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  Guía de Asistencia Técnica de EE en Sistemas Motrices Sistemas de Bombeo 2010 

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Guía de Asistencia Técnica de EE en Sistemas Motrices

Sistemas de Bombeo 

2010 

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Sistemas de Bombeo

Guía de Asistencia Técnica de EE en Sistemas Motrices Pág. 2 

ÍNDICE

1.  INTRODUCCIÓN ...................................................................................... 5 

2.  OBJETIVO DE LA GUÍA ............................................................................. 7 

3.  TIPOLOGÍA DE LOS SISTEMAS DE BOMBEO ............................................. 8 

3.1  TIPOS DE BOMBAS: ...................................................................................... 8 

3.1.1  Centrifugas (Dinámicas) ..................................................................... 8 

3.1.2  Desplazamiento positivo: .................................................................... 9 

3.2  COMPONENTES DEL SISTEMA DE BOMBAS........................................................... 12 

4.  IDENTIFICACIÓN DE OPORTUNIDADES DE EFICIENCIA ENERGÉTICA ... 13 

4.1  REGISTRO DEL SISTEMA............................................................................... 13 

4.2  MOTOR ELÉCTRICO..................................................................................... 13 

4.3  SISTEMA ................................................................................................ 13 

5.  MEDIDAS DE EFICIENCIA ENERGÉTICA ................................................. 15 

5.1  DE OPERACIÓN ......................................................................................... 15 

5.2  DE DISEÑO.............................................................................................. 16 

5.3  DE MANTENCIÓN ....................................................................................... 21 

5.4  MEDIDAS DE EE POR NIVEL DE INVERSIÓN ......................................................... 23 

5.4.1  Medidas de Baja Inversión ................................................................ 23 

5.4.2  Medidas de Mediana Inversión ........................................................... 23 

5.4.3  Medidas de Alta Inversión ................................................................. 23 

5.5  AHORROS ESTIMADOS POR MEDIDAS DE EE ........................................................ 25 

6.  CASOS PRÁCTICOS ................................................................................ 26 

6.1  CONSUMO ENERGÉTICO Y COSTO ANUAL DE OPERACIÓN DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA. ....... 26 

6.2  ESTIMACIÓN DEL AHORRO ENERGÉTICO Y ECONÓMICO DE LAS MEDIDAS DE EE. .............. 28 6.2.1  Medida 1: Control ............................................................................ 28 

6.2.2  Medida 2: Uso de sellos mecánicos ..................................................... 31 

6.2.3  Medida 3: Reducción de caudal .......................................................... 33 

6.2.4  Medida 4: Uso de variadores de velocidad ........................................... 37 

6.2.5  Medida 5: Instalar una bomba más eficiente ....................................... 40 

6.2.6  Medida 6: Cambio del tamaño del motor ............................................. 43 

7.  RELACIÓN DE TÉRMINOS TÉCNICOS. .................................................... 45 

8.  REFERENCIAS. ....................................................................................... 47 

9.  ANEXOS. ................................................................................................ 48 

9.1  PRINCIPIOS DEL SISTEMA DE BOMBAS............................................................... 48 

9.1.1  Gasto Volumétrico (Q) ...................................................................... 48 

9.1.2  Potencia de la bomba ....................................................................... 48 

9.1.3  Eficiencia de la bomba ...................................................................... 49 

9.1.4  Altura Neta Positiva de succión disponible (NPSH) disponible ...................... 49 

9.1.5  Altura Neta Positiva de succión requerida (NPSH) requerido ....................... 50 

9.1.6  Curvas características ....................................................................... 51 

9.1.7  Conexiones entre bombas ................................................................. 53 

9.1.8  Conexión de bomba con el sistema de tuberías .................................... 54 

9.1.9  Aplicaciones en la industria ............................................................... 56 

9.2  MANTENIMIENTO DE LOS SISTEMAS DE BOMBEO .................................................. 59 

9.2.1  Bomba ............................................................................................ 59 

9.2.2  Motor ............................................................................................. 59 

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Sistemas de Bombeo

Guía de Asistencia Técnica de EE en Sistemas Motrices Pág. 3 

9.2.3  Mantenimiento según tipo ................................................................. 60 

9.3  EJEMPLO DE DISEÑO DE UN SISTEMA DE BOMBEO ................................................. 81 

9.4  MOTORES ELÉCTRICOS................................................................................ 85 

9.4.1  Introducción .................................................................................... 85 9.4.2  Escenarios de evaluación .................................................................. 85 

9.4.3  Caracterización del parque actual de motores ...................................... 86 

9.4.4  Caracterización de los motores nuevos ............................................... 87 

9.4.5  Determinación de criterios de decisión para la selección de motoreseléctricos basados en el CAE......................................................................... 90 

Índice de Figuras

Figura 1 Proporción típica de los costos del ciclo de vida de un sistema de bombeo ..... 6 

Figura 2 Tipos de bombas .................................................................................... 8 

Figura 3 Bomba centrífuga ................................................................................... 9 

Figura 4 Bomba centrífuga ................................................................................... 9 Figura 5 Bomba reciprocante .............................................................................. 10 

Figura 6 Bomba de lóbulos dobles (A: Pistón rotatorio 1; B: Cuerpo de la bomba; C:pistón rotatorio 2) ....................................................................................... 10 

Figura 7 Bomba de engranajes ........................................................................... 11 

Figura 8 Componentes de un sistema de bombeo ................................................. 12 

Figura 9 Bomba centrífuga con inductor (rodete auxiliar previo) ............................. 17 

Figura 10 Variación del NPSH requerido sin y con inductor en función al caudal ........ 18 

Figura 11 Bombas en paralelo ............................................................................ 19 

Figura 12 Instalación de 3 bombas en paralelo ..................................................... 19 

Figura 13 Diagrama de CAMERER ....................................................................... 21 

Figura 14 Diagrama de Sankey para Bomba Estudiada .......................................... 27 

Figura 15 Factor de potencia y eficiencia eléctrica ................................................. 29 

Figura 16 Potencia mecánica consumida por eje ................................................... 31 

Figura 17 Factor de potencia y eficiencia eléctrica ................................................. 34 

Figura 18 Pérdidas de Conducción ....................................................................... 35 

Figura 19 Factor de potencia y eficiencia eléctrica ................................................. 38 

Figura 20 Factor de potencia y eficiencia eléctrica ................................................. 41 

Figura 21 Factor de potencia y eficiencia eléctrica ................................................. 43 

Figura 22 NPSH ................................................................................................ 50 

Figura 23 Curvas características de una bomba .................................................... 51 

Figura 24 Punto de funcionamiento de la instalación ............................................. 52 

Figura 25 Conexión en serie ............................................................................... 53 

Figura 26 Conexión en paralelo .......................................................................... 53 

Figura 27 Sistema sólo con pérdidas de fricción .................................................... 54 

Figura 28 Sistema incluyendo pérdidas por fricción y altura estática ........................ 55 Figura 29 Bomba de desplazamiento positivo ....................................................... 56 

Figura 30 Bomba de engranajes ......................................................................... 56 

Figura 31 Bomba de alta presión vertical y horizontal ............................................ 57 

Figura 32 Bombas multietápica horizontal ............................................................ 57 

Figura 33 Bomba lobular ................................................................................... 58 

Figura 34 Bomba de pistón circunferencial externo ............................................... 58 

Figura 35 Impulsor afectado por la cavitación ...................................................... 62 

Figura 36 Esquema de un Sistema de Bombeo ..................................................... 66 

Figura 37 Variación en el Tiempo de la Presión en el Ducto .................................... 67 

Figura 38 Procedimiento de un Análisis de Vibraciones .......................................... 70 

Figura 39 Señal encontrada en el Análisis de Vibraciones ....................................... 71 

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Guía de Asistencia Técnica de EE en Sistemas Motrices Pág. 4 

Figura 40 Curva característica de la bomba seleccionada ....................................... 84 

Figura 41 Probabilidad de Falla de un Motor ......................................................... 87 

Índice de Tablas

Tabla 1 Medidas de EE por nivel de Inversión ....................................................... 23 

Tabla 2 Ahorros estimados por medidas de EE ...................................................... 25 

Tabla 3 Aplicaciones Industriales ........................................................................ 56 

Tabla 4 Plan de mantenimiento de una bomba centrífuga ...................................... 61 

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1.  INTRODUCCIÓN1 

La Guía de Asistencia Técnica (AT) de Eficiencia Energética (EE) en Sistemas de

Bombeo es una guía basada en información técnica y dirigida a quienes esténinteresados en conocer y poner en práctica medidas que optimicen la operación de lossistemas y generen ahorros de energía, estás medidas pueden requerir de inversionesque perfectamente pueden ser financiadas por los ahorros de energías generados porsu implementación. El conocimiento de los principios de funcionamiento, aplicaciones,operación y la mantención de estos sistemas nos proporcionan herramientas paraidentificar y evaluar la viabilidad técnica y financiera de las oportunidades que brindala eficiencia energética.

La guía desarrolla los siguientes tópicos:

•  Descripción de los principios, componentes, aplicaciones industriales y

operación de un sistema de bombeo.•  Proporcionar recomendaciones para la optimización de la operación y

mantenimiento, así como también para generar ahorros a través de las mejoraspor redimensionamiento de los sistemas y/o aplicación de tecnologías eficientesen los sistemas, y

•  Desarrollar herramientas de evaluación que faciliten, a los que tomandecisiones, tener en cuenta tecnologías eficientes que se financien con losahorros generados.

1 "Estas guías pertenecen al proyecto de licitación ID 5685-59-LE09, desarrolladas por Servicios deIngeniería Deuman Limitada".

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Se conoce según algunas fuentes2 que los costos de energía y mantenimiento de lossistemas de bombeo están alrededor del 50%-90% y los de inversión inicial sonalrededor del 15% del costo total del ciclo de vida. La guía incluye todo lo relacionado

con la tecnología de las bombas, información orientada hacia el logro de la reduccióndel porcentaje de los costos de energía.

Figura 1 Proporción típica de los costos del ciclo de vida de un sistema debombeo

Fuente: Pump Life Cycle Costs; A Guide to LCC Analysis for Pumping Systems.

2 Pump Life Cycle Costs; A Guide to LCC Analysis for Pumping Systems, Executive Summary US Departmentof Energy – Energy Efficiency and Renewable Energy, Hydraulic Institute and Europump, January 2001.http://www1.eere.energy.gov./industry/bestpractices/motors.html

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2.  OBJETIVO DE LA GUÍA

La presente guía tiene por objetivos:

•  Brindar conceptos claros para la puesta a punto de los equipos, logrando así mejor empleo de la energía.

•  Proporcionar al usuario de las máquinas una idea clara del estado en que seencuentran sus equipos.

•  Incentivar el uso de las buenas prácticas de ingeniería, para una mejoroptimización en el uso de la energía. 

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3.  TIPOLOGÍA DE LOS SISTEMAS DE BOMBEO

Los sistemas de bombeo son de uso muy frecuente en el sector industrial como parte

de los procesos productivos. Gracias a éstos se pueden transportar fluidos a distintasdistancias y a diferentes niveles de altitud.

3.1  Tipos de bombas:

Según su principio básico de funcionamiento las bombas se pueden clasificar en:

Radial

Centrífugas

Axial

de engranajes externos

Bombas de engranajes internos

Rotatorias de tornillo

de aspas

lobulares

Desplazamiento Positivo

de acción directa

Reciprocante de potencia

de diafragma

Figura 2 Tipos de bombas

Fuente: Energy Management Series 13 For industry commerce and institutions Fansand Pumps.

3.1.1  Centrifugas (Dinámicas)

Se las conoce también como bombas cinéticas. Fundamentalmente, consisten en unrodete que gira acoplado a un motor. Éstas se dividen en:

a. Bombas de flujo radialLas bombas de flujo radial tienen una envolvente helicoidal, que se denominavoluta, que guía el flujo desde el impulsor hasta el tubo de descarga. Parte dela energía cinética se convierte en presión, forzando el líquido salir en un planoperpendicular a su eje.

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Figura 3 Bomba centrífuga

Fuente: Ingeniería Energética – Pedro Diez

b. Bombas de flujo axialUna bomba de flujo axial imparte energía al líquido por acción dellevantamiento de las aspas en forma de hélice lo que resulta en un flujo endirección del eje

Figura 4 Bomba centrífuga

3.1.2  Desplazamiento positivo:

Las bombas de desplazamiento positivo son aquellas que guían al fluido que sedesplaza a lo largo de toda su trayectoria, el cual siempre está contenido entre elelemento impulsor (que puede ser un émbolo, un diente de engranaje, un aspa, untornillo, etc.) y la carcasa o el cilindro. El movimiento del desplazamiento positivoconsiste en el movimiento de un fluido causado por la disminución del volumen de unacámara.Estas bombas se subdividen en bombas reciprocantes y bombas rotatorias.

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a. Bombas reciprocantesLas bombas reciprocantes son unidades de desplazamiento positivo descarganuna cantidad definida de líquido durante el movimiento del pistón o émbolo a

través de la distancia de carrera. Sin embargo, no todo el líquido lleganecesariamente al tubo de descarga debido a escapes o arreglo de pasos dealivio que puedan evitarlo.

Existen varios tipos de bombas reciprocantes, aquí mencionaremos las másusadas en la industria.

Figura 5 Bomba reciprocante

b. Bombas rotatorias

Llamadas también roto estáticas, debido a que son máquinas dedesplazamiento positivo, provistas de movimiento rotatorio. Estas bombastienen muchas aplicaciones según el elemento impulsor. El fluido sale de labomba en forma constante, puede manejar líquidos que contengan aire ovapor. Su principal aplicación es la de manejar líquidos altamente viscosos, loque ninguna otra bomba puede realizar y hasta puede carecer de válvula deadmisión de carga.

Figura 6 Bomba de lóbulos dobles (A: Pistón rotatorio 1; B: Cuerpo de labomba; C: pistón rotatorio 2)

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Figura 7 Bomba de engranajes

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3.2  Componentes del sistema de bombas

Los elementos que conforman un sistema de bombeo son los siguientes:

a. Bomba

b. Impulsores, motores eléctricos, diesel o sistemas de aire.

c.  Válvulas, estas forman parte del sistema, y van dispuestas en diversospuntos, su función principal es la de regular el flujo que es bombeado.

d. Tuberías, las tuberías forman gran parte del sistema, ya que por medio deellas se conduce el fluido desde un lugar a otro.

e. Otras instalaciones, controles e instrumentación. 

A: BombaB: Indicadores de nivelC: Tanque, líquido de alimentaciónD: Motor de Bomba

E: Controlador de motorF: VálvulaG: Válvula de derivaciónH: Intercambiadores de calor (Equipo de consumo)I: InstrumentaciónJ: Tubería de descargaK: Tubería succión

Figura 8 Componentes de un sistema de bombeo

Fuente: Improving Pumping System Performance: A Sourcebook for Industry

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4.  IDENTIFICACIÓN DE OPORTUNIDADES DE EFICIENCIA ENERGÉTICA

En esta sección se presenta un procedimiento general a tomarse en cuenta al

momento de realizar un diagnostico ó autodiagnóstico del sistema motriz con elobjetivo de identificar oportunidades de medidas de eficiencia energética que seconcreten en ahorros efectivos en la correcta operación de los sistemas.

4.1  Registro del sistema

•  Recoger información de las características del sistema motriz y comparar conlos datos de la placa del fabricante, para comprobar si el sistema sufrió algunamodificación.

4.2  Motor eléctrico

•  Verificar la operación del motor eléctrico en condiciones de operación respecto asus condiciones nominales. Especialmente parámetros eléctricos: Amperaje,voltaje de alimentación, factor de potencia.

•  Inspeccionar el tipo de arranque.•  Identificación de fugas de corriente mediante el uso de un medidor de voltaje,

detectando diferencias de potencial entre el neutro y tierra.•  Verificación del estado de los acoplamientos entre el motor eléctrico y la carga

impulsada.•  Verificar si los sistemas funcionan en determinado momentos en vacío.•  Verificar que el motor eléctrico se encuentre ventilado y lejos de fuentes de

calor.

