Diagnóstico deInstalaciones Electromecánicasen 11 Organismos Operadores

del Estado de México

Subdirección General de Agua Potable, Drenaje y SaneamientoGerencia de Fortalecimiento de Organismos Operadores

1º de Octubre de 2010

Emitir recomendaciones para lasinstalaciones electromecánicas y determinaracciones de bajo costo que incidan en elincremento de eficiencia.

Determinar indicadores para dar seguimientoy corroborar el beneficio de lasrecomendaciones emitidas.

OBJETIVOS

1. Recopilación de información 2. Verificación de Información

•Facturación eléctrica•Diagramas del sistema hidráulico•Dato de los equipos de bombeo•Edad y frecuencia de mantenimiento de los equipos•Bitácoras de operación

Levantamiento de datos en sitio e inspección• Datos de placa• Estado del equipo y la infraestructura• Diagramas eléctricos• Procedimientos de operación y mantenimiento

Mediciones en campo•Parámetros eléctricos•Parámetros hidráulicos

Balances de energía•Pérdidas eléctricas, eficiencia de motores, bombas, pérdidas de carga, etc.

Análisis de posibles causas• Operación fuera del diseño• Sobredimensionamiento• Desgaste • Falta de mantenimiento

Cálculo y análisis de indicadores energéticos

Corto plazo necesarias•Cumplimiento de NOM’s•Evitar paros y mejora de instalacionesCorto plazo con ahorro•Mantenimiento de instalaciones •Cambio de equipoMediano Plazo•Cambio de condiciones de operación en sistema de distribución y equipo

3. Análisis de información4. Emisión de recomendaciones y priorización de acciones

NORMATIVIDAD APLICABLE

NOM-001-SEDE-2005, “Instalaciones eléctricas (utilización)”

NOM-003-CNA-1996, “Requisitos durante la construcción de pozos extracción de agua para prevenir la contaminación”

NOM-006-ENER-1995, Eficiencia energética electromecánica en sistemas de bombeo para pozo profundo en operación.- Límites y método de prueba

NOM-010-ENER-1996, Eficiencia energética de bombas sumergibles. Límites y método de prueba.

NOM-001-ENER-2000, Eficiencia energética de bombas verticales tipo turbinacon motor externo eléctrico vertical. Límites y método de prueba.

NOM-016-ENER-2002, Eficiencia energética de motores de corriente alterna,trifásicos, de inducción, tipo jaula de ardilla, en potencia nominal de 0,746 a373 kW. Límites, método de prueba y marcado.

La normatividad va dirigida principalmente al conjunto motor-bomba, pero serevisó la instalación eléctrica total y la fontanería, así como las líneas deconducción por posibles obstrucciones y cambios de dirección.

Valores de eficiencia en bombas con motor externo y con motor sumergible

(Normas 010-ENER-1996 y 001-ENER-2000)

64

81

48

78

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Bom. con Mot. ExternoVertical

Bom. con Mot. Sumergible

Valores de eficiencia en motores externo y sumergibles (Normas 016-ENER-2002 y 010-ENER-1996)

80

94.5

68

87

0

10

20

30

4050

60

70

80

90

100

Efic. Mot. Externo Efic. Mot. Sumergible

Valores de eficiencia electromecánica mínima recomendada

NOM-006-ENER-1995, Eficiencia energética electromecánica en sistemas de bombeo para pozo

profundo en operación.- Límites y método de prueba

INTERVALO DE POTENCIAS EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA

Kw c. p. (%)

5,6 - 14,9 7,5 - 20 52

15,7 - 37,3 21,0 - 50 56

38,0 - 93,3 51,0 - 125 60

94,0 - 261,0 126,0 - 350 64

Organismo Operador

Número de equipos en el organismo operador Total de

equipos

Número de equipos seleccionados para

evaluaciónTotal de equipos

evaluadosPozos No. de rebombeos

Equipos en rebombeos

Pozos Rebombeos

Tultitlán 26 20 47 73 7 4 11Cuautitlán 51 26 68 119 9 3 12Teoloyucan 4 0 0 4 4 0 4Coacalco 23 21 54 77 7 5 12Tecámac 19 4 13 32 7 5 12Nezahualcóyotl 8 6 18 26 6 3 9Chimalhuacán 12 12 12 24 8 2 10La Paz 6 3 6 12 6 4 10Ixtapaluca 39 4 4 43 9 1 10Valle de chalco 8 0 0 8 8 0 8Chalco 16 0 0 16 10 0 10Total 212 96 222 434 81 27 108

