VISITA A PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE JULIACA

EPS SEDAJULIACA S.A.

INFORME TÉCNICO I

Fecha: 24 de junio del 2013-06-24

AUTOR: ALUMNO PACCO ARAPA EDSON ALEX

ASUNTO: INFORME FINAL DE EVALUACIÓN DE LA PLANTA

DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE DE JULIACA

EPS SEDAJULIACA S.A.

1. Antecedentes

La entidad Prestadora de Servicios de Saneamiento EPS SEDAJULIACA S.A., pasa actualmente por una delicada situación institucional, que limita sustancialmente la capacidad de gestión. Se han realizado significativos esfuerzos para revertir esa situación, dentro de los cuales cabe destacar la formulación del Plan Estratégico para el periodo 2003-2007 y la búsqueda de financiamiento externo para la ejecución del Proyecto integral agua potable y saneamiento.

En Noviembre del 2005 la EPS SEDAJULIACA es integrada al PMRI (Programa de Medidas de Rápido Impacto), por el cual la empresa tuvo que replantear su programa de inversiones bajo la lógica de priorización de las mismas sobre la base del impacto económico a corto y mediano plazo.

A principios del mes de Mayo del 2006, la consultora GTZ/PROAGUA desarrolló el diagnóstico Institucional y de ámbito político social para identificar las medidas de Fortalecimiento Institucional y de Gestión Político Social, medidas complementarias a las medidas de rápido impacto.

En el mes de Setiembre del 2006 se culminó el perfil de proyecto de Medidas de Rápido Impacto de la EPS SEDAJULIACA, que representa el principal estudio elaborado para definir las inversiones de corto y mediano plazo de la empresa.

Las inversiones propuestas en el perfil de Medidas de rápido impacto, están financiadas por varias instituciones en calidad de préstamo y donaciones. En Banco KREDITANSTAL FÜR WIEDERAUFBAU KfW de Alemania financia parte estas inversiones de agua potable de Juliaca y realiza una significativa donación conjuntamente con el Gobierno Central, La EPS SEDAJULIACA y GTZ/PROAGUA

2. OBJETIVO

Conocer la calidad del agua suministrada por la EPS y definir la viabilidad.

Formular y consolidar los planes y programas diseñados por la EPS SEDAJULIACA S.A., para alcanzar determinadas metas de prestación del servicio en el mediano y largo plazo, concordantes con la política del sector saneamiento, sustentados en tarifas técnicamente viables reflejadas en las formulas tarifarias propuestas.

a) Evaluar la Capacidad Empresarial de la empresa y las deficiencias de los actuales sistemas para proponer medidas orientadas a mejorar la gestión y la calidad de los servicios de agua potable y alcantarillado.

b) Proponer la infraestructura de los sistemas de agua potable para que garanticen paulatinamente un abastecimiento permanente y una calidad fisicoquímica y bacteriológica adecuada.

c) Proponer la infraestructura de los sistemas de alcantarillado sanitario, para que garanticen una disposición adecuada de las aguas residuales para evitar peligros en la salud de la población y reducir la contaminación del medio ambiente

d.) Establecer un Programa de Inversiones, que contenga los proyectos de rehabilitación, renovación y ampliación de los sistemas a corto, mediano y largo plazo, compatibles con el logro a futuro de determinados niveles de prestación de servicios.

e.) Plantear Metas de Gestión, derivadas de los programas de Inversiones, que representen los niveles de calidad del servicio y eficiencia operativa que la EPS SEDAJULIACA S.A. deberá alcanzar.

MARCO TEÓRICO

ESTACIONES DE BOMBEO

DEFINICIÓN

Una Estación de Bombeo (EB) (también llamada Estación Elevadora (EE)), es una instalación hidroelectromecánica destinada a forzar el escurrimiento de una vena líquida para que ésta llegue a destino en las condiciones previstas en su diseño.

Por hidroelectromecánica se entiende aquella instalación donde se conjugan los componentes

y estructuras hidráulicas en primer lugar, mecánicas, eléctricas y últimamente también las electrónicas.

Por lo general esta instalación está contenida en una obra civil, motivo por el cual la EB reúne en si misma los conocimientos de casi todas las ramas de la ingeniería.

En rigor “forzar el escurrimiento” se refiere a impartirle al líquido una determinada cantidad de energía proveniente de una bomba, la cual a su vez la recibe en forma mecánica en su eje.

En consecuencia una EB es una instalación hidroelectromecánica donde se le imprime al líquido que pasa por ella una cierta cantidad de energía hidráulica suministrada por una máquina hidráulica llamada bomba, la cual se alimenta mecánicamente desde un motor.

NECESIDAD DE UNA EB

Son muy variadas las necesidades que llevan al diseñador de la instalación hidráulica a colocar en algún punto de ella una EB.

Por lo general podemos afirmar que a excepción de alguna instalación que se alimente con agua proveniente de un río de montaña o del agua de lluvia, casi todas requieren una bomba para impulsar el líquido con el caudal, la presión y la velocidad deseada.

Desde el punto de vista de la Ecuación General de Conservación de la Energía (o Ecuación de Bernoulli), toda vez que el primer miembro de la ecuación sea menor que el segundo, hará falta el aporte externo de energía hidráulica, materializado por la instalación de una (o varias) bombas/s. En fórmula sería:

p1/γ + z1 + v12/2g < p2/γ + z2 + v22/2g + ΔH [m]

Esta desigualdad se transforma con el agregado de la energía (Hb) aportada por la bomba en:

p1/γ + z1 + v12/2g + Hb = p2/γ + z2 + v22/2g + ΔH [m]

En consecuencia, partiendo de la definición anterior, podríamos afirmar que allí donde se colocó una bomba, se ha instalado también una EB. En este sentido una perforación de agua también sería una EB, ya que su misión es forzar el agua de la napa a salir hacia la superficie, lo que de otro modo no sería posible por sus propios medios.

Sin embargo, nosotros nos habremos de referir a las instalaciones hidroelectromecánicas que están contenidas dentro de una obra civil.

DIFERENTES TIPOS DE EB

Como fuera mencionado anteriormente, casi todas las instalaciones hidráulicas requieren una EB. Si bien todos los líquidos son factibles de bombearse, nos referiremos en adelante a las instalaciones para el bombeo de agua.

En particular, en la ingeniería hidráulica y sanitaria tenemos tres tipos de EB, según sea el tipo de agua a bombear:

•Las EB para agua potable

•Las EB cloacales

•Las EB pluviales

La característica distintiva de estas EB es que todas ellas tienen un recinto llamado pozo de bombeo, donde llega el agua y desde donde las bombas se alimentan para impulsarla fuera de la instalación. El caudal de la/s bomba/s puede o no coincidir con el caudal afluente al pozo, en cuyo caso éste actúa como recinto pulmón.

Fig. I.1 – Estación de bombeo para agua potable

Fig. I.2 – Estación de bombeo para líquidos cloacales

Fig. I.3.- Estación de bombeo pluvial

LA ESTACIÓN DE REBOMBEO

Existe una cuarta categoría de EB, utilizadas cuando en una línea se necesita incrementar la presión de toda el agua que llega, sin acumularla o cederla.

Este tipo de instalación se denomina Estación de Rebombeo y se diferencia de las anteriores por carecer de pozo de bombeo. Por ende, el caudal impelente

de la/s bomba/s debe ser igualal caudal entrante.

EB INUNDADA O DE CÁMARA SECA

Por la forma en que el equipo de bombeo está dispuesto en el pozo de bombeo, las EB se clasifican en: EB Inundadas (figs I.2 y I.3), cuando las bombas están sumergidas en el líquido a bombear y EB de Cámara Seca (fig I.1) cuando las bombas están ubicadas en una sala contigua al pozo de bombeo.

Se muestran a continuación otros dos casos típicos de EB inundada y de cámara seca.

Fig. I.4.- Estación de bombeo cloacal tipo inundada (con electrobombas sumergibles)

Fig. I.5.- Estación de bombeo con bombas verticales a la izquierda

Si bien el comportamiento hidráulico entre una y otra es semejante, no lo es en cambio su costo constructivo ni su costo de mantenimiento. En líneas generales se pueden establecer las siguientes diferencias 1 de la EB inundada respecto de la de cámara seca:

•La EB inundada requiere menos espacio en planta, por ende, la obra civil resulta más económica.

•Si la EB inundada posee electrobombas sumergibles toda la estación puede instalarse debajo del nivel de calzada o acera. Por ende posee menos impacto visual.

En la EB inundada los equipos son más costosos, sean las bombas verticales del tipo turbina con motor arriba o las electrobombas sumergibles.

El mantenimiento de los equipos en una EB inundada es más costoso.

Las EB de cámaras seca requieren por lo general personal de menor especialización

CRITERIOS DE DISEÑO DE UNA EB

Existe un sinnúmero de criterios a ser aplicado en el diseño de una EB. Sin perjuicio de ello, pueden establecerse las siguientes pautas generales.

CONFIABILIDAD

Las EB son uno de los puntos más vulnerables de la instalación hidráulica. Su falla manifestada como salida de servicio puede causar un daño muy grande no solo a la instalación en si misma, sino a los propios usuarios.

Por caso, la salida de servicio de una EB de drenajes pluviales en el momento de la máxima tormenta podría causar un daño por inundación a las viviendas cercanas de esa cuenca, interrupción de otros servicios públicos esenciales (luz, gas, teléfono, agua, etc.) e incluso riesgo de accidentes fatales.

De mismo modo, un EB cloacal que deja de funcionar por una falla puede anegar con líquidos residuales toda un área cercana a la estación, con riesgo cierto de contaminación.

En síntesis, la falta de confiabilidad en el funcionamiento de una EB desbarata todos los beneficios que el proyecto de la instalación sanitaria o hidráulica pretendía traer a esa población. Consecuentemente, la primera consideración a tener en cuenta en el diseño de una EB es - precisamente - su confiabilidad de funcionamiento.

Para ello los equipos seleccionados deben ser robustos y de construcción sencilla, ajustados a los requerimientos del servicio.

Los aspectos arquitectónicos no prevalecen en el diseño de la casa de bombas. Ello no quita que la fachada externa de la obra civil sea acorde con el resto de arquitectura del sitio, en particular si la EB debe erigirse en una zona residencial o turística.

ECONOMÍA

Si bien por lo general el costo de una EB es pequeño comparado con el costo total de la instalación, ello no quiere significar que el mismo no deba ser considerado en el momento del diseño.

Es importante aquí distinguir que servicio habrá de cumplir la EB. Si el servicio es continuo (como por ejemplo en la EB cloacales o de agua potable), prevalece el criterio del mejor rendimiento de los equipos de bombeo. Pero si se trata de una EB de aguas pluviales, donde la frecuencia de su funcionamiento es muy baja (sólo funcionan cuando llueve), el criterio del máximo rendimiento no es un atributo superior al resto.

Sin perjuicio de ello, debe observarse que aún en una EB pluvial un buen rendimiento de las bombas puede hacer disminuir la potencia requerida de sus motores, bajando en consecuencia la potencia eléctrica instalada de la Estación. Ello es particularmente importante, a la hora de establecer las tarifas del servicio eléctrico.

