BOMBAS SUMERGIBLES, DE PRESION, SOPLANTES DE AIRE, E HIDRAULICAS 

 

Experiencia de nuestra empresa

      Montajes Alhama S.L.U. acumula más de 50 años de experiencia en la extracción y elevación de agua en pozos, bombas de presión, bombas soplantes de aire, y bombas hidráulicas, por ello las dificultades que pueden presentarse en las instalaciones se han convertido en simple rutina.

 

Cuales son los detalles importantes del equipamiento o de una bomba

      Lo mas importante de una bomba es la experiencia de la persona o equipo que diseña, concibe, monta, mantiene, y repara las instalaciones de bombeo, la selección de la calidad de los equipos eléctricos que deben emplearse en la instalación tienen que ser coherentes con la aplicación de bombeo. El mantenimiento preventivo así como los conocimientos y experiencia del personal técnicamente competente que realiza los trabajos, reducen costes e imprevistos. Las nuevas tecnologías brindan un amplio abanico de posibilidades con equipos de última generación especialmente concebidos para realizar análisis de todo tipo de parámetros y señales en los motores eléctricos, y en la parte mecánica o hidráulica.

 

Como evitar las averías tempranas

      Cuando ha surgido un problema o avería ya sea en la parte eléctrica, en la parte mecánica de los equipos de bombeo, o en el equipamiento de las máquinas hidráulicas, anteriormente al suceso habían aparecido señales mecánicas y eléctricas de magnitud suficiente que podían haberse registrado para anticiparnos a una posible anomalía, preparando un plan de actuación antes de que se produzca una parada imprevista. Es antes de esta etapa de tiempo cuando se debe revisar la instalación de nuestros equipos realizando las operaciones de mantenimiento periódico programado para anticiparnos a las posibles fallas o averías, y disponer la actuación antes de que se produzcan los imprevistos o paradas. En un mercado marcado por unos precios cada vez más bajos, las ofertas de equipamiento o trabajos aceptados con los precios más agresivos posteriormente acarrean malos resultados. Dependiendo de la criticidad de la instalación o del proceso, o sea, cuando no podemos prescindir de nuestra instalación, el criterio correcto para la selección de equipos y trabajos conviene que esté basado en la calidad y no en el precio. Es por todo ello, que es tan importante preparar un buen plan de mantenimiento y encargar los trabajos a empresas que dispongan de personal técnicamente competente en todos los aspectos, o sea, experiencia en la parte hidráulica, y eléctrica.

 

Mantenimiento de rutina en los bombeos

      Las bombas sumergibles y las bombas para aguas residuales no son accesibles para una inspección o para realizar un mantenimiento de rutina, especialmente en aplicaciones de pozos profundos. Esto obstaculiza la realización de un trabajo de mantenimiento preventivo, donde frecuentemente las bombas se dejan funcionar hasta que se desarman o se quema el motor y posteriormente se repararan si es posible, o son reemplazadas si no es posible o rentable su reparación. Este proceder es incorrecto, los motivos habituales son la falta de equipos de análisis adecuados para realizar un mantenimiento preventivo que pueda garantizar la continuidad de funcionamiento del bombeo por parte de la persona o empresa que está a cargo de dichas tareas, acompañado de la falta de conocimientos técnicos para realizar éstos trabajos, que en estos casos es inexistente. Normalmente una electrobomba sumergible tiene un coste de reparación inferior al de una unidad nueva, la clave está en averiguar el estado de desgaste de la parte mecánica y conocer el aislamiento del motor eléctrico cuando éste trabaja a régimen nominal, es decir, cuando el devanado del motor ha alcanzado la temperatura de trabajo, así como el nivel de vibración del conjunto, todo ello es necesaario para anticiparse y realizar las correcciones necesarias antes de que se produzca una avería catastrófica, que suele tener un coste cercano al de un equipo nuevo. Lo que sí se puede hacer antes de que se produzcan las averías en los bombeos es medir con instrumentos de precisión el caudal elevado para detectar cambios en la condición de la bomba, ello posibilita realizar un seguimiento histórico del caudal y actuar rectificando la parte mecánica cuando baja mucho el rendimiento a causa del desgaste normal de la bomba, estas correcciones evitaran el exceso de vibración por desequilibrio de la parte impulsora que afecta al aislamiento del devanado eléctrico del motor, creando aflojamientos de los conductores que constituyen las bobinas y finalmente la destrucción del devanado por fallo del aislamiento. 

