1UNIVERSIDAD ANDINANstor Cceres VelsquezFACULTAD INGENIERAS Y CIENCIAS PURASCARRERA ACADMICO PROFESIONAL DEINGENIERA MECNICA ELCTRICAEFICIENCIA ENERGETICA EN SISTEMAS DEBOMBEO DE LA ENTIDAD PRESTADORA DESERVICIO Y SANEAMIENTO DE SEDAJULIACAPRESENTADO POR:o Bach. JOSE CARLOS ARACAYO ARACAYOPARA OPTAR EL TTULO PROFESIONAL DE :INGENIERO MECNICO ELECTRICISTAJULIACA - PER 20112PRESENTACIONEl presente estudio titulado EFICIENCIA ENERGETICA EN SISTEMAS DEBOMBEO DE LA ENTIDAD PRESTADORA DE SERVICIO Y SANEAMIENTO DESEDAJULIACA est relacionada con fines de mejor y renovar los equipos de laplanta de tratamiento de la EPS Sedajuliaca, para dar la solucin al suministro noadecuado a sus clientes, problemas sobre baja presin y menos caudal del fluido ensus domicilios.Es por el cual nuestro estudio est enfocado a la eficiencia energtica en sistemasde bombeo, esto consiste en conseguir ms resultados con menos recursos, lo cualse traduce en menores costos de produccin, ms productos con menosdesperdicios y menores consumos de energa.La elaboracin de este proyecto es de investigacin sobre el desarrollo tecnolgicode la empresa prestadora de servicio y agua y desage teniendo en cuentalaimplementacin de la tecnologa en industrias es un proceso productivo definido esun pilar importante para conseguir el incremento productivo que se pretende tener eldesenlace, para conseguir la mejor calidad de vida en nuestros clientes.31.1 PLANTEAMEINTO DEL ESTUDIOEn actualidad este estudio est relacionado con la empresa prestadora deservicio y saneamiento de agua potable, en la cual se trata de realizar unestudio sobre la eficiencia energtica en sistemas de bombeo, esto consisteen conseguir ms resultados con menos recursos, lo cual se traduce enmenores costos de produccin, ms productos con menos desperdicios ymenores consumos de energa.En este ltimo caso los sectores industrial, el comercial y el residencialconsumen energa en diversas formas por lo que se deben buscar altosniveles de eficiencia energtica en estas actividades.El uso eficiente de la energa permite consumir menos energa, disponer depotencial de utilizacin de la energa elctrica, producir menor cantidad dedesperdicios de energa y tener menores niveles de contaminacin.1.2 DETERMINACIN DE ANTECEDENTES DEL ESTUDIO1.2.1 Descripcin del EstudioEn actualidad la empresa prestadora de servicio tiene como punto decaptacin el rio Coata, sector Ayabacas tiene una capacidad estimada es de400 lps,La sala de impulsin consta de 3 casetas: la primera con 3 equipos debombeo horizontales, (en mal estado, de 100 lps c/u) en la actualidad

