba que permanece trabajando operará a la
derecha de su punto de diseño, es decir, con un caudal mayor.
2) debido al número excesivo de bombas asociadas en paralelo, cada uno de
ellas operará a la izquierda de su punto de diseño, como vimos previamente,
eso es, con un caudal reducido.
Cuando una bomba opera con un caudal excesivo, podrán ocurrir los
problemas siguiente:
- El NPSH disponible es insuficiente, es decir, el NPSH requerido pasa a ser
mayor que el
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NPSHdisponible, en esas condiciones, la bomba podrá entrar en un régimen de
cavitación;
Caudal excesivo
La eficiencia de la bomba cae y aparecen grandes esfuerzos radiales sobre el
eje de la bomba; hay un aumento de la potencia consumida, la que en muchos
casos puede superar la potencia nominal del motor eléctrico utilizado. Así, se
debe seleccionar el conjunto moto-bomba de manera que, cuando éste opere
sólo en el sistema, no hallan problemas con el NPSH ni con la potencia
consumida. Estos problemas de caudal excesivo son comunes en las
captaciones de agua, cuando existe una variación del nivel del depósito o del
río.
El caudal excesivo puede ser controlado por la válvula de la descarga. Junto
con la salida de operación de las demás bombas que están en paralelo, se
deben cerrar parcialmente las válvulas de descarga de las demás, con lo que
se producen pérdidas locales, que obligan a cada bomba a operar con un
caudal tal que no sobrecarguen su motor, evitando así la cavitación. No
siempre el control por medio de la válvula de descarga es el más conveniente,
pues el buen funcionamiento del sistema dependerá de la realización de esta
nueva regulación, la que muchas veces se hace tarde. Este no es
recomendable para el caso de un número excesivo de bombas de gran tamaño
.
Si la bomba opera en la región de caudal mínimo, pueden ocurrir los siguientes
problemas:
- excesiva recirculación de flujo;
- baja eficiencia de la bomba;
- esfuerzos radiales excesivos;
- calentamiento del líquido bombeado.
Normalmente el calentamiento provocado no es excesivo. Por ello una
operación continua en esas condiciones dañará el sistema de sellado utilizado
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y disminuirá la vida de los rodamientos. En bombas axiales (propeller pumps),
operando a caudales mínimos, se produce un aumento excesivo de la potencia
consumida. Se debe evitar el trabajo paralelo con ese tipo de bombas.
Gravedad específica
Se define como la densidad de la sustancia, y es la densidad del agua. (Por
la convención ρ, la letra griega rho, denota densidad.) que la densidad del
agua varía con temperatura y la presión, y es generalmente referir gravedad
específica a la densidad en 4°C (39.2°F) y a una presión normal de
1 atmósfera. En este caso es igual a 1000 kilogramos·m −3 en Unidades del
SI (o 62.43 libras·pie−3 en Unidades acostumbradas de Estados Unidos).
Dado la gravedad específica de una sustancia, su densidad real puede ser
calculada invirtiendo el fórmula ante dicho:
Una sustancia de la referencia con excepción del agua se especifica de vez
en cuando (por ejemplo, aire), en este caso la gravedad específica significa la
densidad en relación con esa referencia.
La gravedad específica está por la definición sin dimensiones y por lo tanto
no el dependiente en el sistema de unidades utilizó (e.g. lingotes·pie−3 o
kilogramo·m−3). Sin embargo, las dos densidades se deben por supuesto
convertir a las mismas unidades antes de realizar el cálculo numérico de
cociente.
Motores
Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica
en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. Algunos
de los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energía
mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores. Los motores
eléctricos de tracción usados en locomotoras realizan a menudo ambas tareas,
si se los equipa con frenos regenerativos.
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Son ampliamente utilizados en instalaciones industriales, comerciales y
particulares. Pueden funcionar conectados a una red de suministro eléctrico o
baterías. Así, en automóviles se están empezando a utilizar en vehículos
híbridos para aprovechar las ventajas de ambos. Los motores de corriente
alterna y los de corriente continua se basan en el mismo principio de
funcionamiento, el cual establece que si un conductor por el que circula
una corriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo
magnético, éste tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de
acción del campo magnético. El conductor tiende a funcionar como
un electroimán debido a la corriente eléctrica que circula por el mismo
adquiriendo de esta manera propiedades magnéticas, que provocan, debido a
la interacción con los polos ubicados en el estátor, el movimiento circular que
se observa en el rotor del motor.
Partiendo del hecho de que cuando pasa corriente por un conductor produce
un campo magnético, además si lo ponemos dentro de la acción de un campo
magnético potente, el producto de la interacción de ambos campos magnéticos
hace que el conductor tienda a desplazarse produciendo así la energía
mecánica. Dicha energía es comunicada al exterior mediante un dispositivo
llamado flecha.
En diversas circunstancias presenta muchas ventajas respecto a los motores
de combustión:
A igual potencia, su tamaño y peso son más reducidos además de que se
pueden construir de cualquier tamaño, estos motores se caracterizan por tener
un par de giro elevado y, según el tipo de motor, prácticamente constante.
Su rendimiento es muy elevado (típicamente en torno al 75%, aumentando el
mismo a medida que se incrementa la potencia de la máquina), este tipo de
motores no emite contaminantes, aunque en la generación de energía
eléctrica de la mayoría de las redes de suministro si emiten contaminantes.
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Figura No.8. Motores. Elementos básicos para su instalación.
Diversos motores eléctricos.
Los motores de corriente continua se clasifican según la forma como estén
conectados, en:

Motor serie

Motor compound

Motor shunt

Motor eléctrico sin escobillas
Además de los anteriores, existen otros tipos que son utilizados en electrónica:

Motor paso a paso

Servomotor

Motor sin núcleo
Los motores de C.A. se clasifican de la siguiente manera:
Los motores asíncronos o de inducción son aquellos motores eléctricos en los
que el rotor nunca llega a girar en la misma frecuencia con la que lo hace el
campo magnético del estator. Cuanto mayor es el par motor mayor es esta
diferencia de frecuencias.
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Un rotor de jaula de ardilla es la parte que rota usada comúnmente en un motor
de inducción de corriente alterna. Un motor eléctrico con un rotor de jaula de
ardilla también se llama "motor de jaula de ardilla". En su forma instalada, es un
cilindro montado en un eje. Internamente contiene barras conductoras
longitudinales de aluminio o de cobre con surcos y conectados juntos en ambos
extremos poniendo en cortocircuito los anillos que forman la jaula. El nombre
se deriva de la semejanza entre esta jaula de anillos y barras y la rueda de un
hámster (ruedas probablemente similares existen para las ardillas domésticas)

Motor de arranque a resistencia. Posee dos bobinas una de arranque y
una bobina de trabajo.

Motor de arranque a condensador: Posee un capacitor electrolítico en
serie con la bobina de arranque la cual proporciona más fuerza al momento de
la marcha y se puede colocar otra en paralelo la cual mejora la reactancia del
motor permitiendo que entregue toda la potencia.

Motor de marcha.

Motor de doble capacitor.

Motor de polos sombreados o polo sombra.

Motor de Inducción.
A tres fases
La mayoría de los motores trifásicos tienen una carga equilibrada, es decir,
consumen lo mismo en las tres fases, ya estén conectados en estrella o en
triángulo. Las tensiones en cada fase en este caso son iguales al resultado de
dividir la tensión de línea por raíz de tres. Por ejemplo, si la tensión de línea es
380 V, entonces la tensión de cada fase es 220 V.
El rotor devanado o bobinado, como su nombre lo indica, lleva unas bobinas
que se conectan a unos anillos deslizantes colocados en el eje; por medio de
unas escobillas se conecta el rotor a unas resistencias que se pueden variar
hasta poner el rotor en corto circuito al igual que el eje de jaula de ardilla.

Motor universal
26

Motor de Inducción-Repulsión.

