Anexo 1: Manual de usuario ESIBOMBA 1.0. -...
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Anexo 1: Manual de usuario ESIBOMBA 1.0.
1. Introducción.
ESIBOMBA 1.0. es una herramienta informática de cálculo bajo Microsoft
Excel, la cual calcula el ahorro energético obtenido en una instalación de
bombeo al regular el caudal en la misma mediante un accionamiento
eléctrico, en vez de otros métodos de regulación de caudal. Se realizará en
los puntos sucesivos una descripción paso a paso del programa, una
explicación de los pasos a dar para la introducción de los datos en el mismo,
así como la descripción de los diferentes resultados que se obtienen.
Los campos del programa resaltados en amarillo representan campos que no
deben ser rellenados por el usuario, al ser éstos resultados, datos de salida
del programa, o valores prefijados.
2. Identificación del usuario.
En la parte superior de la hoja de cálculo existen dos campos de entrada de
datos. En el campo izquierdo se debe introducir el nombre del usuario que
utiliza el programa ESIBOMBA 1.0 (figura 1.1). En el campo derecho se debe
introducir el nombre de la aplicación para la cual se utiliza el programa
ESIBOMBA 1.0 (figura 1.2).
Figura 1.1. Introducción del usuario que utilizará el programa.
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Figura 1.2. Introducción de la aplicación para la que se utilizará el programa.
3. Datos de la bomba.
3.1. Caudal nominal (m3/h o gpm).
Se introducirá en dicho campo el caudal nominal para el cual la bomba está
diseñada y al que funcionará la misma en la instalación en condiciones
nominales (figura 1.3).
3.2. Nº de puntos curva Q-H.
Se seleccionará en dicho campo el número de puntos que se desean introducir
para definir la curva Q-H de la bomba utilizada en el proceso. El número de
puntos mínimos será 2 y el máximo 10 (figura 1.3).
3.3. Nº de puntos curva rendimiento.
Se seleccionará en dicho campo el número de puntos que se desean introducir
para definir la curva Q-η de la bomba utilizada en el proceso. El número de
puntos mínimos será 7 y el máximo 10 (figura 1.3).
3.4. Altura nominal (m o ft).
Se introducirá en dicho campo la altura nominal para la cual la bomba está
diseñada y a la que funcionará la misma en la instalación en condiciones
nominales (figura 1.3).
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3.5. Altura máxima (m o ft).
Se introducirá en dicho campo la altura máxima que la bomba puede
proporcionar. Para las bombas centrífugas que son las más comunes en
procesos industriales, dicho punto se encuentra de forma teórica para un
caudal nulo (figura 1.3).
3.6. Velocidad nominal (rpm).
Se introducirá la velocidad nominal del motor seleccionado para accionar la
bomba, dicha velocidad será a la que gire la bomba en condiciones nominales
del proceso (figura 1.3).
Figura 1.3. Introducción de datos de la bomba.
3.7. Definición de la curva Q-H de la bomba.
Se introducirán tantos puntos de la curva Q-H de la bomba utilizada en el
proceso como se hayan seleccionado en el campo Nº de puntos curva Q-H. Los
campos resaltados en amarillo no se deberán introducir ya que vienen fijados
por los campos Caudal nominal, Altura nominal y Altura máxima (figura 1.4).
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3.8. Definición de la curva de rendimiento de la bomba.
Se introducirán tantos puntos de la curva de rendimiento de la bomba
utilizada en el proceso como se hayan seleccionado en el campo Nº de puntos
curva rendimiento. Los campos resaltados en amarillo no se deberán
introducir ya que vienen fijados por el campo Caudal nominal (figura 1.4).
Figura 1.4. Introducción de datos de la bomba.
4. Datos de funcionamiento.
4.1. Funcionamiento anual (h).
Se introducirán las horas totales en un año en las que la bomba estará
funcionando (figura 1.5).
