ACOPLAMIENTO DE BOMBAS CON MOTORES ELCTRICOS

Repblica Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Educacin Superior

Universidad de Zulia

Facultad de Ingeniera

Escuela de Ingeniera Elctrica

Termofluidos

Prof. Redlich Garca

Urdaneta C., Jos A. C.I.: V-20.661.443

Matos P., Jess D. C.I.: V-21.353.522

Noguera C., Janetzi C. C.I.: V-20.456.813

Seccin: 001

Maracaibo, febrero de 2013

Marco Terico

Bombas

Se usan algunos parmetros fundamentales para analizar el rendimiento de una bomba. En el caso de fluidos incompresibles es comn utilizar el gasto volumtrico en vez del gasto msico. En la industria de la turbomaquinaria, el flujo volumtrico se denomina capacidad, y es, simplemente, el gasto msico dividido entre la densidad del fluido:

Gasto volumtrico (capacidad):

Adems, el rendimiento de una bomba se caracteriza por su carga hidrosttica neta H, que se define como el cambio en la carga hidrosttica de Bernoulli entre la entrada y la descarga de la bomba:

Carga hidrosttica neta:

H= (

La dimensin de la carga hidrosttica neta es longitud, y con frecuencia se menciona como altura de una columna equivalente de agua, hasta en el caso de una bomba que no bombea agua.

Por lo general se refiere al lquido que se bombea, la carga hidrosttica de Bernoulli en la entrada equivale a la altura total en la entrada , que se obtiene cuando se alinea un tubo de Pitot en el cetro del flujo. La lnea de referencia dinmica en la descarga , se obtiene de la misma manera. En el caso general, la salida de la bomba podra estar a una altura distinta que la entrada y su dimetro y velocidad promedio podra no ser los mismos que en la entrada. Independientemente de estas diferencias, la carga hidrosttica H es igual a la diferencia entre y :

Carga hidrosttica neta para una bomba de lquidos:

H= -

Considere el caso especial de un flujo incompresible a travs de una bomba en la cual los dimetros de la entrada y la salida son idnticos, y estn a la misma altura.

Dsal = Dent y Zsal= Zent: h=

En este caso simplificado, la carga hidrosttica neta es simplemente el aumento de la presin en la bomba que se expresa como carga (altura de la columna del fluido).

La carga hidrosttica neta es proporcional a la potencia til entregada al fluido. Se acostumbra llamar a esta potencia hidrulica potencia til, inclusive si el liquido que se bombea no es agua y hasta si la potencia no se mide en unidad de caballos de fuerza.

Potencia til:

= g

Todas las bombas sufren prdidas irreversibles a causa de la friccin, fugas internas, separacin del flujo en la superficie de los alabes, disipacin turbulenta, entre otras. En consecuencia, la energa mecnica que se suministra a la bomba debe ser mayor que . En la terminologa de las bombas, la potencia externa que se proporciona a la

bomba se denomina potencia al freno o potencia de accionamiento o potencia absorbida, la cual se abrevia como bhp (brake horse power).

Potencia al freno:

bhp=

Donde es la velocidad rotacional de la flecha (rad/seg) y es el momento de

torsin o par de torsin que suministra a la flecha. Se define eficiencia de la bomba como la relacin de la potencia til y la potencia suministrada:

Eficiencia de la bomba:

Sin embargo, la potencia real que consuma la bomba ser mayor porque al comunicar esta energa al fluido en las partes mviles de la bomba se pierde energa; tambin hay una prdida al comunicar el motor elctrico energa a las partes mviles y asimismo el motor no aprovecha toda la energa que consume de la red.

Para calcular la potencia real que se va a consumir es necesario conocer el rendimiento total de la bomba y el del motor elctrico que la impulsa, de forma que se hacen las siguientes definiciones:

En ocasiones, los fabricantes proporcionan los rendimientos totales de las bombas, que es el que interesa para el clculo de la potencia real de la bomba:

Sin embargo, es frecuente que el fabricante de bombas proporcione nicamente el rendimiento de la bomba, ya que no suministra la misma con un motor dado, y se les puede acoplar distintos motores. Lo que no es frecuente es que el fabricante proporcione separadamente el rendimiento mecnico y el rendimiento hidrulico.

Desarrollo

Caso 1.

Supongamos que tengamos un pozo del cual tengamos la siguiente informacin: ; H=300 ft; del cul quisiramos obtener un caudal de Q=120 US g.p.m Si despejamos de la ecuacin de eficiencia:

Suponiendo que trabajamos con agua pura a presin atmosfrica y temperatura ambiente:

Como observamos

Convirtiendo el resultado a caballos de fuerza (HP) se comprueba que

; donde H se expresa en pies, flujo volumtrico en galones por minuto y

el resultado ser la potencia til en HP.

Figura 1. Curva de Rendimiento de la familia de bombas 6SR120G Fabricante: PEDROLLO

En la caracterstica de la figura 1, podemos conseguir la eficiencia de la bomba para los valores requeridos y calcular la potencia de entrada (bhp):

Como apreciamos esta potencia corresponde a una bomba que no corresponde con alguno de los valores comerciales, pero nos permite aproximar el motor necesario para este pozo.

Figura 2. Especificaciones de motores sumergibles trifsicos de 6 y fabricante Franklin Electric El motor 276603 de 15 HP puede suplir la necesidad de la bomba. Ahora, puesto que las bombas de la lnea similares a la calculada son la 6SR120G/125 y 6SR120G/150 de 12,5 HP y 15 HP respectivamente, analizaremos que sucede al acoplar cada bomba al motor seleccionado.