 

Mantenimiento de rutina en equipos hidráulicos

      La frecuencia de las operaciones de mantenimiento no es la misma para todas las bombas, sino que varía con las condiciones de servicio, el número de horas de trabajo, y con la calidad del aceite bombeado. Un factor a tener siempre en cuenta es la falta de producción que supone la parada de un equipo del que en ocasiones no podemos prescindir. En el mismo sentido, realizar inspecciones periódicas resulta más económico que reparar averías. El mantenimiento preventivo de una máquina hidráulica requiere de una serie de controles y revisiones que garanticen su funcionamiento de forma ininterrumpida. Por norma general, estas acciones implican usar aceites hidráulicos de calidad, controlar su estado, y cambiar los filtros periódicamente, pero esto no es suficiente para asegurar que una máquina o sistema hidráulico no va a fallar. La calidad del aceite hidráulico es la clave de una larga vida de las bombas, tradicionalmente se piensa que el aceite hidráulico puede calentarse a cualquier temperatura durante su operación, esto es un error, los aceites que operan a temperaturas mayores de 60 ºC se oxidan de forma acelerada, y necesitan mayor control. Otro error que es frecuente cometer consiste en el uso de filtros de poca eficacia para ahorrar costes de mantenimiento, los fabricantes de maquinaria recomiendan para filtrar el aceite de sus máquinas que se usa para las bombas hidráulicas, filtros de eficacia "normal", para el uso intensivo del aceite en una bomba hidráulica que trabaja muchas horas de forma ininterrumpida a temperatura elevada, la eficacia de filtración del aceite deberá ser de 5 micras o menos, si esperamos no tener desgastes excesivos u otro tipo de problemas. Rellenar por aporte con aceite nuevo el depósito de una máquina con objeto de que el aceite existente alcance su nivel, es un mal procedimiento, si desconocemos el estado del aceite existente. En efecto, el estado de un aceite existente en el depósito, del cual desconocemos sus propiedades o estado de oxidación, dará como resultado la contaminación del aceite nuevo aportado. Lo mejor que podemos hacer cuando se desconocen las propiedades del aceite de un depósito es realizar los correspondientes análisis del mismo, antes de proceder a rellenar el nivel que falta. En todo caso si desconocemos todo del aceite y no se han realizado análisis de éste, lo mejor será vaciar y limpiar el depósito, cambiar los filtros y tratar el aceite viejo para restituir sus propiedades originales, aunque en el proceso de destilación se pierda parte del volumen del mismo.

     El accionamiento eléctrico de los motores que mueven las bombas hidráulicas mediante variadores de frecuencia, requiere necesariamente de un estudio detallado realizado por un profesional técnicamente competente en sistemas electrónicos y accionamientos con variadores de frecuencia. En estos casos los técnicos competentes en materia de mecánica, "no" son las personas adecuadas para organizar o decidir cuáles son los elementos eléctricos imprescindibles que componen el accionamiento completo para motores mediante variadores de frecuencia. 

      El accionamiento de motores mediante VF (variadores de frecuencia), especialmente en motores de cierto tamaño, inducen grandes voltajes de alta frecuencia en el rotor de los motores. Si el voltaje es suficiente, se creara la circulación de una corriente de naturaleza AF (alta frecuencia) que circula a través de los rodamientos de los motores y a través del eje de las bombas hacia masa, incrementando el desgaste por el fenómeno de "electroerosión", llegando a la falla de los rodamientos del motor o de los órganos de la bomba hidráulica en poco tiempo. Esta información se irá desarrollando más adelante para comprender los fenómenos no deseados que generan los VFs durante su funcionamiento, y que afectan a los motores eléctricos y a las bombas hidráulicas.

