COMISIÓN NACIONAL DEL AGUA
SUBDIRECCIÓN GENERAL DE INFRAESTRUCTURA HIDRAULICA URBANA UNIDAD
DE AGUA POTABLE Y SANEAMIENTO
GERENCIA DE ESTUDIOS Y PROYECTOS COORDINACIÓN DE ELECTROMECANICA
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POTABLE Y SANEAMIENTO GERENCIA DE ESTUDIOS Y PROYECTOS COORDINACIÓN DE
ELECTROMECANICA
CONTENIDO
PRÓLOGO PROPÓSITO CAMPO DE APLICACIÓN CONCEPTOS Ø
Carga a la descarga. Ø Carga de velocidad.
Ø Carga total de bombeo. Ø Eficiencia de la
bomba. Ø Eficiencia total ó eficiencia conjunto motor
– bomba. Ø Eficiencia electromecanica.
Ø Potencia de entrada a la bomba. CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS Ø Bombas verticales tipo
turbina. Ø Bombas sumergibles. Ø Bombas de pozo profundo. ESPECIFICACIÓN
Y MUESTREO PRUEBAS Y REQUERIMIENTOS EN LABORATORIO Ø Requerimientos para
la prueba. REQUERIMIENTOS PARA LA PRUEBA EN CAMPO
Ø Equipo de medición de los niveles de bombeo y presión de
descarga. Ø Instrumentación para la medición del
gasto. CONDICIONES PARA LA PRUEBA MEDICIÓN DE
PARAMETROS Ø Medición de flujo. Ø
Medición de la carga. Ø Instrumentos de
medición para la presión. Ø
Medición de la frecuencia de rotación. Ø
Medición de la potencia de entrada a la bomba. SELECCIÓN
DE LA BOMBA ADECUADA DETERMINACIÓN DE LA EFICIENCIA PREDICCIÓN DE
EFICIENCIA EN BOMBAS CENTRÍFUGAS FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA
Ø Pérdidas volumétricas. Ø
Pérdidas hidraulicas. Ø
Pérdidas mecanicas. Ø
Características del líquido. Ø
Condiciones de instalación. ØRecorte de
impulsores. Ø Condiciones de operación.
Ø Acuíferos. Ø Sobredimensionamiento. 4 5 5 5
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FACTORES QUE INCREMENTAN LA EFICIENCIA CONSIDERACIONES DE INGENIERÍA Y
OBRA Ø Verificación de la eficiencia garantizada. Ø
Operación alejada del punto de mejor eficiencia. Ø Recepción y almacenamiento. Ø Sistemas de conducción. Ø
Valvulas de control. Ø Selección
de valvulas. CONCLUSIONES CRÉDITOS GLOSARIO
10 11
12 13 13
3
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COMISION NACIONAL DEL AGUA
Este artículo esta dirigido a las gerencias regionales y
estatales de la Comisión Nacional del Agua y a los organismos operadores
de los servicios de agua. Su objetivo es optimizar la
operación de los equipos electromecanicos y los niveles de
eficiencia en los sistemas hidraulicos.
PRÓLOGO
La Gerencia de Estudios y Proyectos, a través de la Coordinación
de Electromecanica, promueve en este documento, el uso adecuado de la
energía, así como la detección de fallas que afectan el
óptimo funcionamiento de los equipos, por lo que han reunido una serie
de causas que influyen en las bajas eficiencias y la forma de corregirlas; lo
cualcoadyuvara a que los organismos operadores y las gerencias
regionales y estat ales obtengan ahorros sustantivos en la operación de
los sistemas de bombeo. En la actualidad enfrentamos grandes problemas
energéticos, por lo que es conveniente contar con lineamientos que
permitan a los organismos operadores ser eficientes. Un
proyecto electromecanico no solo consiste en la selección
correcta del
equipo, sino también, en conocer el sistema hidraulico al cual
esta ligado; los niveles de eficiencia, dispositivos y accesorios
necesarios para su funcionamiento.
Revisiones: Este documento esta sujeto a revisiones, las cuales
dependeran de los avances tecnológicos. Asimismo,
de la Normatividad vigente y de nuevas experiencias.
Este artículo describe los conceptos basicos para incrementar la
eficiencia, especificacion es, pruebas, condiciones, métodos de
medición, requerimientos de pruebas, determinación de la
eficiencia, selección de la bomba, predicción de la eficiencia,
factores que la afectan y aquellos que la incrementan.
El método utilizado para la determinación de la
eficiencia electromecanica esta fundamentado en Normas Oficiales
Mexicanas. La predicción, causas de ineficiencia y otras
recomendaciones se basan en las Normas ANSI/HI, en publicaciones y
experiencias.
Por otra parte, se indican algunas recomendaciones y se presenta un Glosario de Términos, en donde se definen los
principales conceptos que se mencionan en el documento.
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PROPÓSITO
Este documento tiene la finalidad de establecer las principales recomendaciones
que permiten mantener la eficiencia energética en equipos de bombeo,
utilizados en sistemas de agua potable y saneamiento. Asimismo,
tiene la finalidad de dar al lector una visión de los problemas que hay
q prever para optimizar la ue eficiencia en los equipos de bombeo
Potencia de salida de la bomba.
