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 20112PRESENTACIONElpresente estudio titulado EFICIENCIAENERGETICAENSISTEMASDEBOMBEODELAENTIDADPRESTADORADESERVICIOYSANEAMIENTODESEDAJULIACA estrelacionadacon finesdemejor yrenovarlosequiposdelaplantadetratamientodela EPSSedajuliaca, paradarlasolucinalsuministro noadecuado a sus clientes, problemas sobre baja presin y menos caudal del fluido ensus domicilios.Es por el cual nuestro estudio est enfocado a laeficiencia energtica en sistemasde bombeo, esto consiste en conseguir ms resultados con menos recursos, lo cualsetraduceenmenorescostosdeproduccin,ms productosconmenosdesperdicios y menores consumos de energa.La elaboracin de este proyecto es de investigacin sobre el desarrollo tecnolgicodelaempresaprestadoradeservicioyaguay desage teniendoencuenta laimplementacin de la tecnologa en industrias es un proceso productivodefinido 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 ESTUDIOEnactualidadesteestudioestrelacionadoconlaempresaprestadoradeservicioysaneamientodeaguapotable,enlacualsetrataderealizarunestudio sobre la eficiencia energtica en sistemas de bombeo, esto consisteenconseguirmsresultadoscon menosrecursos,locualsetraduceenmenorescostosdeproduccin,msproductosconmenosdesperdiciosymenores consumos de energa.Enesteltimocasolossectoresindustrial,elcomercialyelresidencialconsumenenergaendiversasformasporloquesedebenbuscaraltosniveles de eficiencia energtica en estas actividades.Elusoeficientedelaenergapermiteconsumirmenosenerga,disponerdepotencialdeutilizacindelaenergaelctrica,producirmenorcantidaddedesperdicios de energa y tener menores niveles de contaminacin.1.2 DETERMINACIN DE ANTECEDENTES DEL ESTUDIO1.2.1 Descripcin del EstudioEn actualidad laempresaprestadoradeserviciotienecomopuntodecaptacin el rio Coata, sector Ayabacas tiene una capacidad estimada es de400 lps,Lasaladeimpulsin constade3casetas:laprimeracon3equiposdebombeohorizontales,(enmalestado,de100lpsc/u)enlaactualidadestninoperativosyunequipoverticalenlaparteexterior(enregularestado,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 laterceracon2equiposdebombeosumergibles(nuevosde35lpsc/u)instalados el 2010, y que abastecen al reservorio R-6 Independencia.Lacmaradebombeodeaguasresidualestienecomo CmaraPrincipalUbicadaenelJirn PumacahuayRalPorras,recibalas aguasservidasdetodalaciudad,porgravedadylasquesonbombeadasporlascmarasauxiliares.41.2.2 Explicacin del EstudioLa poblacin urbana de la ciudad de juliaca, en actualidad se encuentra dficitenelsuministrodeaguapotable,porlocuallaempresaprestadoradeservicio y saneamiento sedajuliaca no da la solucin adecuada a sus clientessobre el suministro de agua potable, debido siguientes factores: Consumo excesivode 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 estudioTomandoencuentalarealidaddelapoblacinurbanadeprovinciadeSanRomn nocuentanconelserviciode24horasdeaguaensuscasas,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 estudioPensandoenelfuturoelserviciodeagua potable delaempresaprestadoradeserviciosysaneamientodesedaJuliacallegaraaunpuntodondesecolapsara el servicio de agua y esto afectara a sus clientes, es por ellos conanticipacin se trata de realizar este estudio sobre la eficiencia energtica ensistemasdebombeo,teniendounahiptesis paramejorarelsuministrodeagua a la poblacin y se deber de tener presente los siguientes factores. Mejorar el consumo excesivode energa elctrica Cambiar las bombas de agua de baja eficiencia por una buena Reducir las prdidas por friccin y filtracin en circuito de tuberas. Reducirperdidasenvlvulasdeaperturaycierredelfluidoutilizandonuevas 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 bombeodelaempresaprestadoradeserviciodeaguaysaneamientoEPSSedajuliaca S.A.1.3.2 Objetivo especifico del estudio Mejorar la presin y el caudalde los fluidos y la calidad de servicio a lapoblacin urbana de la ciudad de juliaca. Mejorarelbienestardelapoblacinsuministrandoelserviciodeaguacon mayor cantidad de horas1.4 FORMULACIN DE HIPOTESIS1.4.1 Hiptesis del estudio Realizando unestudiosobrelaeficienciaenergticaensistemasdebombeodelaempresaprestadoradeserviciodeaguaysaneamientoEPS 