Los estudios económicos para determinar la mejor eficiencia de las bombas y por tanto, el menor consumo de energía de la Estación deben hacerse teniendo en cuenta el tipo de servicio que habrá de prestarse. En el primero de los casos es válido tomar para el cálculo de la energía consumida 24 horas de funcionamiento diario, durante los 365 días del año. En cambio en el segundo caso considerado, la cantidad de horas anuales de trabajo de las bombas es muy baja (dependiendo de la hidrología del sitio), perdiendo peso el atributo de una mejor eficiencia de los equipos de bombeo.

VALVULAS

VALVULAS DE BOLAEN MATERIALES COMO: BRONCE, ACERO AL CARBON Y ACERO INOXIDABLE.PARA PRESIONES DE 1000 Y 2000 LIBRASEN UN SOLO CUERPO O EN 2 ó 3 CUERPOSPARA USOS EN AGUA, VAPOR, GAS O AIREEN MEDIDAS DESDE 1/4" HASTA 4"

VALVULAS DE COMPUERTACUERPO EN BRONCEUSOS EN AGUA Y VAPORPRESIONES DE (600LBS Y 300LBS) AGUA (125LBS Y 150LBS) VAPOREXTREMOS ROSCADOSMEDIDAS DESDE 1/4" HASTA 4"

VALVULAS DE GLOBOMATERIAL BRONCEUSOS PARA AGUA Y VAPORPRESIONES DE (600LBS Y 300LBS) AGUA (125LBS Y 150LBS) VAPOREXTREMOS ROSCADOSMEDIDAS DESDE 1/4" HASTA 2"

VALVULAS DE RETENCION O VALVULAS CHECKVALVULA DE RETENCION VERTICALCUERPO EN BRONCETIPO DE CIERRE TEFLON A BRONCEPRESIONES DE 600 LBS AGUA Y 150LBS VAPORSELLOS EN TEFLONMEDIDAS DISPONIBLES: DESDE 1/2" HASTA 4"

VALVULA DE RETENCION HORIZONTALCUERPO EN BRONCE O ACERO INOXIDABLETIPO DE CIERRE EN BRONCE TEFLON A BRONCETIPO DE CERRE EN INOXIDABLE METAL A METALPRESIONES DE 125 LBS AGUA 200 LBS VAPORMEDIDAS DISPONIBLES DESDE 3/8" HASTA 3"

VALVULA DE RETENCION UNIVERSAL.TIPO CAPLETAPUEDE SER INSTALADO HORIZONTAL O VERTICALMENTECUERPO EN BRONCETIPO DE CIERRE TAFLON A BRONCEPRESIONES DE 300 LBS AGUA Y 125 LBS VAPORSELLOS EN TEFLONMEDIDAS DISPONIBLES: DESDE 1/2" HASTA 4"

VALVULA DE RETENCION UNIVERSAL.CUERPO EN BRONCETIPO CAPLETAPUEDE SER INSTALADO HORIZONTAL O VERTICALMENTECUERPO EN BRONCE O ACERO FORJADOTIPO DE CIERRE METAL A METALPRESIONES EN BRONCE 600 LBS AGUA Y 300 LBS VAPORPRESIONES EN ACERO FORJADO 800 LBS VAPORMEDIDAS DISPONIBLES DESDE 1/2" HASTA 2"

FILTROSCUERPO EN BRONCEROSCAS NPTCANASTILLA EN ACERO INOXIDABLEMEDIADAS DESDE 1/4" HASTA 2"

CHECK PASCON ROSCADO

CUERPO EN BRONCEROSCA NPTRESORTE Y TUERCA EN ACERO INOXIDABLESELLO DE NITRILOPRESION 150PSI AGUACANASTILLA DE BRONCE FUNDIDOMEDIDAS DISPONIBLES DESDE 3/4" HASTA 8"

Motor sincrono de inducción

 

En este caso estaremos tratando sobre los motores de jaula de ardilla.

Estos motores provienen de los motores polifásicos de inducción. Suponiendo que un motor de inducción comercial de jaula de ardilla se haga arrancar con el voltaje nominal de las terminales de línea de su estator desarrollará un par de arranque que hará que aumente la velocidad. Al aumentar la velocidad a partir del reposo (100% de deslizamiento) disminuye su deslizamiento y su par disminuye hasta que se desarrolla un par máximo. Esto hace que la velocidad aumente todavía más, reduciéndose en forma simultánea el deslizamiento y el par que desarrolla el motor de inducción.

Los pares desarrollados al arranque y al valor de desplazamiento que produce el par máximo, en ambos exceden el par de la carga, por lo tanto la velocidad del motor aumentará hasta que el valor de desplazamiento sea tan pequeño que el par que se desarrolla se reduzca a un valor igual al aplicado por la carga. El motor continuará trabajando a esa velocidad y el valor de equilibrio del desplazamiento, hasta que aumente o disminuya el par aplicado.

La característica esencial que distingue a una máquina de inducción de los demás motores eléctricos es que las corrientes secundarias son creadas únicamente por inducción.

Cuando se desarrolló por primera vez el rotor de doble jaula de ardilla se creo tal variedad y adaptabilidad en el diseño de rotores para motores de inducción que ha llevado a diversas características de curva deslizamiento - par. Al dar la proporción correcta al devanado de doble jaula de ardilla, los fabricantes han desarrollado numerosas variaciones del diseño del rotor de vaciado o normal único. Estas variaciones tienen por consecuencia pares de arranque mayores o menores que el diseño normal y también menores corrientes de arranque.

Para distinguir entre diversos tipos disponibles, la National Eléctrical Manufacturers Association (NEMA) ha desarrollado un sistema de identificación con letras en la cual cada tipo de motor comercial de inducción de jaula de ardilla se fabrica de acuerdo con determinada norma de diseño y se coloca en determinada clase, identificada con una letra. Las propiedades de la construcción eléctrica y mecánica el rotor, en las cinco clases NEMA de motores de inducción de jaula de ardilla, se resume en la siguiente tabla:

Tabla 1 características de los motores comerciales de inducción de jaula de ardilla de acuerdo con la clasificación en letras NEMA.

Clase

NEMA

Par de arranque

(# de veces el

nominal)

Corriente de

Arranque

Regulación de

Velocidad

(%)

Nombre de clase

Del motor

A

B

C

1.5-1.75

1.4-1.6

2-2.5

5-7

4.5-5

3.5-5

2-4

3.5

4-5

Normal

De propósito general

De doble jaula alto par

D

F

2.5-3.0

1.25

3-8

2-4

5-8 , 8-13

mayor de 5

De alto par alta resistencia

De doble jaula, bajo par y baja corriente de arranque.

*Los voltajes citados son para el voltaje nominal en el arranque.

MOTORES DE INDUCCION DE JAULA DE ARDILLA CLASE A

El motor clase A es un motor de jaula de ardilla normal o estándar fabricado para uso a velocidad constante. Tiene grandes áreas de ranuras para una muy buena disipación de calor, y barras con ranuras ondas en el motor. Durante el periodo de arranque, la densidad de corriente es alta cerca de la superficie del rotor; durante el periodo de la marcha, la densidad se distribuye con uniformidad. Esta diferencia origina algo de alta resistencia y baja reactancia de arranque, con lo cuál se tiene un par de arranque entre 1.5 y 1.75 veces el nominal ( a plena carga). El par de arranque es relativamente alto y la baja resistencia del rotor producen una aceleración bastante rápida hacia la velocidad nominal. Tiene la mejor regulación de velocidad pero su corriente de arranque varía entre 5 y 7 veces la corriente nominal normal, haciéndolo menos deseable para arranque con línea, en especial en los tamaños grandes de corriente que sean indeseables.

Motores de inducción de jaula de ardilla clase B

A los motores de clase B a veces se les llama motores de propósito general; es muy parecido al de la clase A debido al comportamiento de su deslizamiento-par. Las ranuras de su motor están embebidas algo más profundamente que el los motores de clase A y esta mayor profundidad tiende a aumentar la reactancia de arranque y la marcha del rotor. Este aumento reduce un poco el par y la corriente de arranque.

Las corrientes de arranque varían entre 4 y 5 veces la corriente nominal en los tamaños mayores de 5 HP se sigue usando arranque a voltaje reducido. los motores de clase B se prefieren sobre los de la clase A para tamaños mayores.

Las aplicaciones típicas comprenden las bombas centrífugas de impulsión, las máquinas herramientas y los sopladores.

MOTORES DE INDUCCION DE JAULA DE ARDILLA CLASE C

Estos motores tienen un rotor de doble jaula de ardilla, el cual desarrolla un alto par de arranque y una menor corriente de arranque.

Debido a su alto par de arranque, acelera rápidamente, sin embargo cuando se emplea en grandes cargas, se limita la disipación térmica del motor por que la mayor parte de la corriente se concentra en el devanado superior.

En condiciones de arranque frecuente, el rotor tiene tendencia a sobre calentarse se adecua mejor a grandes cargas repentinas pero de tipo de baja inercia.

Las aplicaciones de os motores de clase C se limitan a condiciones en las que es difícil el arranque como en bombas y compresores de pistón

MOTORES DEINDUCCION DE JAULA DE ARDILLA CLASE D

Los motores comerciales de inducción de jaula de ardilla clase D se conocen también como de alto par y alta resistencia.

Las barras del rotor se fabrican en aleación de alta resistencia y se colocan en ranuras cercanas a la superficie o están embebidas en ranuras de pequeño diámetro. La relación de resistencia a reactancia del rotor de arranque es mayor que en lo motores de las clases anteriores.

El motor está diseñado para servicio pesado de arranque, encuentra su mayor aplicación con cargas como cizallas o troqueles, que necesitan el alto par con aplicación a carga repentina la regulación de velocidad en esta clase de motores es la peor.

MOTORES DE INDUCCIÓN DE JAULA DE ARDILLA DE CLASE F

También conocidos como motores de doble jaula y bajo par. Están diseñados principalmente como motores de baja corriente, porque necesita la menor corriente de arranque de todas las clases. Tiene una alta resistencia del rotor tanto en su devanado de arranque como en el de marcha y tiende a aumentar la impedancia de arranque y de marcha, y a reducir la corriente de marcha y de arranque.

El rotor de clase F se diseño para remplazar al motor de clase B. El motor de clase F produce pares de arranque aproximadamente 1.25 veces el par nominal y bajas corrientes de arranque de 2 a 4 veces la nominal. Los motores de esta clase se fabrican de la capacidad de 25 hp para servicio directo de la línea. Debido a la resistencia del rotor relativamente alta de arranque y de marcha, estos motores tienen menos regulación de voltaje de los de clase B, bajan capacidad de sobrecarga y en general de baja eficiencia de funcionamiento. Sin embargo , cuando se arrancan con grandes cargas, las bajas de corrientes de arranque eliminan la necesidad de equipo para voltaje reducido, aún en los tamaños grandes.

CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES DE INDUCCIÓN DE JAULA DE ARDILLA DE ACUERDO CON EL ENFRIAMIENTO Y EL AMBIENTE DE TRABAJO.

Los motores comerciales de inducción de jaula de ardilla, y en general todos lo motores eléctricos , se pueden clasificar también de acuerdo con el ambiente en que funcionan, sí también como en los métodos de enfriamiento.

La temperatura ambiente juega un papel importante en la capacidad y selección del tamaño de armazón para una dínamo, parte importante del motivo es que la temperatura ambiente influye en la elevación permisible de temperatura por sobre los 40º C normales. Por ejemplo una dínamo que trabaje a una temperatura ambiente de 75º C empleando aislamiento clase B tiene un aumento permisible de temperatura de tan solo 55º C. Si trabajara a su temperatura ambiente normal de 40 º C se podría permitir un aumento de temperatura de 90º C, sin dañar su aislamiento.