Es la potencia en Watt, transferida al agua por la bomba, medida lo mas
cerca posible del
cabezal de descarga.
Eficiencia de la bomba.
CAMPO DE APLICACIÓN
Aplica a todos aquellos equipos de bombeo verticales centrífugos tipo
turbina, con motor exterior o sumergible, destinados a carcamos de
bombeo, pozos profundos, plantas de bombeo, plantas potabilizadoras y plantas de
tratamiento que han sido o no, puestos en operación.
Es la proporción de la potencia de salida de la bomba
entre la potencia de entrada a la bomba, se expresa en porcentaje.
Eficiencia del conjunto motor – bomba.
Es la proporción de la potencia de salida de la bomba
entre la potencia de entrada al motor. La eficiencia se expresa en
porcentaje.
CONCEPTOS
Para el analisis y evaluación de la eficiencia, es oportuno
repasar aquellos conceptos que son importantes para el incremento de la
eficiencia, así como para la localización de
las fallas que la afectan. La referencia de las definiciones corresponde a lo dispuesto en las Normas Oficiales
Mexicanas.CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS
Bombas verticales tipo turbina.
Las bombas v erticales tipo turbina con motor externo vertical se clasifican de
acuerdo a su tamaño y gasto, tal como se especifica en la
Norma1.
•
Carga a la descarga.
•
Bombas sumergibles.
Es la suma algebraica de la presión manométrica
medida a la descarga, la carga de velocidad y las pérdidas por
fricción, su unidad de medida es el metro (m).
Las bombas sumergibles se agrupan de acuerdo con la capacidad ex presada en l/s
(litros/segundo) y estan definidas en grupos como se muestra en la
Norma2, los motores que deben acoplarse, se agrupan de acuerdo a la potencia
nominal la cual se expresa en kW.
•
Carga de velocidad.
Es la energía cinética por unidad de peso del líquido
en movimiento, su unidad de medida es el metro (m).
•
Bombas de pozo profundo.
•
Carga total de bombeo.
Las bombas para pozo profundo se clasifican de acuerdo con la potencia nominal
expresada en kW del
motor eléctrico que debe acoplarse. Norma 3.
Esta dada por la suma algebraica de la presión manométrica
medida a la descarga, el nivel dinamico, las pérdidas por
fricción en la columna y la carga de velocidad, su unidad de medida es
el metro (m).
ESPECIFICACIÓN Y MUESTREO
Una forma de conocer las condiciones en que operan los equipos es evaluando su
eficiencia a través de la medición de parametros, tales
como: gasto de operación, nivel estatico, nivel dinamico,
factor de potencia, potencia real, aparente, corriente y tensión
eléctrica, entre otros.
•
Potencia de entrada al motor.
Es lapotencia en Watt, que requiere el motor eléctrico acoplado a la
bomba. Esta se determina conociendo el voltaje, la corriente
y el factor de potencia.
•
Potencia de entrada a la bomba.
Conociendo la eficiencia electromecanica con la que trabaja el equipo,
estamos en condiciones de determinar las causas que limitan su operación
eficiente y en función de esto, proponer acciones para sustituir, dar
mantenimiento o
1 NOM-001-ENER -2000. 'Eficiencia energética de bombas verticales
tipo turbina con motor externo eléctrico vertical. Limites
y método de prueba'. 2 NOM-010-ENER -1996.
'Eficiencia energética de bombas sumergibles.
Limites y método de prueba'. 3 NOM-006-ENER -1995. 'Eficiencia
energética electromecanica en sistemas de bombeo para pozo
profundo en operación. Limites y método
de prueba'.
Es la potencia suministrada a la flecha de la bomba y debe
expresarse en Watt.
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rehabilitar el equipo según sea el caso, con la finalidad de incrementar
su eficiencia.
2. Sonda neumatica Este dispositivo consiste de un manómetro, una
bomba de aire y la cantidad necesaria de tubo galvanizado de 6 mm (1/4') de diametro.
PRUEBAS Y LABORATORIO
REQUERIMIENTOS
EN
3. Manómetro de Descarga. Normalmente es del tipo Bourdon.
Requerimientos para la prueba. 1. Aplicación
del método de prueba. Aplica para bombas verticales tipo turbina
conmotor externo o bombas sumergibles aplicadas a pozos profundos de flujo
radial y semiaxial, accionadas por motor sumergible de cualquier tamaño
especificado por norma.
•
Instrumentación para la medición de l gasto. 1. Tubo de Pitot.
Este instrumento correlaciona la carga de velocidad con el flujo. La
distribución de la carga de velocidad en la tubería no es
uniforme y para obtener una exactitud aceptable son recomendables
múltiples puntos de medición en la sección transversal de
la tubería.
2. Lugar de la prueba. Las pruebas de aceptación deben realizarse en
laboratorios debidamente acreditados por EMA43.
3. Fluido para la prueba. Para efectuar esta
prueba se debe utilizar agua limpia con las propiedades que indica la Norma2.