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 caudalde los fluidos y la calidad de servicio a la poblacin urbana dela ciudad de Juliaca. Secaptaramayorcantidaddevolumendeaguaenlosreservoriosparamejorarelbienestardelapoblacinsuministrandoelserviciodeaguacon 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 laeficiencia energtica en sistemasde bombeo de la empresaprestadora de servicio de agua ysaneamiento EPS Sedajuliaca,sepodrmejorar lacalidaddeservicio de agua. Bomba de agua Motor elctrico% de rendimiento% de rendimientoDe qu manerainfluye el bajorendimiento de labomba y elconsumo deenerga elctrica?"EFICIENCIA ENERGETICA EN SISTEMAS DE BOMBEO DE LA ENTIDADPRESTADORA DE SERVICIO Y SANEAMIENTO DE SEDAJULIACA"Enactualidadesteestudioestrelacionadoconlaempresaprestadoradeservicioysaneamientodeaguapotable,enlacualsetrataderealizarunestudiosobrelaeficienciaenergticaensistemasdebombeo,estoconsisteenconseguirmsresultadosconmenosrecursos,locualsetraduceenmenorescostosdeproduccin,msproductosconmenosdesperdiciosymenoresconsumosdeenerga.Enesteltimocasolossectoresindustrial,elcomercialyelresidencialconsumenenergaendiversasformasporloquesedebenbuscaraltosnivelesdeeficienciaenergtica en estas actividades.Elusoeficientedelaenergapermiteconsumirmenosenerga,disponerdepotencialdeutilizacindelaenergaelctrica,producirmenorcantidaddedesperdicios de energa y tener menores niveles de contaminacin. Se realizara el estudio sobre laeficienciaenergticaensistemasdebombeo de la empresa prestadora deserviciodeaguaysaneamientoEPSSedajuliaca, utilizando instrumentosdemedicinaltaprecisin, yconelapoyodedesoftwarepara 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 laempresa 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,sepodrmejorar lacalidaddeservicio 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.Conel sistemadebombeo debuen rendimientose 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 desistemasdebombeoselograra el incremento de la presin yel caudal de los fluidos y se mejoraralacalidaddeservicio ala 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 mayorcantidad de horasSecaptaramayor cantidaddevolumen 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 devolumendeaguaenlosreservoriospara poder abastecer en mayorcantidad de horas a la poblacin."EFICIENCIA ENERGETICA EN SISTEMAS DE BOMBEO DE LA ENTIDADPRESTADORA DE SERVICIO Y SANEAMIENTO DE SEDAJULIACA"Enactualidadesteestudioestrelacionadoconlaempresaprestadoradeservicioysaneamientodeaguapotable,enlacualsetrataderealizarunestudiosobrelaeficienciaenergticaensistemasdebombeo,estoconsisteenconseguirmsresultadosconmenosrecursos,locualsetraduceenmenorescostosdeproduccin,msproductosconmenosdesperdiciosymenoresconsumosdeenerga.Enesteltimocasolossectoresindustrial,elcomercialyelresidencialconsumenenergaendiversasformasporloquesedebenbuscaraltosnivelesdeeficienciaenergtica en estas actividades.Elusoeficientedelaenergapermiteconsumirmenosenerga,disponerdepotencialdeutilizacindelaenergaelctrica,producirmenorcantidaddedesperdicios de energa y tener menores niveles de contaminacin. Se realizara el estudio sobre laeficienciaenergticaensistemasdebombeo de la empresa prestadora deserviciodeaguaysaneamientoEPSSedajuliaca, utilizando instrumentosdemedicinaltaprecisin, yconelapoyodedesoftwarepara 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.81.7 MARCO TEORICO1.7.1 Eficiencia energticaLa Eficiencia Energtica se puede definir como la reduccin del consumo deenerga manteniendo los mismos servicios energticos, sin disminuir nuestroconforty calidad devida,protegiendoelmedio ambiente,asegurandoelabastecimiento y fomentando un comportamiento sostenible en su uso.Lareduccindelaintensidadenergticaesun objetivo prioritarioparacualquier economa, siempre que su consecucin no afecte negativamente alvolumen de actividad. Uno de los parmetros que determinan la correlacinentreconsumodeenergaycrecimientoeconmicoesla evolucin delaintensidadenergtica,indicadorgeneralistaquesealalarelacinentreconsumos de energa y el Producto Interior Bruto.Laenergaseobtieneapartirdelas Fuentes deenergaylascantidadesdisponibles 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 