También se hizo notar que la hermeticidad de la máquina afecta a su capacidad. Una máquina con una armazón totalmente abierta con un ventilador interno en su eje, permite un fácil paso de aire succionado y arrojado. Esta caja origina una temperatura final de trabajo en los devanados, menor en

comparación que la de una máquina totalmente cerrada que evita el intercambio de aire con el exterior.

Esto da como resultado que existe una clasificación de los motores por el tipo de carcaza.

TIPOS DE ENVOLVENTES O CARCASAS.

La NEMA reconoce los siguientes:

1. carcaza a prueba de agua. Envolvente totalmente cerrada para impedir que entre agua aplicada en forma de un chorro o manguera, al recipiente de aceite y con medios de drenar agua al interior. El medio para esto último puede ser una válvula de retención o un agujero machuelado en la parte más inferior del armazón, para conectar un tipo de drenado.

2. carcaza a prueba de ignición de polvos. Envolvente totalmente cerrada diseñada y fabricada para evitar que entren cantidades de polvo que puedan encender o afectar desempeño o capacidad.

3. carcaza a prueba de explosión. Envolvente totalmente cerrada diseñada y construida para resistir una explosión de un determinado gas o vapor que pueda estar dentro de un motor, y también para evitar la ignición de determinado gas o vapor que lo rodee, debido a chispas o llamaradas en su interior.

4. carcaza totalmente cerrada envolvente que evita el intercambio de aire entre el interior y el exterior de ella pero que no es lo suficiente mente cerrada para poderla considerar hermética al aire.

5. carcaza protegida al temporal. Envolvente abierta cuyos conductos de ventilación están diseñados para reducir al mínimo la entrada de lluvia o nieve y partículas suspendidas en el aire, y el acceso de estas en las partes eléctricas.

6. carcaza protegida. Envolvente abierta en la cual todas las aberturas conducen directamente a partes vivas o giratorias, exceptuando los ejes lisos del motor, tienen tamaño limitado mediante el diseño de partes estructurales o parrillas coladeras o metal desplegado etc. Par< evitar el contacto accidental con las parte vivas

7. Carcaza a prueba de salpicaduras. Envolvente abierta en la que las aberturas de ventilación están fabricadas de tal modo que si caen partículas de sólidos o gotas de líquidos a cualquier ángulo no mayor de 100º con la vertical no puedan entrar en forma directa o por choque de flujo por una superficie horizontal o inclinada hacia adentro.

8. Carcaza a prueba de goteo envolvente abierta en que las aberturas de ventilación se construye de tal modo que si caen partículas sólidas o gotas de líquido a cualquier ángulo no mayor de 15º con la vertical no pueda entrar ya sea en forma directa o por choque y flujo por una superficie horizontal o inclinada hacia adentro.

9. Carcaza abierta envolvente que tiene agujeros de ventilación que permiten el flujo de aire externo de enfriamiento sobre y alrededor de los devanados de la máquina.

El costo y el tamaño de los motores totalmente cerrados es mayor que el de los motores abiertos, de la misma potencia y ciclo de trabajo y elevación sobre la temperatura ambiente.

SELECCIÓN DE VELOCIDADES NOMINALES DEMOTORES DE INDUCCION DE JAULA DE ARDILLA O DE ROTOR DEVANADO.

Dado que el deslizamiento de la mayor parte de los motores comerciales de inducción de jaula de ardilla, a la velocidad nominal en general de alrededor de un 5% , no se pueden alcanzar velocidades mayores a 3600 r.p.m. A 60 Hz, las velocidades son muy múltiplos de los inversos del números de polos en el estator: 1800, 1200, 900, 720 r.p.m. Etc. En general, se prefieren los motores de alta velocidad a los de baja velocidad, de la misma potencia y voltaje, debido a que:

Son de tamaño menor y en consecuencia de menor peso

Tienen mayor par de arranque

Tienen mayores eficiencias

A la carga nominal, tienen mayores factores de potencia

Son menos costosos.

Por estas razones se suele dotar de cajas de engranes o embrague a los motores de inducción de jaula de ardilla para permitir velocidades de eje de cerca sobre 3600 r.p.m. y por debajo de 200 r.p.m. En muchos usos o aplicaciones comerciales particularmente en capacidades de menor potencia, la caja de engranes o de embrague va incorporada en la caja del motor, formando unidad integral con este.

EFECTO DE LA VARIACIÓN DE VOLTAJE SOBRE LA VELOCIDAD DE UN MOTOR DE INDUCIDO DE JAULA DE ARDILLA O DE ROTOR DEVANADO.

Si solo hacemos variar el voltaje del estator no se produce una variación correspondiente en el deslizamiento y la velocidad. Entonces si los demás factores permanecen constantes, el par del motor es directamente proporcional al cuadrado del voltaje. Esto significa que si se aumenta el voltaje en el estator , se produce un aumento mucho mayor en el par y, correspondientemente, una reducción en el desplazamiento, es decir el deslizamiento varía inversamente con el cuadrado del voltaje o en proporción al inverso del par.

Para fines de cálculo, podemos resumir la relación entre par y voltaje de estator como sigue:

En el cual el subíndice "n" representa el nuevo valor

El subíndice "o" representa el valor original.

El cálculo del deslizamiento con un cambio en el voltaje del estator (y del rotor) es un tanto más complejo, porque el deslizamiento varía también con la resistencia del rotor, el voltaje del estator y/o el par. La relación se puede resumir de la siguiente forma: para la cual se ha definido previamente los símbolos y subíndices.

A la siguiente figura se muestra el efecto de una reducción en el voltaje del estator sobre la curva característica par- deslizante

De un motor de inducción de jaula de ardilla de propósito general. Al voltaje nominal del estator Vs, el motor entrega el par niminal a un desplazamiento aproximado de 5 %, lo cual se ve en el punto a de la figura a una reducción del 80 % del voltaje del estator, suponiendo una carga convencional cuyo par varíe con la velocidad, disminuyen tanto el par como la velocidad,, con lo cual se tiene un aumento en el deslizamiento , como se muestra en el punto b. Una reducción semejante de voltaje produce tanto la reducción en el par como aumento en el desplazameinmto en el punto c. La extrapolación de los puntos a, b, y c produce la línea de carga que aparece punteada para mayores reducciones en el voltaje del estator.

Por tanto si se tiene mayor calentamiento a la menor velocidad, así como una eficiencia reducida, lo cuál causa un rápido deterioro en el aislamiento del motor. Por tanto se acostumbra limitar la variación de voltaje sobre el par, el deslizamiento y la velocidad, empleando las ecuaciones 1 y 2

El siguiente ejemplo muestra que tanto resiste la velocidad de un motor comercial de inducción de jaula de ardilla a un cambio de voltaje en el estator. Como se muestra en la parte (d) de ese ejemplo, cuando se reduce 10 % el voltaje del estator, tan solo produce ¡una disminución de 1.23% en la velocidad!

Ejemplo 1

Un motor de jaula de ardilla trifásico , 10hp, cuatro polos, 220 V, produce un par de 30 lb pie a la velocidad nominal de 1710 r.p.m. calcular.

a. el desplazamiento y velocidad nuevos a un voltaje impreso en el estator igual a 242 V

b. repetir parte (a) a 198 V

c. el cambio porcentual en el deslizamiento y velocidad debido a un cambio de voltaje en la parte (a)

d. el cambio porcentual en el deslizamiento y velocidad debido a un cambio de voltaje en la parte (b)

solución

MOTOR SINCRONO DE INDUCCIÓN

Este motor se creó debido a la demanda de un motor síncrono polifásico con arranque propio en tamaños menores, de menos de 50 HP. Que no necesitarán excitación del campo con CD y que poseen las características de velocidad constante el motor. El rotor consiste de un devanado de jaula de ardilla, embobinado o vaciado, distribuido uniformemente en las ranuras que se muestran en la figura 1.

Cuando una corriente alterna polifásica se aplica a la armadura normal de un estator polifásico, el motor arranca como motor de inducción. Debido al rotor de polo saliente, que se muestra en la figura 2, el motor llega muy fácil a su sincronía y desarrolla con rapidez el par máximo del motor síncrono de la máquina de polos salientes.

Así el motor síncrono de inducción desarrolla el par de reluctancia, proporcional a sen de 2 y al cuál se le llama a veces motor polifásico de reluctancia. Pero este es un nombre equivocado porque el motor síncrono de inducción trabaja con las características combinadas de par del motor síncrono y de inducción,

como se ve en la figura 2. Cuando está diseñado con devanados de rotor de alta resistencia, se pueden desarrollar pares de arranque bastante altos, hasta del 400 % del par a plena carga. Por otro lado, el empleo de devanados del rotor con alta resistencia ocasiona desplazamiento mayor, menor eficiencia y menor posibilidades entrada en sincronismo con carga mediante el par de reluctancia.

Como motor síncrono, trabaja a velocidad constante hasta un poco más del 200% de la plena carga. Si la carga aplicada es mayor que el 200% del par a plena carga se baja a su característica de inducción, en donde puede seguir trabajando como motor de inducción hasta casi el 700% del par a plena carga.

Debido a que el par crítico del motor síncrono es aproximadamente la tercera parte del correspondiente del de inducción, el armazón del estator de un motor síncrono de inducción es de tamaño tres veces mayor que un motor ordinario de inducción de la misma potencia. Además, puesto que trabaja desde sin carga hasta plena carga como motor síncrono sin excitación un mayor ángulo de par compensa la falta de excitación y el motor toma una alta corriente de retraso a bajo factor de potencia. Esto también ocasiona baja eficiencia y necesita de mayor tamaño de armazón para disipar el calor.

En motores de potencia relativamente baja, como el motor síncrono de inducción, los problemas creados por su mayor tamaño y peso, baja eficiencia y corriente en retraso no tienen importancia en comparación con las ventajas de velocidad constante, robustez, falta de excitación de CD, alto par de arranque , de marcha y de mantenimiento mínimo que caracterizan a estos motores.

Características de funcionamiento del motor de inducción.

Suponiendo que el motor de inducción comercial de jaula de ardilla se haga arrancar con voltaje nominal en las terminales de línea de su estator (arranque a través de la línea) desarrollará un par de arranque de acuerdo a la ecuación 1 que hará que aumente su velocidad. Al aumentar su velocidad a partir del reposo (100% de deslizamiento), disminuye su deslizamiento y su par disminuye hasta el valor en que se desarrolle el par máximo (Rr = sXIr ) de acuerdo con la ecuación 2 . Esto hace que la velocidad aumente todavía más reduciéndose en forma simultánea el deslizamiento y el par que desarrolle el par de inducción.

Los pares desarrollados al arranque y al valor de deslizamiento que produce el par máximo ambos exceden al par aplicado a la carga. Por lo tanto la velocidad del motor aumentará, hasta que el valor del deslizamiento sea tan pequeño que el par que se desarrolla se reduzca a un valor igual al par aplicado por la carga. Mientras tanto el motor continuará trabajando a esta velocidad y valor de equilibrio del deslizamiento hasta que aumente o disminuya el par aplicado de acuerdo con la ecuación 1.

La siguiente gráfica resume el funcionamiento de un motor polifásico de inducción.