estninoperativos y un equipo vertical en la parte exterior (en regular estado, concaudal de 50 lps), que abastece al reservorio R-4 Cerro Colorado. La segundacaseta consta de 4 equipos horizontales (nuevos de 100 lps c/u) instalados elao 2002 y que abastecen a los reservorios R-1, R-2 y R-5 Santa Cruz. Y latercera con 2 equipos de bombeo sumergibles (nuevos de 35 lps c/u)instalados el 2010, y que abastecen al reservorio R-6 Independencia.La cmara de bombeo de aguas residualestiene como Cmara PrincipalUbicada en el Jirn Pumacahua y Ral Porras, reciba las aguas servidas detoda la ciudad, por gravedad y las que son bombeadas por las cmarasauxiliares.41.2.2 Explicacin del EstudioLa poblacin urbana de la ciudad de juliaca, en actualidad se encuentra dficiten el suministro de agua potable,por lo cual la empresa prestadoradeservicio y saneamiento sedajuliaca no da la solucin adecuada a sus clientessobre el suministro de agua potable, debido siguientes factores: Consumo excesivo de energa elctrica Bombas de agua de baja eficiencia Perdidas por friccin y filtracin en circuito de tuberas. Perdidas en vlvulas de apertura y cierre del fluido Deterioro de sistemas de bombeo1.2.3 Justificacin del estudioTomando en cuenta la realidad de la poblacin urbana de provincia de SanRomn no cuentan con el servicio de 24 horas de agua en sus casas, solocuentan con 6 horas de servicio de agua en sus casas, debido al incrementode la poblacin se ha disminuido la presin del fluido en las caeras y estose debe a la reduccin del caudal, aun mas se va incrementando el costo depagos por el servicio de agua.1.2.4 Enunciado del estudioPensando en el futuro el servicio de agua potable de la empresa prestadorade servicios y saneamiento de seda Juliacallegara a un punto dondesecolapsara el servicio de agua y esto afectara a sus clientes, es por ellos conanticipacin se trata de realizar este estudio sobre la eficiencia energtica ensistemas de bombeo, teniendo una hiptesis para mejorar el suministro deagua a la poblacin y se deber de tener presente los siguientes factores. Mejorar el consumo excesivo de energa elctrica Cambiar las bombas de agua de baja eficiencia por una buena Reducir las prdidas por friccin y filtracin en circuito de tuberas. Reducir perdidas en vlvulas de apertura y cierre del fluido utilizandonuevas vlvulas. Evitar el deterioro de sistemas de bombeo51.3 FORMULACIN DEL OBJETIVOS1.3.1 Objetivo del estudio Realizar un estudio sobre la eficiencia energtica en sistemas de bombeode la empresa prestadora de servicio de agua y saneamiento EPSSedajuliaca S.A.1.3.2 Objetivo especifico del estudio Mejorar la presin y el caudal de los fluidos y la calidad de servicio a lapoblacin urbana de la ciudad de juliaca. Mejorar el bienestar de la poblacin suministrandoel servicio de aguacon mayor cantidad de horas1.4 FORMULACIN DE HIPOTESIS

1.4.1 Hiptesis del estudio Realizando un estudio sobre la eficiencia energtica en sistemas debombeo de la empresa prestadora de servicio de agua y saneamientoEPS Sedajuliaca S.A., se podr mejorar la calidad de servicio de agua.1.4.2 Hiptesis especifico del estudio Con el sistema de bombeo de buen rendimiento se mejorara la presin yel caudal de los fluidos y la calidad de servicio a la poblacin urbana dela ciudad de Juliaca. Se captara mayor cantidad de volumen de agua en los reservorios paramejorar el bienestar de la poblacin suministrandoel servicio de aguacon mayor cantidad de horas.1.5 OPERACIONALIZACION DE VARIABLES61.5.1 Variable DependienteN VARIABLES INDICADORESTEMS PREGUNTA02VARIABLEDEPENDIENTE Bomba de agua Motor elctrico% de rendimiento% de rendimientoDe qu manerainfluye el bajorendimiento de labomba y elconsumo de energaelctrica?1.5.2 Variables IndependientesN VARIABLES INDICADORESTEMS PREGUNTA01VARIABLEINDEPENDIENTE Incremento de Caudal Reduccin de Consumode energa elctricaLitros/Seg.$/mes S/./mesDe qu manerainfluye elincremento decaudal y lareduccin deconsumo de energaelctrica?1.6 MATRIZ DE CONSISTENCIATitulo Problema Objetivo Hipotesis Variables Indicadores Items Conclusiones RecomendacionesObjetivo General Hipotesis General Variable Dependiente Realizar un estudio sobre laeficiencia energtica ensistemas de bombeo de laempresa prestadora deservicio de agua ysaneamiento EPS Sedajuliaca. Realizando un estudio sobre la

eficiencia energtica en sistemasde bombeo de la empresaprestadora de servicio de agua ysaneamiento EPS Sedajuliaca,se podr mejorar la calidad deservicio de agua. Bomba de agua Motor elctrico% de rendimiento% de rendimientoDe qu manerainfluye el bajorendimiento de labomba y elconsumo deenerga elctrica?"EFICIENCIAENERGETICAENSISTEMASDEBOMBEO