El contenido total de gas disuelto y libre en el agua, no debe exceder el
volumen de saturación correspondiente a la presión y temperatura
existentes en el tanque.
2. Orificio calibrado. Son generalmente circulares y se encuentran dentro del
tubo horizontal o en su extremo de descarga.
3. Método de la escuadra. Para medir el flujo en tubos horizontales es necesario medir una
distancia horizontal y una vertical.
4. Personal. El personal responsable de las pruebas debe ser
acreditado por EMA.
CONDICIONES PARA LA PRUEBA1
•
Puntos a verificar antes y durante la prueba. 1. Alineación entre motor
y bomba.
5. Puntos a probar. Los parametros garantizados por el fabricante
seran la parte esencial de la prueba, así como la determinación de los
límites de operación del
equipo.
2. Que los instrumentos de medición cumplan con la
certificaciónde calibración SNC)5 3.
Que las condiciones de operación sean estables
de acuerdo con las oscilaciones y variaciones.
6. Reportes de la prueba. La evaluación de los resultados de la prueba
se deben hacer inmediatamente, incluyendo graficas de la curva de
operación, antes de que la instalación sea desensamblada con la
finalidad de poder repetir alguna medición, si fuera necesario.
•
Parametros garantizados
REQUERIMIENTOS PARA LA PRUEBA EN CAMPO3
•
Equipo de medición de los niveles de bombeo y presión de
descarga. 1. Sonda eléctrica. Este dispositivo consiste de conductores
eléctricos con forro de plastico; una fuente de energía
eléctrica (baterías); un timbre de
alarma tipo casero o un ampérmetro.
Los parametros garantizados por el fabricante para este método de
prueba son: La eficiencia del conjunto motor bomba para la carga y el flujo
especificado en el punto óptimo de operación de la bomba, que
debe ser igual o mayor que el valor del producto que se obtenga de multiplicar
los valores correspondientes a la capacidad de la bomba.
•
Ejecución de la prueba.
El tiempo de duración de la prueba debe ser suficiente
para obtener resultados consistentes, considerando el grado de exactitud para
ser llevada a cabo. Para verificar el
punto óptimo de operación, se deben registrar al menos tres
puntos de medición, cercanos y
'ENTIDAD MEXICANA DE ACREDITACIÓN' SISTEMA NACIONAL DE
CALIBRACIÓN.
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agrupados uniformemente alrededor de dicho punto y para determinar el
funcionamiento sobre el intervalo de operación indicado, la bomba debe
ser operada desde capacidad cero hasta la maxima capacidad mostrada en
la curva de operación suministrada por el fabricante, tomando como
mínimo seis puntos de medición, considerando tres arriba y tres
abajo del punto garantizado.
1. Carga total de bombeo (H), (Valores promedio en un
intervalo de tiempo).
•
Instrumentos de medición para la presión.
1. 2.
Manómetro de columna líquida. Manómetro de bourdon.
•
Oscilaciones permisibles en el indicador de los instrumentos de medición
6.
•
Medición de los niveles de bombeo y presión de descarga.
1. Sonda
•
Número de lecturas a tomar durante la prueba.
Se deben de registrar un mínimo de tres
lecturas de cada medición, previamente es necesario verificar que se
cumpla con los límites de oscilación y las variaciones permitidas
en las lecturas. Los límites de variación entre mediciones
repetidas se pueden consultar en las Normas 1
eléctrica. Este dispositivo consiste de conductores eléctricos
con forro de plastico; una fuente de energía eléctrica
(baterías); un timbre de alarma tipo casero o
un ampérmetro. manómetro, una bomba de
aire y la cantidad necesaria de tubo galvanizado de 6.32 mm (1/4 in) de
diametro.
2. Sonda neumatica. Este dispositivo consiste de un
•
Corrección de la frecuencia de rotación.
Cuando la prueba se realice a frecuencia de rotación diferente a la
nominalespecificada por el fabricante, deben hacerse las correcciones de flujo,
carga y potencia obtenidas durante la prueba, de
acuerdo a las leyes de afinidad7.
•
Medición de la frecuencia de rotación. (velocidad)
La velocidad de rotación debe ser medida mediante un
tacómetro de indicación directa, por un contador de revoluciones
en un intervalo de tiempo, por un dínamo, por un contador óptico
y un frecuencímetro o por medio de una medición directa
(estroboscópio).
MEDICIÓN DE PARAMETROS 1,2,3
La determinación del flujo, la carga, la potencia y la frecuencia de
rotación son necesarias para la elaboración de la curva de
operación de la bomba, misma que debe servir para verificar los
parametros garantizados por el fabricante específicamente el de
la eficiencia. En los siguientes parrafos se mencionan
algunos de los métodos utilizados en la medición de estas
variables.
•
Medición de la potencia de entrada a la bomba.
La potencia de entrada a la bomba debe ser determinada mediante la velocidad de
rotación y el par, o mediante la medición de la potencia
demandada por un motor eléctrico de eficiencia conocida, el cual
sera directamente acoplado a la bomba dependiendo del método que
se utilice. 1. Mediante la medición del par. El par
debe ser medido por un medidor de par certificado.