laatmsferaestalcanzandosulmitemedioambientalydequeelconsumoenergticosiguecreciendo,conzonasdelplanetaenpleno desarrollodemandando su equiparacin energtica con el mundo desarrollado.Condiciones de partida actuales respecto a la energa: Lagranmayoradelaenergaqueconsumimosesgeneradamedianteproductos fsiles. Elaumentodelniveldevidaydeconfortseencuentrasocialmenteasociado a un aumento del consumo de energa. Existeunagrandependencia de unasreassobreotras,anivel globalylocal. Incremento de la poblacin mundial. Lospasesnodesarrolladosdemandanlosmismosnivelesenergticosque 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.Laenergaelctricaconsumidadependedelapotencia,eltiempoenquefuncionalabombaydelaeficienciadelsistema.Estaltimaeslarelacinentrelapotenciaquesuministralabombaalfluidoylapotenciaelctricaconsumida.Lapotenciasuministradaporlabomba,estenfuncindelgastoylacarga. Sicualquieradeloselementosdelsistema,hasidomalseleccionadoensu tipo,capacidadomaterial,sielmotornoestfuncionando 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 Elmotortransformalaenergaelctricaenlaenergamecnicaquelabombarequiereparafuncionar.Alseleccionarelmotordelabombasedebe tomar en cuenta: Lapotencianominalsuministradaporelmotor,debeserigualalaquerequiere la bomba para trabajar a su mxima eficiencia. Cuandoelgastoesvariable,undispositivodecontroldevelocidadenelmotor 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 prematurodeleje,daosenlos cojinetesymayorconsumo deenergadehastaun5% sobre el consumo nominal. Seleccionarunlugardebidamenteventiladoparaevitarsobrecalentarelmotor.10 Instalar controles automticos para arrancar y parar el motor de la bomba,evitandoasqueeste ltimosigaconsumiendoenergacuandola bombahaya dejado de funcionar.1.7.3.1 Tipos y aplicacionesLos motores asncronos (MA) son mquinas elctricas, las cuales han tenidomayoraplicacinenlaindustriayartefactoselectrodomsticos.Estasmquinas son los principales convertidores de energa elctrica en mecnica(actualmentelosMAconsumencasilamitaddelaenerga elctricagenerada).Suusoes,principalmente,encalidaddemandoelctricoenlamayoradelosmecanismos,ellosejustificaporlasencillezdesufabricacin, su alta confiabilidad y un alto valor de eficiencia.Hay2tiposdeMA;losderotordejauladeardillaylosderotordeanillosrozantes.1.7.3.2 Principio de funcionamientoFigura N 1 Principio de funcionamiento de un motor elctricoEnelMAsetiene2devanados, unosecolocaenelestatoryelotroenelrotor.Entreelestatoryrotorsetieneunentrehierro,cuyalongitudsetratade,enloposible,hacerlopequeo(s=0.1 - 0.3mm),conloqueselogramejorar el acople magntico entre los devanados.Eldevanadodelestatorpuedesermonofsicootrifsico(encasogeneralpolifsico).Enlosucesivoseanalizaelmotortrifsico,cuyasbobinasse11colocan enlasranurasinterioresdelestator.Lasfasesdeldevanadodelestator AX, BY, CZ se conectan en tipo estrella Y o tringulo , cuyos bornesson conectados a la red.Eldevanadodelrotortambinestrifsico(opolifsico)ysecolocaenlasuperficie 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:pfn1160Sielrotorestenreposoosuvelocidadn 0En frenado electromagntico: s > 1LaprincipalcaractersticadelasMAeslapresenciadeldeslizamientos,sea la desigualdad de velocidades entre el campo del estator y la velocidaddel rotor1 2n n 1.7.3.3 Diagrama energtico del motor elctricoCuandoelmotorest en funcionamiento, elestatorsealimentadelaredyabsorbe una potencia:1 1 1 1 1cos . . . I v m PPartedelaP1seconsume(disipa)enlaresistenciaRdeldevanadodelestator ocasionandounaprdidaelctrica Pel,ascomounaprdidamagntica 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 Partedeesta potenciasedisipaencubrirlasprdidaselctricasdelrotor Pel2 ensudevanado,lapotenciaresultanteesaquellaquevaaserconvertida en potencia mecnica, expresado por:2 . el elmag mecP P P Enlasmquinasdeanillosrozantes,ademssetienen prdidasenlasescobillas 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 motoresParadefinirlarelacinentrelaEficiencia yelDeslizamientosenlosmotores, se analiza la eficiencia mediante la relacin:2 121 12.

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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 (1222sPPPP Pelmagelelmagel elmag < < < Por lo tanto:) 1 (2s <