4.2. Distribución de caudales de funcionamiento.
Se deberá introducir el número de horas del funcionamiento anual que estará
funcionando la bomba para cada caudal. Se han considerado diez valores
diferentes de caudal que van desde el caudal nominal a un 10 % del mismo. La
introducción de las horas de funcionamiento para los diferentes caudales se
realizará como porcentaje de horas sobre el funcionamiento anual (figura
1.5).
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Figura 1.5. Introducción de datos de funcionamiento.
La distribución de horas de funcionamiento para cada valor de caudal se
representará en una gráfica adjunta (figura 1.6).
Figura 1.6. Gráfica de funcionamiento de la bomba.
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5. Datos del sistema.
5.1. Densidad del fluido (kg/dm3 o lb/ft3).
En dicho campo se introducirá la densidad del fluido utilizado en la
instalación. La densidad del agua es de 1.0 kg/dm3 a 20 ºC (figura 1.7).
Figura 1.7. Introducción de datos del sistema.
5.2. Altura estática (m o ft).
Se introducirá la altura estática del sistema hidráulico utilizado en el proceso
(figura 1.7).
6. Sistema de medida.
Se seleccionará el sistema de medida en el que se desea introducir los datos,
realizar los cálculos y representar los resultados. Se puede optar entre el
sistema métrico internacional y el anglosajón (figura 1.8).
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Figura 1.8. Elección del sistema de medida.
7. Datos económicos.
7.1. Moneda (€ o $).
Las monedas utilizadas para los cálculos económicos serán € si se selecciona el
sistema métrico internacional, y $ si se selecciona el sistema métrico
estadounidense (figura 1.9).
Figura 1.9. Introducción de datos económicos.
7.2. Precio de la energía (€/kWh o $/kWh).
Se introducirá el precio de la energía según tarifa eléctrica vigente (figura
1.9).
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7.3. Aumento anual del coste de la energía (%).
Se introducirá el aumento porcentual del coste de la energía a lo largo de la
vida del accionamiento. Dicho aumento porcentual se ha considerado que es
constante a lo largo de los años (figura 1.9).
7.4. Coste de la inversión (€ o $).
Se introducirá la cuantía de dinero desembolsada inicialmente para llevar a
cabo el proyecto de inversión. Dicho proyecto de inversión puede conllevar la
compra de un accionamiento eléctrico para realizar un método de control del
caudal más eficiente, así como la compra de un motor más eficiente para el
proceso (figura 1.9).
7.5. Tasa de interés (%).
Se utiliza para calcular el valor cronológico del dinero y está asociado a la
estructura financiera de la empresa o a las condiciones del mercado
financiero. Se denota por k y representa el interés anual generado al invertir
un capital. En un proyecto de inversión como es la compra de un
accionamiento eléctrico por parte de una empresa dicho valor es muy
importante. Esta importancia reside en que en los proyectos de inversión (en
este caso la compra del accionamiento eléctrico para mejorar el proceso)
existen dos opciones:
§ Invertir el dinero en la compra de dicho accionamiento, lo que
representará un ahorro energético en el futuro.
§ No comprar la máquina e invertir financieramente el dinero
produciendo unos intereses valorados a través de k.
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Para valorar las dos opciones es necesario calcular el valor presente del
ahorro económico futuro producido por la compra del accionamiento eléctrico
(figura 1.9).
7.6. Horizonte temporal del proyecto de inversión o vida útil (años).
Es el tiempo usualmente expresado en años que transcurre desde el inicio de
la inversión (desembolso inicial) hasta que el proyecto de inversión deja de
producir ingresos. En el caso que se estudia, sería el tiempo expresado en
años desde que se compra el accionamiento hasta que el accionamiento deja
de ser útil, queda obsoleto y debe ser reemplazado. Por ello, si el proyecto de
inversión es la compra de una máquina industrial, el horizonte temporal pasa
a llamarse vida útil de la misma (figura 1.9).