•
Medición de flujo. 2. Mediante la utilización de un motor trifasico de características
conocidas. La potencia eléctrica debe ser medida en forma directa
mediante wattmetros, o en forma indirecta mediante: voltmetros,
ampérmetros, y medidores de factor de potencia.
Esta medición podrarealizarse mediante
cualquier método que cumpla lo especificado, estos métodos pueden
ser el de pitometría y tanque volumétrico. 1. Valores
instantaneos. Placas de orificio calibrado, tubos
venturi, toberas, rotametros y medidores de flujo externos
magnéticos.
SELECCIÓN DE LA BOMBA ADECUADA
En la practica también se usan los del tipo
electromagnético. La selección de la bomba puede ser
difícil, por lo que se recomienda realizar investigaciones preliminares,
para lograr obtener los niveles maximos de eficiencia que requiere la
instalación. La correcta selección, radica en conocer las
condiciones en que trabajara la bomba. Se puede hacer una
selección equivocada por no haber investigado
los requisitos del
sistema ni haber determinado cual debe ser la eficiencia.
•
Medición de la carga.
6
Cuando se use un dispositivo de presión
diferencial para medir flujo, la mínima oscilación permisible
debe ser ± 6%. 7 Aplica si la desviación en porcentaje de la
frecuencia de rotación con respecto a la frecuencia nominal especificada
por el fabricante, no excede a ± 20%.
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Una selección inadecuada de la bomba ocasiona que el caudal de
extracción sea mayor o menor al programado, provocando que la carga a la
que opera el motor no sea la correcta, derivando de esta forma lecturas muy
altas o muy bajas en las eficiencias.
Pérdidas mecanicas. Capacidad
para elmanejo de sólidos. Tolerancia en las
pruebas. En la predicción de eficiencia, otros efectos
perjudiciales, no se incluyen, como es el manejo de mezclas
viscosas, aire, etc.
Los motores son diseñados para trabajar a una capacidad nominal y cuando
operan por debajo de ésta, se genera un factor de potencia bajo que
origina por principio, una penalización por parte de la CFE al llevar a
cabo una sobrefacturación en los consumos de energía de los
aprovechamientos, ademas de no trabajar con los parametros de
eficiencia marcados en los motores por el fabricante. El
resultado de una mala selección, son bajas eficiencias.
DETERMINACIÓN DE LA EFICIENCIA
Conociendo la eficiencia mínima, se realiza la evaluación de
eficiencias admisibles y no admisibles. Cuando no se cuente con el dato
de placa relativo a la cap acidad del motor, deben compararse los kW de la
potencia de entrada del mismo, con el fin de determinar el mínimo
porcentaje de eficiencia con que debera operar el sistema (equipo,
carcamo de bombeo etc.)
La eficiencia óptima se obtiene cuando la velocidad específica
esta en la proximidad de 2,500 y la velocidad específica de
succión se encuentra en la proximidad de 8,500. Las
bombas seleccionadas para velocidades específicas que no estén en
la proximidad indicada presentan bajas eficiencias. El
estandar ANSI/HI establece las recomendaciones sobre límites de
velocidad específica en la succión. Recordemos que
ésta tiene una alta correspondencia con la
mejor eficiencia de la bomba. La determinación de la velocidad limite de
rotación del
equipo en rpm esta relacionada con lavelocidad específica de
succión.
Todos los sistemas de bombeo deben ser evaluados periódicamente con
objeto de calificar su eficiencia electromecanica.
FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA
Existen condiciones que afectan negativamente la eficiencia del equipo de bombeo, en general corresponde a
la fabricación del diseño del equipo. Entre las
principales se tienen las siguientes:
PREDICCIÓN DE EFICIENCIA EN BOMBAS CENTRÍFUGAS
La eficiencia de las bombas centrífugas esta relacionada a la velocidad
específica (Ns), tamaño de la bomba, NPSH y el tipo de bomba
seleccionada disponible para las condiciones del servicio. El
estandar ANSI/HI 88 ha editado graficas que son de gran ayuda para
predecir la eficiencia de equipos de bombeo. Estas toman en cuenta la
velocidad específica y los límites de desviación de
eficiencia que pudiera ser influida por: La calidad del producto. Forma de la curva elegida. Aspereza de la
superficie. Espacios libres internos. Compromisos de fabricación.
•
Pérdidas volumétricas.
Estas pérdidas son indicativas de una circulación de flujo del lado de alta presión
al de baja presión del
impulsor; aunque en general, estas pérdidas son pequeñas, pueden
revestir importancia bajo condiciones de desgaste o desajuste de la bomba.
•
Pérdidas hidraulicas.
Constituyen la diferencia entre la carga que podría obtenerse de la
energía disponible en el impulsor y aquella que realmente se desarrolla;
las mas importantes son por choque de entrada, generadas por el cambio
de dirección del
liquido y por fricción del
liquido, al fluir.
•
Pérdidas mecanicas.