Criterios de selección

• Índice energético y tamaño de equipos representativo• Cumplir los alcances del proyecto piloto ( 10 por organismo )•Integrar Subsistemas (caudales, infraestructura y geografía)

Equipos evaluados del Estado de México

No. Organismo

Eficiencias promedioPotencia Eléctrica

Total Pe(kW)

Potencia Hidráulica Total Ps(kW)

Eficiencia Electromecánica

%

1 Tultitlán 805.78 461.68 57.30%2 Cuautitlán 819.25 497.37 60.71%3 Teoloyucan 294.93 173.95 58.98%4 Coacalco 1,185.94 637.79 53.78%5 Tecámac 881.35 467.96 53.10%6 Nezahualóyotl 1,221.15 657.24 53.82%7 Chimalhuacán 1,162.95 692.16 59.52%8 La Paz 1,108.02 604.62 54.57%9 Ixtapaluca 850.74 464.01 54.54%10 Valle de Chalco 1,143.41 576.29 50.40%11 Chalco 698.86 321.98 46.07%

Eficiencia en equipos evaluados

PROBLEMÁTICA OBSERVADA EN LAS CONDICIONES DE CUMPLIMIENTO DE NORMAS Y MANTENIMIENTO PARA

PREVENIR PAROS INESPERADOS.

No existe conductor de puesta a tierra junto con los demás conductores.

No existe canalización para conductores eléctricos.

No hay conexión de puesta a tierra en tubería de descarga ni ademe.

Existen filtraciones de agua al acuífero por no existir plantilla de concreto para protección en un radio de 30m.

Rebombeo Los OlivosConexiones a motor

sin protección

Pozo Ejidos TecámacSin conexiones a tierra

Pozo Santa María Ajoloapan

No hay plantilla de concreto

Rebombeo Los Olivos Bomba 2

Rebombeo Los Olivos Bomba 5 y 4

La flecha presenta vibraciones por desalineamiento.

Escurrimientos en prensa estopa.

Velocidades en tramo de succión y descarga con velocidades

mayores a 2 m/s.

Aumentando el diámetro se reduce la velocidad y las

pérdidas por cortante en esos tramos.

PROBLEMÁTICA OBSERVADA EN LAS CONDICIONES DE CUMPLIMIENTO DE NORMAS Y MANTENIMIENTO PARA

PREVENIR PAROS INESPERADOS

PÉRDIDAS POR FRICCIÓN ENCONTRADAS

Tipo de tanque

Número de llegadas y salidas con diámetro

Condiciones de pintura en llegadas y salidas

Tipo de válvulas y condición física

Por medio del manómetro se determina la carga aguas arriba

Para facilidad de cálculo aguas abajo del manómetro se utilizan las tablas de pérdidas por fricción de la norma NOM-006-ENER-1995, Eficiencia energética electromecánica en sistemas de bombeo para pozo profundo en operación.- Límites y método de prueba..

FORMATO PARA DETERMINAR LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA

FORMATO B. REPORTE DE PRUEBAS EN CAMPO

# SÍMBOLO DESCRIPCIÓN 1 2 3 1 Di DIÁMETRO INTERNO DE LA TUBERÍA (m) 2 n FRECUENCIA DE ROTACIÓN (RPM) 3 ND NIVEL DINÁMICO (m)

4 X DISTANCIA DESDE EL NIVEL DE REFERENCIA A LA LÍNEA DE CENTROS DEL MANÓMETRO (m)

5 P1 LECTURA DEL MANÓMETRO A LA DESCARGA (m) 6 Pm PRESIÓN A LA DESCARGA = [(4) + (5)] (m) 7 A ÁREA DEL TUBO A LA DESCARGA = [3.141592 × (1)2/4] (m2)

8 qv FLUJO (m3/s) 9 hv CARGA DE VELOCIDAD = [{(8)/(7)}2 / 19,6133] (m)

10 hfc PERDIDAS DE FRICCIÓN EN LA COLUMNA (m) 11 hd CARGA A LA DESCARGA = [(6) + (9) + (10)] (m) 12 H CARGA TOTAL = [(3) + (11)] (m)