Muestra la relación entre los pares de arranque, máximo y nominal a plena carga que desarrolla un motor de inducción, como función de la velocidad de este y del desplazamiento. Esta figura es representación gráfica de la corriente y el par desarrollados en el rotor del motor como funciones de deslizamiento

desde el instante de arranque (punto a ) hasta la condición de funcionamiento en estado estable (en general entre marcha en vacío y marcha a plena carga puntos c y d ) cuando los pares desarrollados y aplicado son iguales.

Nótese que a desplazamiento cero, el par desarrollado y la corriente del rotor, que se indica como línea de puntos, son ambos cero porque no, se efectúa acción del motor de inducción a la velocidad síncrona. Aún sin carga, es necesario que el motor de inducción tenga un pequeño deslizamiento, que en general es del 1%, para poder desarrollar el pequeño par que necesita para superar las fricciones mecánica y con el aire, y otras pérdidas internas.

El motor de inducción es de velocidad constante entre el funcionamiento sin carga y a plena carga (puntos d y c en la figura) y tiene una curva característica de velocidad que se asemeja a la del motor derivación.

Los motores asíncronos o de inducción, por ser robustos y baratos, son los más extensamente empleados en la industria. En estos motores el campo gira a velocidad síncrona, como en las máquinas síncronas: ns = f / p.

Teóricamente , para el motor girando en vacío y sin pérdidas, el rotor también tendría la velocidad síncrona . no obstante al ser aplicado un par externo al motor, su rotor disminuirá su velocidad justamente en la proporción necesaria para que la corriente inducida por la diferencia de velocidad entre el campo giratorio (síncrono) y el rotor, pase a producir un par electromagnético igual y opuesto al par aplicado exteriormente. El par electromagnético es proporcional al flujo producido por el campo giratorio y a la corriente y al factor de potencia del rotor.

El par del motor electromagnético puede ser expresado por la relación:

C = Pg / s

Donde Pg es la potencia del campo que gira a una velocidad angular síncrona s radianes por segundo. Por otro lado, si P es la potencia mecánica proporcionada a través del eje que gira a una velocidad angular radianes por segundo C = P / s

Por lo tanto:

P = Pg * / s = (1 - s ) * Pg

O sea la potencia cedida por el eje es igual a la potencia disponible en el entre hierro de la máquina Pg (potencia de campo giratorio), menos al parte correspondiente a las pérdidas en el rotor s * Pg.

En la siguiente figura se muestra el diagrama vectorial de los componentes de corrientes del motor asíncrono. Para un núcleo de hierro ideal, con una permeabilidad infinitamente grande y con pérdidas nulas, la corriente absorbida en vacío por el motor sería nula . en otras condiciones, para un motor en carga, los arrollamientos del primario (estator) y secundario (rotor), tendrían exactamente la misma f.m.m., o sea, el motor absorbería de la red una corriente equivalente a su corriente rotórica (determinada por el par solicitado), referida al arrollamiento del estator, I'2.

Para el caso de núcleos ferromagnéticos reales, la permeabilidad finita implicará una cierta corriente de magnetización I , y las pérdidas en el hierro

(transformadas en calor en el proceso) exigirán una componente activa de corriente Ip.

La composición de estas corrientes produce la corriente I0 que el motor absorbe en vacío.

Ahora para una situación de carga I'2, la corriente absorbida de la línea es la suma vectorial. I1 = I2 + I0.

Aquí están representadas las ff.ee.mm. E1 (f.e.m inducida en el estator ) y E'2 (f.e.m. inducida en el rotor referida al estator). Ellas sirven de referncia para el diagrama de corrientes, una vez que su vector debe estar adelantado 90º eléctricos con relación al vector de la corriente de magnetización.

Alterándose la carga aplicada al motor, la componente de corriente del rotor I'2 varía, pues es proporcional al par. I0 permanece constante, pues está vinculada a la magnetización del motor. El lugar geométrico de la punta del vector que representa I1, corriente absorbida por el primario, es una circunferencia, tal como se ve en la figura de abajo:

En la medida que el motor es cargado por un par aplicado a su eje, el punto P se mueve sobre la circunferencia. En cada punto el desplazamiento es mayor, aproximadamente al valor s= 1, que corresponde a la condición del rotor bloqueado (punto Pb). En este punto la corriente absorbida por el estator es O'Pb y la correspondiente corriente del rotor es Opb. La semirecta Opb es por regla general, denominada "recta de las potencias". El segmento PG, igual a I1 cos es proporcional a la potencia por fase UI1 cos absorbida de la línea. El segmento DG, igual a I0 cos es proporcional a las pérdidas en vacío del motor. El segmento ED representa las pérdidas de joule; consecuentemente PE, el segmento comprendido entre la circunferencia y la recta de potencias, es proporcional a la potencia transmitida al eje, la potencia mecánica.

El punto Pb, toda potencia absorbida por el motor, con excepción de pérdida en el hierro, esta siendo convertida en calor a través de las pérdidas de joule en los circuitos del estator y del rotor, segmentos PbC. Dividiendose este segmento en el punto M , de forma que MC es proporcional a las pérdidas de Joule en el estator, mientras que PbM será proporcional a las perdidas en el rotor.

Al trazar una recta tangente a la circunferencia, paralela a la recta de las potencias, se determina el segmento JK proporcional a la máxima potencia que el motor puede proporcionar. De manera semejante, el segmento LN representa el máximo par que el eje puede aplicar a la carga. Estos dos máximos ocurren a diferentes velocidades.

La gráfica anterior y la siguiente son una ayuda para la comprensión de cómo varían las características del motor. Tambien se muestra el comportamiento de la corriente del facttor de potencia del par y de la potencia excedida al eje en función de la velocidad del motor, deducudas a partir del diagrama del circuito.

Características de funcionamiento normal del motor de inducción en marcha ( desde vacío hasta plena carga).

Las características de funcionamiento normal del motor se tiene en la gráfica en los puntos d a c . enseguida vemos el comportamiento del rotor de un motor

de inducción de jaula de ardilla a una velocidad sin carga, ligeramente menor que la velocidad síncrona cuando se aplica una carga que va en aumento.

Caso sin carga y vacío:

Sin carga, el deslizamiento es muy pequeño y la frecuencia, reactancia del rotor, y la FEM inducida en éste son muy pequeñas. Por lo tanto la corriente en el rotor es muy pequeña y solo la suficiente para producir el par sin carga y por lo tanto la corriente en el estator es la suma fasorial de su corriente de excitación Ie y un componente de carga primario Io inducido en el rotor por acción del transformador.

La figura 3 muestra la suma fasorial de esas corrientes sin carga , en la que la corriente de excitación en el primario del estator a circuito abierto es Ie, es decir la suma fasorial de un componente Ih de histéresis o de potencia, y un componente Im, de magnetización necesario para producir el flujo rotatorio en el estator. Los componentes de potencia Ih e Io están en fase con Egp. El factor de potencia sin cargar se representa mediante , el ángulo entre Isc y Egp. Así, Isc

cos es la suma de Io e Ih, des decir, la pequeña corriente del estator Io producida por la corriente del rotor y por un componente primario de pérdida de Iha, debido a la histéresis y corrientes parásitas en el hierro del estator y del rotor. Se nota que si es grande, el factor de potencia es extremadamente pequeña y está en retraso.

Caso de media carga

Al aplicar la carga mecánica al rotor, la velocidad disminuye un poco. La pequeña disminución de velocidad causa un aumento en el deslizamiento y en la frecuencia y reactancia del rotor, y en la FEM inducida en éste.

El aumento en la corriente inducida (secundaria) en el rotor se refleja com un aumento de corriente primaria en el estator, Isr, que aparece en la figura, este componente de la corriente primaria del estator Isr, produce potencia como Io y está en fase con el voltaje inducido por el primario Egp. La suma fasorial de la corriente sin carga Isc y el componente de carga Isr,produce una corriente Is,en el estator a un ángulo de factor de potencia mejorado s con ello, la corriente en el estator ha aumentado desde Isc hasta Is y el ángulo de factor de potencia ha disminuido desde sc hasta s y ambos factores tienden a producir más potencia de las barras de distribución (Egp,Is cos s).

Condición de plena carga

El motor de inducción de jaula de ardilla girará un valor de deslizamiento que proporciona un equilibrio entre el par desarrollado y el par aplicado. De tal manera, conforme se aplica más carga, el deslizamiento aumenta porque el par aplicado excede al par desarrollado. Cuando se aplica el valor nominalal eje del motor de inducción, el componente de la corriente del estator primario en fase que toma el motor de inducción es grande en comparación con la corriente sin carga casi de cuadratura, como en la gráfica 3 y el ángulo del factor de potencia es bastante pequeño. El factor de ptencia a plena carga varía entre 0.8 en motores pequeños (1 HP) y 0.9 o 0.95 , en los grandes motores de inducción (150 HP y superiores).

Más allá de plena carga

Si se observa en las gráficas de la figura 3 se supondrá que el factor de potencia se aproxima a la unidad a mayores aumentos en la carga pero esto no es así porque:

Con mayor carga y deslizamiento , la frecuencia del rotor continúa aumentando y el aumento en la reactancia del rotor produce una disminución en el factor de potencia.

Considerando al motor de inducción como si fueran un transformador, se puede decir que el secundario del transformador tiene una carga en retraso, lo cual hace que el factor de potencia del primario se retrase por lo tanto cuando las cargas son mayores que la plena carga, el factor de potencia se aproxima a un máximo, para disminuir después rápidamente.

En la siguiente gráfica se resumen los comportamientos del motor desde sin carga hasta más allá de plena carga.

Se observa que después de la falla o punto crítico (par máximo) la corriente de línea aumenta, pero el par disminuye debido a que la rapidez de disminución del factor de potencia es mayor que la rapidez del aumento de corriente.

A cargas livianas, las pérdidas fijas relativamente grandes en proporción con la salida pequeña, producen una eficiencia baja.

Con cargas grandes, las pérdidas variables relativamente grandes más las pérdidas fijas producen de nuevo baja eficiencia, no obstante la salida es alta. La eficiencia máxima se da en cargas moderadas, en las cuales las pérdidas fijas y variables son iguales y la potencia es aproximadamente igual al valor nominal.

Obsérvese que el par máximo se presenta bastante más allá del doble de la potencia nominal, en donde el deslizamiento crítico o de falla es aquella frecuencia del rotor a la cual la reactancia variable del rotor es igual a la resistencia de este.

Deslizamiento

La pérdida de velocidad angular del motor (necesaria para que sea producido un par electromagnético), expresada por unidad de velocidad síncrona, se llama deslizamiento.

Donde s= deslizamiento (pérdida de velocidad angular del rotor)

n= velocidad del rotor

= velocidad angular del rotor.

Medición del deslizamiento de acuerdo con varios métodos.

Al probar los motores de inducción y determinar el deslizamiento a diversas condiciones de carga, es escencial que el valor de deslizamiento que se obtenga sea exacto.

Por ejemplo si la velocidad a plena carga es de 1700 rpm. Si se mide su velocidad del rotor con un tacómetro con error de 2%, la indicación puede ser de 1740 35 rpm. O sea puede ser tan alta como 1775 rpm o tan baja como 1705 rpm. Un error pequeño de 2% se conservaría en todas las ecuaciones , por este motivo raramente se mide la velocidad del motor per se, y en lugar de ello se trata de medir directamente el deslizamiento, (diferencia entre velocidad

síncrona y la del rotor) es compara la velocidad del motor de inducción con la de un pequeño motor síncrono empleando un contador electromecánico. El motor síncrono que se emplee debe tener el mismo número de polos que el motor de inducción.