DELAENTIDADPRESTADORADESERVICIOYSANEAMIENTODESEDAJU

LIACA"Enactualidadesteestudioestrelacionadoconlaempresapres

tadoradeservicioysaneamientodeaguapotable,enlacualsetratader

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o,estoconsisteenconseguirmsresultadosconmenosrecursos,locua

lsetraduceenmenorescostosdeproduccin,msproductosconmenosde

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resindustrial,elcomercialyelresidencialconsumenenergaendive

rsasformasporloquesedebenbuscaraltosnivelesdeeficienciaenerg

ticaenestasactividades.Elusoeficientedelaenergapermitec

onsumirmenosenerga,disponerdepotencialdeutilizacindelaener

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ytenermenoresnivelesdecontaminacin. Se realizara el estudio sobre laeficiencia energtica en sistemas debombeo de la empresa prestadora deservicio de agua y saneamiento EPSSedajuliaca, utilizando instrumentosde medicin alta precisin, y con elapoyo de de software para eficienciaenergtica, basndonos a losprocedimientos y guas sobre elestudios de eficiencia energtica. Para realizar el estudio seproceder como primer paso elpermiso correspondiente a laEPS Sedajuliaca por intermediode gerencia de operacin.MATRIZ DE CONSISTENCIA Realizar un estudio sobre laeficiencia energtica ensistemas de bombeo de la

empresa prestadora deservicio de agua ysaneamiento EPS Sedajuliaca. Realizando un estudio sobre laeficiencia energtica en sistemasde bombeo de la empresaprestadora de servicio de agua ysaneamiento EPS Sedajuliaca,se podr mejorar la calidad deservicio de agua. Bomba de agua Motor elctrico% de rendimiento% de rendimientoDe qu manerainfluye el bajorendimiento de labomba y elconsumo deenerga elctrica?Objetivo Especifico Hipotesis Especifico Variable Independiente Mejorar la presin y elcaudal de los fluidos y lacalidad de servicio a lapoblacin urbana de la ciudadde juliaca. Con el sistema de bombeo debuen rendimiento se mejorara lapresin y el caudal de los fluidosy la calidad de servicio a lapoblacin urbana de la ciudad dejuliaca. Incremento de Caudal Reduccin de Consumode energa elctricaLitros/Seg.$/mes S/./mesDe qu manerainfluye elincremento decaudal y lareduccin deconsumo deenerga elctrica? Una vez realizado el trabajo demejoramiento y renovacin de losequipos de sistemas de bombeo selograra el incremento de la presin yel caudal de los fluidos y se mejorarala calidad de servicio a la poblacinurbana de la ciudad de Juliaca. Teniendo los equipos demedicin se proceder arealizar los estudios demedicin, utilizando los equiposde filmacin sobre las medidasrealizadas. Mejorar el bienestar de lapoblacin suministrando elservicio de agua con mayor

cantidad de horas Se captara mayor cantidad devolumen de agua en losreservorios para mejorar elbienestar de la poblacinsuministrando el servicio deagua con mayor cantidad dehoras. Al concluir el trabajo demejoramiento y renovacin de equiposse lograra a captar mayor cantidad devolumen de agua en los reservoriospara poder abastecer en mayorcantidad de horas a la poblacin."EFICIENCIAENERGETICAENSISTEMASDEBOMBEOD

