UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA

FACULTAD INGENIERÍA MECÁNICA.

TRABAJO FINAL DE ELECTRICIDAD I

Profesor:

Ing. JOSÉ IVÁN MADRID VEGA

Presentado por:

FEDERICO VILLADA ÁLVAREZ

Código: 1088260436

PEREIRA 11 JUNIO 2010

INTRODUCCIÓN

En el presente trabajo se procederá a exponer de una manera clara todos los conocimientos adquiridos en el curso de electricidad I que permiten y hacen posible la instalación eléctrica de una bomba teóricamente; además se muestra el proceso etapa por etapa teniendo en cuenta parámetros indicados por la norma técnica colombiana NTC - 2050 al momento de elegir los calibres de los cables conductores, las tuberías por donde van éstos y los sistemas de control con tacos, protecciones y contractor o rele.

Por otro lado este trabajo se basa exclusivamente en lo que respecta la instalación eléctrica, ya que consideraciones de tipo mecánico se han despreciado para dar mayor simplicidad al trabajo; algunas de las cuales son: Asumir una capacidad de operación del 100% para seleccionar el factor de potencia, pérdidas mecánicas, de instalación y por accesorios

OBJETIVOS

Realizar la instalación eléctrica teóricamente de una bomba de 6 hp.

Seleccionar el calibre de conductor adecuado según la norma técnica colombiana NTC - 2050.

Seleccionar los tacos y las protecciones proporcionadas para el sistema según la norma técnica colombiana NTC - 2050.

Realizar la cotización de los elementos seleccionados.

Realizar un diagrama unifilar de la instalación.

BOMBA CENTRIFUGA MONOBLOCK 4X13-6W, IHM Y MOTOR ELÉCTRICO TRIFÁSICO 6 HP, WEG.

Comenzando por elegir una bomba centrífuga industrial de trabajo pesado con diseño de larga vida y construcción extrafuerte que facilita el servicio, ofrece grandes ventajas cuando se requiere trasladar agua a grandes alturas; la carcasa, el platosello y el rotor fabricados en hierro le confieren mayor resistencia y una larga vida útil y con fácil y rápida adquisición de repuestos y principalmente bajo costo de operación y ahorro de energía.

Las características son:

Diámetro de succión x Diámetro de la descarga: 2 1/2” x 1 1/2”

Diámetro de rotor: 138mm

En operación a 3500 rpm puede bombear un caudal de agua de 15 m3 /h hasta una altura aproximada de 35 m, sabiendo que es el punto de mejor operación de la bomba.

Anexo grafica 1.

Aplicaciones:

Industria: Transferencia de líquidos, operaciones de suministro. Agricultura: Irrigación de cultivos, impulsión de agua a distancia. Construcción: Sistemas tanque a tanque y equipos de presión.

Lista de partes:

Instalación y ubicación de la motobomba:

La fuente de energía eléctrica debe tener el voltaje y el numero de fases que coincidan con el motor eléctrico de la bomba y con los elementos de protección, además el calibre de las líneas de conducción debe ser el apropiado. Es por esto que para la bomba seleccionada viene el motor trifásico con una potencia de 6 hp (4.5 KW) de II polos a 3600 rpm y que tiene las siguientes especificaciones, las cuales se extraen de la tabla a continuación.

Placa bornera con 6 terminales – BMC

Grado de Protección: IP55, teniendo en cuenta que el significado es el siguiente Grado de protección (Primer dígito): 5 Protegido del polvo. La penetración de polvo no se evita por completo, pero el polvo no debe penetrar en una cantidad tal que interfiera con el correcto funcionamiento del aparato.

Grado de protección (Segundo dígito): 5 Protegido frente a chorros de agua. Colocado el objeto en su lugar de funcionamiento, no debe entrar el agua arrojada a chorro (desde cualquier ángulo) por medio de una boquilla de 6,3 mm de diámetro, a razón de 12,5 litros por minuto y a una presión de 30kN/m2 durante no menos de 3 minutos y a una distancia no menor de 3 metros.

Corriente nominal en 220 VA = 15.1

Rendimiento a 220 V

% de la potencia nominal % 50 75 100

Rendimiento 85 87 88.1

Factor de potencia = Cos (φ)

% de la potencia nominal % 50 75 100

0.76 0.85 0.89

Factor de servicio F.S. = 1.15

Momento de inercia J en Kgm2 = 0,00727

Peso aprox. en Kg = 40

La potencia consumida por el motor se calculaba de acuerdo a la siguiente expresión: P=VI cosφ; pero por consulta realizada se encontró que para un motor trifásico la potencia consumida es:

P=√3VI cos φ ;dondeV =208 v; ya que es lo que se maneja comúnmente en el medio colombiano al momento de realizar los cálculos pero esta está entre (208-220V).

Eligiendo el factor de potencia y la eficiencia al 100% de la potencia Nominal se tiene:

I= Pmax∗η

√3∗208∗cosφ. I= 4500∗0.881

√3∗208 v∗0,89=12.3644 A

Obteniendo así una corriente eficaz de 11.5655A,

El cable se debe buscar para un 25% más de capacidad, lo que es I = 15.4555 A

La máxima carga del motor la podemos definir con el factor de servicio (F.S.) = 1.15:

Imax= Pmax∗F . S

√3∗208∗cosφ. Imax= 4500∗1.15

√3∗208∗0.89=16.1397 A

Tipo de alambre de protección:

Basando en la Tabla 310-16 de la revista Procables, que saca su información de la Norma Técnica Colombiana NTC - 2050, se tiene que para dicha corriente debemos utilizar un cable de cobre Calibre 14 AWG, sabiendo que el cable se va a calentar hasta un máximo de 75 0C es THW, por lo tanto soporta una corriente máxima de 20A. Sin embargo se debe utilizar una protección de 16A, aproximando al mayor superior más cercano ya que es mejor sobredimensionar que quedar corto en requerimientos.