Arranque del motor de inducción.

En la mayor parte de las zonas si se cuenta con un motor pequeño de inducción de jaula de ardilla de unos cuantos caballos de fuerza se pueden poner en marcha directamente desde la línea con una caída de voltaje que es de poca importancia en la fuente de voltaje, y con un retardo pequeño o sin retardo para acelerarse a su velocidad nominal. Igualmente, los motores grandes de inducción de jaula de ardilla hasta de varios miles de HP, se pueden arrancar conectándolos directamente a la línea sin daños ni cambios indeseados de voltaje, siempre que las tomas de voltaje tengan una capacidad bastante alta.

Aunque hay algunas excepciones entre las diversas clasificaciones de motores comerciales de inducción de jaula de ardilla, que necesitan normalmente seis veces el valor de su corriente nominal para arrancar cuando se aplica el voltaje nominal a su estator . en el instante de arranque la corriente del rotor está determinada por la impedancia de rotor bloqueado Rr + jXlr. Así, el voltaje del estator se reduce a la mitad de su valor nominal, la corriente de arranque se reduciría en esa proporción, es decir a unas tres veces la corriente nominal. Pero la ecuación: Ts = Kt' Vp

2 indica que si el voltaje de línea en el estator se reduce a la mitad de su valor, el par se reduce a la cuarta parte de su valor original. Por lo tanto se ha alcanzado la reducción deseable en la corriente de línea al motor al costo de una reducción indeseable y a un mayor par de arranque. Si el motor se arranca bajo carga grande, esto tiene cierta importancia y hay la probabilidad de que el motor pueda arrancar con dificultad o no arranque. Por otro lado si el motor se arranca sin carga, la reducción en el par puede no ser importante para algunos casos, y es ventajosa la reducción de la corriente.

Las fluctuaciones frecuentes de voltaje pueden también afectar al equipo electrónico y a la iluminación al grado de que se necesite algún método alterno para arrancar el motor de inducción, para limitar la corriente de arranque. Si las líneas que alimentan al motor de inducción de jaula de ardilla, tienen impedancias diferentes; los voltajes del estator pueden desbalancearse, desbalanceando severamente las corrientes en las líneas y originando que el equipo de protección deje al descubierto al motor. De hecho un desbaleance de 1 o 2 % en los voltajes de la línea del estator pueden originar un desbalance del 20 % en las corrientes de línea, presentando calentamiento localizado del motor y fallas del devanado

Arranque a voltaje reducido con autotransformador

Se pueden poner en marcha los motores trifásicos comerciales de inducción de jaula de ardilla a voltaje reducido empleando un autotransformador trifásico único o compensador, o bien con tres autotransformadores monofásicos, como se muestra en la figura:

Las salidas del transformador varían del 50 al 80% del voltaje nominal. Si el motor no puede acelerar la carga a voltaje mínimo, se puede probar con salidas

de mayor voltaje hasta que se obtenga el par adecuado y deseado de arranque; el interruptor de tres polos doble tiro se lleva a la posición de arranque y se deja ahí hasta que el motor ha acelerado la carga casi hasta la velocidad nominal. A continuación se pasa rápidamente a la posición de marcha, en la cual queda conectado el motor en la línea directamente.

El arrancador compensador solo se utiliza durante el periodo de arranque y su capacidad de corriente se basa en ese trabajo intermitente, y por lo tanto es algo menor que la de un transformador de capacidad equivalente que podría emplearse para suministrar un motor de inducción en forma continua desde una fuente de mayor voltaje.

El auto transformador funciona de dos maneras:

1. Para reducir la corriente de arranque del motor mediante una reducción de voltaje.

2. Reduciendo la corriente de arranque mediante la relación de vuelta del transformador bajo la cual la corriente de línea es menor que la del secundario del motor. Dado que la relación de vueltas representa también la relación de voltaje, por lo tanto se reduce la corriente de arranque de la línea, por consiguiente en proporción al cuadrado de la relación de vueltas.

Ya que el interruptor se usa solo en forma intermitente, se tiene un ahorro (eliminación de un transformador) si se usan dos transformadores en delta abierta. Este arreglo produce un ligero desbalanceo de corriente en la toma central (L2) de un 10 a 15% de la corriente de arranque, pero este desbalanceo no es excesivo y no afecta materialmente al funcionamiento del motor.

Arranque a voltaje reducido con resistor o reactor primarios.

Si se introduce un resistor en serie con cada una de las conexciones del estator o primarias de la línea, la gran corriente de arranque produce una reducción inmediata de voltaje aplicado a las terminales del estator, pro la corriente de línea se reduce solo en proporción a la reducción del voltaje de línea.el siguiente esquema muestra un circuito con ese fin. Enseguida se muestra la curva desplazamiento - par del motor a plena carga. Empleando una resistencia o reactancia en el primario la reducción en el voltaje estator aumenta debido a la reducción en el voltaje del estator al momento de arrancar se produce la reducción en el par de arranque que se indica. Si este voltaje y la corriente en el primario fueran constantes, la curva del par motor seguiría la línea de puntos que aparece en la figura. sin embargo a medida que acelera el motor, el voltaje a través del estator aumenta debido a la reducción en la corriente de línea y el par aumenta de acuerdo con el cuadrado el aumento del voltaje.

El arranque a voltaje reducido mediante una resistencia en serie con el estator mejora el factor de potencia al arranque, pero se producen pérdidas algo mayores; y el par máximo no es tan grande para la misma impedancia en serie con un factor equivalente.

Arranque en estrella - delta

La mayor parte de los motores polifásicos se devanan con sus estatores conectados en delta. Existen fabricantes que ofrecen motores de inducción con

el principio y el final de cada debanado de fase en forma saliente, con fines de conexión externa. En el caso de motores trifásicos se pueden conectar a la línea ya se a en estrella o en delta cuando se conectan en estrella, el voltaje que se imprime al devanado es 1/ 3, ( 57.8%) del voltaje de línea.

Por tanto mediante la conmutación como la que se muestra en la figura:

Es posible arrancar un motor con poco más de la mitad de su voltaje nominal y a continuación hacerlo trabajar en delta, con el voltaje nominal de línea y fase aplicados. como el par varia de acuerdo con el cuadrado del voltaje impreso al estator la reducción del voltaje cuando se conecta en estrella producirá aproximadamente la tercera parte del par de arranque a pleno voltaje.

La conmutación de estrella a delta se debe hacer tan rápidamente como sea posible para eliminar grandes corrientes transitorias debidas a la pérdida momentánea de potencia. Por este motivo, se emplean interruptores de tres polos doble tiro con tensión de resorte y acción instantánea, en lugar de interruptores de cuchillas.

Arranque con parte del devanado

Frecuentemente se diseñan los motores polifásicos comerciales de inducción de jaula de ardilla con devanados parciales, es decir, dos devanados de fase idénticos, cada uno de los cuales produce el mismo número de polos y el mismo campo magnético giratorio. la ventaja de esos devanados es que se pueden conectar en serie para sistemas de alto voltaje o en paralelo con sistemas de menor voltaje en la siguiente figura, la corriente de arranque que resulta es un 65% de la normal de arranque, con los devanados en paralelo, y el par de arranque es aproximadamente el 45 % del par normal de arranque. Por lo tanto, el motor se pone en marcha con la mitad de sus devanados y conectando en estrella; cuando el motor llega a determinada velocidad, el segundo devanado se conecta en paralelo.

Debido a que se tiene una baja pronunciada en la curva de par - deslizamiento durante el arranque con devanado parcial se haga cuando el motor de arranque bajo condiciones de carga ligera o sin carga, como el en caso de ventiladores, sopladores o taladros de banco.

Arranque del motor de inducción de rotor devanado.

El par de arranque de estos motores se puede ajustar mediante una resistencia externa al rotor para dar pares de arranque que puedan llegar hasta el par máximo del motor. Como limita la corriente en el circuito del rotor y como da un mayor factor de potencia y par en el instante de arrancar, se reduce considerablemente la corriente de línea del estator.

Característica par motor - velocidad de cargas mecánicas.

Para un sistema dotado de movimiento de rotación P = C *

Donde :

P es la potencia desarrollada

C es el par del motor desarrollado

es la velocidad angular del movimiento ( en el sistema MKSI, P en W, C en N*m y en rad/seg.)

matemáticamente existen varias combinaciones de C y de modo que den el mismo valor de P; físicamente sin embargo, una carga mecánica específica asocia a un único par (C, ) a la carga de la potencia P. La curva en C, en función de muestra tal dependencia, y es una característica fundamental para el proceso de selección del motor adecuado al accionamiento, con vistas a un funcionamiento estable, económico y satisfactorio.

En función de sus características par - velocidad, se pueden dividir las cargas mecánicas en seis grandes grupos:

1. Par constante, prácticamente independiente de la rotación, ejemplos grúas, cabrestantes, guindastes, transportadores de correas bajo cargas constantes.

2. Par que varía linealmente con la rotación. Ejemplos molinos de rodillos, bombas de pistón, cepillos y sierras para madera.

3. Par que varía con el cuadrado de la velocidad de rotación ( variación parabólica) ventiladores, mezcladoras, centrifugadoras, bombas centrífugas, bombas de vacío, compresores.

4. Par que varía inversamente con la rotación, resultando potencia constante. Ejemplos máquinas - herramientas.

5. Par que varía de forma no uniforme con la rotación, no siendo suficientemente exactas las aproximaciones por funciones matemáticas. Ejemplo: horno rotativo de altas prestaciones

6. Cargas que no solicitan pares (volantes). El propósito del volante es liberar la mayor parte de la energía cinética en él almacenada para los picos de demanda de energía por parte de la máquina accionada. El motor accionado debe por tanto dejar de actuar, esto es dejar de transferir, energía en condiciones de altos pares, pero teniendo la misión de restaurar al volante su velocidad original, lo cual se lleva a cabo entre los picos de carga. Las prensas de perforación no de estampado profundo, no hidráulicas constituyen ejemplos de cargas que utilizan volantes según este principio.

Los casos presentados constituyen aproximaciones a los casos reales.

Característica par - velocidad de motores eléctricos.

Es la curva que muestra la dependencia entre el par desarrollado por un motor eléctrico y su velocidad angular; en general, el comportamiento de esta curva característica de los motores es distinto del de las cargas, pues los motores eléctricos tienden a presentar un decrecimiento del par motor para velocidades crecientes.

R = n0 - n / n

Donde n0 = W0 / 2 , es la rotación del motor eléctrico en vacío.

N = W / 2 , es la velocidad del motor accionando la carga.

La regulación de velocidad es un parámetro para la caracterización de los diferentes tipos de motores, en función de los valores aumidos (por regulación de velocidad) para cada velocidad.los motores asíncronos son motores cuyo

par disminuye en la medida en que la velocidad aumenta, a partir de una cierta velocidad.

En la siguiente figura observamos la curva par -velocidad para motores de inducción de rotor en jaula.

Aceleración de la carga

La ecuación que rige la aceleración de una inercia J bajo la acción de un par C es:

C = J d / dt La determinación del tiempo t para que una inercia J sea acelerada desde la velocidad 1 hasta la velocidad 2, bajo la acción de un par C puede ser hecha por:

Admitiéndose que C es constante en el intervalo (0 t) o lo que es equivalente en el intervalo: ( 1 2).