4.3  Sistema

•  Contrastar el nivel de producción del sistema durante la operación con respectoa su capacidad nominal.

•  Inspeccionar que el sistema se encuentre correctamente instalado de acuerdo alas recomendaciones del fabricante.

•  Inspeccionar la limpieza del sistema en zonas que pueden perjudicar su correctofuncionamiento, zona con lubricación, dispositivos de control, etc.

•  Verificar si el sistema tiene los sistemas de control necesarios para elfuncionamiento del sistema, es decir, si detecta las partidas y detenciones,variaciones de carga o velocidad.

•  Inspección del tablero del control, dispositivos y automatismos con los quecuenta el sistema.

•  Inspeccionar los componentes del sistema que estén sometidos a continuodesgaste.

•  Verificar la existencia de fugas (fluidos a través de los sellos mecánicos,válvulas, filtraciones en tuberías).

•  Verificar el estado de las redes de distribución (posibilidades de incrustación entuberías, corrosión, etc.).

•  Verificar el nivel de lubricante en aquellos sistemas que lo emplean.•  Verificar el estado del aislamiento térmico de los equipos que lo requieran

(intercambiadores de calor, ductos y tuberías).•  Verificar el estado de los filtros de alimentación del fluido y de los sistemas de

lubricación.•  Realizar las mediciones de consumo eléctrico para establecer la línea de base.

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•  Verificar el sub o sobre dimensionamiento del sistema.•  Revisar si el sistema ha sufrido alguna modificación en el tiempo y si esta ha

sido considerada en el redimensionamiento del motor.

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5.  MEDIDAS DE EFICIENCIA ENERGÉTICA

5.1  De operación

•  Cuidar el equilibrio de los sistemas•  Disponer un equilibrio estático en el sistema que pueda permitir lograr que

siempre satisfaga las demandas de proceso, pero sin generar desperdicios deenergía, esto se logra manteniendo las condiciones de diseño, particularmenteen las aperturas o cierres de válvulas.

•  En el caso que se cuente con bombas accionadas por medio de correas (correasen V), éstas deben estar perfectamente alineadas, ya que cualquier desviacióndel alineamiento, aunque sea pequeña, dará origen a desgastes excesivos yresbalamiento de la banda lo que acortará considerablemente la vida útil deésta, también a un esfuerzo mayor por parte del motor con el aumento en el

consumo de energía.•  Para que las bombas trabajen adecuadamente y desarrollen la presión detrabajo, es necesario que trabajen con el voltaje nominal para el cual fuerondiseñadas.

•  Para poder evitar el fenómeno conocido como golpe de ariete3 se recomiendainstalar ventosas de aireación, debido a que éstas evitarán que se formenvacíos en las tuberías y extraerán las bolsas de aire que se generen, para evitarque una columna de aire empujada por el fluido acabe reventando en lasuperficie interior de la bomba o del sistema de tuberías generando desgaste enlas mismas, lo que incide en un aumento del consumo de energía, debido almayor trabajo que deberá realizar la bomba, producto de vencer el mayor roceo al menor caudal desplazado producto del desgaste en el interior de la bomba.

•  Se recomienda que la bomba trabaje en el punto de operación, es por esto que

una vez realizado el diseño de la instalación, no es recomendable hacerampliaciones del sistema, debido a que incrementaran las pérdidas y harán queel sistema sea ineficiente.

•  Se recomienda instalar un variador de velocidad en la bomba, para podercontrolar de forma más precisa el caudal a desplazar producto de lasvariaciones de requerimiento propias del sistema. Así evitaremos que la bombaeste trabajando por sobre la potencia requerida.

•  Para un buen arranque del sistema verificar si la bomba ha sido adecuadamentecebada, esto impedirá el funcionamiento de la bomba en vacío.

•  Para evitar el consumo excesivo de potencia, verificar: que el sentido de girodel rodete sea el adecuado, que el eje de transmisión no esté descentrado yque las empaquetaduras de la bomba no estén demasiado ajustadas.

  Tener adecuadamente lubricadas las chumaceras, cojinetes y otras partesmóviles, ya que estas generan demasiada fricción entre sí, aumentando laspérdidas y trayendo consigo una mayor exigencia del sistema.

•  Mantener en buen estado los sistemas de tuberías las cuales muchas veces seobstruyen debido a sólidos o a formaciones de caliche en las paredes de lastuberías. Esto ocasiona el incremento en las pérdidas y se reduce la eficienciadel sistema.

3 Se denomina golpe de ariete al choque violento que se produce sobre las paredes de un conducto forzado,

cuando el movimiento líquido es modificado bruscamente. En otras palabras, el golpe de ariete se puedepresentar en una tubería que conduzca un líquido hasta el tope, cuando se tiene un frenado o unaaceleración en el flujo; por ejemplo, el cambio de abertura en una válvula en la línea. 

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5.2  De diseño

•  Revisar el caudal realmente necesario requerido por el sistema, esto puede

permitir mediante un adecuado sistema de control o redimensionado del motoro bomba, disminuir los consumos energéticos.

Por ejemplo es poco probable que todos los equipos de refrigeración por aguarequieran de refrigeración en todo momento. Es posible que haya excepciones,muchos elementos forman parte de los procesos intermitentes que pueden serdetenidos, ya sea para razones previstas o imprevistas. Incluso bajocondiciones de producción, algunas partes de la instalación podrían ser omitidasde la vía de producción, si no necesitan refrigeración.

•  Evitar recirculación innecesaria.

Hay casos en que varias bombas pueden estar involucradas en la recirculacióndel agua y las cantidades excesivas de distribución por las bombas requierenenergía adicional para recircular el exceso.

•  Control por estrangulamiento.

La regulación es efectiva en reducir el flujo de las bombas, pero no es unmétodo eficaz, por el derroche de energía en el acelerador, aunque se usaampliamente como una técnica de control del caudal. Lo ideal sería que lasbombas operen en un rango de flujos en torno al punto de la máxima eficiencia.Como consecuencia de un exceso de diseño, las bombas, en la mayoría de lasindustrias se encuentran ejerciendo su actividad con un caudal menor al de la

máxima eficiencia, es decir, estrangulado hasta cierto punto. Por tanto, nopueden, alcanzar su máxima eficiencia y aunque están usando menos energíade lo que corresponde a la tasa máxima, de igual manera la energía se estáperdiendo en todos estos sistemas.

•  Se recomienda hacer un buen diseño para evitar el fenómeno de cavitación 4.Éste provocaría un deterioro rápido del rotor, y una baja eficiencia del mismo.

En caso que el sistema ya esté construido y no cuente con un suficiente(NPSH)5, o cuente con un NPSH muy elevado, para una selección óptimade la bomba, hay varias formas de solucionar estos problemas, aquí planteamos algunas recomendaciones:

Para aumentar el NPSHdisponible:

•  Subir el nivel del líquido.•  Bajar la bomba.•  Reducir las pérdidas por fricción de los tubos de succión.•  Sub-enfriar el líquido.

4 La cavitación o aspiración en vacío es una condición anormal que puede producir pérdidas de producción,daños al equipo y lo peor de todo, lesiones al personal.  Implica un proceso dinámico de formación deburbujas dentro del líquido, su crecimiento y subsecuente colapso a medida que el líquido fluye a través dela bomba.5 Net Positive Suction Head, también conocido como ANPA (Altura Neta Positiva en la Aspiración) y CNPA(Carga Neta Positiva en Aspiración)

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Para reducir el NPSHrequerido

En casos especiales cabe la posibilidad de acoplar un rodete auxiliar

previo (inductor) delante del rodete propio de la bomba centrífuga, conel cual se reduce el NPSH requerido en aproximadamente un 50 o 60%de su valor inicial. Por ejemplo cuando necesidades de última horaobligan a ampliaciones en la instalación que reducen el valor disponibleinicialmente con resultado de un NPSH insuficiente, o que razones detipo económico no permiten ampliar el NPSH de la instalación. (Elevar elnivel del depósito de alimentación) o utilizar una bomba de tamañosuperior a velocidad inferior (con su correspondiente menor NPSHrequerido).

Figura 9 Bomba centrífuga con inductor (rodete auxiliar previo)

Hay que indicar no obstante, que la disminución del NPSH requerido,mediante el citado inductor, no es válida para toda la gama de caudalesde la bomba sino que afecta únicamente a una determinada parte de uncampo de caudales, tal como se representa en la Figura 10.

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A=NPSHrequerido, sin inductor

B=NPSHrequerido, con inductor 1

C=NPSHrequerido, con inductor 2

1 y 2 = Ejecución con diferentes inductores

Figura 10 Variación del NPSH requerido sin y con inductor enfunción al caudal

Fuente: Dimensionado de Bombas Centrífugas

(Del Manual de Bombas y Válvulas KSB)

•  Colocar un sistema de bombas idéntica en paralelo no siempre puede resultarbeneficioso. Esto no siempre aumenta la cantidad de flujo. Cada bomba generamenos flujo y opera a menos eficiencia, con una pequeña ganancia en carga y

con un incremento en potencia

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Figura 11 Bombas en paralelo

Fuente: Selección Fina de Bombas, Cátedra de Construcciones Hidráulicas,Ing. Luis E. Pérez Farrás.

De la Figura 11 puede deducirse que para un determinado valor de H0, elcaudal suma de los tres rotores en paralelo será:

013 xQQo=  

Es decir que cada rotor aportaría, en teoría, un caudal Q01=Q0 /3. Lo quesería válido siempre que H0 fuera igual a HT. Pero como la curvacaracterística de la instalación debe ser tomada en cuenta, en realidad elpunto de funcionamiento será el P’ en lugar de P.

Este hecho implica un caudal Q0’ menor que Q0, que será elevado a unaaltura manométrica H0’ mayor que H0.

Figura 12 Instalación de 3 bombas en paralelo

Fuente: Selección Fina de Bombas, Cátedra de Construcciones Hidráulicas,Ing. Luis E. Pérez Farrás.

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•  Seleccionar las tuberías de tal manera que garanticemos que la velocidad delflujo que las recorra esté alrededor de 2 m/s. Una Mayor velocidad de flujoincrementan la resistencia del sistema, lo que se ve reflejado en una mayor

potencia.

Un mayor diámetro implica una mayor inversión inicial en la adquisición detuberías, su transporte al lugar de emplazamiento y sus costos de instalación, ala vez que implica menores costos de operación, puesto que se consume menosenergía eléctrica al bombear el mismo caudal a una altura manométrica menor.

El cálculo hidráulico brinda, en teoría, infinitas soluciones al problema y, en lapráctica, numerosas opciones dadas por un gran número de posibilidades dediámetros y bombas ofertadas por la industria. La solución al problema seobtiene al introducir variables económicas al análisis, con lo que se obtiene undiseño económico y que a su vez cumple con los requerimientos técnicos delsistema.

La inversión inicial implica un capital por metro de tubería de instalación, elque, con un interés anual “i”, en el plazo de amortización de la obra queestimamos en “n” años, se transforma en una compleja función del diámetro,creciente en forma aproximada con el cuadrado del mismo y quedenominaremos “Costo Unitario Anualizado de tubería, Cuac”:

)D(f Cuac 2=  

En cambio, los costos de energía, por metro de tubería instalado y por año, danuna función variable aproximadamente con la inversa del diámetro a la quintapotencia; lo denominamos “Costo Unitario Anual de Energía”:

) / 1( 5 D f Cuae =  

La función suma de ambos será:

CuaeCuacCuc +=  

El valor mínimo de ésta ecuación nos da el diámetro más económico, el que,además de satisfacer las exigencias hidráulicas, cumple con el objetivo de darlugar a la solución más económica, para el plazo de amortización de la obra.

En la Figura 13, se brindan gráficamente las ecuaciones desarrolladas y seobserva el valor del diámetro mínimo o más económico. Este gráfico es tratadoen la bibliografía especializada con la denominación de “Diagrama deCAMERER”.

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Figura 13 Diagrama de CAMERER 

Fuente: Selección Fina de Bombas, Cátedra de Construcciones Hidráulicas,Ing. Luis E. Pérez Farrás.

5.3  De mantención

•  La eficiencia de la bomba se ve afectada por la cantidad de fugas en elimpulsor.

•  Recirculación debe mantenerse a un mínimo para que la bomba funcione demanera eficiente.

•  Apretar en exceso puede provocar un desgaste excesivo en el sello del eje,provocando daños mecánicos y pérdida de energía.

•  Recubrimientos especiales se pueden aplicar para reparar las picaduras y así reducir las pérdidas por fricción.

•  La suciedad ataca el aislamiento de un motor a través de la abrasión y / oabsorción. Se pueden contaminar los lubricantes y dañar los rodamientos. Laacumulación de suciedad en la caja del motor, ventilador y aberturas deentrada aumenta la temperatura del motor, lo que reduce la eficiencia y acortala vida del motor.

•  Motores más grandes requieren tener un periódico engrase. Un problema es elexceso de lubricación, lo que provoca un aumento de la fricción, lo que lleva alfracaso. Limpie los accesorios antes de inyectar la grasa con el fin de evitar la

contaminación.•  Un notable aumento o cambio en la vibración del motor es una indicación de un

problema de rodamiento, desequilibrio de la carga, un eje doblado, undesalineación de acoplamiento o irregularidades eléctricas. La tensión de latransmisión y la alineación incorrecta puede verse afectada aumentando conello la energía que consume el motor, además puede disminuir la vida delmotor.

•  Al momento de realizar mantenciones mayores y donde se deba retirar el motoro bomba, debe de tenerse en consideración el correcto tamaño de los tomillos oanclas de montaje y sujeción, esto puede llevar a problemas de alineación; sepuede obtener como resultado problemas de vibraciones con posibles fallas enlas rodamientos o hasta en el eje del rotor. El montaje y la cimentación resultan

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de fundamental importancia para evitar problemas mecánicos y eventualmenteeléctricos, teniendo como resultante final un mayor consumo de energía.

•  Una modificación en la carga del motor o en el acoplamiento de accionamiento,

se manifestará como una sobrecarga en el motor. Cuando se presenta unasobrecarga, el motor demanda más corriente, lo cual incrementa la temperaturadel mismo, reduciendo la vida del aislamiento y aumentando el consumo deenergía.

•  Aplicar una de las técnicas del mantenimiento predictivo para ver con quéocurrencia se desgasta el rodete, ya que muchas veces el rodete puede estardeteriorado por el fenómeno de cavitación.

•  Aplicar una de las técnicas del mantenimiento predictivo para determinar lafrecuencia de limpieza del sistema de tuberías, logrando así evitar las perdidaspor fricción en las tuberías y por ende el colapso del sistema.

•  Ver que las tapaderas estén bien cerradas de manera que el polvo no pase a laschumaceras.

•  Fijarse bien que la temperatura de las chumaceras no exceda de 60°C enmotores de tipo abierto y en 80°C. en motores totalmente cerrados.

•  Ver que la tensión de las bandas sea la adecuada para evitar deslizamientos.Ver que los engranes giren libremente; comprobar que las cadenas no muestrenpuntos de desgaste o partes brillantes que denoten rodamientos.

•  La ventilación a través del motor no debe estar obstruida, es necesario que enlas tomas de aire del motor no exista acumulación de materias extrañas, así como también a su alrededor.

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5.4  Medidas de EE por nivel de inversión

Las medidas de eficiencia energética son un conjunto de recomendaciones con las

cuales se busca mejorar el rendimiento de los sistemas de bombeo.

Para su mejor comprensión, éstas se han clasificado en: medidas de EE de baja, mediay alta inversión.

5.4.1  Medidas de Baja Inversión

Comúnmente llamadas de "housekeeping", estas medidas están relacionadas conlos modos operativos, seguimiento y control, y pueden representaraproximadamente hasta el 15% del costo del sistema.

5.4.2  Medidas de Mediana Inversión

Comúnmente llamadas de "retrofitting", estas medidas generalmente tienen untiempo de retorno cercano a un año o un costo aproximado entre el 16 y 85% delcosto del sistema.