Sedeben principalmente a la fricción de cojinetes, empaques o sellos y a
la fricción del
disco generada entre los lados del
impulsor y el líquido.
•
Características del líquido.
American National Standards Institute/ Hydraulic Institute, 1.1-1.5-1994
Las condiciones del
fluido a manejar, tienen consecuencias sustantivas sobre la operación de
las bombas centrífugas. Por un lado, afectan la construcción del equipo
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por lo tanto, al rendimiento y la potencia. Entre las mas importantes
tenemos la corrosión, temperatura a manejar, tamaño de
partículas en él líquido y uso a
que se destinara, entre otras.
Alineación.
La correcta alineación de la bomba y el motor, es de suma importancia
para conseguir una operación mecanica libre de problemas; por lo
que esta se debe verificar de acuerdo a recomendaciones del fabricante.
Mientras mas desfavorables sean las
condiciones, mayores seran las exigencias constructivas en cuanto a
materiales, metalurgia, tipo de impulsores, accesorios propios de la bomba etc.
Impulsores
•
Condiciones de instalación.
Existen condiciones de instalación que influyen negativamente en la
eficiencia del
equipo de bombeo; podemos citar las siguientes: 1. Pérdidas en motor y
acoplamiento.
Aunque son externas a la bomba, es conveniente saber que
estos componentes influyen en la eficienciaglobal. Aquí nos
referimos a su rendimiento y diseño; sin embargo es importante aclarar
que el montaje apropiado del conjunto bomba-motor es
necesario, para asegurar la maxima eficiencia. Una deficiente
alineación impone cargas adicionales sobre los cojinetes y
flexión en una o varias de las flechas del conjunto,
ocasionando pérdidas de eficiencia y un mayor consumo de energía
debido a la fricción y al desbalance mecanico; lo cual provoca
vibraciones dañinas a los equipos, afectando la eficiencia global.
Se deben ajustar los impulsores antes de intentar poner en marcha la bomba. Una
bomba nueva se debe operar con los impulsores ajustados a la mitad del juego
lateral de acuerdo con recomendaciones del fabricante, esto es con el objeto de
que la arena presente en el agua, no provoque un desgaste excesivo en la bomba
lo cual afectaría a la bomba, especialmente a los impulsores. Una vez
que el agua deje de salir con arena, los impulsores se podran ajustar a
su posición de trabajo mas eficiente.
•
Recorte de impulsores.
El recorte de impulsor es una técnica empleada desde hace mucho tiempo
para cubrir lagunas de las líneas de fabricación; de nueva cuenta
enfatizamos que las relaciones de afinidad nos permitiran saber si
recortando el impulsor tendremos un punto de
operación optima. • Consideraciones de operación. 1. 2. 3.
Velocidad de giro alta. Presión
de carga excesiva. Peso especifico del fluido. Sometimiento de la bomba a tensiones. Falta
de grasa o grasa inadecuada. Contra presión
excesiva. Cebado insuficiente. Taponamiento de tubería. Penetración
de aire por el estopero.Dirección de giro. Velocidad
de giro demasiado pequeña. Fuertes desgastes de
las piezas interiores. Sellos desgastados.
Camisa de la flecha con estrías. Agua de
refrigeración. Golpeteo de la flecha.
La temperatura ambiente también puede tener efectos en la eficiencia,
pues en el caso de los motores la reduce a medida que sea mas alta y en caso de
ser muy extremosa, provoca esfuerzos y deformaciones en los equipos, es por
ello que debera tomarse en cuenta al realizar el montaje y puesta en
servicio, sobre todo permitiendo que se estabilice, antes de restringir el
movimiento del conjunto.
4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16
2.
Pérdidas en la bomba.
Las vibraciones, movimientos y desbalance del equipo tienen consecuencia en la
operación hidraulica, ya que se afectan tolerancias y cargas,
reduciendo la capacidad real del mismo, requiriendo para ello una mayor
potencia y como consecuencia disminuye la eficiencia.
La densidad menor de la mezcla líquido - vapor, provoca una
reducción en el volumen real bombeado y por lo tanto la eficiencia
disminuye. Asimismo, se inducen vibraciones y si el fenómeno es severo,
puede causar daños internos a otras instalaciones y equipos e incluso el
colapso del
propio impulsor.
Estas consideraciones son sólo algunas de muchas
causas de ineficiencia.
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•
Acuíferos.
Las causas a las que seatribuyen las bajas eficiencias del
sistema con las que operan en general el aprovechamiento del acuífero se atribuyen a
Sabemos que al sobredimensionar un equipo, se producen desventajas que
ocasionan se pierda eficiencia en el sistema, obteniéndose con ello
gastos de energía innecesarios.
1. 2. 3. 4.
Abatimiento del Nivel Dinamico. Selección del equipo de bombeo (eficiencia de los impulsores
y número adecuado de tazones). Selección de la potencia del Motor. Mantenimiento Preventivo a
Bombas y Motores.
