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Índice
1 Motores Acoplados a Bombas
2 Motores Eléctricos
3 Motores de Combustión Interna.
4 Otros Dispositivos Acoplados a Bombas
Conclusión
Problema Propuesto
Referencias
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Eficiencia de los motores
11/04/2013
Re
Salidad DeseadaDesempeño
Entrada querida
La eficiencia indica
Un proceso
De conversión o transferencia de energía
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Eficiencia
Eficiencia de una bomba
Una eficiencia de combustión
mec fluidoBOMBA
mec eje
E
W
..............( .4)
.COMBUS
Cant calor liberado por la combustiónEc
Poder calorífico del combust quemado
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2 Motores Eléctricos
Ventajas
Menor inversión
inicial
Facilidad de operación y
mantenimiento
Vida útil más prolongada.
ITSCO Ingeniería Petrolera (607-A)
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2.1 Voltaje
Motores Voltaje HP
Monofásico 110/220 volts 1HP
Trifásico
220/440 volts 20 HP
440 volts 200 HP
440/2200/4000 volts Mayores
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Selección de Voltaje
de Operación
Costo inicial del equipo, un motor de 100HP a 100 volts será más caro que a 440
Costo de mantenimiento.
Riesgos al personal de operación y mantenimiento.
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2.3 Velocidad de los motores eléctricos
Se refie
ra a la
velocid
ad de
giro del c
ampo m
agnético
del inducto
r o esta
tor
Velocidad
sincrónica
RealEs
la ve
locidad
de
rota
ción
del
inducido o ro
tor
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2.4 Característica de operación
1. Corriente de arranque: 5 a 10 veces la corriente a plena carga.
2. Siempre deben ir controlados por un interruptor y un arrancador.
3. Par de arranque bajo.
4. Par máximo: 2 a 2.5 veces el par de operación.
5. Velocidad de operación: buena, puede disminuir 5% entre el arranque y la carga total.
6. Control de velocidad: ninguno, trabaja a la velocidad especificada.
7. Apropiada para cargas constantes y operación continua. Excelente para bombas centrifugas.
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2.5 Tipo de cubierta
Tipo ¿Para que sirven?
Abierto Para ambiente limpio y seco.
A prueba de goteo
Ambiente limpio con goteo de agua.
A prueba de salpicaduras
Cerca de caídas o salpicaduras de agua
A prueba de explosión
Para ambientes con polvos o gases explosivos.
Totalmente cerrado
Para ambiente con polvos, gases explosivos y otros efectos.
ITSCO Ingeniería Petrolera (607-A)
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2.6.- Subestación eléctrica
Partes que la componen
Transformador
Cuchillas
fusibles
Aparta rayos
Seleccionador
Medidor
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Transformador
Es un aparato mediante el cual se cambia el voltaje de la corriente para obtener el requerido.
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Seleccionador Se utiliza para
proteger la instalación contra cualesquiera tipos de fallas debidas a sobrecarga de la corriente, originada por un corto circuito o alguna otra falla.
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Cuchillas y fusibles Permiten proteger la
instalación contra sobre-corrientes por fallas en la línea de alimentación y también la desconexión con carga del trasformador para poder darle servicio de mantenimiento.
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Aparta rayosProtege la
subestación contra descargas de estos (Rayo eléctricos) meteoros.
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2.7 Clasificación y determinación de la potencia de motores eléctricos.
La National Electric Manufactures Association (NEMA), es decir, la Asociación Nacional de Fabricantes de Equipo Eléctrico de los U.S.A, clasifica los motores eléctricos de acuerdo con sus diversas características, tales como el par que desarrolla a rotor bloqueado, par máximo desarrollado, corriente de arranque o algunas otras.
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Clase B
Utilizada característica
•Bombas centrifugas de diversos tipos •Bombas turbinas verticales
•Par de arranque normal•Baja corriente de arranque
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clase D
Bombas positivas del tipo reciprocarte o alternativo, suelen emplearse motores eléctricos
Alto par de arranque, baja corriente de arranque y alto deslizamiento
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El procedimiento práctico para encontrar el factor de potencia (fp)
• Entre fases en el secundario del trasformador
Se miden el voltaje y la corriente
• Entre fases con un wattmetro en el motor.
Se mide la potencia • el factor de
potencia (fp).
Se calcula
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3 Motores de Combustión Interna.