5.4.3  Medidas de Alta Inversión

Estas medidas se refieren a cambios de tecnologías o procesos con largos tiempode retorno y representan un costo aproximado mayor al 86% del costo delsistema.

Tabla 1 Medidas de EE por nivel de Inversión

Nivel deInversión

Medida

Disminuir la potencia de los motores o reducir los requisitos deenergía.Evitar utilizar las bombas a carga parcial, en condiciones distintas alas nominales. Si la contrapresión de la bomba es menor de laespecificada o calculada al diseñar la instalación, se recomienda, sila sobrecarga es constante, regular el impulsor en lo posible(consultar con el fabricante).

Controlar las horas de operación.Evitar el sobredimensionamiento de las bombas en ampliaciones oproyectos energéticos nuevosEvaluar la reasignación de una bomba a otra ubicación en la plantaen donde pueda operar en condiciones cercanas a las nominales.Efectuar mantenimiento oportuno según especificaciones delfabricante.

Media

Uso de variadores de frecuencia para el consumo eléctriconecesario.Utilizar una bomba de menor capacidad para aplicacionesespecíficas.

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Instalar un impulsor más pequeño o acondicionar el existente si elsistema estuviese sub-cargado

Minimizar el número de cambios de dirección en la tubería.

Instalar motores de bajo consumo de energía, o repotenciar losequipos existentes.

Alta

Evaluar la implementación de controles automáticos de presión ycaudal. La práctica de configurar la bomba para mantener elrequisito de presión más alta es una oportunidad malgastada demaximizar los ahorros de energía en un sistema de presiónconstante. Un controlador de presión avanzado reconoce unaumento de la demanda e incrementa automáticamente el puntode ajuste de la presión para corresponderse con la curva deresistencia que maximiza la economía de caudal.Evaluar el redimensionamiento de tuberías y accesorios para

optimizar la operación de la bomba.

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5.5  Ahorros estimados por medidas de EE

Tabla 2 Ahorros estimados por medidas de EE

Revisión Posibles mejorasAhorro de Energía

típico

1El sistema no está trabajandosegún los requerimientos delsistema.

Control Depende de cadaSistema

2 Se están presentando fugas Uso de sellos mecánicos Depende de cadaSistema

3Cambios en la operación ,demandan nuevos caudales

Reducción de caudal 7-15%

4

Cambios en la operación ,

demandan nuevos caudales

Uso de variadores de

velocidad 15-25%

5 El sistema ha perdido capacidadInstalar una bomba máseficiente

3-5%

6 Motor sobredimensionadoCambio del tamaño delmotor 3-5%

7 MantenimientoRealizar un programa demantención riguroso yefectivo

Hasta 30%

8 Tuberías en mal estado Disminución de larugosidad

6-10%

9 Sobrecalentamiento del motorpor paradas frecuentes Uso de variadores develocidad 15-25%

10 Desgaste en volutas y rotores Revestir de resina 3-5%

11 Fugas en el sistema Instalar sellos mecánicos Hasta 20%

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6.  CASOS PRÁCTICOS

6.1  Consumo energético y costo anual de operación de una bombacentrífuga.

Una bomba centrífuga industrial entrega 150 m3/h de agua con altura de 54 m. Elrendimiento de la bomba en el punto de funcionamiento es del 80% y es accionada porun motor eléctrico asíncrono con un rendimiento del 90%. La bomba funciona a esterégimen durante 12 h/día los 365 días del año.

Se calculará el consumo energético y los costos anuales de funcionamiento suponiendoun costo unitario de la energía eléctrica de 64$/kWh.

Las expresiones que relacionan los parámetros básicos de operación de una bomba

centrifuga son:

Caudal Q (m3/h) 150

Altura h (m) 54

Costo de electricidad ( c ) $/kWh 64

Rendimiento de la bomba ηb 0,8

Rendimiento del motor ηm 0,9

Nº de horas anuales de funcionamiento t(h/año) 4.380

367 xn

 xQxH P

b

 ρ =  

Pabs=Pb /ηm x 100

La energía consumida y los costos anuales de funcionamiento vendrán dados por:

E = Pabs x t -> C = E x c

Siendo:

Pb = Potencia absorbida por la bomba [kW].

Pabs = Potencia absorbida de la red eléctrica [kW].

Q = Caudal [m3 /h].

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ρ =Densidad específico del fluido. Agua: 1000 [kg/m3].

ηb = Rendimiento de la bomba [%].

ηm = Rendimiento del motor eléctrico [%].

E = Consumo energético [kWh/año].

t = Nº de horas anuales de funcionamiento [h/año].

C = Costo anual de funcionamiento [$/año].

c = Costo unitario de la energía eléctrica [$/kWh].

367=factor de conversión

Aplicando las expresiones se obtiene:

Q(m3/h)

h(m)

$/kWh ηbPb 

(kW)ηm Pabs (kW) t(h/año) E(kWh/año) C($/año)

150 54 64 0.8 36.79 0.9 40.88 4,380 179,044.67 11,458,859

El cálculo de la potencia de pérdidas en cada etapa de la transformación (bomba motory transmisión red eléctrica) resulta trivial. A continuación, se representa el diagramade Sankey para la bomba estudiada:

Figura 14 Diagrama de Sankey para Bomba Estudiada

Fuente: “Guía de Ahorro y Eficiencia Energética en el sector de la cerámica artística, deuso y técnica de la Comunidad Valenciana” 

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Nótese que en el diagrama están expresados los porcentajes de pérdidas con respectode la potencia absorbida de la red eléctrica por el motor, por lo que los valoresresultantes están en perfecta armonía con los rendimientos de las distintas

transformaciones. Como se puede observar, en este caso el rendimiento global delproceso de transformación de energía eléctrica en energía de presión y cinética delfluido es de un 71,66%.

6.2  Estimación del ahorro energético y económico de las medidas de EE.6.2.1  Medida 1: Control

Durante la revisión anual del rendimiento de la operación de una planta de tratamientode agua se notó que la bomba centrífuga estaba operando con 7m de altura sobre loque se requiere para mantener el caudal. La medida adoptada fue reducir la velocidadde la bomba hasta la requerida por la altura de diseño.

Datos:

Los siguientes datos fueron obtenidos del registro diario del sistema: 

Datos del Sistema

Caudal inicial fw1 340 m3 /h

Caudal corregido fw2 340 m3 /h

Altura de bomba inicial HdT1 35 m

Altura de bomba corregido HdT2 28 m

Los siguientes datos relativos a la potencia del motor fueron medidos:

Datos Motor

Voltaje nominal Vr 575 volts

Corriente nominal Ir  71 amps

Voltaje medido V 580 volts

Corriente medida I 48,3 amps

Fase eléctrica Y 1,73

3Ø 1,73

2Ø 2

1Ø 1Potencia de salida al eje 55,95 kW

Factor de potencia nominal p.fr 0,88 decimal

Factor de potencia medido p.f 0,85 decimal

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Fórmulas

Ratio de carga =  IrxVrxpfr 

 IxVxpf 

 

Reemplazando valores se obtiene el Ratio de carga:

Ratio de carga = 66,088,057571

85,05803,48=

 x x

 x x 

Eficiencia del Motor

Figura 15 Factor de potencia y eficiencia eléctrica

Fuente: Energy Management Series 13 For industry commerce and institutions Fansand Pumps.

De la Figura 15, se obtiene el valor de la eficiencia del motor Efm=0.91

Potencia eléctrica de entrada al motor : )(1000

KW VxIxYxpf 

Wmi =  

Donde Y es una “función de la fase”: 1,73 para 3 fases; 2 para 2 fases; 1 para 1 fase.

Potencia ideal de la bomba inicial : )(367

11 1 KW 

 xHd  fwWp T 

=  

Potencia ideal de la bomba corregida : )(367

22 2 KW 

 xHd  fwWp T 

=  

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El efecto de los cambios en el flujo de líquido y altura de la bomba total en la potenciadel motor de la bomba se puede calcular multiplicando la potencia de entrada inicialpor la relación de las potencias ideales de las bombas. La potencia del motor corregido

 

a continuación, puede estimarse mediante la siguiente ecuación

Potencia de entrada del motor corregida : )(1

212 KW 

Wp

Wp xWmiWmi

 

  

 = ; 1WmiWmi =  

Ahorro de energía anual: )()21( KWh xhWmiWmi −  

Ahorro económico anual : ) / ($)21( año xhxCeWmiWmi −  

Tabla resumen de los datos conocidos y los resultados encontrados, segúnfórmulas anteriores:

 

Medida : ControlDatos Motor

Voltaje nominal Vr 575 voltsCorriente nominal Ir 71 ampsVoltaje medido V 580 voltsCorriente medida I 48,3 ampsFase eléctrica Y 1,73

3Ø 1,732Ø 21Ø 1

Potencia de salida al eje nominal 55.95 kWFactor de potencia nominal pfr 0,88Factor de potencia medido pf 0,85ratio de carga 0,66Eficiencia de motor Ef m 0,91 Figura 15Potencia eléctrica de entrada Wmi 41,19 kWPotencia de entrega al eje Wmo 37,49 kW

 

Datos de BombaCaudal inicial f w1 340 m3/hCaudal corregido f w2 340 m3/h

Altura de bomba inicial HdT1 35 mAltura de bomba corregida HdT2 28 mTiempo total de operación h 3.600 h/añoCosto de energía eléctrica Ce 64 $/kWhPotencia eléctrica de entrada Wmi1 41,19 kWPotencia de bomba inicial W 1 32,43 kWPotencia de bomba corregido Wp2 25,94 kWPotencia eléctrica de entradacorregido

Wmi2 32,96 kW

 

Ahorro anual de energía 29.660,10 kWhAhorro económico anual 1.898.247 $/año

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Esta medida no requiere de ninguna inversión por lo que la recuperación de capital esinmediata.

6.2.2  Medida 2: Uso de sellos mecánicos

Una bomba de agua tiene 51 mm de diámetro de eje y opera continuamente 8760horas por año a 1750 rpm con una altura de descarga de 30m. Durante elmantenimiento anual se consideró el reemplazo del paquete de sellos por un sellomecánico que reduce las fugas de agua.

Datos

Datos

Tiempo de operación h 8.760 h/añoCosto de energía eléctrica Ce 64 $/kWh

Diámetro del eje D 51 mm

RPM n 1.750 rpm

Altura de descarga Hdd  30 m

Fórmulas

Presión de descarga : )(81.9 KPa x Hd P d =  

)(29481.930 KPa xP ==  

Potencia mecánica consumida por sellos/1000rpm:Ws1 

Figura 16 Potencia mecánica consumida por ejeFuente: Energy Management Series 13 For industry commerce and institutions Fans

and Pumps.

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De la Figura 16, con la presión de descarga encontrada y el diámetro del eje, seobtiene el valor de la potencia mecánica consumida por sellos Ws1=0.065kW/1000rpm

Potencia mecánica consumida por el eje: )(KW  xW n

W  SS 121000

=  

Potencia consumida por el paquete de sellos: )(KW  xW W SS 623 =  

Ahorro de energía anual: )()( KWh xhW W SS 33 −  

Ahorro económico anual: ) /($)( año xhxCeW W SS 23 −  

Tabla resumen de los datos conocidos y los resultados encontrados, segúnfórmulas anteriores:

 

Medida : Sellos mecánicos Tiempo de operación 8.760 h/añoCosto de energía eléctrica 64 $/kWhDiámetro del eje 51 mmRPM 1.750 rpmAltura de descarga 30 mPresión de descarga 294 kPa

Potencia mecánica consumida porsellos/1000 rpm (Ws1) 0,065

kW/1000

(Figura16)Potencia mecánica consumida por eleje (Ws2) 0,11 kWPotencia consumida por el paquete desellos (Ws3) 0,68 kWAhorro de energía anual 4.982,25 kWhAhorro ecónomico anual 318.864 $/año

Si, los costos estimados por la instalación de los sellos mecánicos es de $583.0006.

El tiempo de retorno de la inversión: Inversión inicial /Ahorro anual

El tiempo de retorno de la inversión: $583.000/318.864=1,8 años

6“Energy Management Series 13 For industry commerce and institutions Fans and Pumps”

Business and Government Energy Management Division Departament of Energy, Mines and Resources

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6.2.3  Medida 3: Reducción de caudal

Una planta industrial utiliza una bomba centrifuga de agua helada. Cambios en la

operación originaron que ciertos procesos con un caudal de 12 m3/h fueraneliminados. Por lo que se requiere redimensionar el sistema para el nuevo caudalefectivo de bombeo.

El caudal inicial de diseño es 125 m3/h a 70 m de altura de bomba. El tiempo deoperación es de 2100 horas por año. La lectura de la presión tanto en la descargacomo en la succión confirmaron que se requiere rediseñar el sistema. Se realizótambién la comparación entre los datos de placa de motor y los que se obtienen en laslecturas de los medidores.

Datos:

Los siguientes datos relativos a la potencia del motor fueron medidos:

Datos Motor

Voltaje nominal Vr 575 volts

Corriente nominal Ir 47,1 amps

Voltaje medido V 578 volts

Corriente medida I 40,02 amps

Fase electrica Y 1,73

3Ø 1,73

2Ø 2

1Ø 1

Potencia de salida al eje 37,3 kWFactor de potencia nominal p.fr 0,88 decimal

Factor de potencia medido p.f 0,87 decimal

Los siguientes datos fueron obtenidos del registro diario del sistema

Datos de la bomba

Caudal inicial fw1 125 m3/h

Caudal corregido fw2 113 m3/h

Altura de bomba inicial HdT1 70 mDiámetro del impulsor D1 197 mm

Tiempo total de operación h 2100 h/año

Costo de energía eléctrica Ce 64 $/kWh

Fórmulas

Ratio de carga = IrxVrxpfr 

 IxVxpf  

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Ratio de carga = 84,088,05751,47

87,057802,40=

 x x

 x x 

Eficiencia del Motor

Figura 17 Factor de potencia y eficiencia eléctrica

Fuente: Energy Management Series 13 For industry commerce and institutions Fansand Pumps.

De la Figura 17, se obtiene el valor de la eficiencia del motor Efm=0.92

Potencia eléctrica de entrada al motor: )(1000

KW VxIxYxpf 

Wmi =  

Potencia de salida al eje del motor: )(KW WmixEf Wmo m=  

WmiWmi =1 ; WmoWmo =1  

Eficiencia de transmisión: Ef d

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Figura 18 Pérdidas de Conducción

Fuente: Energy Management Series 13 For industry commerce and institutions Fansand Pumps.