8. Resultados.
El programa ESIBOMBA 1.0. a través de todos los datos introducidos por el
usuario proporciona una serie de resultados. Dichos resultados constatarán el
objetivo del proyecto, ya que se podrá comprobar mediante los mismos, la
rentabilidad de realizar el desembolso inicial en la compra de un
accionamiento eléctrico.
8.1. Gráfico comparativo de energía consumida.
En dicho gráfico se compara la energía anual consumida regulando el caudal
de la bomba por medio de un accionamiento eléctrico, con la consumida al
regular el caudal de la misma por medio de otro método seleccionado (figura
1.10).
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8.2. Reducción anual de emisiones de CO2 (kg o lb).
Representa la cantidad anual de CO2 que no se emite al ambiente en las
centrales térmicas debido al ahorro energético anual conseguido al instalar un
accionamiento eléctrico para la regulación del caudal de la bomba. La
reducción anual de CO2 dependerá de la emisión de CO2 por unidad, que
representa la cantidad de CO2 que se emite al ambiente en una central
térmica para producir un kWh de energía. Dicho dato debe ser introducido por
el usuario (figura 1.11).
Figura 1.10. Gráfico de energía consumida.
8.3. Ahorro económico anual medio (€ o $).
Es el ahorro económico anual derivado del ahorro energético anual conseguido
al instalar un accionamiento eléctrico para la regulación del caudal de la
bomba. Se calcula el ahorro económico anual medio porque el precio de la
energía puede variar a lo largo de la vida útil del accionamiento (figura 1.11).
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Figura 1.11. Resultados.
8.4. Período de amortización (años).
Es el tiempo expresado en años que se tardará en recuperar la inversión
inicial del proyecto de inversión.
La simplificación tomada para el cálculo del período de amortización es que
en todos los años desde que se acomete la inversión inicial, el ahorro
económico obtenido será el medio en la vida útil del accionamiento. Al
aumentar progresivamente el precio de la energía a lo largo de los años, el
ahorro económico en los primeros años del proyecto de inversión será menor y
por lo tanto, el período de amortización resultante al realizar esta
simplificación será menor y más ventajoso que el real. Aún así, dicha
simplificación puede llevarse a cabo con un error aceptable ya que el
aumento del coste de la energía de un año a otro no suele ser elevado. El
período de amortización exacto difiere muy poco del calculado mediante el
método simplificado (figura 1.11).
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8.5. Valor actual neto. VAN (€ o $).
Es un valor económico que representa lo ventajoso que será el realizar un
proyecto de inversión. Representa la cantidad total de dinero que se ganará
durante la vida útil del accionamiento al llevar a cabo el proyecto de
inversión (en este caso la compra del mismo). Dicha ganancia se obtendrá en
forma de ahorro energético durante los años y por lo tanto de ahorro
económico. Dicho valor tiene en cuenta el valor cronológico del dinero, es
decir, los ahorros obtenidos en el futuro los traslada a un valor presente. Al
representar el VAN la cantidad total de dinero obtenido mediante el proyecto
de inversión en el horizonte temporal del mismo, es obvio que si el VAN
calculado es negativo, el proyecto no debería llevarse a cabo (figura 1.11).
8.6. Índice de rentabilidad (p.u.).
Es el valor actual neto dividido por el coste de inversión inicial. Representa la
cantidad de dinero que se ganará llevando el proyecto de inversión a cabo por
cada unidad monetaria gastada en el desembolso inicial. Si se poseen varios
proyectos de inversión planificados y se desea realizar uno de ellos, el que
tenga el índice de rentabilidad más elevado, es el que debería realizarse
primero (figura 1.11).
9. Método a comparar.
Se deberá escoger de la lista el método de regulación con el que se comparará
la regulación de caudal mediante accionamiento eléctrico (figura 1.12). Los
métodos que se pueden seleccionar son:
§ Válvula de estrangulamiento.
§ Recirculación del caudal de salida.
§ Accionamiento mecánico o hidráulico.
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Figura 1.12. Elección del método a comparar.