En le sistema MKS:

J en kg * m2 t en s

C en N * m en rad/s

Donde C es el par de aceleración numéricamente, el par del motor menos todos los pares resistenes, es decir todos los de fricción del motor y el de la máquina accionada y el generado por el funcionamiento de la propia máquina accionada y J es la suma de todas las inercias involucradas, es decir del rotor del motor, de la máquina accionada y del (de los ) acoplamiento(s)

Métodos de refrigeración

La clasificación simplificada prescribe que el método de refrigeración será codificado por las letras IC seguida de dos guarismos. El primero para identificar a la posición del circuito de refrigeración y el segundo el modo de suministro de energía para circulación del medio refrigerante.

La clasificación simplificada está relacionada con la utilización del aire como fluido refrigerante. En la clasificación completa, las letras IC van seguidas de otra letra que indica el medio refrigerante (A: aire, N : nitrógeno, C: dióxido de carbono, W: agua y U: aceite) seguridad de dos guarismos.

La utilización de motores en ambientes limpios. Exentos de polvo, humedad aire, aceite, etc, lleva a la selección de motores abiertos, con grado de protección IP 13, IP 23, etc., permitiendo IC==, IC01, etc.,

En el caso de motores destinados a áreas clasificadas del tipo con ventilación canalizada o presurizados se debe a la necesidad de alimentar la refrigeración del motor con aire exento de contaminación con sustancias inflamables.

Solo en el caso de motores de altas prestaciones es económicamente viable la utilización de intercambiadores de calor incorporados ; sean del tipo aire- aire o aire agua .

La utilización de intercambiadores de calor aire - aire incorporados debe tener en cuenta las condiciones ambientales; la presencia excesiva de polvo, principalmente si además existe humedad, puede ocacionar la obstrucción de los tubos y la necesidad de hacer operaciones de limpieza con frecuencia.

La utilización de intercambiadores de calor aire agua exige la utilización de agua con control de contenido de sólidos acidez y temperatura de entrada a intervalos regulares para evitar incrustaciones corrosión que además de disminuir la eficiencia del intercambio de calor en la superficie de los tubos, puede también producir la penetración del agua hasta las partes activadas del motor en el caso de perforación de los tubos.

Analogía con los transformadores

El análisis de los transformadores para el estudio de la condición de su máximo rendimiento es extremadamente útil para la comprensión de una condición semejante para motores . en estos últimos las pérdidas intrínsecas son las que hay en el cobre y en el hierro, siendo las pérdidas por rozamiento y ventilación normalmente de un orden mucho menor. Es obvio que en los transformadores, las pérdidas mecánicas no existen. De esta forma si analizamos el comportamiento de un transformador, estaremos procediendo a un análisis simplificado, pero consistente de las pérdidas intrínsecas en un motor.

En la ecuación válida para transformador Ptotales = P cobre + P hierro se debe recordar que mientras la primera parte depende de la corriente y, por tanto de la potencia , la segunda depende la la densidad de flujo y, por tanto de la tensión. Al hacer una extensión a un motor conectado a línea, girando en vacío, se puede suponer que este poseerá casi la totalidad de sus pérdidas en el hierro, pues la única corriente que circulará en los arrollamientos será la corriente de magnetización; naturalmente las pérdidas de rozamiento y ventilación, en el caso del motor estarán también presentes. El factor de potencia en esta condición será muy bajo. A medida que se aumente la carga solicitada al motor, crecerán las pérdidas en el cobre; sin embargo la tasa de crecimiento de las pérdidas totales será inferior a la tasa de crecimiento de la potencia mecánica transmitida a la carga o sea, habrá un aumento de rendimiento que llegará a un máximo y después decrecerá, a medida que las pérdidas en el cobre se vayan haciendo más elevadas que en el hierro.

Retomando el análisis del transformador, y considerando, para la determinación que sigue, que el transformador opera a su fracción "x" de su potencia nominal, las pérdidas totales serán:

Ptotales = PFe 2 + X * PCu

Lo que es consecuencia de las consideraciones hechas con respecto a los parámetros que afectan cada una de las partes componentes de las pérdidas totales. Siendo Pnom. La potencia nominal, el rendimiento de una fracción de la carga será:

x = xP / xP + PFe + X * PCu

si se desea saber cual debe ser la distribución entre las pérdidas en el cobre y en el hierro para que un transformador, funcionando a x % de su potencia nominal, presente el máximo rendimiento, se hace:

d x / dx = 0

por consiguiente

P(Px + PFe + X2 * PCu) - Px * ( P + 2 * x * P Cu) = 0

De donde

PFe= X2 * PCu

Se pueden sacar algunas conclusiones relevantes de este resultado y de las consideraciones hechas anteriormente.

La condición de máximo rendimiento de un transformador se da cuando las pérdidas en el hierro son iguales a las pérdidas en el cobre; si esto se comprueba en la potencia nominal, el transformador presentará una curva de rendimiento ascendente a medida que la potencia que se le solicita se aproxime a la nominal.

En el caso de motores se ve aproximadamente el mismo comportamiento si las pérdidas mecánicas son pequeñas

Para los motores proyectados con una determinada potencia nominal en el régimen continuo y seleccionados para regímenes intermitentes, o continuos con carga intermitente, de acuerdo con los criterios descritos, se espera un rendimiento y un factor de potencia vistos por la red de alimentación inferiores a los nominales del motor así seleccionado. Naturalmente es posible , si se informa al fabricante de los parámetros que caracterizan el accionamiento, proyectar un motor que atienda a la condición de máximo rendimiento en régimen intermitente o continuo con carga intermitente.

Al superdimensionar la potencia de un motor para un determinado accionamiento, se debe tener en cuenta que esto implica el detrimento del rendimiento y del factor de potencia, ya que los motores suelen proyectarse para alcanzar los máximos valores de y cos con la carga nominal.

El uso de un transformador como modelo para analizar el comportamiento de un motor es una simplificación que afecta la calidad de los valores obtenidos. La pérdida de precisión se compensa en gran parte por la simplicidad y los conceptos básicos no solo se preservan si no que también se acentúan.

Motores de inducción polifásicos( características generales)

El estudio del motor asíncrono resulta más cómodo si se identifica la máquina con un circuito estático equivalente cuyo comportamiento es asimilable al del motor en sus variadas condiciones de servicio.

Un paso previo para poder llevar a cabo este tratamiento es el de referir las constantes del rotor al primero estableciendo así un solo circuito analógico.

Supongamos que:

E1 La f.e.m. por fase del estator

M1 El número de fases del mismo.

M2 El número de fases del rotor

E2 La f.e.m. de una fase rotórica en proceso y a un circuito secundario abierto, con la tensión U1 aplicada al primario

Z1 Z2 El número total de conductores activos de uno y otro.

1 los coeficientes de bobinado aplicables

v1 v2 los números de vías en paralelo que forma cada uno de los dos devanados.

a. F.e.m.

Si representamos por E1 la f.e.m. por fase primaria inducida, como E2, por el flujo rotatorio del entrehierro y, con el rotor parado, a la misma frecuencia f1, tendremos

Con el motor en marcha tendremos un deslizamiento s; la frecuencia f1, para el primario pasa a ser f2 = sf1 para el secundario y la f.e.m. por fase rotorica desciende hasta (sE2)a la vez que la reactancia por fase que al motor parado valía X2, se reduce ahora en la misma proporción pasando a ser (sX2).

b. Intensidades de corriente y desfases

La corriente por fase con el rotor en marcha valdrá:

El factor de potencia del circuito secundario vendrá determinado por:

La intensidad I2 y el desfase 2en este caso exactamente coincidirán con los de un circuito estático, en el cual bajo la f.e.m. a la frecuencia f1 se introdujese la reactancia X2 incrementando al mismo tiempo la resistencia hasta R2 / s.

Por lo tanto la intensidad en el circuito de la siguiente figura será :

Y su desfase respecto a E2, tal que :

La situación con el secundario cerrado y en reposo es homologable a la de un transformador estático de campo giratorio.

La corriente primaria neutralizante, por fase, I1-2 deberá compensar, por la f.m.m. 2 creada por la corriente de fase rotórica I2 sobre el conjunto periférico del entre hierro.

I1-2 / v1 es la citada corriente del estator por conductor o por vía, así como I2 / v2, la del rotor

los Z1 conductores primarios vienen afectados en su efectividad por la distribución y posible acortamiento del paso de bobinas, a través del coeficiente 1 y análogamente ocurre para Z2 corregido por 2.

 

 

c. Potencias

La transformaciones energéticas de la transformación primario- secundario.

La potencia electromagnética aparente del sisstema vendrá dada por:

La potencia aparente en términos del secundario se corresponde con la f.e.m. a circuito abierto E2

y la corriente I2 del rotor en la carga.

d. reducción del rotor al reposo

si imaginamos ahora el rotor frenado hasta el reposo , lo que confiere a sus devanados la frecuencia f2 = f1, pero añadiendo al mismo tiempo cada una de las fases de resistencia ideal Rc tal que, en serie con R2 pase a sumar en el circuito.

R2/s = R2 + Rc [ /FASE]

ESTO DA PARA :

Rc = R2 ( 1/s -1 ) [ /FASE]

Las condiciones eléctricas de consumo y demás características se mantiene como para el motor en marcha salvo que en las pérdidas por efecto joule en esta resistencia añadida Rc, representa la potencia mecánica del motor

En servicio con el desplazamiento s, incluidas las pérdidas de esa naturaleza.

Las pérdidas por efecto Joule pCu2 = m2 R2 I22 [W]

Y no habrán sido alteradas por estos cambios quedando así las pérdidas restantes para Rc en Pc = Pem – pCu2

Lo que iguala evidentemente a la potencia mecánica Pm de la máquina incluida las pérdidas en los cojinetes y por ventilación como adicionales a la potencia útil P a la salida del eje.

Por tanto Pc = m2 Rc I22= Pm [W]

Reducción del secundario al primario

Para la reducción del secundario se bloquea el primario, como se hace en el estudio de los transformadores. Ello equivale a sustituir idealmente el rotor del motor por otro cuyo comportamiento en servicio fuera idéntico al del motor original pero con el mismo número de fases que en el estator, m`2=m1, la misma f.e.m. por fase, E’2 = E1, la misma corriente por fase I’2 = I1-2 e igual a la frecuencia f’2 = f1

Las modificaciones para tal logro son:

Debiendo ser E’2 = E1 habra que fijar el devanado del rotor quedando como

E’2/E2 = E1/E2= 1/ 2 *Z1/Z2 * m2 /m1 * v2/ v1

Paralelamente , la relación entre la intensidad I’2 =I1-2 en cada una de las nuavas m’2 =m1 fases secundarias y la primitiva I2 por fase original m2 pasará a ser

I’2/I2 = I1-2 /I2 = 2/ 1 * Z2/Z1 v1/ v2.

Se cumple entonces la condición esencial

Pem = m1 E’2 I’2 = m2 E2 I2 = Pem. [VA]

La potencia aparente del secundario permanece invariable.

Para continuar con la identidad de los dos circuitos habra de mantener iguales las pérdidas por efecto Joule en ambos casos.

Pcu2 = m2 R2 I22

= R’2 I22

Circuito equivalente

Reducido el secundario en reposo al primario, ambos bajo la misma frecuencia, f’2 = f1, número de fases,m’2 = m1 f.e.m. por fase, E’2 = E1, y corriente de transferencia I’2 = I1-2, motor puede equiparse a un circuito estático equivalente como si se tratase de un transformador.