De la Figura 18 por transmisión directa Ef d=1

Altura de bomba corregida: )(1

22

12 mFw

Fw x Hd  Hd  t T 

 

  

 =  

Potencia de entrada al eje inicial de la bomba: )(11 KW  xEf WmoWpid =  

Diámetro corregido: )(

5.0

1

212 mm

 Hd 

 Hd  x D D

 

 

 

 =  

Potencia de entrada al eje de la bomba corregida: )(

3

1

212 KW 

 D

 D xWpWp

ii  

  

 =  

Potencia de salida del motor corregida: )(121

2 KW Wp

Wp xWmiWmi

i

i

 

  

 =  

Ahorro de energía anual: )()21( KWh xhWmiWmi −  

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Ahorro económico anual: ) / ($)21( año xhxCeWmiWmi −  

Tabla resumen de los datos conocidos y los resultados encontrados, segúnfórmulas anteriores:

 

Medida : Disminuir el caudalDatos Motor

Voltaje nominal Vr 575 voltsCorriente nominal Ir 47,1 ampsVoltaje medido V 578 voltsCorriente medida I 40,02 ampsFase eléctrica Y 1,73

3Ø 1,732Ø 2

1Ø 1

 

Potencia de salida al eje 37,3 kWFactor de potencia nominal p.f r 0,88Factor de potencia medido p.f 0,87ratio de carga 0,84Eficiencia de motor Ef m 0,92 Figura 16Potencia eléctrica de entrada Wmi 34,82 kWPotencia de entrega al eje Wmo 32,03 kW

Datos BombaCaudal inicial Fw1 125 m3/hCaudal corregido Fw2 113 m3/hAltura de bomba inicial HdT1 70 mDiámetro del impulsor D1 197 mmTiempo total de operación h 2.100 h/añoCosto de energía eléctrica Ce 64 $/kWhPotencia eléctrica de entrada Wmi1 34,82 kWPotencia de entrega al eje Wmo1 32,03 kWEficiencia de transmisión Ef d 1,00 Figura 17Altura de bomba corregida HdT2 57,21 m

 

Inicial potencia de entrada al eje de la bomba Wpi1 32,03 kWDiámetro corregido del impulsor D2 178 mmPotencia de entrada al eje de la bomba

corregidaWpi2 23,66 kW

 

Potencia de entrada al motor corregida Wmi2 25,72 kWAhorro anual de energía 19.099,58 kWhAhorro económico anual 1.222.373 $/año

El costo estimado del nuevo equipo es de $1.325.0007 

El tiempo de retorno de la inversión: Inversión inicial /Ahorro anual

7“Energy Management Series 13 For industry commerce and institutions Fans and Pumps”

Business and Government Energy Management Division Department of Energy, Mines and Resources

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Tiempo de retorno= $ 1.325.000/1.222.373=1,1 años

6.2.4  Medida 4: Uso de variadores de velocidad

Un centro comercial tiene sistema de aire acondicionado que funciona 4.518 horas alaño. Durante este período, en el sistema central de agua, los requerimientos delcaudal son de 115m3 /h, a 38m de altura del sistema, hasta 35 m3 /h, a 10 m de alturatotal del sistema. La bomba es centrífuga y de velocidad constante. El efecto inicial decerrar el caudal de agua caliente en el sistema de aire local es la causa de que labomba principal esté con 42 m de altura de bomba; a esta altura le corresponde uncaudal de 71.7 m3 /h.

La medida propuesta es la instalación de un variador de velocidad.

Datos:

Los siguientes datos relativos a la potencia del motor fueron medidos: 

Datos Motor

Voltaje nominal Vr 575 volts

Corriente nominal Ir 29 amps

Voltaje medido V 580 volts

Corriente medida I 20,53 amps

Fase eléctrica Y 1,73

3Ø 1,73

2Ø 2

1Ø 1

Potencia de salida al eje nominal kW

Factor de potencia nominal p.fr 0,88 decimal

Factor de potencia medido p.f 0,79 decimal

Los siguientes datos fueron obtenidos del registro diario del sistema

Datos Bomba

Caudal inicial fw1 71,7 m3/h

Caudal corregido fw2 35 m3/h

Altura de bomba inicial HdT1 42 m

Altura de bomba corregido HdT2 10 m

Tiempo total de operación h 4518 h/año

Costo de energía eléctrica Ce 64 $/kWh

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Fórmulas

Ratio de carga =  IrxVrxpfr 

 IxVxpf 

 

Ratio de carga = 64,088,057529

79,058053,20=

 x x

 x x 

Eficiencia del Motor

Figura 19 Factor de potencia y eficiencia eléctrica

Fuente: Energy Management Series 13 For industry commerce and institutions Fansand Pumps.

De la Figura 19, se obtiene el valor de la eficiencia del motor Efm=0.91

Potencia eléctrica de entrada al motor: )(1000

KW VxIxYxpf 

Wmi =  

Potencia ideal de la bomba inicial: )(367

11 1 KW 

 xHd  fwWp T 

=  

Potencia ideal de la bomba corregida: )(367

22 2 KW 

 xHd  fwWp T 

=  

Potencia de entrada del motor corregida: )(1

212 KW 

Wp

Wp xWmiWmi

 

  

 = ; 1WmiWmi =  

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Ahorro de energía anual: )()21( KWh xhWmiWmi −  

Ahorro económico anual: ) / ($)21( año xhxCeWmiWmi −  

Tabla resumen de los datos conocidos y los resultados encontrados, segúnfórmulas anteriores: 

 

Medida : Instalar un variador de velocidadDatos Motor

Voltaje nominal Vr 575 voltsCorriente nominal Ir 29 ampsVoltaje medido V 580 voltsCorriente medida I 20,53 ampsFase eléctrica Y 1,73

3Ø 1,732Ø 21Ø 1

Potencia de salida al eje nominal - kWFactor de potencia nominal p.f r 0,88 decimalFactor de potencia medido p.f 0,79 decimalratio de carga 0,64Eficiencia de motor Ef m 0,91 Figura 18Potencia eléctrica de entrada Wmi 16,27 kWPotencia de entrega al eje Wmo - kW

Datos BombaCaudal inicial fw1 71,7 m3/hCaudal corregido fw2 35 m3/h

 

Altura de bomba inicial HdT1 42 mAltura de bomba corregido HdT2 10 mTiempo total de operación h 4.518 h/añoCosto de energía eléctrica Ce 64 $/kWhPotencia eléctrica de entrada Wmi1 16,27 kWPotencia de bomba inicial Wp1 8,21 kWPotencia de comba corregido Wp2 0,95 kWPotencia eléctrica de entradacorregido

Wmi21,89 kW

Ahorro anual de energía 64.979,76 kWh

 

Ahorro económico anual 4.158.704 $/año

El costo estimado de instalar un variador de velocidad es de $6.890.0008 

El tiempo de retorno de la inversión: Inversión inicial /Ahorro anual

El tiempo de retorno es =$6.890.000/$4.158.704=1,6 años

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6.2.5  Medida 5: Instalar una bomba más eficiente

Una bomba centrifuga de baja eficiencia que ha operado por 30 años en una planta de

tratamiento de agua será reemplazada por otra de alta eficiencia.

Las mediciones indican que la bomba ha estado operando a 90,7 m3 /h y 49m de alturatotal de bomba. La nueva bomba seleccionada tiene una eficiencia de 77% y unapotencia de entrada al eje de 15,73 kW en iguales condiciones de operación que laanterior. La nueva bomba es impulsada por un motor de 18,65 kW y una eficiencia de93% y un factor de potencia de 0,85.

Datos:

Datos medidos relativos al motor:

Datos Motor

Voltaje nominal Vr 575 volts

Corriente nominal Ir 38,6 amps

Voltaje medido V 570 volts

Corriente medida I 34 amps

Fase eléctrica Y 1,73

3Ø 1,73

2Ø 2

1Ø 1

Potencia de salida al eje nominal - kW

Factor de potencia nominal p.fr 0,85 decimal

Factor de potencia medido p.f 0,80 decimal

Datos relativos a la bomba:

Datos Bomba

Caudal inicial fw1 90,7 m3/h

Altura de bomba inicial HdT149

mTiempo total de operación h 8760 h/año

Costo de energía electrica Ce 64 $/kWh

Potencia de entrada al eje de la bomba corregida Wpi2 15,73 kW

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Fórmulas

Ratio de carga =  IrxVrxpfr 

 IxVxpf 

 

Ratio de carga = 82,085,05756,38

80,057034=

 x x

 x x 

Eficiencia del Motor

Figura 20 Factor de potencia y eficiencia eléctricaFuente: Energy Management Series 13 For industry commerce and institutions Fans

and Pumps.

De la Figura 20, se obtiene el valor de la eficiencia del motor Ef m=0.92

Potencia eléctrica de entrada al motor: )(1000

KW VxIxYxpf 

Wmi =  

Potencia de salida al eje del motor: )(KW WmixEf Wmo m=  

Potencia de entrada del motor corregida: )(2 2 KW  xEf  Ef 

WpWmi

d m

i

 

  

 = ;

2iWp =Potencia de la nueva bomba (Curva del fabricante)

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Ahorro de energía anual: )()21( KWh xhWmiWmi −  

Ahorro económico anual: ) / ($)21( año xhxCeWmiWmi −  

Tabla resumen de los datos conocidos y los resultados encontrados, segúnfórmulas anteriores:

 

Medida : Instalar una bomba más eficienteDatos Motor

Voltaje nominal Vr 575 voltsCorriente nominal Ir 38.6 ampsVoltaje medido V 570 voltsCorriente medida I 34 ampsFase eléctrica Y 1,73

3Ø 1,732Ø 21Ø 1

Potencia de salida al eje nominal kWFactor de potencia nominal pfr 0,85Factor de potencia medido pf 0,80ratio de carga 0,82Eficiencia de motor Ef m 0,92 Figura 19

 

Potencia eléctrica de entrada Wmi 26,82 kWPotencia de entrega al eje Wmo 24,68 kW

Datos BombaCaudal inicial f w1 90,7 m3 /hAltura de bomba inicial HdT1 49 mTiempo total de operación h 8.760 h/añoCosto de energía eléctrica Ce 64 $/kWhPotencia eléctrica de entrada Wmi1 26,82 kWPotencia de entrada al eje de la bombacorregida

Wpi2 15,73 kW (curvasdel fabricante)

Eficiencia de conducción Ef d 0,96 Figura 17Potencia eléctrica de entrada corregido Wmi2 17,8 kW

Ahorro anual de energía 85.183,06 kWh

Ahorro económico anual 5.451.716 $/año

El costo estimado de la instalación de una nueva bomba es US$2.650.0009 

El tiempo de retorno de la inversión: Inversión inicial /Ahorro anual

El tiempo de retorno es =$2.650.000/$5.451.716= 0,5 años

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6.2.6  Medida 6: Cambio del tamaño del motor

Durante una auditoría energética a un motor de 7.5 kW se detectó que bajo las

condiciones normales requiere sólo de 2.25 kW de potencia de salida.

Datos:

Datos medidos relativos al motor:

Datos Motor

Voltaje nominal Vr 575 volts

Corriente nominal Ir 8 amps

Voltaje medido V 575 volts

Corriente medida I 5,03 amps

Fase eléctrica Y 1,73

3Ø 1,73

2Ø 2

1Ø 1

Factor de potencia nominal p.fr 0,88 decimal

Factor de potencia medido pf 0,6 decimal

Fórmulas

Ratio de carga = IrxVrxpfr 

 IxVxpf  

Ratio de carga= 43,088,05758

6,057503,5=

 x x

 x x 

Eficiencia del Motor

Figura 21 Factor de potencia y eficiencia eléctrica

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Fuente: Energy Management Series 13 For industry commerce and institutions Fansand Pumps.

De la Figura 21, se obtiene el valor de la eficiencia del motor actual (el que se deseacambiar) Ef m=0.87

El costo estimado por la instalación de un motor es de $260.00010 

El tiempo de retorno de la inversión: Inversión inicial /Ahorro anual

El tiempo de retorno es $260.000/$148.163=1,8 años

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7.  RELACIÓN DE TÉRMINOS TÉCNICOS.

Altura (H): Una medida de la presión (expresada en metros) que indica la altura de

una columna del sistema del líquido que tiene un importe equivalente del potencial dela energía.

Altura Piezométrica: Es la altura que marcaría un tubo piezométrico conectadoverticalmente en un punto de un fluido. Dicha Altura es equivalente a la presión delfluido en el que está conectado el tubo piezométrico.

Bomba: Dispositivo empleado para elevar la presión de un líquido, habitualmenteagua, e impulsarlo en una dirección determinada. Es un generador hidráulico quetransforma la energía mecánica en energía de presión y cinética del fluido trasegado.

Cavitación: La cavitación o aspiración en vacío es un efecto hidrodinámico que se

produce cuando el agua o cualquier otro fluido en estado líquido pasa a gran velocidadpor una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido debido a laconservación de la constante de Bernoulli (Principio de Bernoulli). Puede ocurrir que sealcance la presión de vapor del líquido de tal forma que las moléculas que lo componencambian inmediatamente a estado de vapor, formándose burbujas o, máscorrectamente, cavidades. Las burbujas formadas viajan a zonas de mayor presión eimplotan (el vapor regresa al estado líquido de manera súbita, “aplastándose” bruscamente las burbujas) produciendo una estela de gas y un arranque de metal dela superficie en la que origina este fenómeno.

Cebado: Consiste en llenar de líquido la tubería de succión y la carcasa de la bomba,para facilitar la succión de líquido, evitando que queden bolsas de aire en el interior.

Diagrama de Sankey: Representación gráfica de la energía entrante y saliente en unequipo o proceso.

Eficiencia: Véase “Rendimiento”.

Energía (KWh.): Significa kilovatio hora. Es una unidad de medida de la energíaeléctrica activa.

Estrangular: Dificultar o impedir el paso por una vía o conducto. Cerrar un poco unaválvula para impedir la circulación normal del fluido.

Factor de potencia: Es una medida del ángulo de desfase generado por undispositivo eléctrico. Los motores funcionando a baja carga tienden a generar un altodesfase y un factor de potencia bajo.

Facturación de energía activa: La facturación por energía activa se obtendrámultiplicando el o los consumos de energía activa, expresado en KWh., por elrespectivo cargo unitario.

Golpe de ariete: Se denomina golpe de ariete al choque violento que se producesobre las paredes de un conducto forzado, cuando el movimiento líquido es modificadobruscamente. En otras palabras, el golpe de ariete se puede presentar en una tuberíaque conduzca un líquido hasta el tope, cuando se tiene un frenado o una aceleración

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en el flujo; por ejemplo, el cambio de abertura en una válvula en la línea. Al cerrarserápidamente una válvula en la tubería durante el escurrimiento, el flujo a través de laválvula se reduce, lo cual incrementa la carga del lado aguas arriba de la válvula,

iniciándose un pulso de alta presión que se propaga en la dirección contraria a la delescurrimiento.

Caballos de fuerza (HP): Una medida de la obra o flujo de energía por unidad detiempo, la velocidad a la que la energía es consumida o generada.

NPSHD: Altura Positiva Neta de Succión Disponible indica cuánto excede la succión dela bomba a la presión de vapor de líquido, y es una característica del diseño delsistema.

NPSHR: Altura Positiva Neta de Succión requerida por el sistema para evitar lacavitación y es una característica del diseño de la bomba.

Potencia activa (KW): Significa la potencia requerida para efectuar trabajo a lavelocidad de un kilo joule por segundo. Es la unidad de medida de la potencia eléctricaactiva.

Punto de máximo rendimiento: Se define como el caudal y la altura en los cuales sepresenta la máxima eficiencia de la bomba.

Rendimiento: Relación entre la energía útil obtenida y la energía total consumida porun equipo. Suele expresarse en tanto por ciento.

Rendimiento de la bomba: Es la relación entre la potencia hidráulica agregada por la

bomba al fluido y la potencia eléctrica consumida por el motor.

Variador de velocidad (o de frecuencia): Dispositivo electrónico que regula lafrecuencia y tensión aplicadas a un motor, logrando modificar su velocidad.

Velocidad específica: Un índice utilizado para medir el rendimiento de una turbina,representa la velocidad necesaria para una bombear un galón por minuto en contra deun pie de altura y se define por la ecuación:

Velocidad específica de aspiración: Un índice que se utiliza para describir lascondiciones de entrada de una bomba, está definida por la ecuación:

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8.  REFERENCIAS.

•  “Energy Management Series 13For industry commerce and institutions

Fans and Pumps”Business and Government Energy Management DivisionDepartament of Energy, Mines and Resources

•  “Energy Efficiency Guide for Industry in AsiaEléctrical Energy Equipment: Pumps and Pumping Systems”www.energyefficiencyasia.org 

•  “Improving Pumping System Performance A Sourcebook for Industry”Second EditionPrepared for the United States Department of Energy - Office of Energy

Efficiency and Renewable Energy - Industrial Technologies Program

•  “Guía de Ahorro y Eficiencia Energética en el sector de la cerámicaartística, de uso y técnica de la Comunidad Valenciana”AVEN - Agencia Valenciana de la Energía.

•  “Energy Efficiency Best Practice Guide Pumping Systems”Sustainability Victoriawww.resourcesmart.vic.gov.au 

•  “Energy Savings in industrial water puping system”Enviroment Transport Regiones

•  “Variable Speed Driven Pumps - Best Practice Guide”AUTOMATION INSTRUMENTATION & CONTROL LABORATORY TECHNOLOGYACTION ENERGYBPMA-THE PUMB INDUSTRY ASSOCIATION

•  “Selección Fina de Bombas”, Cátedra de Construcciones Hidráulicas,Ing. Luis E. Pérez Farrás.