FACTORES EFICIENCIA
QUE
INCREMENTAN
LA
Para mantener, prever o controlar la eficiencia, podemos tomar en cuanta las
siguientes consideraciones
•
•
Selección del
equipo de bombeo (motor- bomba)
apropiado, teniendo el conocimiento pleno del sistema. Acabado de la
superficie de los impulsores.
Calidad de la información.
•
Asimismo, uno de los parametros mas importantes y que condiciona
las eficiencias electromecanicas de los equipos, es el gasto o caudal de
operación. En muchos casos, las eficiencias de los
equipos se ven determinadas por los bajos gastos de producción.
Se justifica un bajo rendimiento en los equipos, si
tomamos en cuenta que los acuíferos sufren abatimientos y que esto
conlleva a que las camaras de bombeo se reduzcan paulatinamente,
provocando con esto bajos caudales de extracción.
Selección adecuada succión.
de la velocidad especifica de
• • • • • • • • • •
• • • • • • • • • •
•
Control de líquidos viscosos. Control de concentraciones de grandes
volúmenes de sólidos. Control del tamaño
de sólidos. Control defricción en cojinetes, empaques o sellos.
Montaje apropiado del
equipo ( bomba- motor). Corregir
desbalances. Reducir vibraciones. Alineación del equipo en forma programada. Controlar
la temperatura de operación del motor. Evitar
recortes de impulsores. Controlar la velocidad del equipo.
Controlar la presión del fluido. Evitar
tensiones mecanicas en tuberías. Reposición
de grasa adecuada. Verificar el cebado de bomba y
tubería Evitar entrada de aire. Cambiar sellos.
Controlar el abatimiento del nivel dinamico. Control
del peso especifico del fluido que impulsa
la bomba. Nivelación de la flecha. Verificar presión de succión y descarga.
Ademas, el bajo rendimiento de los aprovechamientos puede estar
relacionado a la falta de mantenimiento de los equipos, ya que al paso del tiempo, se van generando
irregularidades, tales como: incrustaciones en
la tubería ranurada, que obstruye la circulación libre del acuífero,
reduciendo consecuentemente los gastos de extracción. Ante estas
circunstancias, es evidente la realización de un
diagnóstico mas detallado que permita llevar a cabo mediciones
directamente en todos los aprovechamientos y de esta manera, poder identificar
con precisión y total certeza, las causas que ocasiona la baja
eficiencia con la que operan actualmente los aprovechamientos.
Si el diagnóstico lo indicara y el equipo opera desde hace algún
tiempo de manera ininterrumpida, manifestando baja eficiencia y mas , si ha tenido escaso mantenimiento, pudiera ser
necesario desmontarlo y evaluar si existe desgaste en sus componentes ya
queeste afecta su eficiencia.
•
Sobredimensionamiento
El sobredimensionamiento de los equipos, es producto de un
mal calculo, falta de previsión y en algunos casos de
información pobre, lo cual ocasiona que se disponga de equipos que no
cumplan con las características que requiere el sistema
hidraulico.
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•
Mantenimiento adecuado del equipo. la
bomba. Operar el equipo fuera de este punto, es
inducir un esfuerzo adicional a algunas partes de la bomba y puede
dañarse esta.
En este último rubro, las revisiones al cuerpo
de tazones dependeran del
número de horas en operación acumuladas, la severidad de las
condiciones de servicio y el cuidado que se haya tenido en la bomba durante la
operación. El cuerpo de tazones no debera extraerse para su
inspección, a menos que sea una indicación definida o el
funcionamiento de la bomba este mal.
Evidentemente, el mal funcionamiento, se nota en la disminución de la
capacidad, presión ó un significativo
cambio en la vibración o ruido durante su operación.
Por otra parte o perar los equipos a una mayor capacidad respecto al punto de
óptima eficiencia, puede provocar mayores daños, ejemplo de ello
es mayor p ar de torsión, flexión o desviación de la
flecha, la carga neta positiva de succión requerida puede ser mucho mayor
que la disponible, ocasionando erosión, ruido y vibración debido
a la alta velocidad del líquido. Por lo anterior
lascaracterísticas con las cuales la bomba debe operar,
siempre deberan ser discutidas y acordadas con el fabricante.
Los pozos que utilicen la energía eléctrica como medio energético para sus fines y
que derivado de un diagnóstico de eficiencia electromecanica,
esta resulte menor o igual al 40% en forma combinada, se sugiere efectuar la
rehabilitación o sustitución del equipo electromecanico. Los
valores de eficiencia mínimos que deban cumplir los equipos reparados o
rehabilitados, deben ser verificados con el método de prueba descrito en
las Normas.
•
Recepción y almacenamiento.
Los trabajos de rehabilitación o sustitución necesarios para
lograr un incremento en la eficiencia de los equipos electromecanicos se
determinan de común acuerdo, entre el propietario del equipo y el
fabricante al que se le asignen los trabajos, compartiendo en partes iguales la
responsabilidad en la obtención de los resultados. (Al respecto se
recomienda consultar a esta Coordinación).