Los motores de este tipo se caracteriza por los siguientes valores rotóricos:

Número de ranuras n2

Conductores por ranura Zn = 1

Número total de conductores Z2=n2

Número de fases igual al de ranuras por polos

m2 = Z2/2p

número de conductores por fases Z2f, igual al número de conductores por vía Z2/v2 = Z2/p dividido por el número de fases m2 = Z2/ 2p

donde

b = resistividad del material de las barras en m2/m

sb = sección de una barra en m2

Lb = longuitud equivalente barra- anillos, es decir,

Lb = Ib + [m]

Siendo

Ib = longitud de una barra medida desde los centros de su unión con los aros, en metros.

= suplemento de longitud por barra debido a los segmentos de anillos entre barras. A su vez

= Da/p / b a/ b = Da/2p2 sb/sa b/ a Z2 / [m]

siendo

Da = diámetro medio de los aros en m

a = densidad de corriente en los anillos en A/m2

b = densidad de corriente en las barras en A/m2

a = resistividad del material de los aros en m2/m

sa = sección de un anillo en m2

la magnitud de este suplemento lb se deriva de la relación existente entre las intensidades en los aros Ia y en las barras Ib que viene a ser justamente

Ia/Ib = Z2 / 2 p

DESCRIPCIÓN DE LOS SISTEMAS

INFRAESTRUCTURA EXISTENTE AGUA POTABLE EN JULIACA

a) Fuente de agua

El abastecimiento de agua potable de la ciudad de Juliaca se realiza a partir de la única fuente de agua superficial, el río Coata, cuya captación se ubica ubicada en el sector de Ayabacas, ubicado en el lado Noreste de la ciudad, aguas abajo del puente Ayabacas que une Juliaca con el sector San Isidro de Cacachi.

El caudal del río Coata en épocas de estiaje ha sido estimado en 0.385 m3/s y un caudal promedio de 44 m3/seg.

b) Captación

El agua superficial es captada del río Coata mediante 5 tuberías de acero distribuidas a las orillas del rió, con diámetros de 600mm (1), 400mm (2), 350mm (1), 250mm (1), de 10 metros de longitud aproximadamente cada una, las cuales disponen en su extremidad un sistema de cribado tipo canastilla metálica que tiene por finalidad retener material flotante conducido por el río. Estas conducen el agua por gravedad a dos cisternas de succión denominados cámaras de reunión a partir de las cuales se bombea el agua hacia la planta de tratamiento de agua.

Las tuberías ya han pasado su vida útil, las más antiguas tienen 40 años de antigüedad en ellas se aprecia el deterioro de las canastillas de succión, que no retiren el material grueso y flotante. Asimismo las válvulas de ingreso se encuentran deterioradas.

A la fecha las condiciones de calidad del agua son alteradas por la población circundante a la fuente haciendo uso del rió como basurero, lavado de autos, cueros, ropas entre otros.La captación carece de desarenadores por lo que la arenilla ingresa a las cámaras de reunión acumulándose en ellas y deteriorando los equipos de bombeo.

c) Estación de bombeo

Consta de 04 equipos de bombeo 03 del eje horizontal, 01 de eje vertical, que conducen el agua captada desde las cámaras de reunión hacia la planta de tratamiento, teniendo la descripción básica de los equipos:

Características de los equipos de Bombeo de Agua

  MOTOR ELÉCTRICO BOMBAEquip

oMarca Potencia Rotació

nVoltaje Amperaje Marca potencia L/s

Nº HP rpm V     HP Actual

1 IEM 75 1185 440 90,5Hidrosta

l 75 110

2 IEM 75 1185 440 90,5Hidrosta

l 75 110

3 DELCROSA 36 1750 440 45,5Hidrosta

l 75 504 AEG 28,5 1170 220 72 AWAG 28,5 22

La cámara de reunión consta de dos unidades interconectadas que tienen una capacidad conjunta de 200 m3. La oferta máxima de la estación es de 325 l/s, actualmente opera en el rango de 228 a 325 l/sEstas cámaras necesitan de mantenimiento, no cuentan con escaleras de ingreso y además estas unidades deberán ser independientes para efectos de limpieza.

Por otro lado la estación de bombeo no se encuentra culminada y deberá contar con 02 equipos de bombeo adicionales de 230 l/s, H = 20 m. la construcción de una nueva línea de impulsión cámara seca planta de tratamiento, nuevo sistema eléctrico y el cambio integral de equipamiento hidráulico del sistema de bombeo, válvulas de retención, canastillas de succión y macromedidor en las líneas de salida.

d) Líneas de impulsión

Son aquellas que conducen el agua de la estación de bombeo hacia la planta de tratamiento. El sistema cuenta con dos líneas de impulsión una tubería de 24” (600mm) con una longitud de 84.90 m de acero y asbesto-cemento, y otra de 14” (350 mm) con una longitud de 85.30 m de acero y asbesto-cemento, ambas líneas se encuentran en condiciones operativas.

e) Planta de Tratamiento

La planta de tratamiento denominada “Ayabacas” consta de 02 sistemas de clarificación primaria, 01 convencional y 02 unidades compactas Patente Degremont. Esta planta fue construida en los años 1957 – 1960, inicialmente para una capacidad de 100 l/s y ampliada con decantadores de alta tasa Patente Degremont para un caudal de 280 l/s, unidades que fueron instaladas incompletas.

Para el año 2002 se ha realizado ampliación de la planta de tratamiento para un caudal de 300 l/s, que a la fecha algunas unidades de tratamiento no operan de acuerdo al caudal proyectado. A la fecha los caudales de tratamiento es variable desde 220 l/s hasta los 325 l/s. Además es preciso mencionar que las dos unidades han colapsado, lo que hace que se reduzca el caudal de tratamiento, acentuándose más el problema en los periodos de lluvias.

Canal de Ingreso y distribución

Corresponde al ingreso a planta de tratamiento, y la distribución de agua a lo largo de las unidades de tratamiento. Inicialmente su diseño era para medición de caudal como canal Parshall que a la fecha se encuentra inoperativo por la carga hidráulica que se viene trabajando, es decir que solo trabaja como un canal de conducción de agua captada.El canal tiene un acho de 2.47 m, y una profundidad promedio de 1.18 m, altura que ha sido incrementado a lo largo del canal por rebose de agua, por falta de capacidad de conducción.

Canal Parshall

Instalación y equipamiento antiguo, perteneciente a las unidades compactas, se componen de 02 dosificadores de cal y 02 dosificadores de floculante sulfato de aluminio. Esta unidad se encuentra fuera de servicio y el equipamiento esta incompleto.

Casa química 02

Instalación donde se realiza la preparación y dosificación de insumos químicos, construido por las obras de PRONAP 2002, y que están operando a partir del 2003, se ha realizado modificaciones en los equipos para dosificación de insumos de Policloruro de aluminio, sulfato de aluminio, cal, desfasando la dosificación de carbón activado por no ser necesario. Esta instalación se encuentra en buenas condiciones, sin embargo requiere la instalación de un sistema de regulación automática y un sistema de medición para el monitoreo.

Floculador

Tiene un solo floculador de flujo horizontal, constituido por 03 tramos de pantallashorizontales haciendo un total de 64 canales, con una longitud de 54.70 m, y un ancho de5 m:

• Primer tramo= 30 pantallas • Segundo Tramo= 22 pantallas • Tercer Tramo= 13 pantallas

El floculador no tiene la capacidad de tratamiento de 300 l/s, el funcionamiento de estaunidad es ahogado

Sedimentadores

Cuenta con 03 Sedimentadores convencionales tipo rectangular, para retener los floculos formados de 28.75 m de longitud, por 8.60 de ancho y 2.58 m. de profundidad de cada unidad.

Se requiere el cambio de las válvulas de purga, la independización de los sedimentadotes, el resane de grietas y fisuras presentes en las paredes.

Filtros RápidosFiltros Rápidos por gravedad

Tiene 10 filtros rápidos que fueron rehabilitados para una tasa de 144m3/m2/día, que hacen un total de 300 l/s, clarificación final del agua proveniente de las unidades compactas y Sedimentadores.

Cantidad : 10 unidades

Longitud : 450m

Ancho : 4.00m

Área total : 180.0 m2

A la fecha no se cuenta con una adecuada evacuación de agua de retrolavado por la deficiencia de las tuberías en la conducción de agua filtrada, así como el limitado caudal de bombeo de la instalación.

Filtros Rápidos a presión

Se ha construido 01 filtro cerrado a presión de carácter piloto y fines experimentales que a la fecha viene aportando 35 l/s. con un área de filtración de 11.34 m2. Se compone una estructura metálica de 3.82 m de diámetro y una altura de 3.69 m, haciendo un volumen útil de 37.85 m3. Altura de lecho filtrante de 0.80 m de arena cuarzosa, retrolavado por aire y agua, disposición de soporte de lechos con placas de acero al carbono acondicionadas con toberas de filtración de cola larga. La unidad no cuenta con un sistema de medición.

Laboratorio Central

El laboratorio de control de calidad está equipado para realizar análisis físico químico y bacteriológico. En el laboratorio de control de calidad se efectúan análisis de muestras de agua obtenidas según frecuencia de muestreo establecida, en el lugar de captación del Río Coata, a la salida de la planta de tratamiento de agua potable, a la salida de reservorios y en cada una de las redes de distribución de agua potable. Los resultados obtenidos en el año 2005, indican que los parámetros de agua suministrada a la población, están dentro de los límites establecidos por las normas de la Superintendencia Nacional de Servicios de Saneamiento (SUNASS) y las guías de la Organización Mundial de la Salud (OMS).

Se requiere independizar el laboratorio de Microbiología y el equipamiento del laboratorio físico químico.

Sistema de Cloración

Se compone de 01 sala de Cloración equipado con 02 líneas de Cloración, existencia de 01 balanza electrónica y 07 balones para cloro de 907 kg. La sala de cloración esta deteriorada y el equipamiento en su conjunto no tienen la capacidad suficiente, se deberá rehabilitar y equipar totalmente esta unidad de tratamiento para garantizar la calidad del agua producida en la planta de agua.

Cisternas de Almacenamiento

Se compone de 02 cisternas de almacenamiento uno circular de 200 m3 que tiene una antigüedad de de casi 40 años, y otro rectangular de 550m3 con una antigüedad de 25 años. A partir de ambas cisternas se bombea el agua hacia los reservorios de agua que regulan es servicio en la ciudad. Estas cisternas son antiguas y de escasa capacidad, por lo que es necesaria la construcción de una nueva cisterna de mayor capacidad que sustituya ambas unidades.

f) Sub Estación y Casa de Fuerza

Esta compuesta por un transformador de 800 kVA con relación de transformación de 10000/460 V. La llegada es mediante una línea de transmisión de 10 kV, la cual alimenta hacia un tablero de llegada de media tensión de 10.000 V. Existe transformador de baja tensión de 440/220 de potencia 50 Kva. Existen tableros de control eléctrico con una antigüedad de más de 20 años.