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9.  ANEXOS.

9.1  Principios del sistema de bombas

El principio de funcionamiento de un sistema de bombas es el siguiente:

Al encender el sistema de bombeo, el rotor de la bomba empieza a girar; es enese momento que la bomba succiona el fluido de trabajo. El fluido de trabajo essuccionado por lo general de un pozo que se encuentra a cierto desnivel. El fluidoingresa al sistema por medio de la tubería de aspiración y luego ingresa a labomba donde el rotor le trasfiere cierto impulso. Es en ese momento donde selleva a cabo la transformación de la energía mecánica en energía hidráulica.Posteriormente, el fluido sale por la tubería de impulsión y continúa su recorridopor el sistema de tuberías llegando a su lugar de destino.

9.1.1  Gasto Volumétrico (Q)

Es el volumen por unidad de tiempo del fluido de trabajo. El gasto se puedeexpresar como el producto de la velocidad del fluido por el área transversal delducto por el que fluye.

VxA f w =  

Donde:

f w =Gasto Volumétrico (m3 /s.)

V=Velocidad del fluido (m/s.)

 A=Área transversal de la tubería (m2 )

9.1.2  Potencia de la bomba

Es la energía requerida para transportar un fluido por unidad de tiempo:

3600

 xg xHx f Wp W 

ρ =  

Donde:

Wp=Potencia de la bomba (kW.)

fw =Caudal (m3 /h.)

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H = Altura de la bomba (m.)

 ρ=densidad (kg/m3 )

g=gravedad (m/s2 )

1/3600=factor de conversión de horas a segundos

9.1.3  Eficiencia de la bomba

3600Wpix xg xHx f  Ef  W  ρ =  

Donde:

Ef: Eficiencia de la bomba (%)

f w : Caudal (m3 /h.)

H: Altura de la bomba (m.)

Wpi: Potencia de entrada de la bomba (kW.)

 ρ=densidad (kg/m3 )

g=gravedad (m/s2 )

1/3600=factor de conversión de horas a segundos

9.1.4  Altura Neta Positiva de succión disponible (NPSH) disponible 

Es la presión por encima de la presión de vapor de un líquido medido en el puntode succión.

 fss

v

 DISPONIBLE hh

g

 p

g

 p NPSH  −±

∗−

∗=

 ρ  ρ 

1  

Donde:

 p1=presión absoluta en la aspiración (Pa.)

 pv =presión de vapor (absoluta) (Pa.)

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hs=altura de aspiración estática (m.)

hfs=pérdida de presión en la aspiración (m.)

 ρ= densidad (kg/m3 )

g=9.81 (m/ s2 )

9.1.5  Altura Neta Positiva de succión requerida (NPSH) requerido 

Los fabricantes de bombas siempre declaran el NPSHreq (requerido). Consiste enuna caída de presión local que se tiene lugar en la entrada al impulsor. ElNPSHdisponible debe ser siempre mayor que el NPSHrequerido.

requerido DISPONIBLE  NPSH  NPSH  >  

Figura 22 NPSH

Fuente: http://62.119.79.79:81/docushare/dsweb/Get/Document-13357/Folleto+C%C3%A1lculo+p%C3%A9rdidas+de+carga.pdf 

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9.1.6  Curvas características

Se obtienen de forma experimental, mediante ensayos en el laboratorio por el

fabricante. Las principales son:

H vs. Q (Altura vs. Caudal)

P vs. Q (Potencia vs. Caudal)

N vs. Q (Eficiencia vs. Caudal)

Figura 23 Curvas características de una bomba

Fuente: “Guía de Ahorro y Eficiencia Energética en el sector de la cerámica artística, deuso y técnica de la Comunidad Valenciana” 

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Figura 24 Punto de funcionamiento de la instalación

Fuente: Selección Fina de Bombas, Cátedra de Construcciones Hidráulicas, Ing. Luis E.Pérez Farrás.

Según la Figura 24 Punto de funcionamiento de la instalación, el punto defuncionamiento está definido por el punto en el que se intersectan las curvas delsistema (instalación) y la de la bomba y queda definido Q0 y H0 como el caudal y alturade bombeo.

En el capítulo se explicará con mayor detalle cómo se hace uso de las curvas

características para la correcta selección de una bomba.

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9.1.7  Conexiones entre bombas

9.1.7.1 En serie

Si a la salida de una bomba se conecta la entrada de otra, las características de caudaly altura se obtienen sumando la altura para un mismo caudal de cada bomba, como semuestra en la Figura 25.

Figura 25 Conexión en serie

Fuente: http://62.119.79.79:81/docushare/dsweb/Get/Document-13357/Folleto+C%C3%A1lculo+p%C3%A9rdidas+de+carga.pdf 

9.1.7.2 En paralelo

Figura 26 Conexión en paralelo

Fuente: http://62.119.79.79:81/docushare/dsweb/Get/Document-13357/Folleto+C%C3%A1lculo+p%C3%A9rdidas+de+carga.pdf 

Si dos bombas se instalan en paralelo para que sus caudales de aportación alimentenuna salida en común, entonces la característica del sistema puede ser resultado desumar los caudales de cada bomba para el mismo valor de altura, como se ilustra en laFigura 26 Conexión en paralelo. Esta técnica es válida para dos o más bombas, inclusosi son diferentes.

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9.1.8  Conexión de bomba con el sistema de tuberías

Suministrar agua a su destino exige algún tipo de sistema de tuberías. Para conducir elagua a través de la tubería, la presión generada en la descarga de la bomba debesuperar la resistencia del sistema de tuberías del sistema y la resistencia para elevar elagua a través de cualquier diferencia de altura entre el nivel de succión de agua y elnivel de suministro de agua. Si no hay diferencia de altura, la resistencia del sistemaes puramente por fricción y el flujo a través de la tubería variará según la Figura 27

Figura 27 Sistema sólo con pérdidas de fricción

Fuente: http://62.119.79.79:81/docushare/dsweb/Get/Document-13357/Folleto+C%C3%A1lculo+p%C3%A9rdidas+de+carga.pdf 

Para la mayoría de los sistemas habrá alguna diferencia de altura entre los niveles deagua de la aspiración de la bomba y la distribución. La bomba no entregará ningúnflujo hasta que se ha desarrollado una presión suficiente para superar la presióndebida a la altura del agua, es decir, la carga estática. Los dos componentes sonañadidos y la resistencia del sistema combinado es como se muestra en la figura 28.

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Figura 28 Sistema incluyendo pérdidas por fricción y altura estática

Fuente: http://62.119.79.79:81/docushare/dsweb/Get/Document-13357/Folleto+C%C3%A1lculo+p%C3%A9rdidas+de+carga.pdf  

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9.1.9  Aplicaciones en la industria

Tabla 3 Aplicaciones Industriales

Bombas dedesplazamiento

positivo

Figura 29 Bomba dedesplazamiento positivo

•  Industria de bebidas y alimentos.•  Industria pesquera.•  Agroindustria.•  Tratamiento de aguas y lodos

residuales.•  Industria petroquímica•  Químicas y pintura.•  Minería (Reactivos y floculantes)

Bombas de

engranajesexternos y tripletornillo

Figura 30 Bomba deengranajes 

•  Bombeo de aceites y combustiblesderivados del petróleo, asfalto,melaza, mieles, tintas.

•  Procesos químicos, ácidos,solventes, pinturas

•  Sistemas de lubricación, inyecciónde aditivos.

•  Como componentes de unidadeshidráulicas

•  Alimentación de quemadores

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Bombas de altapresión

Figura 31 Bomba de altapresión vertical y

horizontal

•  Alimentación de agua a calderas•  Sistemas de agua a presión

constante•  En equipos contra incendio•  Sistema de osmosis inversa•  Tratamiento de agua (filtrado y

desmineralización)•  Bombeo de líquidos agresivos

como agua de mar, agua clorada

Bombasmultietápicas y

de carcasa

partida 

Figura 32 Bombasmultietápica horizontal 

•  Suministro de agua municipal•  Irrigación•  Sistema contra incendio•  Industria minera•  Estación de energía

•  Industria en general

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Bombascentrifugas,

lobulares y tipopistón

circunferencial

externo

Figura 33 Bomba lobular 

Figura 34 Bomba de pistóncircunferencial externo 

•  Industria alimenticia:saborizantes, aceites grasas, pastade tomate, cremas vegetalestrozadas, mermeladas, mayonesa,chocolate, levadura, etc.

•  Industria de cosmético: cremaslociones, tintes y alcoholes,aceites, etc.

•  Industria de bebidas: leche

cerveza, aguardientes,concentrados de fruta, jugos, etc.

Fuente: Hidrostal: Bombas para procesos industriales 2009

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9.2  Mantenimiento de los Sistemas de Bombeo

9.2.1  Bomba

Hacer el mantenimiento respectivo , poniendo atención en los siguientes puntos :

Tolerancias

•  La eficiencia de la bomba se ve afectada por la cantidad de fugas en elimpulsor.

•  La alta presión desarrollada en la descarga del impulsor puede generarun contraflujo para un área de menor presión.

•  La erosión por partículas abrasivas pueden afectar a espacios libres.•  Recirculación debe mantenerse a un mínimo para que la bomba funcione

de manera eficiente.

Sellos

•  Los sellos deben ser revisadas periódicamente para el ajuste correcto.•  Controlar la estanqueidad del sello por el control de la velocidad de

goteo;los sellos por lo general deberá presentar fugas ligeramente para lalubricación y refrigeración.

•  Apretar en exceso puede provocar un desgaste excesivo en el sello deleje, provocando daños mecánicos y pérdida de energía.

Revestimientos

•  Recubrimientos especiales se pueden aplicar para reparar las picaduras yasí reducir las pérdidas por fricción.

9.2.2  Motor

Limpieza

• 

 

La suciedad ataca el aislamiento de un motor a través de la abrasión y /o absorción. Se pueden contaminar los lubricantes y dañar los

rodamientos. La acumulación de suciedad en la caja del motor,ventilador y aberturas de entrada aumenta la temperatura del motor, loque reduce la eficiencia y acorta la vida del motor.

Lubricación

•  Motores más grandes requieren tener un periódico engrase. Unproblema es el exceso de lubricación, lo que provoca un aumento de lafricción, lo que lleva al fracaso. Limpie los accesorios antes de inyectar lagrasa con el fin de evitar la contaminación.

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Vibración

•  Un notable aumento o cambio en la vibración del motor es una indicación

de un problema de rodamiento, desequilibrio de la carga, un ejedoblado, un desalineamiento de acoplamiento o irregularidadeseléctricas. La tensión de la transmisión y la alineación incorrecta puedeaumentar el consumo de energía y disminución de la vida del motor.

Pruebas de tensión

•  Los motores que operan fuera de un rango de diseño de más o menos10% del voltaje nominal pueden funcionar con menor eficacia y teneruna vida de motor más corto. Diferentes voltajes de fase puede causarque corrientes del rotor extremadamente grandes, resultando entemperaturas más altas y espectacular aumento de las pérdidas del

motor. Medir y registrar el voltaje en los terminales del motor mientrasla máquina se carga. La comparación de las mediciones con las normasestablecidas puede ayudar a identificar problemas.

Pruebas de aislamiento

•  Las pruebas de resistencia de los motores fundamentales de manerasistemática es una prueba importante de predicción que puede revelar ladegradación del aislamiento. Las lecturas deben tomarse una o dosveces al año.

9.2.3  Mantenimiento según tipo

Para poder hacer una buena gestión de mantenimiento de los sistemas de bombeo ylograr que el sistema sea eficiente y duradero, se sugiere los siguientes tipos demantenimiento:

9.2.3.1 Mantenimiento Preventivo

Elaborar un plan de mantenimiento preventivo incluyendo en él actividades yfrecuencias de realización, que dependerán del tipo de proceso de la industria y dela intensidad en el uso del sistema. Este plan debe ser elaborado para cadacomponente del sistema. La siguiente tabla muestra el plan de mantenimiento paraun sistema de bombeo de agua (bomba centrífuga)

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Tabla 4 Plan de mantenimiento de una bomba centrífuga

COMPONENTE ACTIVIDAD FRECUENCIA

EQUIPOCOMPLETO

Verificar la alineación

Verificar estado físico de flecha

90 días

90 díasBOMBA Verificar temperatura de cojinetes

Lubricación de cojinetes

Empacar presa estopa

Revisar impulsor

Revisar caja o cuerpo

15 días

30 días

30 días

180 días

180 díasMOTOR Lectura de voltaje y amperaje

Verificar elementos térmicos

Limpieza de arrancador

Limpieza de interruptor de seguridad

Verificar temperatura de cojinetes

Lubricar cojinetes

Cambio de baleros

Lavado interior y rebarnizado

15 días

30 días

30 días

30 días

15 días

30 días

360 días

180 días

Fuente: Guía de mantenimiento y operación de bombas centrífugasInstituto de seguridad y servicios sociales de los trabajadores de estado

Subdirección de Conservación y Mantenimiento de la Subdirección General Médica-México

Departamento de Ingeniería Electromecánica

Las actividades pueden ser las siguientes:•  Inspeccionar periódicamente el rodete de la bomba, debido a que muchas veces

el rodete puede deteriorarse por el fenómeno de cavitación. 

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A continuación se describen los síntomas generales más comunes:

Figura 35 Impulsor afectado por la cavitación

o  Reducción de la capacidad de bombeo:

Las burbujas ocupan un volumen que reduce el espacio disponiblepara el líquido y esto disminuye la capacidad de bombeo. Porejemplo, cuando el agua pasa del estado líquido al de vapor suvolumen aumenta en aproximadamente 1700 veces. Si lageneración de burbujas en el ojo del impulsor es suficientementegrande, la bomba se puede ‘ahogar’ y quedar sin nada de succióncon una reducción total del flujo. La formación y colapso de lasburbujas es desigual y disparejo, esto genera fluctuaciones en elflujo y el bombeo se produce en chorros intermitentes. Estesíntoma es común a todos los tipos de de cavitación.

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o  Disminución en la altura de la bomba:

A diferencia de los líquidos, las burbujas son compresibles. La

altura desarrollada por la bomba disminuye drásticamente debido aque se gasta energía en aumentar la velocidad del líquido empleadoen llenar las cavidades que dejan las burbujas colapsadas. Lomismo que la reducción en capacidad, este síntoma es común atodos los tipos de cavitación.

Por lo tanto, el efecto hidráulico de la cavitación en una bomba esque su funcionamiento cae fuera de la curva de desempeñoesperada, produciendo una cabeza y flujo más bajo que elcorrespondiente a su condición normal de operación

o  Vibración y Ruido anormal:

El desplazamiento de las burbujas a muy alta velocidad desde elárea de baja presión hacia una zona de alta presión y elsubsiguiente colapso crea ondas de choque que producen ruidos yvibraciones anormales. Se estima que durante el colapso de lasburbujas se desarrollan ondas de choque con presiones del ordende 104 atmósferas.

El sonido de la cavitación puede describirse como algo similar apequeñas partículas duras chocando o rebotando rápidamente en elinterior de una bomba o válvula. Se usan varios términos paradescribirlo; traqueteo, golpeteo, crepitación, etc. El ruido de una

bomba cavitando va desde el golpeteo grave y uniforme (comosobre una puerta) hasta una crepitación aguda y errática (similar aun impacto metálico). El ruido de cavitación pude confundirsefácilmente con el de un rodamiento en mal estado. Para distinguir siel ruido es debido a un rodamiento o a cavitación basta con operarla bomba sin flujo, si el ruido desaparece quiere decir que existecavitación.