En este tipo de motores la energía mecánica aprovechada es la que proviene de la combustión casi total de combustible en el motor.
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3.1 Tipo de ignición.
Diesel
• El efecto se produce sometiendo dicha mezcla a una alta presión.
Eléctrica
• En los primeros, la mezcla de aire y gasolina vaporizada se quema con la chispa de una bujía
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3.2 Enfriamiento
Por aire
Se distinguen por sus aletas de radiación alrededor de los cilindros
En algunos casos con ventilación directa a base de ducto
Por agua
Puede disponer de un radiador con su ventilador ya sea integral al motor o separado
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3.5 VelocidadEl motor de combustión interna puede variar su velocidad por medio de un gobernador que lo ajusta a la que se desee.
Su potencia varía de acuerdo con sus rpm y su consumo de combustible.
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Cálculos aproximados de consumo de combustible
Valores de referencia
Tractolina (4 tiempos) _ 300 gr/HP/hora, w’ = 0.8 Kg/litro
Gasolina (4 tiempos) _ 280 gr/HP/hora, w’ = 0.750 Kg/litro
Diésel (2 tiempos) _200 gr/HP/hora, w’ = 0.860 Kg/litro
Calculo del consumo de combustible
K potencia útil
Potencia neta
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potencia en la
flecha del motor
pérdidas propias
Potencia neta
37
3.7 Selección del Motor No resulta conveniente que un motor trabaje en sus condiciones
máximas o muy cerca de ellas, pues su vida económica puede acortarse por su mayor desgaste, aunque por otra parte tampoco conviene elegir un motor muy sobrado
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3.8 Cabezal de engranes. Cuando así se requiera, debe conocer la potencia efectiva y la
velocidad del motor con la cual se proporciona aquélla, la velocidad de la bomba, así como el empuje vertical de esta.
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3.9 Cabezal de descargaConocido el modelo de cabezal de engranes y
sus características de tamaño, se podrán definir las de la cabeza de descarga a la que deberá acopiarse la columna de la bomba, o bien, éste influirá en la determinación anterior, según la bomba a la que tendrá que accionar.
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3.10 Flecha flexible.
Para la elección de la flecha flexible, se deberán consultar las tablas, diagramas y nomogramas de los catálogos respectivos, tomando como argumentos los datos de velocidad y potencia.
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3.11Tanque de combustible.
Descripción
1. Lámina negra de 4.762mm (3/16 in) de espesor.
2. Capacidades para 10, 000 litros
3. Peso de 1100 kg.
4. Dimensiones son de 1.70m de diámetro por 4.50m de largo.
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Procedimiento de montaje
Se monta sobre tres silletas de concreto o de mampostería de piedra de suficiente altura para que el combustible del tanque, aun con poca carga, circule libremente hacia la toma del motor, y con una pendiente adecuada hacia el dren.
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4 Otros Dispositivos Acoplados a Bombas
4.1 Unidades de Arranque
Unidades de arranque a tensión plena.
Accionamiento
Manual
Unidades de arranque a tensión reducida.
Eléctrico
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ARRANCADORES
Son dispositivos diseñados para iniciar la operación de los motores eléctricos además de protegerlos de sobrecargas o fallas de la línea de alimentación.
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Unidades de arranque a tensión plena
Son aquellas unidades que conectan directamente el motor a la línea de alimentación que viene del interruptor general. Este tipo de arrancador se utiliza cuando las corrientes de arranque no causan disturbios a los demás equipos o al sistema eléctrico
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Unidades de arranque a tensión reducida
Son aquellos dispositivos que proporcionan una tensión menor a la nominal en el arranque del motor, por sólo unos segundos (entre 8 y 15), ya que cuando el motor ha vencido la inercia del rotor en el estado de reposo, el arrancador suministra el 100 % de la tensión.
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4.2 Interruptores Los interruptores son dispositivos de protección y desconexión
de circuitos eléctricos.
• Operan térmicamente, con listones fusibles desechables
De navajas con fusibles
• Cuando elemento térmico, se calienta se efectúa el disparo
Termomagnético.
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Conclusión
Como vimos un motor de combustión interna tendrá un menor rendimiento y potencia con el inconveniente del costo del combustible.
Los rendimientos tanto del motor de combustión interna y los motores eléctricos, son indispensables para el cálculo general del rendimiento de las bombas, tomamos en cuenta los trabajos realizados tanto por el eje de la bomba, como por el trabajo que realizaría un motor eléctrico.