La casa de fuerza se compone de 03 equipos electrógenos

MOTOR DIESEL GENERADOREQUIPO marca modelo

potencia Marca

Modelo

Potencia

Voltaje

Amperaje

Rotación

Frecuencia

Nº HP KW V A rpm Hz

1Caterpill

ar 3412 600 -  - 455 240 1368 1800 60

2Caterpill

ar 3412 613 - SR4 460 480 691 1800 60

3Volvo penta

TAD 1631 687

PARTNER

47IL9C 450 480 677 1800 60

Solo se encuentra operativo el equipo 01, quedando pendiente de mantenimiento el equipo 02. El equipo 03 es nuevo pero que a la fecha no se encuentra en funcionamiento por estar incompleto los reles de transferencia y calibración de arranque de los equipos. El equipo 03 corresponde a las obras de PRANAP.

g) Bombeo de Agua Tratada

El agua tratada es bombeada hacia los reservorios a partir de las dos cisternas ubicadas en la planta de tratamiento

Sala de Impulsión 01

Bombea el agua de la cisterna rectangular que fue construida en el año 2000 y cuenta con 04 equipos de bombeo, 03 de eje horizontal y 01 vertical de pozo profundo, la instalación cuenta con tableros de mando que pasaron su vida útil, sistema eléctrico inadecuado.

Características de los equipos de bombeo sala 01

  MOTOR ELÉCTRICO BOMBAEQUIP

OMarca

potencia

Rotación

Voltaje

Amperaje

Marca

Potencia I/s

NºHP rpm V A HP

Actual

1 DELCROSA 180 1765 440 220HIDROSTA

L 60 38

2 DELCROSA 180 1765 440 220HIDROSTA

L 110 120

3 DELCROSA 180 1765 440 220HIDROSTA

L 110 120

4HOLLOSHA

FT 150 1170 460 172C.B.A. PUMS 150 50

El equipo Nº 4 no se encuentra operativo

El sistema de eléctrico, tableros de control y cableado interior requiere de un cambio.

Sala de impulsión 02

Sala de impulsión construida por trabajos de PRONAP, para una capacidad de 300 l/s, con 04 equipos de bombeo centrifugas de eje horizontal, consta de 01 tanque hidroneumático para compensar los transitorios hidráulicos. La instalación esta incompleta debido a que ha sido diseñada con el sistema de automatización, el que debería de gobernar los equipos y comunicación remota con los reservorios Santa Cruz, que no esta implementada.

h) Líneas de impulsión

Son dos (02) las líneas de impulsión que salen de la planta de tratamiento de agua hacia los reservorios de almacenamiento. Una línea de DN 600 mm y otra de DN 350 mm, que están interconectadas y que impulsan agua hacia los

reservorios Santa cruz y Cerro colorado. Existe 01 línea nueva de DN 200 mm que abastece al reservorio elevado de 510 m3, que deriva de la línea de impulsión principal de 24”.

La línea de impulsión de DN 350 mm carece de macromedición y es necesaria la independización de la derivación de 150 mm que llena el reservorio elevado de 510 mm.

Calidad del Agua

SEDAJULIACA lleva un programa regular de control de calidad estricto, tanto en el seguimiento de los parámetros Físico químicos, microbiológicos y de metales pesados, ciñéndose a la directiva Nº 190-97-SUNASS de control de la calidad de agua para consumo humano.

El programa de control de calidad de agua se realiza en la captación, Planta de tratamiento, reservorio y redes de distribución.

Los parámetros fisicoquímicos y microbiológicos que analiza el laboratorio de la empresa son: turbiedad, ph, cloro residual, coliformes fecales y totales.

Los análisis de metales pesados: cadmio mercurio, plomo y arsénico, se realizan cada seis meses, en razón a la actividad minera que existe en el área de la cuenca del río Costa. El metal pesado que presenta mayor cuidado es el arsénico. Los análisis de agua de metales pesados últimos realizados en un laboratorio certificado de la ciudad de Lima arrojaron niveles de arsénico de mg/lt, siendo el límite máximo permisible establecido por la SUNASS de 0.050 mg/lt.

Principales Problemas Operacionales Sistemas de agua y Alcantarillado

El principal problema que enfrenta la EPS, es el deficiente servicio de abastecimiento de agua potable que brinda a sus usuarios, como resultado de la falta de recursos económicos resultado de su actual situación financiera, que no le permite realizar obras de inversión en mejoramiento y rehabilitación de los sistemas de Abastecimiento de agua y recolección de alcantarillado.

No se cuenta con el catastro Técnico de redes de agua, desagüe e instalaciones. Los planos que utilizan las áreas de Ingeniería y de distribución son desactualizadas, lo que no permite una atención oportuna y eficiente a los problemas presentados en el sistema. Esto genera que el sistema de distribución de agua no este claramente sectorizado.

No se tienen estructurado programas de mejoramiento operacional, específicamente orientados al control de pérdidas, operación y mantenimiento, Control operacional, ahorro de energía, etc. La complejidad de la operación del sistema, al tener equipos de bombeo y rebombeo de agua, al igual que el

desagüe hace que los costos operativos sean altos, acentuandose aún más esto por el sistema manual de operación de estas unidades.

La carencia de equipos, herramientas, indumentaria adecuada y la falta de un plan de capacitación del personal que realiza las actividades de distribución, limpieza y mantenimiento de los colectores limita aun más la operatividad del área.

La baja pendiente de los colectores de la ciudad genera sedimentación en los colectores, situación que genera atoros en las tuberías. Esta situación se agrava aún más en lasépocas de lluvias por el ingreso de agua ilícitas a la red de servicio, en razón de que la ciudad no cuenta con un sistema de drenaje fluvial integrado. Las aguas de lluvia están siendo descargadas por gravedad hacia el río Torococha y en las cámaras de bombeo de desagües en algunos casos.

Las Cámaras de bombeo se encuentran en malas condiciones operativas, específicamente los equipos de bombeo y los sistemas de protección y seguridad eléctricos, no se cuenta con equipos de reserva para realizar el mantenimiento de los mismos. Las instalaciones en la mayoría de los casos requieren de una renovación de los equipos de bombeo.

La actual planta de tratamiento de desagües de la ciudad diseñada para 100 l/s viene siendo sobrecargada sobre la capacidad de diseño original, por agravándose el hecho que dos lagunas de las ocho existentes no se encuentran operativas por mantenimiento. Esta situación hace que los olores producidos en la Planta de tratamiento se manifiesten de manera más fuerte durante las tardes, con el cambio de la dirección del viento que lleva los olores a la ciudad.

DIAGNOSTICO EMPRESARIAL

La EPS SEDAJULIACA S.A. es una Entidad Prestadora de Servicios de Saneamiento

Aspectos Organizacionales

Régimen Legal Aplicable

(EPS) de propiedad municipal, que opera en el marco de la legislación nacional para la provisión de estos servicios, con personería jurídica de derecho público. Es de régimen privado con autonomía técnica, administrativa y económica, es normada por la Ley Orgánica de Municipalidades (N° 27972), Ley de la Actividad Empresarial del Estado (N° 24948), Ley General de Sociedades (D.L. N° 601), Ley General de Servicios de Saneamiento (N° 26338) y su Reglamento (N° 09-95-PRES). Presupuestalmente es normado por la Dirección Nacional de Presupuesto Público, cuyo ámbito jurisdiccional de prestación de servicios comprenden las localidades de Juliaca y Ayaviri, sin embargo solamente administra la primera.

Personería Jurídica

SEDAJULIACA se constituyó sobre la base de la transferencia de los servicios de agua potable y alcantarillado de SEDAPUNO a los concejos Provinciales de San Román, Melgar, Azangaro, y Huancane con DS N°006-01-PCM del 11.01.91. A partir de esa transferencia, en ese mismo año, las municipalidades provinciales de San Román y Melgar, Constituyen SEDAJULIACA S.A. La superintendencia Nacional de Servicios de Saneamiento (SUNASS), reconoció a la EPS en el registro de Entidades Prestadoras de Servicios de Saneamiento, con la Resolución de Superintendencia N° 018-95-PRES-VMI-SUNASS de fecha 20 de febrero de 1995.

El capital social de la EPS SEDAJULIACA S.A. es de S/. 22.557.874 dividido en acciones nominales de S/. 1,00. La municipalidad de San Román cuenta con el 92.9% del total de acciones y el 7.1% le corresponde a la municipalidad de Melgar. En la práctica la Municipalidad de Melgar se ha separado de la Junta empresarial y la EPS SEDAJULIACA S.A. solo su ámbito de acción es la ciudad de Juliaca.

Estructura orgánica y Funcional

SEDAJULIACA S.A. tiene una organización definida, que se expresa en el Manual de Organización y Funciones aprobado el 27 de enero del año 2000 con resolución de Gerencia General N° 017-2000. El organigrama considera una Junta General de Accionistas y un Directorio, como sus órganos de mayor nivel, del que dependen la Auditoria Interna y la Gerencia General. De esta última, depende, como órgano de apoyo, la Gerencia de Administración y Finanzas y, como órgano de asesoría, la Oficina de Planeamiento e Informática y finalmente como órganos de línea la Gerencia Operacional y Comercial.

Recursos Humanos

La empresa cuenta con un total de 137 trabajadores, entre funcionarios, trabajadores estables (empleados y obreros), trabajadores contratados (empleados y obreros y contratados por servicios de terceros).

Distribución del Personal SEDAJULIACA por Áreas Enero 2007

ÁreaCondiciones de

ContratoNº de trabajadores

Gerencia general

funcionario 2Permanente 2modalidad 2locación 7

    funcionario 1Gerencia de Permanente 8

Administración modalidad 6    locación 5

Gerencia Comercial

funcionario 1Permanente 11modalidad 4locación 28

Gerencia Operaciones

funcionario 1Permanente 30modalidad 9locación 20

Total

funcionario 5Permanente 51modalidad 21locación 60

CONCLUSIONES

A continuación se resume las conclusiones de la visita:

•Las tuberías ya han pasado su vida útil, las más antiguas tienen 40 años de antigüedad en ellas se aprecia el deterioro de las canastillas de succión, que no retiren el material grueso y flotante. Asimismo las válvulas de ingreso se

encuentran deterioradas.

• Evaluados los componentes de la planta de tratamiento se constato que a pesar de la gran turbiedad del agua cruda que se esta alimentando ala planta,

debido a las permanentes lluvias que afectan a la zona, se encuentran trabajando adecuadamente.

• Que la calidad del agua producida por la planta cumple con las normas nacionales e internacionales para agua potable.

•que en el dia de hoy 15 de junio del 2013, la cobertura del servicio de agua potable de la ciudad, se encuentra al 81%.

-No se lleva un adecuado control de coagulación. No se hacen pruebas de jarras para decidir la dosis. La concentración no se mantiene constante.

-Hace falta otro tanque para la solución de sulfato; con un solo tanque la dosificación se interrumpe cada vez que se necesita preparar la solución.

- Los filtros no expanden adecuadamente por que tienen un material muy grueso para la velocidad de lavado que producen en estas condiciones.

RECOMENDACIONES

Para mejorar las condiciones de operación de las plantas es necesario capacitar al personal profesional y técnico a cargo del funcionamiento deal

sistema de tratamiento.

No se debe utilizar la captación directa del canal de abastecimiento a la planta.

Mejorar el sistema de dosificación. Es necesario agregar un tanque adicional para la preparación de la solución de sulfato de aluminio y dosificadores para

que se garantice la implantación de una dosis constante. Asimismo, se colocara un difusor a todo lo ancho del canal para aplicar la solución

uniformemente repartida a todo lo ancho del resalto.Operar los filtros con tasa declinante para alargar las carreras de filtración y

ahorrar agua de lavado.

-Reparar o sustituir el dosificador existente, considerando una unidad alterna.