La vibración se debe al efecto de cargas disparejas actuando sobreel impulsor y que son generadas por una mezcla no uniforme delíquido y vapor, así como por las ondas de choque por el colapso delas burbujas. En los manuales existe muy poco acuerdo sobre lascaracterísticas de la vibración primaria asociada con la cavitación en

las bombas centrifugas. La formación y colapso de las burbujas sealternará periódicamente con la frecuencia resultante de lavelocidad y numero de alabes. Algunos sugieren que la vibraciónasociada con la cavitación produce un pico de banda ancha afrecuencias sobre 2000.Herz.

Otros sugieren que la cavitación sigue la frecuencia de paso delalabe (numero de alabes por la frecuencia de la velocidad derotación). Otros indican que afecta a la amplitud de la vibraciónpico. Todas estas indicaciones pueden ser correctas, ya que lacavitación en la bomba puede producir varias frecuencias devibración dependiendo del tipo de cavitación, diseño de la bomba,

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instalación y aplicación. La vibración excesiva por cavitacióncomúnmente produce fallas en los sellos y/o rodamientos. Este esel modo de falla más probable en una bomba cavitando.

o  Daños a los componentes

Erosión o picaduras

Durante la cavitación el colapso de las burbujas ocurre avelocidades sónicas eyectándose micro chorros de líquido a altísimavelocidad (sobre 1000 m/s) con una fuerza suficiente paraerosionar componentes de la bomba, particularmente el impulsor.La burbuja es presionada para colapsar desde todos lados, pero sila burbuja está apoyada sobre una pieza de metal como puede serel impulsor o la voluta, no puede colapsar desde ese lado.

Entonces el fluido se mete por el lado opuesto con su alta velocidady explota contra el metal creando la impresión de que la superficiemetálica fue golpeada con un martillo de bola. El daño empieza ahacerse visible en la forma de hendiduras o ‘pits’, las cuales sondeformaciones plásticas muy pequeñas (micrométricas). El dañocausado por el colapso de las burbujas se conoce comúnmentecomo erosión o picaduras (pitting) por cavitación.

Nota.- Si el fluido contiene pequeñas partículas sólidas erosivas(como en bombeo de pulpas minerales), el daño se puede acelerarconsiderablemente por el efecto de las partículas impulsadas por los

pequeños vórtices que se forman en las incipientes picaduras.La erosión por colapso de burbujas ocurre primeramente como unafractura por fatiga, debido a la repetición de implosiones sobre lasuperficie, seguida de desprendimiento de material. El efecto esmuy similar al de una operación de arenado. Las bombas de altacabeza son más proclives a sufrir erosión por cavitación, (la fuerzade impacto de las implosiones es mayor), por lo que es unfenómeno más típico de las bombas de “alta energía”.

Las áreas más sensitivas a la erosión por cavitación se observan enlos lados de baja presión de los alabes del impulsor, cerca de losbordes de entrada. Sin embargo, los daños en el impulsor puedenestar más o menos diseminados. Las picaduras también se hanobservado en otros puntos de los alabes de impulsión, en los alabesdifusores y en la periferia del impulsor. En ocasiones, la cavitaciónha sido suficientemente severa para producir perforaciones y dañarlos alabes hasta un grado que hace al impulsor completamenteinefectivo.

El daño es evidente cerca de la arista externa del impulsor. En estaparte es donde el impulsor desarrolla la presión más alta. Estapresión implota las burbujas cambiando el estado del agua desdegas (vapor) a líquido. Cuando la cavitación es menos severa, el

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daño puede ocurrir más cerca del ojo del impulsor.

Deformaciones Mecánicas:

Además de la erosión de los componentes, en bombas grandes, lacavitación prolongada puede causar desbalance (debido a unadistribución desigual en la formación y colapso de las burbujas) delos esfuerzos radiales y axiales sobre el impulsor. Este desbalancecomúnmente lleva a los siguientes problemas mecánicos:

−  Torcedura y deflexión de los ejes−  Daño a los rodamientos y roces por la vibración radial−  Daño en el rodamiento de empuje por movimiento

axial−  Rotura de la tuerca de fijación del impulsor (cuando

la usa)−  Daño en los sellos

Las deformaciones mecánicas pueden arruinar completamente a labomba y requerir reemplazo de partes. El costo de tales reemplazospuede ser enorme.

Corrosión con cavitación

Frecuentemente la cavitación esta combinada con corrosión. Laimplosión de las burbujas destruye las capas protectoras dejando ala superficie del metal permanentemente activada para el ataque

químico. En esta condición el material puede sufrir un dañoconsiderable aun con niveles bajos de cavitación. La severidad de laerosión puede acentuarse si el líquido mismo tiene agentescorrosivos, como agua con ácidos o gran cantidad de oxigenodisuelto.

Fuente: Cavitación: Un ataque al corazón de la bombaBoris Cisneros H, Consultor

•  Limpiar químicamente todas las tuberías por donde pasa el fluido, ya quesiempre se adhieren impurezas a las paredes, las que aumentan las pérdidas depresión, trayendo consigo un trabajo ineficiente de la bomba.

•  Cambiar las empaquetaduras de las bombas y del sistema, para evitar laspérdidas de presión.

•  Ajustarlas piezas del sistema, ya que continuamente se aflojan debido a lavibración, y esto puede ocasionar daños mayores.

•  Inspeccionar las uniones bridadas y los sellos de las tuberías, porque se pierdepresión en el sistema al existir fugas.

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Ejemplo: A continuación se detalla una tecnología que nos permite detectarfugas de un fluido en un ducto.

ATMOSPIPE 

AtmosPipe detecta fugas analizando datos de flujo y presión usando técnicasestadísticas. Atmos distingue entre una fuga y cambios ordinarios deoperación usando métodos de reconocimiento de patrones.

TECNOLOGIA

Figura 36 Esquema de un Sistema de Bombeo

Considere un ducto simple entre dos tanques. En la entrada hay una bomba,un medidor de flujo, una válvula de control y un medidor de presión. En lasalida hay un medidor de presión, una válvula de control y un medidor de

flujo. Si calibramos cualquiera de los dos medidores en el área de trabajopara medir exactamente lo mismo irremediablemente cuando estos soninstalados en el ducto, las medidas de flujo terminan siendo diferentes. Estoes cierto en cualquier ducto y, por consiguiente, siempre habrá una diferenciaen el flujo si se realiza detección de fugas utilizando solamente el balance demasas.

Si dibujamos el flujo contra la presión del ducto cuando la bomba esencendida, el flujo en la entrada se verá como la línea verde. El flujo en lasalida se verá como la línea azul.

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Figura 37 Variación en el Tiempo de la Presión en el Ducto 

Ahora vemos que cuando se enciende la bomba hay una gran diferencia en elflujo como se puede observar en el área roja. En sistemas que usansolamente el balance de masas, esto ocasionaría una falsa alarma.Atmos corrige la diferencia del flujo para incluir la presión e inventario y así previene falsas alarmas.

Durante el arranque de la bomba, la diferencia en el flujo es grande porque lapresión está aumentando.

Debido a esto, la compensación de presión e inventario balancea la ecuación yla diferencia corregida del flujo es reducida.

Es por este motivo que nosotros utilizamos la diferencia corregida del flujo.

EL METODO SPRT

La probabilidad de una fuga en el ducto es referida como Lambda. Estemétodo calcula que lambda es igual al logaritmo de la probabilidad de quehaya una fuga en el ducto (P1) dividido por la probabilidad de que no haya unafuga en el ducto (P0).

)(

)(log)(

0

1

t P

t Pt  =λ   

Este sistema patentado simplifica esta hipótesis en una ecuación recursiva.

Si Lambda aumenta a un punto positivo, significa que hay una fuga en elducto.

Usamos siete lambdas, cada Lambda busca siete tamaños diferentes de fuga.Lambda uno, busca la fuga más pequeña en el tiempo más largo. Lambdasiete, busca la fuga más grande en el tiempo más corto.

Cuando hay un cambio operativo en el ducto, por ejemplo un arranque de la

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bomba, AtmosPipe automáticamente aumenta el tiempo de detección paraeliminar falsas alarmas. AtmosPipe continúa buscando el mismo tamañopequeño de fuga durante este más largo tiempo.

Hasta las fugas más pequeñas eventualmente forjan Lambda a un puntopositivo y genera una alarma de fuga.

Si observamos el ducto una vez más, podemos notar como los flujos y laspresiones responden a varios cambios de estados operacionales.

Si encendemos la bomba, el flujo y la presión en la entrada aumentan. El flujoy la presión en la salida aumentan también.

Si detenemos la bomba, el flujo y la presión en la entrada disminuyen, al igualque el flujo y la presión en la salida.

Si abrimos la válvula de control en la salida, el flujo en la salida aumenta y lapresión en la salida disminuye.

Si cerramos la válvula de control en la salida, el flujo en la salida disminuye yla presión en la salida aumenta.

Si abrimos la válvula en la entrada, el flujo en la entrada aumenta y la presiónen la entrada aumenta.

Si cerramos la válvula en la entrada, el flujo en la entrada disminuye y lapresión en la entrada disminuye.

Cuando una fuga ocurre, el flujo en la entrada aumenta, la presión en laentrada disminuye, el flujo en la salida disminuye y la presión de la salidadisminuye. Este patrón es único. Atmos automáticamente identifica lospatrones de flujo y presión, y cuando una fuga ocurre este genera una alarma.

También, AtmosPipe identifica todos los cambios operacionales yautomáticamente hace sigma al cuadrado más grande para extender el tiempode detección. El sistema continúa buscando una fuga del mismo pequeñotamaño durante los cambios operacionales.

)2)(()1()( 2

m

 M t 

m

t t 

−−

+−= τ σ λ λ   

Fuente: http://www.maquimsa.com.mx/Atmos%20pipe.htm 

•  Capacitar un grupo de trabajadores para realizar las actividades demantenimiento.

•  Aislar correctamente las conexiones eléctricas, logrando evitar los cortocircuitosdel sistema eléctrico.

•  Contar, en lo posible, con un stock de piezas de repuesto como, rodetes,válvulas, soldadura, empaquetaduras, etc.

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Mantenimiento Preventivo del Motor Eléctrico

•  El grado de selección y aplicación incorrecta de un motor puede

variar ampliamente, por lo que es necesario, que se seleccionecorrectamente el tamaño apropiado del motor de acuerdo a lacarga.

•  Los ciclos de trabajo son los que más dañan a los motores. Cuandono son seleccionados en forma apropiada, los arranques, los paros yfrenados bruscos, así como los períodos de aceleración largos,conducen a fallas en el motor.

•  Como se sabe, a grandes alturas la densidad del aire es más baja yse reduce la efectividad de enfriamiento. Esta reducción significa enforma aproximada que la temperatura de operación se incrementaun 5% por cada 300 m. de elevación sobre el nivel del mar.

•  De no ser correcto el tamaño de los tomillos o anclas de montaje ysujeción o bien se tienen problemas de alineación; se puede obtenercomo resultado problemas de vibraciones con posibles fallas en lasrodamientos o hasta en el eje del rotor. El montaje y la cimentaciónresultan de fundamental importancia para evitar problemasmecánicos y eventualmente eléctricos.

•  Es posible que se seleccione correctamente al motor para su cargainicial, y que su instalación haya sido adecuada, sin embargo, uncambio en su carga o en el acoplamiento de accionamiento, semanifestará como una sobrecarga en el motor. Las rodamientos obaleros comenzarán a fallar, los engranes están expuestos apresentar fallas en los dientes, o bien se presentará algún otro tipode fricción que se manifieste como sobrecarga. Cuando se presentauna sobrecarga, el motor demanda más corriente, lo cual

incrementa la temperatura del mismo, reduciendo la vida delaislamiento.•  Los problemas en baleros y rodamientos son una de las causas más

comunes de fallas en los motores, también la alineación errónea deéstos y la carga, malos acoplamientos por poleas y bandas, o bienerrores en la aplicación de engranes o piñones, son causas de fallasmecánicas. Por otro lado, se debe hacer un correcto balanceodinámico para evitar problemas de vibración. Una carga excesivapuede llevar rápidamente a una falla en el motor.

Fuente: Luis Torres GarcíaCurso de experto universitario en mantenimiento predictivo y diagnosis de

fallos.

9.2.3.2 Mantenimiento predictivo

•  Aplicar una de las técnicas del mantenimiento predictivo para ver con quéocurrencia se desgasta el rodete, ya que muchas veces el rodete puede estardeteriorado por el fenómeno de cavitación. 

•  Aplicar una de las técnicas del mantenimiento predictivo para determinar lafrecuencia de limpieza del sistema de tuberías, logrando así evitar las perdidaspor fricción en las tuberías y por ende el colapso del sistema. 

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•  Contar con proveedores de servicios especializados para tercerizar actividadesde mantenimiento que no se puedan realizar internamente.

•  Motor

Mantenimiento Predictivo de bombas

El análisis de vibraciones como técnica predictiva

El análisis de vibraciones es la técnica de mantenimiento predictivo másampliamente utilizada, y esto es debido a que con ella podemos detectaruna gama más amplia de defectos y de problemas en máquinas y procesos.Tiene una aplicación prioritaria en las máquinas rotativas y las bombas sonuna de las máquinas más susceptibles de ser controladas por análisisvibracional.

Proceso de análisis de vibraciones

El proceso de análisis de vibraciones consiste en captar la vibraciónoriginada en la máquina con un sensor, obteniendo una señal temporal paraposteriormente procesarla en el dominio de la frecuencia e identificar suorigen.

Fijamos el sensor en la maquina

Figura 38 Procedimiento de un Análisis de Vibraciones

Obtenemos una señal

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Figura 39 Señal encontrada en el Análisis de Vibraciones

Pasamos al dominio de la frecuencia (espectro) mediante el algoritmo de latransformada rápida de Fourier (FFT), y en él podemos identificar lasfuentes de vibración.

Para medir la vibración en las máquinas usamos sensores conocidos comotransductores que transforman la vibración mecánica en una señal eléctricaanalógica para ser procesada. La característica principal de estos sensores

es que sean precisos en las amplitudes y frecuencias captadas, además detener repetitibilidad, dos señales de la misma amplitud deben tener lamisma salida en tensión.

Pueden ser de desplazamiento, velocidad o aceleración, siendo estos últimoslos más comúnmente usados. Cada uno de ellos tiene sus ventajas einconvenientes, aunque los velocímetros se usan cada vez menos debido ala facilidad de integración de la señal en el software de análisis devibraciones.

Dependiendo de los defectos que queramos analizar nos interesará estudiarel espectro de vibración en desplazamiento (bajas frecuencias), velocidad

(frecuencias medias) o aceleración (altas frecuencias); siendo ésta una delas razones de selección de un tipo de sensor u otro.

Los conceptos de alta, media o baja frecuencia están relacionados con lavelocidad de operación de la máquina, así si hablamos en ordenes o lo quees lo mismo el número de veces la frecuencia de giro fundamental (1x),consideraremos bajas frecuencias hasta un orden de aproximadamente 10x,medias frecuencias entre 10 y 20x y altas frecuencias órdenes superiores.

Los defectos en bombas que podemos identificar y asociar a cada uno de losrangos frecuenciales mencionados son los siguientes:

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•  Bajas frecuencias: Problemas de desequilibrios, desalineaciones,holguras, deformaciones de ejes, excentricidades, resonanciasestructurales, excentricidades rotoestatóricas en motores,

frecuencias de paso de alabes y problemas de cojinetes dedeslizamiento.•  Medias frecuencias: Frecuencias de daños en rodamientos,

fundamentalmente.•  Altas frecuencias: Problemas en transmisiones con engranajes,

problemas en barras de motores eléctricos, cavitaciones yresonancias de componentes mecánicos Para evaluar la vibracióndebemos indicar tres datos:

•  Cantidad, valor numérico de la misma.•  Unidades, de velocidad, aceleración o desplazamiento, dependiendo

de que estemos midiendo y de acuerdo con el sistema métrico oinglés (por ejemplo velocidad en mm/s o inch/s). Normalmente lasaceleraciones se miden en g´s (número de veces la aceleración de lagravedad).

•  Como estamos midiendo:

o Valores promedio (AVG).

o Valores eficaces (RMS).

o Valores pico (P).

o Valores Pico-Pico (PP).