Motor de fase partida

Motor por reluctancia

Motor de polos sombreado

Motor de rotor devanado.
En este tipo de motores y en condiciones normales, el rotor gira a las mismas
revoluciones que lo hace el campo magnético del estator.
27
VII.PLAN DE ACTIVIDADES
(Realizar un grafico d las actividades descritas para el desarrollo del proyecto)
En este capítu
lo deberá
28
presentarse una grafica de las actividades programadas para el logro del
proyecto.
VIII. RECURSOS MATERIALES Y HUMANOS
Lista de recursos materiales
-
Equipo de computo
-
Papelería
-
Catálogos de productos
-
Carpetas de Información técnica
-
Software (EasySelect)
En este capítulo se debe presentar la lista de recursos necesarios para el
desarrollo
del proyecto, esta lista debe incluir los recursos humanos, la
maquinaria, el equipo y de más herramienta que se requiera para garantizar los
resultados programados.
29
IX. DESARROLLO DEL PROYECTO
En una reunión con el Ing Isidro Tello, con el objetivo de determinar el
proyecto de estadía en la empresa KSB de México, fue analizar las diferentes
problemáticas en el área de ingeniería de aplicación, determinándose que el
proyecto consistiría en elaborar una oferta técnica y comercial para equipos de
bombeo que serían instalados en Ciudad Juárez Chihuahua para dar respuesta
a una solicitud del cliente Degremont.
La primera actividad constituyo en revisar la solicitud presentada, donde se
indicaban las especificaciones que debían cumplir los equipos instalados en el
estado de Chihuahua, estos datos fueron producto de un estudio técnico
realizado por el cliente en esa localidad, a continuación se muestra la lista de
requerimientos que debían cumplir los equipos ofertados :
Condiciones geográficas y meteorológicas
 Altitud
:
1114 m.s.n.m. (Planta)
 Temperatura máxima media:
:
35.4°C (En julio).
 Temperatura
máxima :
45°C (En julio de 1958).
extrema:
 Temperatura mínima media:
 Temperatura
:
mínima :
-0.9ºC (En enero).
-23°C (En enero de 1962).
extrema:
 Precipitación media anual:
252.3 mm. (1957 – 1989).
 Precipitación media extrema:
49.9 mm. (En agosto).
 Clima:
:
Semidesértico extremoso
 Humedad Relativa:
:
40 %
 Zona Sísmica
:
“B”
 Velocidad del Viento
:
144 Km/Hr.
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Alimentación eléctrica
 Tensión trifásica motor (baja :
460 V AC/3 fases
tensión)
 Tensión trifásica motor (media :
4160 V AC/3 fases
tensión)
 Tensión
monofásica :
electromecánica
220-127 V AC/3 fases
4H
 Frecuencia
:
60Hz
 Electroválvulas
:
127 V AC
 Control
:
127 V AC/1 fase 2H
 Instrumentación
:
110/120 V AC / 24
VCA
 Tiempo de operación de la :
planta
 Grados de protección
24
h/día
–
365
días/año
:
Ambiente
interno:
IP44 / IP55
Ambiente
externo:
IP55 / IP65
Equipos sumergidos:
IP68
Aislamiento / Calentamiento
: F/B
Sistema de medición
Todas las dimensiones y unidades de medida serán en unidades del Sistema
Métrico Decimal.
Una vez revisada la lista de requerimientos presentada por el cliente, se
analizaron los caudales que debían cumplir los equipos de bombeo con el
apoyo de nomogramas de curvas estandar (Ver Tabla 1) el propósito fue
analizar el flujo requerido para cada operación con el uso del software
EasySelect.
31
Una vez determinado el flujo que los equipos debían cumplir, se revisó
nuevamente para verificar posibles errores de análisis y así poder acercarnos a
las condiciones reales del cliente con el apoyo del software EasySelect para
describir aspectos, como la velocidad, ya que en algunos casos los cambios en
la presión en uno de los lados de los impulsores, la presión puede ser irregular
sobre el impulsor de tal manera que esto puede llegar a manifestarse en un
empuje radial que desvía el eje de la bomba causando los siguiente:

una carga excesiva sobre los cojinetes

una excesiva desviación de los sellos mecánicos

un desgaste irregular del forro del eje
Sin embargo tomando en cuenta la situación antes descrita, en el proyecto se
analizaron los posibles escenarios que pudieran presentarse y evaluar los
daños que pudieran presentarse antes, durante y después de la operación de
los equipos.
Una vez arrojados los resultados de estas evaluaciones con el software, se
procedió a revisar los lineamientos y las condiciones sobre la composición de la
metalurgia del material, después de haber elegido los equipos que cumplían
con las condiciones de gasto y carga requerida se reviso la disponibilidad de
los equipos para dar paso a la selección de los equipos y así definir la
composición de los materiales para la construcción del equipo de bombeo. Al
mismo tiempo con el grupo de Ingenieros de aplicación se tomaron las
características especificas de la composición de los elementos mas
importantes para la construcción de los equipos tomando en cuenta el fluido a
transportar con el propósito de comenzar el vaciado de la información técnica
en las hojas de datos (DataSheet) que precisan los material de la carcaza,
flecha e impulsor de forma general.
32
Tabla 1. Caudales. Muestra el caudal según la carga y altura del equipo
En efecto al tomar forma la propuesta técnica del estudio técnico, se realizó la
primera selección de los equipos de bombeo, es importante mencionar que los
documentos y estudios se entregaron al cliente para su análisis y estos fueron
tratados como estrictamente confidenciales.
En la elaboración de la oferta técnica era indispensable elegir los equipos
mecánicos y sus componentes se requirió un diseño de vida útil de 25 años,
excepto para aquellos sujetos a desgaste como son: sellos juntas o cojinetes
para lo cual KSB de Mèxico debía surtir refaccionamiento para 2 años de
operación.
Con el uso de herramientas virtuales para la configuración de los equipos, los
esquemas de protección contra la corrosión que se aplicaron tenían que ser
33
garantizados por un lapso de 5 años, a partir de la puesta en operación de la
Planta.
La selección de los equipos se utilizó el programa Easyselect que consiste en
un software que fue desarrollado para la selección de equipos de origen
Europeo, este software cuenta con la versión para clientes y proveedores, en la
Figura No. 9 se muestran los equipos disponibles para el uso de lodos
(residuos de carcomo), donde podemos visualizar del derecho las aplicaciones
donde puede operar el equipo.
Figura No. 9 Pantalla principal. Insertar datos.
Una vez seleccionados los equipos, se insertan los caudales y las temperaturas
que deben de soportar, tomando como base los criterios mencionados por el
cliente, donde como resultado despliega la ficha técnica de los equipos
opcionales que puede utilizarse, además de que muestra el plan de sellado
recomendado, para este caso en concreto no fue necesario evaluar un plan de
sellado especial, según la operación de los equipos mencionada no exigia un
sello de diferentes características a la estándar.
34
Figura No. 10 Equipos disponibles. Selección del equipo.
Después de seleccionar el equipo en Easyselect muestra los datos técnicos de
cada equipo “estándar” ya que la bomba existe de forma virtual, es importante
mencionar que una vez fabricados los equipos son despachados con números
de serie que es la identidad del equipo y esto ayuda al cliente a que más
adelante cuando se necesite servicio o refaccionamiento se pueden identificar
las características especificas del equipo en operación.
Figura No. 11. Ficha técnica. Muestra la información técnica estándar del
equipo seleccionado.
35
Por último el programa nos proporciona los materiales que se pueden utilizar,
con base a las hojas de datos, la selección de los materiales es un punto
importante ya que muchas veces esto aumenta o disminuye la vida del equipo,
varias veces los equipos son modificados de forma incorrecta por diversos