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abastecimiento y fomentando un comportamiento sostenible en su uso.La reduccin de la intensidad energtica es un objetivo prioritario paracualquier economa, siempre que su consecucin no afecte negativamente alvolumen de actividad. Uno de los parmetros que determinan la correlacinentre consumo de energa y crecimiento econmico es la evolucin de laintensidad energtica, indicador generalista que seala la relacin entreconsumos de energa y el Producto Interior Bruto.La energa se obtiene a partir de las Fuentes de energa y las cantidadesdisponibles de dichas fuentes es lo que se denomina Recursos energticos.El carcter limitado o ilimitado de dichas fuentes nos permite diferenciarlas yvalorarlas en trminos de sostenibilidad partiendo de la evidencia de que laatmsfera est alcanzando su lmite medioambiental y de que el consumoenergtico sigue creciendo, con zonas del planeta en pleno desarrollodemandando su equiparacin energtica con el mundo desarrollado.Condiciones de partida actuales respecto a la energa: La gran mayora de la energa que consumimos es generada medianteproductos fsiles. El aumento del nivel de vida y de confort se encuentra socialmenteasociado a un aumento del consumo de energa. Existe una gran dependencia de unas reas sobre otras, a nivel global ylocal. Incremento de la poblacin mundial. Los pases no desarrollados demandan los mismos niveles energticosque los desarrollados. Aumento de la conciencia social respecto a temas medioambientales.9 Rechazo social a la energa nuclear con tendencia a su eliminacin. Creacin de redes a nivel mundial (gas).1.7.2 Eficiencia energtica en los sistemas de bombeoUn sistema de bombeo se compone de bomba, motor, tubera y accesorios.La energa elctrica consumida depende de la potencia, el tiempo en quefunciona la bomba y de la eficiencia del sistema. Esta ltima es la relacinentre la potencia que suministra la bomba al fluido y la potencia elctricaconsumida. La potencia suministrada por la bomba, est en funcin delgasto y la carga. Si cualquiera de los elementos del sistema, ha sidomalseleccionado en su tipo, capacidad o material, si el motor no estfuncionando correctamente, si alguno de los accesorios est obstruido o si latubera est deteriorada, aumentar el consumo de energa elctrica total delsistema. Se recomienda disear el sistema para que entregue el gasto con lapresin requerida. Una mayor presin, ocasiona un desperdicio de energa yel incremento del consumo de energa elctrica.1.7.3 Eficiencia energtica en Motores elctricos El motor transforma la energa elctrica en la energa mecnica que labomba requiere para funcionar. Al seleccionar el motor de la bomba sedebe tomar en cuenta: La potencia nominal suministrada por el motor, debe ser igual a la querequiere la bomba para trabajar a su mxima eficiencia. Cuando el gasto es variable, un dispositivo de control de velocidad en elmotor puede ayudarle a reducir su consumo de energa elctrica. El motor debe estar alineado con la bomba y montado sobre una superficieque reduzca las vibraciones, de lo contrario habr un desgaste prematurodel eje, daos en los cojinetes y mayor consumo de energa de hasta un5% sobre el consumo nominal. Seleccionar un lugar debidamente ventilado para evitar sobrecalentar elmotor.