 

 

Oxidación de la chapa del entubado de un sondeo "electrólisis"

      Todo oxido consiste en un proceso electrolítico donde un material metálico de una determinada naturaleza que hace de cátodo, cede electrones a otro material de naturaleza distinta que hace de ánodo, cuando entre los dos metales existe una sustancia que hace de electrolito conductor. En la chapa de los sondeos se produce el proceso de electrolisis, donde el material metálico del entubado del sondeo cede electrones hacia la masa metálica de la tubería de elevación y viceversa, mediante el agua que hace de electrolito. Esto sucede en mayor medida porque los conductores eléctricos del motor que bajan sujetos a la tubería de elevación crean un campo eléctrico a su alrededor, induciendo cierta cantidad de corriente eléctrica en los metales que componen la chapa del sondeo y la tubería de elevación. En todos los casos existe igualmente una determinada magnitud de electrolisis producida por las diferencias de conductividad del terreno y del entubado del sondeo, que generan cierta cantidad de corriente entre los mismo, aumentando la corrosión de la chapa del sondeo y de la tubería de elevación, esto sucede siempre aunque dicha corriente sea mínima. 

      Como podremos intuir, cuanto mayor es la magnitud de electrolisis mayor oxidación se produce en los metales que componen la instalación de bombeo. Los líquidos con mayor contenido de partículas metálicas, sulfuros, y ácidos, incrementan la magnitud del proceso electrolítico debido a su mayor conductividad, en comparación con los líquidos que tienen menor concentración de impurezas que producen menor oxidación gracias a su menor conductividad.

      En los metales que tienen mejor conducción de cargas eléctricas se produce mayor cantidad de electrolisis que en los metales que tienen peor conducción. El acero inoxidable presenta una conducción de carga eléctrica más pobre por ejemplo que la del hierro o el acero, por este motivo el acero inoxidable tiene mayor duración frente al proceso de electrolisis. Incluso en los materiales con peor conducción eléctrica como el acero inoxidable se produce igualmente un proceso electrolítico, aunque en menor medida.

      La electrolisis de los sondeos puede ser medida y controlada para reducir en gran medida o incluso eliminar la corrosión de la chapa del entubado del sondeo, pues la chapa de éste en ocasiones no se puede sustituir y determina la vida de un pozo o sondeo. Por su parte la tubería de elevación si puede ser sustituida fácilmente cuando está muy deteriorada.

     

       En la siguiente imagen podemos observar el efecto causado por la electrólisis en los cuerpos de las etapas impulsoras de una electrobomba sumergible desmontada del pozo de uno de nuestros clientes, donde podemos ver que el proceso electrolítico ha descompuesto los cuerpos de las etapas impulsoras de la bomba hasta producir los agujeros que vemos, por los cuales se perdía casi todo el caudal cuando estaba funcionando. Un análisis de vibración realizado a tiempo permitió averiguar su estado, y posteriormente la electrobomba fue reparada antes de que las vibraciones perjudicasen al devanado eléctrico del motor.

 

      En Montajes Alhama S.L.U. podemos tratar este tipo de problemas de corrosión, analizando con nuestros instrumentos el nivel de electrolisis presente en el sondeo, para poder ofrecer soluciones que alargan la vida útil de la chapa del pozo, la tubería de elevación, y la vida útil de la electrobomba. Para mayor rendimiento y duración estas soluciones deberían comenzar desde que se instala el entubado del pozo, aunque en sondeos con cierta edad también es aconsejable el mismo tratamiento para aumentar su longevidad.