Después de recibir un equipo de bombeo se debe
inspeccionar y verificar a contra orden de embarque. Deben de examinarse los
paquetes que lo componen y sus envolturas antes de descartarlas. Algunas partes o accesorios son envueltos individualmente o
amarrados al conjunto. Se sugiere reportar cualquier daño o
pérdida que se note al proveedor del equipo. Es importante tener en
cuenta que si se van a almacenar los equipos por un periodo de tiempo corto,
antes de ser instalados, deben de colocarse en un lugar seco y protegerse
contra la humedad y el medio ambiente.
CONSIDERACIONES DE INGENIERÍA Y OBRA
•
Verificación dela eficiencia garantizada.
La eficiencia garantizada debe concordar con el punto de operación
definido por el Punto de Intersección de la curva flujo - carga y la
línea recta que va desde el origen y pasa a través del punto de
operación garantizado. La eficiencia en este
punto debe ser como
mínimo 0,972 de la especificada.
Las bridas de protección de la succión y descarga con que se
reciben los equipos no deben ser removidas, es importante también que se
protejan los rodamientos y acoplamientos contra la arena, polvo y otras
materias extrañas, para prevenir la oxidación o que la bomba se
pegue; asimismo, se debe lubricar la unidad y girar el rotor a mano p or lo
menos una vez a la semana.
•
Operación alejada del punto de mejor eficiencia.
Las bombas cent rífugas se diseñan para op erar eficientemente a
una carga, un gasto y una velocidad especifica. A este punto de operación, se le conoce como “el punto de
mejor eficiencia”.
Si la bomba sera almacenada por un largo
tiempo, se recomienda que por ningún motivo sufra daño;
también debemos asegurarnos que el equipo no contenga ni este en
contacto con elementos que podrían causar oxidación de las partes
internas, como resultado del almacenamiento.
Considerando el costo de la energía, e mas eficiente s operar la
bomba en este punto. L equipos a menudo no os operan
en estas condiciones, debido a cambios en la operación del sistema y a
la dificultad de igualar las condiciones de operación con el punto de
mejor eficiencia de
Se sugiere el petróleo destilado como solvente para prevenir la
oxidación; debe tenerse especialcuidado en retirar cualquier rastro de
material protector de las caras de las bridas de succión o de descarga
de la parte exterior de la flecha y de todas las superficies, antes de
ensamblar.
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Sistemas de conducción.
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POTABLE Y SANEAMIENTO GERENCIA DE ESTUDIOS Y PROYECTOS COORDINACIÓN DE
ELECTROMECANICA
En vista de que hemos hablado de la conservación y optimización
de la eficiencia de los equipos, es importante no olvidar los elementos que
conforman el sistema, es valioso contar con la adecuada conducción y
abastecimiento del fluido para los equipos que estén en
operación; por ello se debe hacer la adecuada selección del
material y diametro de la tubería y así evitar perdidas
ocasionadas por la fricción del fluido, lo cual es uno de los factores
que empobrecen la eficiencia.
La selección adecuada de valvulas provoca menores esfuerzos de
operación al equipo de bombeo, como tal no debemos soslayar la
importancia de dicha selección.
CONCLUSIONES Como hemos visto, para mantener o incrementar los niveles de
eficiencia de acuerdo a los parametros de diseño en las
instalaciones electromecanicas de los sistemas hidraulicos, es necesario
crear y/o renovar programas de mantenimiento preventivo y de
rehabilitación; tomar decisiones y darles seguimiento; ademas
éstas, deberan ser justificadas mediante un diagnóstico
realizado con base en pruebas mecanicas, eléctricas e
hidraulicas, las cuales deberan cumplir con la
normatividadvigente.
•
Valvulas de control.
Las valvulas de control son valvulas automaticas que
trabajan hidraulicamente con la presión de la línea de
conducción y que tienen los siguientes objetivos: 1. Controlar presiones
y gastos. Permiten reducir presiones, sostener presiones, regular gastos
preestablecidos, a efecto de distribuir el agua potable de forma eficiente y
efectiva dando a cada tramo de red solo lo necesario, garantizando el abasto de
las partes altas y evitando sobre presiones que tengan como consecuencia la
presencia de fugas. 2. Controlar niveles en tanques. Permiten ayudar de forma
efectiva en el llenado y recarga de tanques incluso elevados con lo cual se
evita un derrame del vital líquido con su traducción
en ahorro de energía al bombear solo lo necesario. 3. Protección
de equipos y seguridad. Permiten el alivio de exceso de presiones que se puedan
traducir en fugas y daños a la infraestructura; eliminan el golpe de
ariete y sus consecuencias desastrosas y protegen equipos de bombeo ayudando a
conservar su punto de operación, eficiencia y con eso evitar consumos de
energía variables en paros y arranques, ademas de protegerlos de
sobre presiones y fallos de energía.
La eficiencia de la bomba, es un concepto de suma importancia ya que
representa, la vida útil de las instalaciones y ahorro de energía
eléctrica en la operación de éstas, por ello es necesario
que no pase un tiempo prolongado para dar mantenimiento y cuidar que cada una
de las partes que conforman el equipo, cumpla con la función para el
cual se diseño. Asimismo, después de un analisis
técnico-económico,sustituir el cuerpo de
tazones y/o partes componentes del
equipo, para conservar una alta eficiencia.