10. Datos del motor con accionamiento.
10.1. Potencia recomendada (kW o Hp).
Es la potencia nominal óptima que debe tener el motor que acciona la bomba
en una instalación de bombeo en la que el caudal es regulado mediante un
accionamiento eléctrico. Dicha potencia es calculada por medio de la
solicitación de potencia procedente de la bomba que tendrá el motor cuando
el caudal que impulsa la bomba es regulado por un accionamiento eléctrico
(figura 1.13).
Figura 1.13. Introducción de datos del motor con accionamiento.
10.2. Potencia seleccionada (kW o Hp).
La selección del motor en el proceso podría no ser la óptima. Ello es debido a
que quizás se acometa la inversión de comprar un accionamiento eléctrico,
pero como motor permanezca el mismo que ya poseía la instalación, cuando
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la regulación del caudal se realizaba con válvula de estrangulamiento,
recirculación del caudal de salida o accionamiento hidráulico o mecánico
(figura 1.13).
Al cambiar de un método de regulación cualquiera al método de regulación
por accionamiento eléctrico, el motor que acciona la bomba también debería
ser sustituido por otro de diferentes características. Esto es debido a que
cuando se utiliza la regulación de caudal por accionamiento eléctrico, la
solicitación de potencia por parte de la bomba al motor disminuye,
aconsejándose por lo tanto un motor de menor potencia nominal.
10.3. Tensión nominal (V).
Se debe introducir la tensión nominal a la que trabaja el motor seleccionado
(figura 1.13).
10.4. Velocidad nominal (rpm).
Será la velocidad de funcionamiento del motor seleccionado accionando la
bomba de la instalación cuando esta funcione bombeando el caudal nominal y
aportando la altura nominal al fluido (figura 1.13).
10.5. Frecuencia de alimentación (Hz).
Se deberá introducir la frecuencia de alimentación nominal a la que trabaja el
motor seleccionado (figura 1.13).
10.6. Número de pares de polos.
Se deberá introducir el número de pares de polos que posee el motor
seleccionado para accionar la bomba de la instalación (figura 1.13).
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10.7. Definición de la curva carga – rendimiento.
Se deberá introducir para cada porcentaje de carga solicitada al motor con
respecto al nominal el rendimiento que posee el mismo. Mediante estos
puntos se definirá la curva carga – rendimiento del motor (figura 1.13).
11. Datos del motor con método a comparar.
Este apartado se refiere a la introducción de datos del motor utilizado, en el
caso de que el método seleccionado para comparar con el del accionamiento
eléctrico sea la válvula de estrangulamiento o la recirculación del caudal de
salida.
No deberá rellenar este cuadro si el método a comparar con el del
accionamiento eléctrico para la regulación del caudal en la bomba es el del
accionamiento mecánico o hidráulico.
11.1. Potencia recomendada (kW o Hp).
Es la potencia nominal óptima que debe tener el motor que acciona la bomba
en una instalación de bombeo en la que el caudal es regulado mediante una
válvula de estrangulamiento o la recirculación del caudal de salida. Dicha
potencia es calculada por medio de la solicitación de potencia procedente de
la bomba que tendrá el motor cuando el caudal que impulsa la bomba es
regulado por una válvula de estrangulamiento o la recirculación del caudal de
salida (figura 1.14).
11.2. Potencia seleccionada (kW o Hp).
Es la potencia nominal del motor que se posee en la instalación antes de
acometer el proyecto de inversión en la compra de un accionamiento
eléctrico para la regulación del caudal en la bomba. Dicha potencia no tiene
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porque coincidir con la óptima recomendada. Esto puede ser debido a que
cuando se realizó la compra del motor, no se realizó un estudio de
optimización para el dimensionado del mismo (figura 1.14).
Figura 1.14. Introducción de datos del motor con método a comparar.
11.3. Tensión nominal (V).
Se debe introducir la tensión nominal a la que trabaja el motor que se utiliza
en la instalación antes de acometer el proyecto de inversión en la compra de
un accionamiento eléctrico para la regulación del caudal en la bomba (figura
1.14).