      Dependiendo del contenido de impurezas disueltas en el agua del pozo, una instalación hidráulica de elevación de agua en un sondeo, controlada y tratada adecuadamente para reducir el proceso natural de electrolisis tiene una longevidad de dos a tres veces, la vida que se espera de una instalación sin ningún control o tratamiento.

      En la imagen inferior podemos ver el daño causado por la electrólisis a una bomba "nueva" en menos de seis meses de trabajo en el pozo de otro de nuestros clientes, donde podemos apreciar que el material de los cuerpos de las etapas impulsoras de la bomba ha disminuido de espesor hasta aparecer agujeros visibles, por donde perdía buena parte del caudal. El motivo principal de que dicha erosión por electrolisis fuese tan elevada era a consecuencia de un aislamiento muy deficiente en los conductores que llegan al motor, los cuales conducían parte de la corriente al agua por defecto de su aislamiento, incrementando considerablemente la magnitud de la electrolisis, a ello se sumaba que la protección diferencial no se encontraba operativa por estar averiada. 

 

 

Bombeo de agua salada      

           En las instalaciones de desaladoras se bombea agua filtrada del mar para extraer la sal y utilizar el agua desalinizada, las bombas sumergibles para estas aplicaciones están fabricadas íntegramente en acero inoxidable. El agua de mar contiene una concentración elevada de sal, el agua salada tiene buenas propiedades conductoras de cargas eléctricas que producen corrientes electrolíticas importantes que erosionan todos los componentes de las bombas. En estos casos los motores que son accionados por variadores de frecuencia deben ser instalados con todos los requisitos eléctricos para que el motor y la bomba no aumenten la magnitud de la corrosión por electrólisis, esto en la mayoría de casos no se hace, y las bombas son instaladas solamente con el variador de frecuencia sin contemplar la más mínima precaución, en parte porque se desconocen los daños que producen los variadores de frecuencia operando en condiciones precarias. Los motores de estas bombas frecuentemente son instalados a mucha distancia del VF, por lo que se producen reflejos de los voltajes enviados por los variadores de frecuencia al motor, que se "suman" a los voltaje enviados, o sea, que el voltaje resultante en bornes del variador de frecuencia o en bornes del motor es mucho mayor que el voltaje máximo de diseño de éstos, esto afecta negativamente al  aislamiento eléctrico del variador y al del motor, que disminuye considerablemente en muy poco tiempo.  Para comprender que sucede cuando se instalan variadores de frecuencia para estas aplicaciones puede visitar en nuestra página WEB el apartado (Mantenimiento Eléctrico/Variadores de Frecuencia, Inversores Fotovoltaicos), o pinchar en este enlace /variadores-de-frecuencia  

      En la siguiente imagen podemos ver un motor alimentado a 6 KV de 2.300 CV de potencia, dicho motor acciona una bomba de alta presión acoplada en el eje izquierdo, construida completamente en acero inoxidable para el bombeo de agua salina, en la salida del eje derecho existe otra bomba acoplada para la refrigeración líquida del motor. Incluso en este tipo de bombas fabricadas íntegramente en acero inoxidable se produce electrólisis.

 

Soluciones que ahorran tiempo y dinero

      El estudio y el análisis de los posibles problemas que pueden presentar las instalaciones de bombeo suele dar buenos resultados a la hora de seleccionar los materiales eléctricos o mecánicos para evitar las deficiencias que pueden presentarse en dichas instalaciones. La adopción de las nuevas tecnologías para renovar el accionamiento de los motores eléctricos que accionan las bombas "pueden" originar anomalías eléctricas intermitentes o problemas mecánicos que anteriormente no existían, si el nuevo equipo de accionamiento no se instala con todas las garantías y complementos eléctricos esenciales asociados, que en la mayoría de casos no se instalan por simple economía, por ahorro de costes, o simplemente por desconocimiento de los daños que produce su ausencia, pues por ejemplo, en el caso de variadores de frecuencia lo que se pretende es variar la velocidad de giro del motor sin preocuparse de las demás consecuencia que conlleva una instalación inadecuada o carente de los materiales eléctricos que son esenciales, sin los cuales en poco tiempo de funcionamiento aparecerán desgastes desproporcionados en la parte hidráulica, y perdidas de aislamiento en el devanado del motor eléctrico.