10 Instalar controles automticos para arrancar y parar el motor de la bomba,evitando as que este ltimo siga consumiendo energa cuando la bombahaya dejado de funcionar.1.7.3.1 Tipos y aplicacionesLos motores asncronos (MA) son mquinas elctricas, las cuales han tenidomayor aplicacin en la industria y artefactos electrodomsticos. Estasmquinas son los principales convertidores de energa elctrica en mecnica(actualmente los MA consumen casi la mitad de la energa elctricagenerada). Su uso es, principalmente, en calidad de mando elctrico enlamayora de los mecanismos, ello se justifica por la sencillez de sufabricacin, su alta confiabilidad y un alto valor de eficiencia.Hay 2 tipos de MA; los de rotor de jaula de ardilla y los de rotor de anillosrozantes.1.7.3.2 Principio de funcionamientoFigura N 1 Principio de funcionamiento de un motor elctricoEn el MA se tiene 2 devanados, uno se coloca en el estator y el otro en elrotor. Entre el estator y rotor se tiene un entrehierro, cuya longitud se tratade, en lo posible, hacerlo pequeo (s = 0.1 - 0.3 mm), con lo que selogramejorar el acople magntico entre los devanados.El devanado del estator puede ser monofsico o trifsico (en caso generalpolifsico). En lo sucesivo se analiza el motor trifsico, cuyas bobinasse11colocan en las ranuras interiores del estator. Las fases del devanadodelestator AX, BY, CZ se conectan en tipo estrella Y o tringulo , cuyos bornesson conectados a la red.El devanado del rotor tambin es trifsico (o polifsico) y se coloca enlasuperficie del cilindro. En el caso simple se une en corto circuito. Cuando eldevanado del estator es alimentado por una corriente trifsica, se induce uncampo magntico giratorio, cuya velocidad (sncrona) es:pfn1160Si el rotor est en reposo o su velocidad n < nsinc, entonces el campomagntico giratorio traspasa los conductores del devanado rotrico einducen en ellos una f.e.m. En el grfico siguiente se muestra por la regla dela mano derecha, la direccin de la f.e.m. inducida en los conductoresdelrotor cuando el flujo magntico gira en sentido contrario. La componenteactiva de la corriente Irotse encuentra en fase con la f.e.m. inducida.Sobre los conductores con corriente, empleados en el campo magntico,actan fuerzas electromagnticas cuya direccin se determina por la reglade la mano izquierda; estas fuerzas crean un Melmagn que arrastra al rotortras el campo magntico. Si este Melmagn es lo suficientemente grande

entonces el rotor va a girar y su velocidad n2va a corresponder a laigualdad.rot freno est elmagM M Este es el funcionamiento de la mquina en rgimen de motor y es evidenteen este caso.1 20 n n A la diferencia de velocidades entre el campo magntico y el rotor selellama deslizamiento y se representa por el smbolo s.1212 1nn nsDe donde se deduce que en el rgimen de motor1 0 sEn generador: s > 0En frenado electromagntico: s > 1La principal caracterstica de las MA es la presencia del deslizamientos,sea la desigualdad de velocidades entre el campo del estator y la velocidaddel rotor1 2n n 1.7.3.3 Diagrama energtico del motor elctricoCuando el motor est en funcionamiento, el estator se alimenta de la redyabsorbe una potencia:1 1 1 1 1I v m P cos . . .Parte de la P1se consume (disipa) en la resistencia R del devanado delestator ocasionando una prdida elctrica Pel, as como una prdidamagntica en el campo del estator Pmag, deduciendo dichas componentes,al rotor se le aplica una potencia electromagntica, que se expresa mediantela siguiente ecuacin de balance energtico:1 1 1 mag el elmagP P P P Parte de esta potencia se disipa en cubrir las prdidas elctricas del rotor Pel2 en su devanado, la potencia resultante es aquella que va a serconvertida en potencia mecnica, expresado por:2 . el elmag mecP P P En las mquinas de anillos rozantes, adems se tienen prdidas en lasescobillas de contacto, las cuales se aades a la prdida Pel2.

La potencia mecnica obtenida en el rbol del eje del rotor, se obtiene luegode vencer su inercia y otras prdidas adicionales, obtenindose una potenciaP2:13adic fric mecP P P P . 2Figura N 2 Perdidas de un motor elctrico1.7.3.4 Relacin entre eficiencia ( ) y deslizamiento (s) en motoresPara definir la relacin entre la Eficiencia y el Deslizamiento s en losmotores, se analiza la eficiencia mediante la relacin:2 121 12.,_,_ elmagelmagPPPPPPDonde 1 y 2 - eficiencias del estator y del rotorTeniendo en cuenta:elmagadic fric el elmagelmagPP P P PPP 22Entonces es vlida la siguiente relacin:) 1 (

122

2

sPPPP Pelmagelelmagel elmag