Pudiéndose pasar de forma sencilla de una a otra.Lo normal es medir velocidades y aceleraciones en valores eficaces (RMS) ylos desplazamientos en valores pico o pico-pico.

¿Dónde medimos?

Los sensores de desplazamiento se suelen colocar dos, dispuestos ±45º conrespecto al plano vertical que pasa por el eje, su finalidad es la de poderrealizar un análisis orbital del desplazamiento del eje en su alojamiento.

Los demás sensores se colocan lo más cerca posible del apoyo de los ejes,

soportes de rodamientos, buscando los puntos de medida de mayor rigidezde la máquina y evitando las medidas en chapas o planchas esbeltas quepuedan generar ruido en el espectro de vibración además de una falta detransmisibilidad de la misma. Debe medirse en tres direccionesperpendiculares: vertical, horizontal y axial, esta última principalmente en ellado acoplado de la máquina.

Análisis de frecuencias

Frecuenciaen Hz o enordenes

Causa

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0-10 HzRecirculación en la bomba, holgura inadecuada entre losalabes y el cuerpo de la bomba, desplazamiento axial delrotor.

3 a 15 HzVibración en las conducciones excitadas por pulsos depresión

0.05x/0.25x Problemas de flujo0,1x a 0,4x Autoscilación

0,4x a 0,5x Inestabilidad dinámica en los cojinetes. Remolino de aceitey latigazo de aceite.

0,7x/0,85x

Inestabilidad hidráulica originada por un mal diseño en lageometría de la impulsión de la bomba. A veces lafrecuencia natural del rotor se encuentra en este rangopudiendo originar resonancia.

1xMuchos defectos pueden ser asociados a la frecuencia,siendo el más común el desequilibrio mecánico o hidráulico

2x Desalineación. Holgura interna en componentes.Deformación de eje.

2x,3x,4x,… HolgurasZx (siendo

Z el número

de alabes

del

impulsor)

Frecuencia de paso e alabes, es inherente a la vibración enbombas, su incremento y aparición de armónicos de lamisma puede indicar ruptura u obstrucción de un alabe otambién su excentricidad.

5x a 20x Frecuencia de rodamientos6x a 12x Frecuencia originada por los variadores de frecuencia1kHz/20kHz CavitaciónFrecuencias

no

relacionadas

con el 1x

Posibles resonancias por la vibración en maquina vecinas

100 Hz Excentricidad rotoestaorica

La diagnosis en base al análisis de frecuencia no es tan sencilla como puedaparecer al ver la tabla anterior, muchos síntomas son comunes a diversosdefectos y no siempre se conocen todos los componentes y característicastécnicas de los equipos que analizamos. Para tener certeza en undiagnóstico es necesario utilizar técnicas adicionales como son el estudio delos parámetros de onda, la modulación de las frecuencias dominantes, elestudio de fases, etc.

Normativa

Existen diversas normas que pretenden dar valores admisibles de vibración

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en diferentes equipos: ISO 2372, ISO 3945, ambas han sido actualizadas enla ISO 10816, que es la que actualmente se considera al evaluar el estadode las máquinas. La norma consta de seis partes, de las cuales la

concerniente a bombas es la tercera y que reproducimos en la siguientetabla:

CLASEDE

SOPORTE

LINEA DEZONA

DESPLAZAMIENTOrms (m)

VELOCIDAD rms(mm/s)

RÍGIDOA/B 18 2.3B/C 36 4.5C/D 56 7.1

FLEXIBLEA/B 28 3.5B/C 56 7.1C/D 90 11.0

Grupo 3: Bombas con impulsores multipaletas y propulsores separados(flujo axial, centrífugo o mixto) con potencias superiores a 15 kw.

CLASEDE

SOPORTE

LINEA DEZONA

DESPLAZAMIENTOrms (m)

VELOCIDAD rms(mm/s)

RÍGIDOA/B 11 1.4B/C 22 2.8C/D 36 4.5

FLEXIBLEA/B 18 2.3B/C 36 4.5

C/D 56 7.1

Grupo 4: Bombas con impulsores multipaletas y propulsores integrados(flujo axial, centrífugo o mixto) con potencias superiores a 15 kw Lascondiciones de soporte están determinadas por la relación entre laflexibilidad de la máquina y los cimientos. Si la frecuencia natural más bajade la máquina combinada y el sistema soporte en la dirección de la mediciónes más alta que su propia frecuencia de excitación (esto es en la mayoría delos casos la frecuencia rotacional) por al menos un 25%, entonces elsistema soporte puede ser considerado rígido en esa dirección. Todos los

otros sistemas soporte pueden ser considerados flexibles.

Y las zonas de evaluación:

Zona A.- Vibraciones de máquinas recién puestas en servicio.

Zona B.- Vibraciones de máquinas consideradas aceptables para unfuncionamiento sin restricciones a largo plazo.

Zona C.- Vibraciones de máquinas consideradas insatisfactorias para unfuncionamiento continúo a largo plazo. Generalmente, la máquina puedeestar funcionando por un periodo limitado de tiempo en estas condiciones,

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hasta que se presente una oportunidad adecuada para una acción deremedio.

Zona D.- Vibraciones de máquinas consideradas suficientemente severaspara causar daño a la máquina.

Recordar que los valores de vibración a los que hace referencia son valoresglobales en rms.

Existen otros estándares como API 610, el “Europump and HydraulicsInstitute”, especificaciones del Gobierno de Canadá, etc.

A continuación mostramos los valores dados por “Technical Associates of Charlotte” en función de su experiencia en estos equipos:

BOMBASCENTRIFUGAS

BUENO ACEPTABLE ALARMA 1 ALARMA 2

VERTICAL 3.6A 6m DE

ALTO5.8 5.8-8.9 8.9 13.46

Vertical 2.5 a3.6m de alto 4.9 4.9-7. 6 7.6 11.67

Vertical 1.5 a2.5 m. de alto 4.0 4.0-6.2 6.2 9.42

Vertical 0.0 a1.5m de alto

3.6 3.6-5.3 5.3 8.08

Horizontal de

propósitogeneral 3.6 3.6-5.3 5.3 8.08

Horizontal depistones

2.6 2.6-4.4 4.4 6.73

Valores en mm/s RMS.

A pesar de las normas y recomendaciones publicadas en relación con losvalores máximos admisibles de vibración, es aconsejable trabajar en lo quese conoce como “personalización de máquinas”, estableciendo y ajustandocontinuamente los niveles de alerta y fallo de nuestros equipos en base alos históricos de vibración obtenidos. La alarma 1 se determina sumando al

nivel promedio, normalmente, tres veces la desviación estándar y la alarma2 incrementando la 1 en un 50%.

Fuente: MANTENIMIENTO PREDICTIVO DE BOMBASAntonio Ordóñez Guerrero

Universidad de Sevilla – Escuela Universitaria Politécnica

MANTENIMIENTO PREVENTIVO DE MOTORES

1.  Limpieza y lubricación:

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Retenes de Aceite y Cubiertas:

•  Ver que las tapaderas estén bien cerradas de manera que el

polvo no pase a las chumaceras.•  Revisar que los sellos de aceite cubran las flechas y que los

tapones correspondientes estén apretados.•  Vea que el aceite no escurra a lo largo de las flechas para que

éste no llegue al embobinado.•  Toda fuga de aceite a las chumaceras trae consigo dificultades,

por acumulación de polvos y destrucción de aislamientos.

Anillo elevador de aceite:

•  Revise que el anillo elevador de aceite se encuentre libre y girecon la flecha.

•  Temperatura:•  Fijarse bien que la temperatura de las chumaceras no exceda

de 60°C en motores de tipo abierto y en 80°C. en motorestotalmente cerrados.

•  Además, compruebe la temperatura especificada por elfabricante.

Bandas, cadenas y presión de engranes:

•  Ver que la tensión de las bandas sea la adecuada para evitardeslizamientos. Ver que los engranes giren libremente;comprobar que las cadenas no muestren puntos de desgaste o

partes brillantes que denoten rodamientos.•  Ver que las cadenas giren libremente en sus cajas.•  Revisar el aceite y corregir especialmente el acumulamiento de

grasa o aceite en el fondo de las cubre-cadenas.

Alineación:

•  Es necesario que la alineación entre el motor y la máquina seala adecuada para evitar desgastes en las chumaceras, ademásalinear correctamente los coples flexibles para evitar ruidos ycalentamiento de las chumaceras.

2. Lubricación de Baleros y Rodillos:

Lubricación por aceite:

•  Ver que el aceite esté donde marca precisamente el indicador.Si el

•  indicador de nivel de aceite señala menos de 5 cm. (2 plgs.),pare el motor para verificar el aceite, purgue y llenenuevamente el depósito de reserva de aceite.

•  Si el motor hace trabajo pesado, haga con más frecuencia estaoperación.

•  El aceite que se use debe ser el recomendado por el fabricante.

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•  Los motores pequeños no tienen indicadores de nivel; en estoscasos debe verter de 30 a 60 gotas cada 6 meses.

Lubricación por grasa:

•  La lubricación va de acuerdo con el uso a que está destinado elmotor, tomando en cuenta las recomendaciones del fabricante.

•  Cuando el motor sea de uso continuo (24 hrs.), se le debenengrasar

•  baleros y rodillos cada 6 meses; si el motor es de uso alterno,es decir, que su trabajo no sea constante, se deberá engrasarcada 9 ó 12 meses.

•  En motores de trabajo pesado, se debe quitar el tapón dedrenaje para inyectar grasa nueva hasta que la grasa usadasea expulsada.

•  Si es necesario hacer cambio de lubricante, limpieperfectamente los lugares antes de llenar con grasa nueva,

nunca mezcle grasa de diferentes tipos, guíese por larecomendación del fabricante.

Vibraciones:

•  Toque la cubierta del motor: si aprecia vibraciones o ruido queno son

•  propios de una operación normal, repórtelo al supervisorresponsable.

3. Escobillas y Portaescobillas (Generadores):Limpieza:

•  Ver que los carbones no estén pegados, en caso afirmativo,límpielos para que se deslicen libremente. Si en los carbones senota un chisporroteo muy fuerte, esto se debe a que el aceite yla suciedad se ha acumulado en el conmutador y ocasiona quelas delgas y los carbones se piquen y se acaben pronto.

•  Vea que las conexiones a las delgas del distribuidor no esténflojas; en caso de que las caras de las escobillas tenganrebabas, surcos o estrelladuras por el calor, reemplácelas.

•  Tensión del resorte•  Si la presión del resorte no es la apropiada, cámbielo. No trate

de darle la presión necesaria porque la presión del resorte debeser exactamente la adecuada para evitar que el conmutador seacinture y alterne los portaescobillas en pares.

4. Conmutador y Anillos deslizantes (Generadores):

Limpieza:

•  Se debe limpiar perfectamente el conmutador, pues la suciedady el aceite hacen defectuoso su funcionamiento.

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•  Si el conmutador presenta una coloración azulosa o quemada,esto indica

•  sobrecalentamiento, para evitar la corrosión en el anillo rosante

invierta la polaridad de los anillos deslizantes o carbones.

Desgastes:

•  El desgaste de los anillos deslizantes en los conmutadores delos motores eléctricos es inevitable, porque siempre están enconstante fricción y no pueden ser lubricados.

•  El desgaste mínimo se puede lograr manteniendo elconmutador con sus ranuras limpias.

•  Para un buen acabado en los conmutadores, límpielos con lijaNo. 00 y use lija de papel, no de tela.

5. Rotores:

Tipo:

•  Compruebe que no existan barras rotas o flojas, verifique quelas aspas del ventilador no se encuentren fundidas, haciendouna sola pieza.

•  Ver que las aspas no estén torcidas o fuera de su lugar.

Tipo devanado:

•  Limpie a través y alrededor de los anillos del colector, rondanasy

•  conexiones.•  Apriete todas las conexiones en caso de que los anillos se

encuentren•  picados o acinturados, rectifíquelos en torno, ver que las

bobinas se•  encuentren apretadas y unidas.

6. Protección y Controles:

Fusibles:

•  Ver que la protección de circuito corto de los motores noexceda en tres veces la corriente a plena carga del motor.

•  Ver el estado de los portafusibles mismos, no debe haberconexiones flojas o sobrecalentadas.

Arrancadores y Controles:

•  Mantener los arrancadores y controles limpios; ver que laspartes móviles giren libremente.

•  Revise que todas las conexiones interiormente estén apretadas

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y sobre todo, busque las partes que denoten calentamientoexcesivo.

•  Ver que en los contractotes no haya claros entre las partes fijas

y las partes móviles.

Elementos térmicos:

•  Ver que los elementos térmicos sean los especificados, así como también no haya sobrecalentamiento en los motoresmonofásicos.

•  Vea que el arranque no sea muy lento y que no haya excesivochisporroteo o fallas que le impidan entrar a la velocidad derégimen en el ciclo adecuado.

7. Pruebas:

Prueba de Carga:

•  Es necesario verificar la carga eléctrica en el motor cuandohaya cualquier cambio de operación en el mismo, o cada vezque tienda a calentarse. Esta prueba debe realizarse con elamperímetro de inducción (de gancho).

Espacio entre rotor y estator:

•  Se hace esta medición mediante hojas de acero calibradas(láminas). Esta medición se hace a motores de 1 H.P. ómayores. El promedio de variación de éste espacio es del 10%dependiendo del tamaño del motor.

•  Un récord anual de estas verificaciones dará una idea deldesgaste en las chumaceras.

Resistencia de aislamientos a tierra:

•  Esta prueba es muy conveniente en motores de 100 H.P. ómayores, así como en los que se manejan mecanismosimportantes y los de bombeo. En motores de 5 H.P. ó menores,

estas pruebas deberán hacerse con un ohmetro de lasensibilidad apropiada.•  Las pruebas se hacen entre el armazón o coraza y entre bobina

y bobina, nunca verifique los aislamientos de motores húmedoscon ohmetro

•  (Megger), porque el voltaje puede quemar el aislamiento.•  Pruebe los aislamientos de los motores mojados o húmedos con

un ohmetro de bajo voltaje (55º V.).

8. Varios:

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Conexiones eléctricas:

•  Es necesario que todas las conexiones estén de acuerdo con el

reglamento de obras e instalaciones eléctricas en vigor; reviseel alambrado general.

Ventilación:

•  La ventilación a través del motor no debe estar obstruida, esnecesario que en las tomas de aire del motor no existaacumulación de materias extrañas, así como también a sualrededor.

Montaje:

•  Es necesario que el motor se encuentre seguro; para esto, senecesita que los tornillos se mantengan rígidos o apretados.Ver también que la vibración no sea excesiva.

Protección contra oxidación:

•  Es necesario que los motores estén libres de salpicaduras deagua,

•  goteras, descargas de vapor y, en general, del medio húmedo.

Sopleteado en los embobinados:

•  Antes de destapar, sopletee con aire seco la cubierta de losmotores, para quitar el polvo, haga lo mismo a losconmutadores y a los anillos deslizantes de los generadores.

•  Cuando no se disponga de aire a presión, es convenientelevantar el polvo con el auxilio de un fuelle.

Fuente: Guía de mantenimiento y operación de motores eléctricosInstituto de seguridad y servicios sociales de los trabajadores de estado

Subdirección de Conservación y Mantenimiento de la Subdirección General Médica-México

Departamento de Ingeniería Electromecánica

9.2.3.3 Mantenimiento correctivo

•  Falla por deterioro del rodete: El deterioro del rodete se da en su mayoría decasos por la presencia del fenómeno de cavitación, ya explicado detalladamenteantes, En este caso se plantea como primera solución la recuperación del rodetepor soldadura, dependiendo del material de fabricación. En caso extremo seplantea hacer cambio del rodete. 

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•  Falla por fugas en las tuberías: Se sugiere emplear soldadura para cubrir losorificios, en caso contrario se recomienda reemplazar parte de la tuberíaaveriada por una nueva. 