      La incorporación de arrancadores suaves para acelerar y desacelerar los motores de las bombas para reducir el golpe de ariete es una buene solución, pero tienen como consecuencia que el devanado eléctrico del motor está más tiempo sometido a una carga de corriente eléctrica anormalmente elevada durante el arranque o la parada, donde dicha corriente tiene una forma de onda "no senoidal", de magnitud muy superior a la máxima nominal del motor. En determinados casos este tipo de corrientes con formas de onda irregulares y deformadas durante el tiempo que dura la aceleración y deceleración de la bomba, propicia en ocasiones la rotura de parte de las barras de la jaula del rotor del motor eléctrico, produciendo calentamientos anormales, mayor consumo de energía eléctrica, y en casos extremos el motor no arrancara debido a la falta de par que produce la rotura de las barras del rotor. En efecto, la de rotura de una o más barras del rotor, posiblemente dará como resultado que el motor no pueda acelerar el eje lo suficiente como para que termine el arranque antes de que la parte hidráulica adquiera carga, con lo cual el motor se encuentra en la fase de aceleración durante todo el tiempo de funcionamiento consumiendo mayor corriente sin posibilidad de terminar el arranque. En estas condiciones, si las protecciones eléctricas contra sobre corriente se encuentran operativas, desconectaran el motor, despejando el daño que pueden producir las corrientes elevadas sobre el devanado del motor y sobre los demás componentes eléctricos de la instalación, por el contrario si las protecciones se encuentran sobre ajustadas, mal calibradas, o no funcionan bien por no haberlas probado, entonces el devanado eléctrico del motor se quemara de improviso, y el resto de la instalación sufrirá los efectos de la sobrecarga pudiendo desencadenar otras averías en cascada.

      Por estas causas, se deben probar de forma periódica las protecciones eléctricas y no solo las que actúan contra sobrecargas de corriente, remitiéndonos a los apartados anteriores que ya hemos explicado para resumir que la “salud” de los equipos hidráulicos, sus motores, y el resto de la instalación, es directamente dependiente de un buen plan de mantenimiento realizado por personal técnicamente competente, empleando la instrumentación adecuada. Se han de verificar periódicamente las protecciones eléctricas, pues las mismas pueden fallar o dejar funcionar, se debe revisar el accionamiento del motor, la calidad de la alimentación eléctrica, el rendimiento de la bomba, medir los aislamientos en el centro de transformación si éste existe, medir la vibración de la parte mecánica de la electrobomba, medir y evaluar la ausencia de barras cortadas en la jaula del rotor del motor eléctrico, especialmente en motores grandes con una cadencia de arranque y parada elevada accionados mediante arrancadores suaves, se debe revisar la ausencia de cavitación de la bomba y la ausencia de oscilaciones de la bancada en bombas para agua residual.

           En las bombas sumergibles que son accionada por variadores de frecuencia sucede el mismo fenómeno de electro erosión producido por corrientes de alta frecuencia que circulan a través de los rodamientos que soportan el eje del motor, estos rodamientos son fabricados con un compuesto de bronce y grafito, este compuesto tiene muy baja resistencia de conducción eléctrica y por ello las corrientes de alta frecuencia potencialmente dañinas que inducen los variadores en el eje del motor adquieren mayor magnitud que en los rodamientos de bolas o rodillos convencionales de acero, produciéndose en las electrobombas sumergibles mayor nivel de erosión en la parte motor y bomba.     