11.4. Velocidad nominal (rpm).
Será la velocidad de funcionamiento del motor accionando la bomba de la
instalación cuando esta funcione bombeando el caudal nominal y aportando la
altura nominal al fluido (figura 1.14).
11.5. Definición de la curva carga – rendimiento.
Se deberá introducir para cada porcentaje de carga solicitada al motor con
respecto al nominal el rendimiento que posee el mismo. Mediante estos
puntos se definirá la curva carga – rendimiento del motor (figura 1.14).
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12. Datos del accionamiento mecánico + motor eléctrico.
Este apartado se refiere a la introducción de datos del motor utilizado, en el
caso de que el método seleccionado para comparar con el del accionamiento
eléctrico sea la utilización de un accionamiento mecánico o hidráulico. Este
apartado difiere del apartado 11 en que el motor viene integrado en una
unidad compacta motor + accionamiento mecánico o hidráulico. Por ello los
datos referentes a rendimientos serán conjuntos, de la unidad compacta
formada por motor y accionamiento.
No deberá rellenar este cuadro si el método a comparar con el del
accionamiento eléctrico para la regulación del caudal en la bomba no es el
del accionamiento mecánico o hidráulico.
12.1. Potencia recomendada (kW o Hp).
Es la potencia nominal óptima que debe tener el motor que acciona la bomba
en una instalación de bombeo en la que el caudal es regulado mediante un
accionamiento mecánico o hidráulico. Dicha potencia es calculada por medio
de la solicitación de potencia procedente de la bomba que tendrá el motor
cuando el caudal que impulsa la bomba es regulado mediante un
accionamiento mecánico o hidráulico (figura 1.15).
12.2. Potencia seleccionada (kW o Hp).
Es la potencia nominal del motor que se posee en la instalación antes de
acometer el proyecto de inversión en la compra de un accionamiento
eléctrico para la regulación del caudal en la bomba. Dicha potencia no tiene
porque coincidir con la óptima recomendada. Esto puede ser debido a que
cuando se realizó la compra del motor, no se realizó un estudio de
optimización para el dimensionado del mismo (figura 1.15).
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Figura 1.15. Introducción de datos del motor con accionamiento mecánico o hidráulico.
12.3. Tensión nominal (V).
Se debe introducir la tensión nominal a la que trabaja el motor que se utiliza
en la instalación antes de acometer el proyecto de inversión en la compra de
un accionamiento eléctrico para la regulación del caudal en la bomba (figura
1.15).
12.4. Velocidad nominal (rpm).
Será la velocidad de funcionamiento del motor accionando la bomba de la
instalación cuando esta funcione bombeando el caudal nominal y aportando la
altura nominal al fluido. Dicha velocidad será la de entrada al accionamiento
mecánico o hidráulico (figura 1.15).
12.5. Definición de la curva carga – rendimiento.
El rendimiento del conjunto motor + accionamiento depende tanto del
porcentaje de carga demandada al mismo con respecto a su potencia nominal,
como de la velocidad de giro de salida a la que tenga que funcionar el
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accionamiento mecánico o hidráulico. Se deberá introducir para una pareja de
valores de velocidad de salida del accionamiento y de porcentaje de carga
solicitada al motor con respecto a su potencia nominal, el rendimiento de
funcionamiento que posee el conjunto (figura 1.15).
13. Datos del accionamiento eléctrico.
Este apartado se refiere a la introducción de datos del accionamiento
eléctrico utilizado en la instalación para regular la velocidad de la bomba.
13.1. Potencia recomendada (kW o Hp).
Es la potencia nominal óptima que debe tener el accionamiento eléctrico en
una instalación de bombeo en la que el caudal es regulado mediante variación
de velocidad de la bomba. Dicha potencia es calculada por medio de la
solicitación de potencia que tendrá el accionamiento (figura 1.16).
Figura 1.16. Introducción de datos del accionamiento eléctrico.