Por el mimo camino según la TABLA C11 de la Norma Técnica Colombiana NTC - 2050, se tiene que para THW y un calibre 14 AWG el máximo número de cable por tubo es 11 y corresponde a un tubo de ½”, por lo tanto se elige este ducto para las tres líneas del motor trifásico.

Cotización materiales elegidos:

Tubería conduit Diámetro = ½” x 3m Largo = $2.850

CODO @ 900 Diámetro = ½” x 3m Largo = $1.150

Taco tripolar atornillable Amperaje = 15A = $62.900

Cable Nº 14 THW X METRO = $1.150

Contactor chihe AC–3 < 25A = $43.000

Rele Chint = $45.000

Mini interruptor Chint 3X15 A = $50.000

Algunas de las recomendaciones más importantes según el catalogo del fabricante IHM para bombas multi etapas eurolinea son:

En lo posible se debe instalar una acometida eléctrica independiente para el motor. La fuente debe tener la potencia suficiente para alimentar la bomba y por tanto se deben seleccionar las protecciones contra sobrecarga o corto circuito.

Antes de encender el motor, este debe ser conectado a tierra para evitar choques eléctricos.

Se debe tener en cuenta que al elegir el motor trifásico se debe comprobar el sentido de giro del motor (sentido de giro horario posicionando la bomba en el extremo donde está el motor colocado), si es incorrecto se puede corregir invirtiendo dos de cualquiera de las tres líneas de conducción eléctrica; además las conexiones de las borneras en los motores deben ser firmes, ya que si no inducirán mayores corrientes, se calentarán y provocarán daños graves en el motor.

En la operación se debe verificar que las condiciones de bombeo sean normales, observando detalladamente que no hay intermitencia en el flujo de líquido descargado, ni vibraciones o ruidos extraños y que los niveles de intensidad consumidos estén por debajo o máximo iguales a los indicados en la placa del motor como SFA (Amperaje con el factor de servicio). Gradúe los térmicos de los arrancadores. Al tener en la instalación una válvula de compuerta en la descarga permite regular el caudal que descarga la bomba y por tanto el amperaje que consume el motor eléctrico; por esto se debe colocar un valor que no perjudique la operación continua del motor.

Por otro lado se debe estar atento a la operación de alguna protección de los elementos de control de la bomba, esto indica si algo anda mal.

CONCLUSIÓN.

El presente trabajo nos sirve para darnos cuenta que en la vida práctica de un ingeniero mecánico se requiere frecuentemente realizar instalaciones de motores, bombas y muchos más elementos eléctricos, para los cuales se debe estar preparado de una manera proporcionada, efectiva e ingeniosa; que es el fin último del ingeniero.

BIBLIOGRAFÍA.

Apuntes de clase Electricidad I y Mecánica de fluidos.

http://www.igihm.com/productos.php?id=6&cod=18&item=4

http://www.centelsa.com.co

http://www.sistemasdebombeo.com

http://www.weg.net/co/Productos-y-Servicios/Motores/Motores-Industriales-Trifasicos-60HZ

MOTOBOMBA CENTRIFUGA MARCA MEJORADA de caracol con succión frontal radialmente partida de un solo paso, impulsor de fierro gris tipo cerrado, sello mecánico con caras de cerámica y carbón tipo 6 de 1”, voluta de fierro gris con succión roscada de 1 ½” nptf y descarga roscada de 1 ½” nptf, válvula de purga de 1/8” npt de latón. Acoplada directamente a motor eléctrico de corriente alterna, trifásico 220/440 volts 60 ciclos 2 polos 3500 r.p.m., con brida “C”, flecha “JM”.

Estandar Trifásicos : Bajo nivel de ruido y vibración, protección IP55, aislamiento clase F, carcasa en fundición gris, anillos de protección tipo V ring en la tapa balinera, para servicio continuo, forma constructiva B3D

Trifásicos (2 Polos) 3600 RPM de 6HP

Conexión en la Bornera a 440V Estrella Triángulo

1. Los números abajo indicados  deben corresponder a los números  impresos en los cables del motor2. Las conexiones deben quedar bien apretadas para evitar calentamientos en las terminales y bornes o que produzcan cortos circuitos.3. Graduar el relé térmico de sobre carga a la corriente nominal X 0.58 por ejemplo, el amperaje nominal de un motor de 10HP a 1750 RPM - 440V es 24 amperios, entonces el relé debe ser graduado máximo a 12.18 amperios

Las terminales U, V, W, deben ser conectados al relé térmicoLos terminales Z, X, Y deben ser conectados al contactor que alimenta con 440V.

Conexión en la Bornera a 220V Estrella Triángulo

1. Los números abajo indicados  deben corresponder a los números  impresos en los cables del motor2. Las conexiones deben quedar bien apretadas para evitar calentamientos en las terminales y bornes o que produzcan cortos circuitos.3. Graduar el relé térmico de sobre carga a la corriente nominal X 0.58 por ejemplo, el amperaje nominal de un motor de 10HP a 1750 RPM - 220V es 42 amperios, entonces el relé debe ser graduado máximo a 24.36 amperios

Las terminales U, V, W, deben ser conectados al relé térmicoLos terminales Z, X, Y deben ser conectados al contactor que alimenta con 440V.

Conexión Estrella Triangulo a 220 Voltios

Conexión de Motores Eléctricos WEG Monofásicos

Conexión a 110V Conexión a 220 V

1. Azul (Blue)2. Blanco (White)3. Naranja (Orange)4. Amarillo (Yellow)

5. Negro (Black)8. Rojo (Red)5 y 8 Inversión de giro