proveedores y por tanto las partes internas del equipo son las que se ven
afectadas por la mala elección que a la larga aumenta los costos por
mantenimiento y refaccionamiento del equipo.
Figura No. 12 Materiales. Selección de materiales así como el acoplamiento
del motor.
Durante la parte de seguimiento, fueron elaborados los dibujos seccionales
correspondientes para cada equipo con el fin de proporcionar tipo de soporte
que tendrían los motores (Figura No.13) así como los Certificados de Calidad
de los materiales de los componentes principales, esta parte fue muy
importante ya que sin ellos puede ser posible obtener el anticipo
correspondiente para la fabricación de dichos equipos.
Con el estudio técnico y de costos, estos fueron los equipos de bombeo (sin
incluir el motor) que serían instalados en la planta Degremont: (Ver Tabla 2)
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Listado de equipos instalados
Equipo
Tamaño
Cantidad NPSH
Aplicación
Etaline
65-160/1502 N11
1 9.46 Agua desinfectada
Megaflow K65-200
6 5.96 Lodos mezclados
Megaflow K 100-315
3
9.5 Lodos digeridos
Internorm 32-200
3
9.7 Agua desinfectada
Meganorm 40-250
1
9.8 Agua desinfectada
Etaline
150-250/756 G10
2 3.75 Agua caliente
Etaline
100-170/304 G11
3 4.04 Agua suavizada
KRT K
300-400
5 9.75 Lodos mezclados
Amarex
NF50-220
4 11.5 Extracción de lodos
KRT K
100-251/164 XG
3 9.69 Recirculación de agua
Tabla No 2. Lista de equipos ofertados y adquiridos por el cliente
Degremont.
Los materiales de los equipos electromecánicos para el caso especifico de los
motores estos se cotizaron con diversos proveedores de acuerdo a hojas de
datos y dibujos seccionales proporcionadas por el área de ingeniería, donde se
mencionaban aspectos como si el equipo debía estar en la intemperie o no,
voltaje, soporte, revoluciones y potencia, se hizo la referencia para que el
proveedor garantizara durante un periodo de 36 meses a partir de su entrega o
24 meses de la puesta en funcionamiento del equipo o lo que ocurriera primero,
ya sea contra defectos de fabricación mediante una carta de garantía
entregada antes de ser despachados, cabe hacer mención que las bombas
iban a ser de origen a Alemán y estas van a ser acoplados a motores de
fabricación nacional.
Después de haber elaborado el vaciado de la información técnica y los costos,
se presentó la oferta al cliente donde se enlistaron los equipos antes
mencionados (Ver Tabla No. 2). En una reunión llevada a cabo con el área de
ventas de KSB y personal de Ingeniería de Degremont para la evaluación de la
oferta. Una vez revisada la oferta y validados los términos de contrato, se
recibió el pedido de los equipos ofertados, lo que dio paso a revisar cantidades
compradas contra las ofertadas para continuar con la elaboración de la orden
de venta de los equipos y comenzar con la adquisición de los equipos a KSB
Alemania y los motores nacionales.
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Trabajando con el área de ingeniería de aplicación, se realizaron equipos de
trabajo de los departamentos de Compras, Calidad, Ingeniería, Almacén e
Importaciones debido a que las bombas se adquieren en KSB Alemania para
comprometer las actividades de las áreas mencionadas así como los diversos
proveedores para entregar el material en tiempo y forma con el objetivo de que
no afectar la fabricación y ensamble de los equipos dentro de un periodo ya
determinado.
Después de haber confirmado la entrega de los equipos a KSB de México y
una vez recibidos los motores, se pintaron
las bases donde van a ser
apoyados los equipos, para cuando llegaran los motores ensamblaran en las
bases.
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Figura No 13. Ejemplo de los dibujos a entregados al cliente.
Con el apoyo del laboratorio de pruebas, los equipos se sometieron a pruebas
para verificar el caudal, después de que los equipos fueron fabricados y
probados, KSB de México se dió a la tarea de entregar la siguiente información
referida a las refacciones utilizadas en sus equipos:
39