•  Falla por fuga en las válvulas del sistema: Se recomienda cambiar el sello, casocontrario cambiar la válvula por una nueva. •  Falla por haberse quemado el motor: Se recomienda mandar a rebobinar el

motor, caso contrario cambiar el motor. El análisis de dichas alternativas sepresenta a continuación 

9.2.3.4 Mantenimiento productivo total

•  Las industrias que podrían implementar este tipo de mantenimiento deben seraquellas que cuenten con departamento de mantenimiento internamente. Estedepartamento es el encargado de dirigir

•  Se recomienda que los operarios del sistema estén adecuadamente capacitados,porque ellos serán quienes detecten las posibles fallas a tiempo.•  Se recomienda contar con un stock de piezas de repuesto como, rodetes,

válvulas, soldadura, empaquetaduras, etc. El departamento de mantención seencargará de la gestión de los mismos

9.3  Ejemplo de diseño de un sistema de bombeo

Una localidad se abastece de un pozo cuyas características se indican a continuación:

Nivel estático 5.50 m,

Nivel de bombeo 31.00 m,

Profundidad 38.00 m,

Caudal 2.5 l/s,

Cota terreno 173.44 m,

Altura del estanque 19 m desde la superficie del terreno,

Período de funcionamiento 16 horas,

La tubería utilizada en toda la obra es acero galvanizado (C=110).

Se pide calcular las pérdidas de carga de la tubería y la potencia de la bomba.

Datos:

Nivel estático: 5.50 [m]

Nivel de bombeo: 31.00 [m]

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Profundidad: 38.00 [m]

Caudal: 2.5 [l/s]

Cota terreno: 173.44 [m]

Altura del estanque 19 m desde la superficie del terreno

El bombeo es continuo durante16 horas (N)

Solución:

1. Diámetro económico de la tubería de bombeo (fórmula de Bresse)

.] / [3.1][34 / 1

smQ xm D λ =  

24 N =λ   

N:numero de horas de bombeo

.] / [0025.024

163.1][ 3

4 / 1

sm xm D  

  

 =  

D=0.059 [m]=2.32[pulg]

Diámetro comercial: 3[pulg]=0.0762[m]

2. Pérdidas de carga tubería del pozo al punto A. (Hazen-Williams)

Qmax-d =2.5 l/s=0.0025 m3 /s

L=45m

C=110D=3”=0.0762m

54.063.22785.0 xS xCxDQ =  

 Longitud 

hS

f =  

0.0025[m3 /s] =0.2785x110x (0.0762) 2.63xS0.54

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S=0.00749 [m/m]

Entonces la pérdida de carga será:

hf =SxL=0.00749x45=0.337[m]

3. Pérdidas de carga tubería del punto A al tanque. (Hazen-Williams)

Qmax-d =2.5 l/s=0.0025 m3 /s;

L=6650m

C=110

D=3”=0.0762m

54.063.22785.0 xS xCxDQ =  

0.0025 [m3 /s] =0.2785x110x (0.0762) 2.63xS0.54

S=0.00749 [m/m]

Entonces la pérdida de carga será:

hf =SxL=0.00749x6650=49.81 [m]

4. Cálculo de la pérdida de carga total (HT)

H1 = (perdida de carga del pozo al punto A) + (perdida de carga del punto A al tanque)

H1 = 0.337 [m] + 49.81 [m] = 50.15 [m]

H2 = (cota terreno del tanque + altura del tanque) – (cota terreno del pozo)

H2 = (194.44 [m] + 19 [m] – 173.44 [m] = 40 [m]

HT = H1 + H2 + nivel de bombeo = 50.15 [m] + 40 [m] + 31 [m] = 121.15 [m]

HT = 121.15 [m]

5. Calculo de la potencia de la bomba

ξ 

γ  

 x

 xQxH  HPPotencia T 

76][ =  

Donde:

γ = Peso unitario del agua (1000 kg/m3)

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ξ = Eficiencia (70 %)

HT = Altura total de carga [m]

Q = Caudal [m3 /s]

 HP x

 x x HPPotencia 69.5

70.076

100015.1210025.0][ ==  

Adoptamos 7.5 (HP) porque en el comercio no existe de 6 (HP), entonces adoptamosesta potencia:

Potencia adoptada = 7.5 (HP)

Se escoge una bomba con estas características: de 7.5 HP, con un caudal de 2.5 [l/s]≅ 40[gal /min]; y que tenga una altura total de carga de 121.15 [m] ≅ 398 [pies]; severifica que cumpla estos requisitos. Como se muestra en la Figura 40 Curvacaracterística de la bomba seleccionada.

Figura 40 Curva característica de la bomba seleccionada

Fuente: http://www.franklin-electric.com/business/WaterSystems/Products/Pumps/pdfs/Catalog_J-Class.pdf 

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9.4  Motores Eléctricos

9.4.1  Introducción

En el presente capítulo se analizará en forma conjunta los motores y los sistemas queaccionan éstos (bombas, ventiladores, correas transportadoras y compresoreseléctricos). El potencial de ahorro fue estimado considerando el conjunto motor-bomba, motor-ventilador, etc., sin incluir en forma específica las bombas ocompresores Premium ya que no hay datos para evaluar la rentabilidad de la medida y,principalmente, porque se considera que el método adoptado cubre adecuadamente lospotenciales de los sistemas involucrados.

Se estimó necesario desarrollar con cierto detalle el proceso de introducción de los

motores eléctricos en los sectores industrial y minero, no sólo por la importancia quetiene la fuerza motriz en el total de los consumos de estos dos sectores, del orden deun 70% del total, sino que también ha habido un desarrollo importante de la eficienciaen la producción de motores a nivel mundial y a que los actores públicos y privados enChile asignan una importancia mayor a la incorporación de motores de alta eficienciaen la actividad productiva nacional11. De hecho, las autoridades de Gobierno (Ministrode Energía, Ministra de Medio Ambiente y Ministra (s) de Minería) suscribieron unacuerdo voluntario con Siemmens, ABB y WEG que establece la comercialización demotores eficientes para las industrias con un 20% de descuento por sobre sus preciosde lista.

9.4.2  Escenarios de evaluación

Se evaluará, a partir del concepto del CAE, la viabilidad económica de introducirmotores de alta eficiencia en las distintas situaciones descritas más abajo. Para elanálisis se consideraron motores asincrónicos TEFC, de 4 polos y de potenciascomprendidas entre 1 y 200 HP. Debido a que no es fácil obtener información deprecios de motores fabricados bajo norma IEC, se consideraron motores de fabricaciónUS Motors, norma NEMA.

En cuanto a la especificación de los motores, se considerarán aquellas definidas por lanorma NEMA 12-10 vigente a partir de 1998 (a la que algunos fabricantes asociancomo EM) y aquella definida por el Consortium for Energy Efficiency (CEE), con elpatrocinio de la US Environmental Protection Agency (EPA) y el Department of Energy(DOE) de los Estados Unidos, quienes publican una tabla más exigente de eficiencia demotores, a la que los fabricantes normalmente asocian su línea de motor XE ExtraEfficiency o motores NEMA Premium. Los motores que cumplen la Norma NEMA MG-1-1998 serán llamados, en lo que resta del texto, motores estándar. El valor de laeficiencia de estos motores se aproxima a la denominación EFF2 del EuropeanLabelling Scheme. Por otra parte, los niveles de eficiencia del CEE fueron adoptadospor la Norma NEMA PREMIUM (NEMA Standards MG 1- 2003) y se asemejan a ladenominación EFF1 del European Labelling Scheme. En lo que resta del texto estosúltimos motores serán llamados motores eficientes.

11Se estima que aproximadamente un 5% del parque de motores existente estaría conformado por motores

eficientes, no está claro si ellos corresponden a motores EFF2 o EFF1, estudio de la Fundación Chile para el

PPEE.

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Los casos a evaluar son los siguientes:

a.  Selección entre un motor eficiente (Premium) o uno estándar (NEMA 12-10)

en el caso de expansión de la producción o de proyectos nuevos.b.  Reemplazo de motores que llegan al final de su vida útil (obsolescencia), loscuales deben ser reemplazados por un motor nuevo. En forma similar alcaso anterior, se debe escoger entre un motor eficiente o uno estándar.

c.  Reemplazo de un motor instalado, que luego de una falla, se debe decidir sies reparado (rebobinado), o reemplazado por un motor nuevo, ya sea unmotor eficiente o uno estándar.

En consecuencia, no se contempla reemplazar un motor existente en funcionamiento,tanto por razones de costo directo como por el costo que implica detener laproducción.

En el presente estudio se han considerado tres escenarios posibles, llamados escenarioconservador, escenario dinámico y escenario económicamente viable. Básicamente, ysólo para los casos en que la tecnología es rentable, estos escenarios se diferenciaránen la tasa de penetración en el mercado de la tecnología bajo análisis, para cada sectory situación analizada.

9.4.3  Caracterización del parque actual de motores

Si bien no se considera para el análisis de los potenciales de ahorro un motor con altaprobabilidad de falla, se ha supuesto que los motores del parque existente han sufridoal menos dos rebobinados y que su rendimiento es igual al definido como EFF2 por elEuropean Efficiency Labelling Scheme menos dos puntos porcentuales (resultantes de

los sucesivos rebobinados):

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Adicionalmente, se debe considerar que la literatura especializada12 indica que unmotor que ha sido rebobinado tiene una probabilidad de un 50% de volver a fallar a los3,5 años, mientras que un motor nuevo tiene la misma probabilidad de falla a los 7

años, lo cual en una faena industrial o minera que asigne a la confiabilidad una altaprioridad, puede ser decisivo al momento de elegir la reparación de un motor o sureemplazo.

La siguiente figura muestra la probabilidad de falla de un motor, sometido acondiciones extremas de funcionamiento, lo cual reduce aún más su vida útil13,aumentando las probabilidades de falla. En los puntos en azul se puede apreciar laprobabilidad de una nueva falla de un motor existente, en función de los años, para elcaso que éste sea rebobinado. En rojo se puede apreciar la probabilidad de falla para elcaso que éste sea reemplazado por un motor nuevo de alta eficiencia y robustez.

Figura 41 Probabilidad de Falla de un Motor

9.4.4  Caracterización de los motores nuevos

Como se señaló, para el análisis económico se distinguirán dos tipos de motoresnuevos14: motores estándar y motores eficientes.

12Advanced Energy, “Achieving More with Less: Efficiency and Economics of Motor Decision Tools”, 2006.

13Respecto de las condiciones medias del parque de motores.

14Entre los años 1960 y 1975 no existió mayor preocupación por la eficiencia de los motores. Así por

ejemplo, un motor de 10 HP tenía una eficiencia declarada en su placa de características que usualmente

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•  Los motores estándar serán aquellos que tienen una eficiencia igual o peor quelos definidos por la Norma NEMA 12-10 del año 1998, básicamente equivalenteal motor EFF2 del European Labelling Scheme15.

•  Los motores eficientes tienen una eficiencia igual o superior a la definida porNEMA Premium (NEMA Standards MG 1-2003) y coinciden, muyaproximadamente, con la denominación EFF1 del European Labelling Scheme.

La tabla siguiente muestra los valores de las eficiencias de los motores de dos a ochopolos para distintas potencias según la Norma NEMA 12-10 (Norma NEMA MG-1-1998).

fluctuaba entre 81% y 88% (John C. Andreas: Energy Efficiency Electric Motors, Ed. Decaer, 1992). En 1993

NEMA define el concepto de motor eficiente mediante la Tabla 12-6C, la que, por ejemplo, especifica para

un motor de 10 HP una eficiencia de 89,5 %. Por tanto, es posible afirmar que todos los motores anteriores a

1993 tienen una eficiencia inferior a la publicada la Tabla 12-6C de NEMA.15

Algunos fabricantes llaman a estos motores EM.

En todas las Normas se hace distinción entre los motores abiertos y totalmente cerrados. En general, se

tiende a utilizar el motor totalmente cerrado (TEFC), enfriado externamente, evitando que la contaminación

del aire deteriore las partes internas del motor.

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La tabla siguiente muestra los valores de las eficiencias de los motores de dos a seispolos para distintas potencias según NEMA Premium:

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9.4.5  Determinación de criterios de decisión para la selección demotores eléctricos basados en el CAE

Para todos los escenarios posibles indicados en el punto 9.4.2, se ha analizado laalternativa más rentable para un plazo de 12 años y una tasa de descuento del 12%.

La metodología de decisión se basa en el cálculo del Costo de Ahorro de Energía (CAE).

Las listas de precios de los motores nuevos fueron extraídas de U.S. Motors Americanproduct catalog, mientras que los precios de rebobinado, costos de traslado einstalación se obtuvieron de estudios realizados por el PRIEN con anterioridad16. Elcosto de inversión considera el precio FOB (precio de lista menos 10% dedescuento17), el recargo entre FOB y CIF18, el desaduanamiento (en formaconservadora 6%, como resultado de los acuerdos comerciales de Chile) y el costo deinstalación (15% del precio FOB).

Los resultados obtenidos a partir de precios de lista de motores (menos el descuentomencionado) deben ser sólo considerados como ejemplos de negocios. En efecto,

normalmente los precios reales son muy inferiores a los precios de lista exhibidos porlos fabricantes, los que son fuertemente influidos por la cantidad de motores que seestén comprando.

16PRIEN, “Caracterización del parque actual de motores eléctricos en Chile”, preparado para el Ministerio de

Minería, 18 de enero de 2007.17

De acuerdo a los proveedores el descuento puede llegar hasta un 30% sobre el precio de lista.18

De acuerdo al Boletín del Banco Central, existe un sobrecargo de 10% entre el precio FOB y CIF de las

importaciones.

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Los CAE calculados según cada escenario se presentan a continuación:

a)  Selección entre un motor eficiente o uno estándar, en el caso de expansión de

la producción o proyecto nuevo:

Se ha calculado el CAE para ambas decisiones.

Para las grandes industrias (6000 horas o más de funcionamiento anual), se haestimado que un CAE inferior en un 25% a un precio monómico de $51,1/kWhhace atractiva la inversión, lo que daría un precio de corte de $38,3/kWh, valorque definirá la alternativa a adoptar.

Para las industrias más pequeñas (4000 horas o menos de funcionamientoanual), se ha estimado que un CAE inferior en un 25% a un precio monómico de$61,8/kWh19 (Tarifa AT 4), hace atractiva la inversión, lo que daría un precio de

corte de $46,3/kWh, valor que definirá la alternativa a adoptar.

En la tabla siguiente se han sombreado las alternativas cuyo costo calculado seencuentra por debajo del precio de corte, lo cual significa, en este caso, que laalternativa de un motor eficiente (PREMIUM) es más económica que laalternativa de un motor estándar (NEMA 12-10).

b)  Reemplazo de motores que llegan al final de su vida útil (obsolescencia), loscuales deben ser reemplazados por un motor nuevo:

19Supone que no consume en hora de punta, si ese no fuera el caso el precio sería más alto como se indicó

más arriba.

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Nuevamente el criterio de decisión es la compra de un motor Premium o unmotor estándar, lo cual se reduce a la misma decisión del punto anterior.

c)  Reemplazo de un motor instalado, que luego de una falla, se debe decidir si es

reparado (rebobinado), o reemplazado por un motor nuevo, ya sea un motoreficiente o uno estándar:

En este caso, existen tres posibles decisiones: rebobinado del motor antiguo,reemplazo por un motor Premium o reemplazo por un motor estándar. Paraanalizar estas tres decisiones, se ha enfrentado la posibilidad de rebobinado conlas otras dos posibilidades, los resultados del análisis se presentan en las tablassiguientes:

En las tablas anteriores se han sombreado las alternativas cuyo CAE seencuentra por debajo del precio de corte, lo cual significa que las alternativas

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de un motor Premium o un motor estándar, según corresponda, son máseconómicas que rebobinar el motor existente.

Fuente: “Estimación Preliminar del Potencial de la Eficiencia en el uso de laEnergía Eléctrica al Abastecimiento del Sistema Interconectado Central” Informe Final Preliminar

Programa de Estudios e Investigaciones en EnergíaInstituto de Asuntos Públicos Universidad de Chile, 2008