13.2. Potencia seleccionada (kW o Hp).
Es la potencia nominal del accionamiento que se seleccione para instalar en la
instalación de bombeo. Dicha potencia no tiene porque coincidir con la
óptima recomendada, ya que el accionamiento adquirido no tiene porqué ser
el óptimo (figura 1.16).
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13.3. Definición de la curva carga – rendimiento.
El rendimiento del accionamiento eléctrico depende tanto del porcentaje de
carga demandada al mismo con respecto a su potencia nominal, como de la
frecuencia de salida a la que tenga que funcionar el mismo. Se deberá
introducir para una pareja de valores de frecuencia de salida del
accionamiento y de porcentaje de carga solicitada al mismo con respecto a su
potencia nominal, el rendimiento de funcionamiento que posee (figura 1.16).
14. Gráficos resultantes.
El usuario del programa ESIBOMBA 1.0. puede visualizar los diferentes gráficos
resultantes seleccionando el que desee visualizar en las pestañas inferiores de
la hoja de cálculo.
14.1. Curvas caudal – altura.
Mediante la introducción por parte del usuario de los puntos deseados Q-H el
programa ESIBOMBA 1.0. generará mediante interpolación la curva caudal –
altura de la bomba (color azul). También se generará con los datos
suministrados por el usuario la curva caudal – altura del sistema (color rojo)
(figura 1.17).
14.2. Curva caudal – rendimiento de la bomba.
Mediante la introducción por parte del usuario de los puntos deseados Q-η el
programa ESIBOMBA 1.0. generará mediante interpolación la curva caudal –
rendimiento de la bomba para la velocidad de funcionamiento nominal de la
misma (figura 1.18).
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14.3. Curva caudal – potencia comparativa.
En dicho gráfico el programa ESIBOMBA 1.0. muestra dos curvas:
§ Curva de consumo de potencia del sistema de bombeo utilizando un
accionamiento eléctrico para la regulación del caudal en la bomba
(azul).
§ Curva de consumo de potencia del sistema de bombeo utilizando el
método a comparar seleccionado para la regulación del caudal en al
bomba (rojo).
Dicho consumo de potencia para ambos métodos será proporcionado con
respecto al caudal de salida de la bomba (figura 1.19).
Figura 1.17. Curvas Q-H.
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14.4. Curva caudal – velocidad de funcionamiento con accionamiento.
Si se utiliza un método de regulación del caudal de la bomba por
accionamiento eléctrico, mecánico o hidráulico, la bomba deberá variar su
velocidad para obtener un caudal de salida adecuado a los requerimientos del
proceso. En esta curva se representa la velocidad necesaria a la que debe
girar la bomba cuando es regulada mediante accionamiento eléctrico,
mecánico o hidráulico, para regular su caudal a un determinado valor (figura
1.20).
Figura 1.18. Curva caudal-rendimiento de la bomba.
14.5. Curva potencia – rendimiento del motor.
Mediante los datos introducidos por el usuario el programa ESIBOMBA 1.0.
genera por interpolación la curva potencia – rendimiento del motor. Dicha
curva representa el rendimiento al que opera un motor para una determinada
potencia demandada al mismo (figura 1.21). Dicho gráfico contemplará dos
curvas:
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§ Curva potencia – rendimiento del motor utilizando un accionamiento
eléctrico para la regulación del caudal en la bomba (azul).
§ Curva potencia – rendimiento del motor utilizando el método a
comparar seleccionado para la regulación del caudal en la bomba
(rojo).
Figura 1.19. Curvas de consumo de potencia.
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Figura 1.20. Curva de velocidad de funcionamiento con accionamiento.
Figura 1.21. Curva de potencia-rendimiento de los motores.
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15. Informe.
El programa ESIBOMBA 1.0. generará un informe final completo con todos los
datos relevantes proporcionados por el usuario, así como todos los resultados
calculados por el programa (figura 1.22 y 1.23).
Figura 1.22. Informe generado.