Planos de corte con señalamiento y nomenclatura (Ver Figura No. 13)

Lista incluyendo número de parte (Ver Figura No. 14)

Dimensiones y peso del repuesto

Tiempo estimado de entrega.
Figura No. 14 Despiece del equipo. Muestra los elementos que
construyen la Bomba.
Todo esto se elaboró con el apoyo del área de ingeniería, se incluyeron listas
de partes de repuesto que fueron necesarias para el arranque y la puesta en
operación. Del mismo modo, se hizo mención en los manuales de operación
de los elementos a ser reemplazados pueden ser por los siguientes motivos:

Uso, corrosión o erosión durante el funcionamiento normal del equipo

Defectos que provocan la detención de los equipos

Daños o rupturas provocadas durante el mantenimiento o las
inspecciones de rutina de los equipos.
40
En la fabricación de los equipos KSB de México nos asegurarnos del embalaje
de los equipos desde el embarque en planta hasta que el equipo fue
depositado en la obra (o hasta ser instalado), las precauciones y las
operaciones preventivas se llevaron cabo según lo mencionado en la lista de
requerimientos para garantizar el perfecto estado del equipo, por lo que se
tomó la decisión de tener un transporte especial para que llegara a su destino
sin problemas y el personal de Degremont tomara las acciones pertinentes
para su instalación una vez que ellos ya habían revisado los manuales de
instalación y operación previamente enviados antes de recibir los equipos.
41
IV. RESULTADOS OBTENIDOS
Con la elaboración del proyecto se establecieron las condiciones óptimas para
la instalación de Equipos de Bombeo, se realizó la selección del motor en base
al caudal de la bomba, tomando como base la lista de requerimientos
proporcionada (caudal y gasto) para que cumpliera con las condiciones
deseadas.
En el proyecto se determinaron los materiales que cumplían con la resistencia
al fluido (abrasivo) de la planta de aguas de tratamiento, con ello se garantizo
la baja cavitación que es originada dentro del equipo cuando está en operación,
es importante mencionar que este fenómeno se presenta de manera natural
por la absorción de aire al momento de la succión del fluido, con ello se
determinaron los planes de sellado y los accesorios de los equipos tales como
cables de alimentación, cables guía y sensores de temperatura, cumpliendo así
con los requerimientos del cliente en tiempo y forma con lo negociado.
XI. CONCLUSIONES
Como se puede apreciar en el desarrollo de este proyecto, la
construcción de equipos es compleja, porque en la mayoría de los casos es
indispensable saber en donde se utilizaran los equipos, estos es porque se
adaptan a las condiciones específicas que los clientes necesitan. Sin embargo
la profundidad del estudio técnico y comercial siempre es necesaria, sobre
todo
cuando
los
clientes
son
grandes
empresas
u
organismos
gubernamentales, cabe mencionar que es muy importante tener cuidado en la
fabricación de los equipos, así como al definir el tiempo de entrega, en la
mayoría de las ocasiones se estipula que si no se cumplen con los tiempos se
penaliza con montos que pueden llegar hasta el 20% del valor total de la
compra, este proyecto nos da un panorama general de los factores que se
deben considerar en la elaboración de un proyecto de estas dimensiones.
42
XII. RECOMENDACIONES
En esta clase de proyectos es importante que el cliente realice un control
de los equipos instalados así como programar algunas visitas del área de
reparaciones para diagnosticar el estado de los equipos con el fin de prolongar
el tiempo de vida, otro aspecto que ayudaría en gran medida es elaborar listas
de partes de los equipos (enviadas previamente al cliente) por separado con la
finalidad de compararlas para encontrar las partes que son similares entre si y
solicitar partes de repuesto de las bombas para tener en stock, que puedan ser
requeridas ante cualquier eventualidad que pudiera suscitarse, esto es posible
debido a que tenemos bombas del mismo tipo.
Los equipos de bombeo así como las válvulas se venden e instalan de acuerdo
a la solicitud, por tanto la recomendación es el propósito de elaborar una oferta
técnica y comercial, sin embargo la apreciación de los resultados surge cuando
se materializan las ideas propuestas, por otra parte el cliente o distribuidor
decide la forma más conveniente de construir el sistema de bombeo sobre todo
con la evaluación de la propuesta comercial. Un dato que ayudaría al selección
de los equipos sería el proporcionar datos de los fluidos que va a transportar el
equipo debido a que no en todos los casos se dispone de la información
suficiente para la elección de los impulsores correctos para la aplicación porque
algunas veces se ofrece para un degaste menor al deseado por el cliente.
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XIII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Oxford University Press . ( 1982). Mecánica de fluidos y maquinas hidráulicas de
publicaciones de Oxford University Press . México.: AlfaOmega.
Ranal V. Giles. ( 1994). Manual de Fluidos e Hidráulica para la resolución de problemas
básicos . México.: Mc-Graw Hill
Software Easyselect. (2011). Consultado el 20 de marzo del 2011, configuración y
selección de equipos http://www.ksb.com/ksb-en/KSB-EasySelect/.http://www.ksb.com/ksben/KSB EasySelect/pumpsconfigurator
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