Varios son los factores que intervienen para lograr una optima eficiencia como
los son las pérdidas, características del líquido, la
selección de la bomba, la instalación del equipo, línea de
conducción, valvulas y potencia del motor (consumo de
energía eléctrica).
Debemos tener en cuenta que lo indicado es solo una parte de lo mucho que se
puede hacer para mejorar la eficiencia en los sistemas hidraulicos y que
el Sector requiere de una amplia sensibilización sobre el tema. NOTA
•
Selección de valvulas.
Con el uso de valvulas de paso completo, es
decir aquellas que no oponen resistencia al paso
del flujo,
podemos optimizar la operación de las bombas en la descarga de las
mismas. Este tipo de instalaciones presentan ahorros considerables en el
consumo de energía y pueden sustituir al uso tradicional
de instalación de valvulas check-compuertamariposa.
Para mayor abundamiento de los conceptos vertidos en este
articulo, se recomienda consultar las distintas normas y estandares
relativos a la hidraulica; así como los documentos editados por la CNA.
COMENTARIOS Y/O SUGERENCIAS
Para cualquier aportación o comentario
sobre este artículo agradeceremos se envíe a
Coordinación de Electromecanica. luis.lopez@cna.gob.mx
SUBDIRECCIÓN GENERAL DE INFRAESTRUCTURA HIDRAULICA UNIDAD DE AGUA
POTABLE Y SANEAMIENTO GERENCIA DE ESTUDIOS Y PROYECTOS COORDINACIÓN DE
ELECTROMECANICA
CRÉDITOS
Elpresente documento esta elaborado íntegramente con base en
experiencias y en las siguientes normas indicadas a continuación:
• • • • • •
COMISIÓN NACIONAL DEL AGUA NOM -006-ENER-1995. Eficiencia
energética electromecanica en sistemas de bombeo para pozo
profundo en operación NOM -010-ENER-1996. Eficiencia
energética en bombas sumergibles NOM -001-ENER-2000. Eficiencia
energética de bombas verticales tipo turbina con motor externo
eléctrico vertical. NOM -008-SCFI-2002. Sistema General de Unidades de Medida. AMERICAN NATIONAL
STANDARDS INSTITUTE / HYDRAULIC INSTITUTE, 1.1-1.5-1994
GLOSARIO
BOMBA Maquina hidraulica que convierte la energía
mecanica en energía de presión transferida al agua.
BOMBA SUMERGIBLE Maquina hidraulica que convierte la energía
mecanica en energía de presión transferida al agua,
construida especialmente para trabajar acoplada directamente a un motor
eléctrico sumergible
BOMBA VERTICAL TIPO TURBINA CON MOTOR EXTERNO ELÉCTRICO VERTICAL
Diseño especifico de una bomba centrífuga que opera con el eje de
rotación vertical y parcialmente sumergida en el fluido que maneja, su
mayor aplicación es la extracción de agua de pozos profundos para
irrigación, abastecimiento municipal y abastecimientos industriales.
CARGA Es la cantidad de energía mecanica que requiere la bomba
para mover el agua desde el nivel dinamico hasta el punto final del
sistema.
CAVITACIÓN Es la formación y aplastamiento de burbujas en la
corriente del
líquido.
CONDICIONES ESTABLES Es cuando las señales indicadas por los
instrumentos de medición cumplen con las oscilaciones yvariaciones
permitidas en los métodos de prueba. CORRIENTE ELÉCTRICA Su
unidad practica es el ampere, I. Es la intensidad de corriente que pasa
a través de un conductor con resistencia, R y cuya diferencia de potencial
entre sus extremos es, V.
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POTABLE Y SANEAMIENTO GERENCIA DE ESTUDIOS Y PROYECTOS COORDINACIÓN DE
ELECTROMECANICA
FACTOR DE POTENCIA Relación entre la potencia activa y potencia
aparente.
FRECUENCIA DE ROTACIÓN Es el número de revoluciones por unidad de
tiempo a las que gira el conjunto motor-bomba, expresada en la practica
en rpm (revoluciones por minuto
FLUJO , CAPACIDAD O GASTO Razón a la cual el volumen del agua cruza la
sección transversal del tubo en la unidad de tiempo, es expresada en (m
3 /s)
MOTOR ELÉCTRICO Maquina que transforma la energía
eléctrica en energía mecanica.
NIVEL DE REFERENCIA Es el plano inferior de la placa base y
es la referencia para todas las mediciones hidraulicas. NIVEL
DINAMICO (ND) Es la distancia vertical que existe entre el nivel de
referencia hasta la superficie del agua cuando el equipo se
encuentra en operación; se mide en metros (m) a través de una
sonda eléctrica.
SISTEMA DE BOMBEO Es el conjunto motor eléctrico,
bomba y conductos que se instalan para la extracción y manejo de
cualquier tipo de aguas.
TENSIÓN ELÉCTRICA (V) Diferencia de potencial medida entre dos
puntos de un circuito, expresado en volts.