13

IA IB IC I

CORRIENTE LÍNEA A CORRIENTE LÍNEA B CORRIENTE LÍNEA C PROMEDIO = [(IA + IB + IC) / 3] (A)

14

VAB VAC VBC V

TENSIÓN FASE AB TENSIÓN FASE AC TENSIÓN FASE BC PROMEDIO = [(VAB + VAC + VBC) / 3] (V)

15

fpA fpB fpC fp

FACTOR DE POTENCIA LÍNEA A FACTOR DE POTENCIA LÍNEA B FACTOR DE POTENCIA LÍNEA C PROMEDIO = [(fpA + fpB + fpC) / 3] (%)

16 Pe POTENCIA DE ENTRADA AL MOTOR = 1.73205×(13)×(14)×(15) X 10- 3 (kW)

17 Ps POTENCIA DE SALIDA DE LA BOMBA = [(8) × (12) × 9.806] (kW) 18 h EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA = [(17) / (16)] × 100 (%)

MEDICIONES ELECTROMECÁNICAS Y FORMATO PARA SU LLENADO

Se indica el siguiente formato como referencia para determinar la eficiencia electromecánica, así como la de la bomba (indicando la eficiencia del motor):

N o. SIM BO LO DE S CR IPC ION 1 1 Zd Hd N IVE L D INA M ICO (m ) 2 Z D ISTA NC IA DE S DE E L N IV EL D E R E FE RE N CIA A LA LIN E A D E

C EN TRO S D EL M AN O ME TR O (m )

3 P L LE C TUR A D EL M AN O ME TR O A LA D E SC A RG A (m ) 4 Pgd P RE S ION A LA D E SC A RG A = [(2) + (3 )] (m ) 5 A A RE A D E L TU B O A LA DE S CA R GA (m 2)

= [( × D i2)/4] = 0,785Di2

6 Q v FLUJO (m 3 /s) 7 hv C AR GA DE V E LO C IDA D (m )

= [{(6)/(5)}2 / 19,6133]

8 hfc P ER D IDA S D E FR IC C ION E N LA C OLU M N A (m ) 9 H d C AR GA A LA DE S CA RG A (m )

= [(4) + (7) + (8)]

10 H C AR GA TO TAL = [(1) + (9)] (m ) 11 IA

IB IC I

C ORR IEN TE LINE A A C ORR IEN TE LINE A B C ORR IEN TE LINE A C C ORR IEN TE P RO M E D IO (A ) = [(IA + IB + IC ) / 3]

12 V A B VB C VA C

V

TE NS ION FAS E A B TE NS ION FAS E B C TE NS ION FAS E A C TE NS ION P R O ME D IO (V ) = [(V A B + V B C + V A C) / 3 ]

13 FpA FpB FpC Fp

FA C TO R D E P OTE NC IA LINE A A FA C TO R D E P OTE NC IA LINE A B FA C TO R D E P OTE NC IA LINE A C FA C TO R D E P OTE NC IA P RO M ED IO (% ) = [(fpA + fpB + fpC ) / 3 ]

14 P e P OTE NC IA D E E NTR AD A A L MO TOR (kW ) = 1 ,7 3 2 (1 1 ) (1 2 ) (1 3 ) X 10 -3

15 m E F IC IEN C IA D E L M OTOR (A dim ensional) 16 P AR (D ependiendo del m étodo que se u tilice) (N .m ) 17 N V elocidad de rotación (r.p .m .) 18 Peb P OTE NC IA D E E NTR AD A A LA B O M BA (kW )

= 1 ,7 3 2 (1 1 ) (1 2 ) (1 3 ) (1 5 ) x 1 0 -3 ó = [2 . .(1 7 ) / 6 0] . (1 6 ) X 10 -3

19 P s P OTE N CIA D E S A LIDA DE LA B O M B A (kW ) = [(6 ) (10 ) 9 ,8 0 6 6 5 ]

20 b E F IC IE NC IA DE LA B O M B A (% ) = [(1 9 ) / (1 8) 1 0 0]

21 E F IC IE NC IA TOTA L (% ) = [(((1 9 ) / (1 8) ) (1 5) ) 1 0 0 ]

C OR RE CC ION ES P O R VE LOC ID AD

DE R OTA C ION

FLU JO (m 3/s)

C A RG A TOTA L (m ) P OTE NC IA (kW )

RESUMEN DE CONCEPTOS ENCONTRADOS CON LA DETERMINACIÓN DE LA EFICIENCIA

ELECTROMECÁNICA

Equipos viejos o con reparaciones sin control de calidad.