Para la bomba 6SR120G/125

Donde S representa la potencia aparente del motor nominal, FP el factor de potencia y P la potencia activa o real del motor nominal.

La cual se encuentra por debajo de la corriente nominal del motor especificada por el

fabricante. Si instalsemos esta bomba en un punto con el mismo valor de H que el calculado obtendramos un caudal ligeramente menor de 108 gpm (dirigirse a la figura 1). Debemos evaluar entonces si esta cada del caudal es significativa para nuestras necesidades a la par de considerar que para la potencia que suministra el motor est por debajo de su capacidad nominal. Al trabajar al motor con valores que excedan los nominales podemos disminuir su tiempo de vida.

Para la bomba 6SR120G/150

Como podemos observar al trabajar con esta bomba forzamos al motor a trabajar con

su corriente nominal. Trabajar con valores nominales no disminuye la vida til del motor pero ante cualquier eventualidad que aumentase la corriente debido a alguna falla podramos ocasionar daos al motor.

Si instalamos esta bomba en un punto con el mismo valor de H que el calculado obtendramos un caudal de 136 gpm ligeramente mayor que el necesitado.

Caso 2.

Supongamos que tengamos un pozo del cual tengamos la siguiente informacin: ; H=500 ft; del cul quisiramos obtener un caudal de Q=100 US g.p.m

Figura 3. Curva de Rendimiento de la familia de bombas 6SR100G Fabricante: PEDROLLO En la caracterstica de la figura 3, podemos conseguir la eficiencia de la bomba para los valores requeridos y calcular la potencia de entrada (bhp):

Como apreciamos esta potencia corresponde a una bomba que no corresponde con alguno de los valores comerciales, pero nos permite aproximar el motor necesario para este pozo. El motor 276604 de 20 HP puede suplir la necesidad de la bomba. Ahora, puesto que las bombas de la lnea similares a la calculada son la 6SR100G/150 y 6SR100G/200 de 15 HP y 20 HP respectivamente, analizaremos que sucede al acoplar cada bomba al motor seleccionado. Para la bomba 6SR100G/150

Nuevamente observamos que la corriente se encuentra por debajo de los valores

nominales. Si instalsemos esta bomba en un punto con el mismo valor de H que el calculado obtendramos un caudal menor de 64 gpm (dirigirse a la figura 3) el cual se encuentra muy por debajo del caudal requerido inicialmente. Debemos evaluar entonces si esta cada del caudal es significativa para nuestras necesidades a la par de considerar que para la potencia que suministra el motor est por debajo de su capacidad nominal.

Para la bomba 6SR100G/2000

Apreciamos que al trabajar con esta bomba forzamos al motor a trabajar con su

corriente nominal. Trabajar con valores nominales no disminuye la vida til del motor pero ante cualquier eventualidad que aumentase la corriente debido a alguna falla podramos ocasionar daos al motor.

Si instalamos esta bomba en un punto con el mismo valor de H que el calculado obtendramos un caudal de 108 gpm ligeramente mayor que el necesitado. Este caudal se

encuentra mucho ms cercano al valor que se estipul inicialmente por lo que sera ms conveniente emplear esta bomba y no la de 15 HP.

Caso 3. Disponemos de un pozo del cual tengamos la siguiente informacin: ; H=200 ft; del cul quisiramos obtener un caudal de Q=70 US g.p.m En la caracterstica de la figura 4, podemos conseguir la eficiencia de la bomba para los valores requeridos y calcular la potencia de entrada (bhp):

Como apreciamos esta potencia corresponde a una bomba que no corresponde con alguno de los valores comerciales, pero nos permite aproximar el motor necesario para este pozo. El motor 276601 de 7.5 HP puede suplir la necesidad de la bomba. Ahora, puesto que las bombas de la lnea similares a la calculada son la 6SR70G/50 y 6SR70G/75 de 5 HP y 7.5 HP respectivamente, analizaremos que sucede al acoplar cada bomba al motor seleccionado. Para la bomba 6SR70G/50

Apreciamos que la corriente se encuentra por debajo de los valores nominales. Esto

nos indica que no se est aprovechando al mximo las caractersticas del motor. Si instalsemos esta bomba en un punto con el mismo valor de H que el calculado obtendramos un caudal menor de 54 gpm (dirigirse a la figura 4) el cual se encuentra muy por debajo del caudal requerido inicialmente. Debemos evaluar entonces si esta cada del caudal es significativa para nuestras necesidades a la par de considerar que para la potencia que suministra el motor est por debajo de su capacidad nominal.

Para la bomba 6SR70G/75

Apreciamos que al trabajar con esta bomba forzamos al motor a trabajar con su

corriente nominal. Trabajar con valores nominales no disminuye la vida til del motor pero ante cualquier eventualidad que aumentase la corriente debido a alguna falla podramos ocasionar daos al motor.

Si instalamos esta bomba en un punto con el mismo valor de H que el calculado obtendramos un caudal de 92 gpm considerablemente mayor que el necesitado. Esta bomba se podra utilizar de acuerdo con el material que tengamos disponibles para manejar los caudales si no tenemos capacidad para manejar un caudal mucho mayor al necesitado entonces no sera conveniente utilizar esta bomba para el pozo.

Figura 4. Curva de Rendimiento de la familia de bombas 6SR70G Fabricante: PEDROLLO