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Conclusión
Debemos recordar que la potencia de los motores de combustión interna disminuye con la altura. Los motores eléctricos en todo caso son los más usados.
Dos dispositivos esenciales que se encuentran acoplados a una bomba son los interruptores y los sistemas de arranque.
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Problema Propuesto
5.2 Una bomba de aceite extrae 35 kW de potencia eléctrica mientras bombea aceite con ρ = 860 kg/m3 a una tasa de 0,1 m3/s. Los diámetros de entrada y salida de la tubería son 8 cm y 12 cm respectivamente. Si el aumento de presión en la bomba se determina como 400 kPa y la eficiencia del motor es de 90 %, determine la eficiencia mecánica de la bomba. (Figura 12).
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Datos:
3
3
1
2
860
0.1
8
12
400
Kgm
msQ
D cm
D cm
P kPa
Datos:
51
Problema Propuesto SoluciónSolución:
La Eficiencia mecánica de la bomba viene expresada por la Ecuación 3 que nos
dice:
.......................( .3)mec fluidoBOMBA
mec eje
EEc
W
Es conocido la eficiencia del motor eléctrico que es del 90%, del cual si vemos
proviene de la Ecuación 2:
.......................( .2)mec ejeMOTOR
eléctrica
WEc
W
Despejando la potencia en el eje de la Ecuación 2 tenemos:
mec eje MOTOR eléctricaw W
Ahora resolvemos el despeje de la Ecuación 2 para determinar la potencia
mecánica en el eje:
0.9 35
31.5
mec eje
mec eje
w kW
w kW
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Problema Propuesto Solución
Teniendo la variable anterior, necesitamos determinar la energía mecánica del
fluido, esta se determinara con la siguiente ecuación:
2 2
2 1 2 12 13
...............( .23)2 10mec fluido
p p V VE m g Z Z kW Ec
Dónde:
2 1
22 1
2 1
lujo de masa
iferencia de presion
Diferencia de Velocidad al Cuadrado
Aceleracion de la Gravedad
Diferencia de Altura
m F
p D
V
g
Z
Para poder resolver la Ecuación 24, primero buscamos sus variables. El flujo de
masa se determina por la siguiente ecuación:
................( .24)m Q Ec
Resolviendo la Ecuación 24 tenemos:
3
30.1 860 86kg kgms sm
m
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Problema Propuesto SoluciónDeterminamos ahora la presión, siendo que:
2 1 400P P P kPa ,
Las alturas Z2 y Z1 son despreciables
Las velocidades se obtienen a partir del caudal, utilizaremos la siguiente ecuación
para determinarla:
2
4.................( .25)
Q Q mV Ec
A D s
Con la anterior ecuación resolvemos para la velocidad 1 y 2:
3
3
1 2
2 2
4 0.119.89
0.08
4 0.18.84
0.12
ms
ms
ms
ms
Vcm
Vcm
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Problema Propuesto SoluciónYa teniendo las variables anteriores, vamos a sustituirlas en la Ecuación 23 para
encontrar la energía mecánica del fluido:
3
2 2
3
8.84 19.8940086
860 2 10
26.35
m ms skg
smec fluido kgm
mec fluido
kPaE
E kW
Ahora bien ya que tenemos los resultados de las ecuaciones 23 y el despeje de la
ecuación 2, resolveremos la ecuación 3 para saber la eficiencia con que trabaja la
bomba:
26.350.8365
31.5BOMBA
kW
kW
Tenemos entonces que debido al resultado anterior llegamos a que la eficiencia de
nuestra bomba será de un 83.65%.
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Referencias
I. Electrónicas
es.wikipedia.org/wiki/Motor_eléctrico
http://www.mcgraw-hill.es/bcv/guide/capitulo/8448173104.pdf
http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_combusti%C3%B3n_interna
http://www.slideshare.net/linkin_po/motores-de-combustion-interna-presentation
http://www.banrepcultural.org/blaavirtual/ciencias/sena/mecanica/gas-preconversion-vehiculos/gaspre5a.htm
http://www.industronic.com.mx/UPS%20Serie%20Basica%20101/M%C3%B3dulo%2021%20Arrancadores%20Estat%C3%B3ricos.pdf
Ing. Carlos Fidel Cruz Mamani, Termodinámica Técnica, Universidad Técnica de Oruro, 2010, PDF.