Mala instalación y sin programas de mantenimiento.

Niveles dinámicos con variaciones fuertes.

Variaciones del voltaje de alimentación (sobre todo tensión menor a la nominal).

Fugas en columnas, estopéros, etc.

Equipos que no cumplen con condiciones operativas (H, Q, C.P., etc.).

Otros (Equipos de medición, personal, perforación del pozo, etc.).

Tipo de recomendaciones y acciones propuestas (electromecànicas)

CORTO PLAZO

Acciones necesarias y obligatorias

Cumplimiento de normas para evitar riesgos a personas y equipo y paros inesperados.Mantenimiento y mejora de instalaciones.

Acciones con ahorro de energía y bajo costoMantenimiento de instalaciones.

Acciones con ahorro de energía y mediano costoSustitución de equipos motor-bomba.

MEDIA-NO

PLAZO

Acciones con ahorro de energía y mediano costoCambio de condiciones de operación del sistema de distribución y equipos.

Resumen de recomendaciones de corto plazo con ahorro de energía

Acción Equipos donde aplicaAcciones de bajo costo: Mantenimiento de instalaciones eléctricas, hidráulicas y a motores -bomba

Ajustar TAP'S del transformador

Rebombeo Los Olivos, Pozos Villas III, Villas II, Villas

I, Ejidos Tecámac, San Martin Azcatepec, Santo

Domingo Ajoloapan.

Reemplazo de tubería de succión y descarga a un diámetro mayor.

Rebombeo Los Olivos Bomba 5, Bomba 4, Bomba 1

y Pozo Ejidos Tecámac.

Cambiar flecha y baleros del motor.Rebombeo Los Olivos

Bomba 5, Bomba 4, Bomba 3, Bomba 2, Bomba 1.

Acciones de mediano costo

Sustituir conjunto Bomba-Motor por uno de mayor eficiencia de acuerdo a las condiciones Gasto-Carga de operación actuales.

Rebombeo Los Olivos Bomba 4, Pozos Villas III, Villas II, Villas I y Ejidos Tecámac.

Problemática observada

• Nulo control de presiones en la red por operación empírica de la misma y falta de tecnología apropiada.

• Tandeos debido a inadecuado esquema de distribución e Infraestructura instalada sub-utilizada

• Excesivo consumo energético

Recomendaciones de mediano plazo• Sectorizar para aprovechar capacidad de regulación de tanques ya

existentes• Instalación de válvulas de control de presión y Variadores de

Velocidad para controlar presiones y lograr ahorros de energía en inyección directa a red alimentando a zonas bajas

Beneficios • Suministro continuo, reducción de perdidas controlando presiones ,

mejor rendimiento de los operadores de válvulas, ahorro de energía

Resumen de acciones de mediano plazo relacionadas con la operación hidráulica

Ahorro de energía esperados por implementación de acciones de corto plazo

Equipo

Ahorro de

EnergíakWh/año

Ahorro en$

Inversión Estimada

$

Tasa de Retorno de

la Inversión

añosRebombeo Los Olivos B 5 2,626 $ 4,201.00 $ 32,430.00 7.72Rebombeo Los Olivos B 4 2,331 $ 3,730.10 $ 32,430.00 8.69Rebombeo Los Olivos B 3 596 $ 954.11 $ 11,730.00 12.29Rebombeo Los Olivos B 2 745 $ 1,191.28 $ 11,730.00 9.85Rebombeo Los Olivos B 1 1,874 $ 2,997.78 $ 28,980.00 9.67Pozo Villas III 5,371 $ 8,593.76 $ 230.00 0.03Pozo Villas II 2,711 $ 4,337.03 $ 230.00 0.05Pozo Villas I 13,005 $ 20,808.31 $ 230.00 0.01Pozo Ejidos Tecámac 66,391 $106,225.50 $ 67,965.00 0.64Pozo San Martin Azcatepec 17,977 $ 28,762.73 $ 230.00 0.01Pozo Santo Domingo Ajoloapan 16,468 $ 26,348.47 $ 230.00 0.01TOTAL 130,094 $208,150.08 $186,415.00 0.90

Sistema

Ahorro de EnergíakWh/año

Ahorro en$

Inversión Estimada

$

Tasa de Retorno de la

Inversiónaños

Rebombeo Los Olivos B 4 9,437 $ 15,099.86 $ 65,090.00 4.31Pozo Villas III 704,721 $1,127,554.31 $131,100.00 0.12Pozo Villas II 411,060 $ 657,696.39 $100,165.00 0.15Pozo Villas I 164,497 $ 263,195.39 $ 99,015.00 0.38Pozo Ejidos Tecámac 371,187 $ 593,899.41 $171,005.00 0.29TOTAL 1,660,903 $2,657,445.35 $566,375.00 0.21

Mantenimiento de equipos Sustitución de equipos

En los conjuntosmotor-bomba

la pérdida de energía baja de 46.4 % a 23.7%

Energía Perdida en Conductores

Eléctricos1.4%

Energía perdida en el Motor

9.8%Energía perdida

en la Bomba13.9%

Energía perdida en la Succión y

Descarga0.4%

Energía perdida en Conducción y

Carga4.2%

Energía perdida en Fugas de agua

5.0%

Trabajo Útil 41.2%

Ahorros24.0%

Balance de Energía Suministrada, Esperado

ACCIONES EN LAS INSTALACIONES PARA INCREMENTAR LA EFICIENCIA ELECTROMECÁNICA

Dependiendo de las causas se pueden realizar diferentes acciones para incrementar la eficiencia, hasta grandes acciones entre éstas tenemos:

Apriete de tornillería para evitar fugas (columna, uniones, estoperos, etc.).

Limpieza y/o aprite de conexiones eléctricas (evitando calentamientos).

Programas de verificación de la instalación (alineación, verticalidad, tolerancias, etc.).

Programas de mantenimiento preventivo y/o correctivo (lubricación de baleros, prensaestopas, sustitución de los mismos, etc.).

Adecuación de equipos a nuevas condiciones (retiro de tazones, sustitución de equipos, etc.).

Otros.

CONSIDERACIONES FALTANTES PARA OPTIMIZAR MEJOR EL AHORRO DE ENERGÍA ELÉCTRICA

Mantenimiento del pozo.

Compatibilidad de equipos (variadores de velocidad -¿motores estándar?-Bombas (¿variación de eficiencia?).

Programas de verificación de la instalación (alineación, verticalidad, tolerancias, etc.).

Manuales de operación de los equipos.

Programas de mantenimiento predictivo.

Otros.

RECOMENDACIONES GENERALESRECOMENDACIONES GENERALES Analizar primeramente las condiciones de operación que se tienen las

instalaciones en general para poder determinar los equipos, ya que muchas veces no son los óptimos para esas necesidades.

Verificar y arreglar todo tipo de conexiones evitando con ello fugas (corriente eléctrica y agua), que propicien malas mediciones y con ello no determinar la eficiencia electromecánica (u otra).

Considerar la realización de programas de mantenimiento y seguimiento del comportamiento de los equipos.

Contar con información técnica de los equipos e instalaciones para el seguimiento de su funcionamiento y con ello analizar la posibilidad de acciones para incrementar la eficiencia (políticas operativas, cambios de carga y gasto, niveles de sumergencia adecuados, etc.).

Realizar auditorias operativas (instalaciones, equipos y personal) para mejorar la continuidad y servicio.

Incentivar al personal por el desempeño laborar (reconocimientos,, etc.)

AGRADECEMOS EL APOYO DE NUESTROS ANFITRIONES PARA LA EXPOSICIÓN DE ESTA

PLÁTICA, ESPERANDO QUE HAYA SIDO DE UTILIDAD Y CREADO EXPECTATIVA DE POSIBLES SOLUCIONES EN LA PROBLEMÁTICA OPERATIVA DE LAS INSTALACIONES EN LOS SISTEMAS DE

AGUA.

Comisión Nacional del AguaHéctor Martínez Fuentes

Jefe de proyecto de apoyo técnico y capacitación

Correo electrónico: hector.martinez@conagua.gob.mx