 

 

      La imagen inferior se muestra un motor alimentado a 700 V, de 750 CV de potencia accionado por un variador de frecuencia instalado sin los complementos eléctricos esenciales. Dicho motor tenía los rodamientos trasero y delantero completamente erosionados a pesar de que solo había funcionado algo más de un año. La causa del defecto es porque los variadores de frecuencia que accionan motores de potencia elevada, inducen voltajes de alta frecuencia en el rotor del motor eléctrico, estos voltajes generan corrientes de alta frecuencia que circulan hacia masa a través de los rodamientos, produciendo electro erosión en los caminos de rodadura del rodamiento, destruyéndolos en muy poco tiempo. Este fenómeno eléctrico puede ser eliminado al 100% instalando los "resonadores vectoriales" que Montajes Alhama S.L.U. fabrica para cualquier potencia de motor.

      

 

Medida de corrientes de alta frecuencia a traves de los rodamientos

      Las corrientes de AF (alta frecuencia) que son acopladas por los VF (variadores de frecuencia) al eje de los motores eléctricos, generan la circulación de corrientes de AF por los rodamientos del eje del motor, creando pequeños arcos voltaicos entre las bolas o rodillos y los caminos de rodadura del rodamiento, aumentando el desgaste por electro erosión, cuando la magnitud de dichas corrientes es muy elevada pueden fundir las pistas de los rodamientos, se denominan corrientes de arco de alta frecuencia. Estos arcos voltaicos generan ondas de radio en un espectro de frecuencias de banda muy ancha con rangos de frecuencias que van desde pocos KHz hasta varios GHz. La intensidad de corriente de AF que circula por los rodamientos desde el eje del motor hacia la masa crea pulsos intermitentes de corriente que pueden ser analizados y medidos con objeto de evaluar si su magnitud es suficiente como para destruir el rodamiento en poco tiempo, y corregir dicha anomalía si su magnitud es elevada. Del mismo modo las ondas de radio que producen estos pulsos de corriente pueden ser evaluadas para conocer su magnitud y con qué frecuencia suceden, una tasa de repetición baja no necesita corrección si la magnitud analizada es baja, por el contrario, si la tasa de repetición es alta o la magnitud es elevada, se debe solucionar dicho problema. Desconocer o ignorar estos fenómenos conduce a una avería segura del motor en muy poco tiempo, en ocasiones hemos constatado tiempos de una semana para producir la avería en un motor nuevo recién instalado, aunque frecuentemente se producen averías por esta causa en menos de dos años, o tres como máximo. 

 

 

      Se puede pensar que la solución al problema de electro erosión en los rodamientos es montar rodamientos aislantes, esta no es una solución definitiva, pues hemos verificado y medido en numerosos casos en motores de distinta potencia accionados por VFs que siempre se produce electro erosión y averías por este motivo en todos los motores grandes que tenían montados rodamientos aislantes. El motivo es porque las tensiones de AF generadas por los variadores de frecuencia, que alimentan al devanado del motor, tienen magnitudes cercanas a 1500 V, y en ocasiones superan los 2000 V, por lo que se inducen en el rotor de los motores tensiones que superan el aislamiento de los rodamientos aislados que es de 500 V, por lo tanto los rodamientos aislados solo retrasan la aparición de la avería, pero no solucionan el problema.       

      La otra alternativa para el problema de electro erosión de rodamientos consiste en montar arillos con escobillas rozando en el eje del motor para derivar solo parte de la corriente que circula por el rodamiento a masa, esta alternativa tiene el problema del desgaste de la escobilla y necesita un mantenimiento constante, que en ocasiones no es posible realizar, en otras ocasiones no se puede montar los arillos por falta de espacio entre el eje del motor y la bomba o máquina acoplada a éste, en ambientes hostiles alrededor del motor puede existir polvo u otras sustancias por lo que las escobillas se desgastan o hacen contacto deficiente, este sistema solo reduce en parte las consecuencias de la electro erosión, pero tiene carencias y necesita un mantenimiento constante, por lo que no podemos considerar este método como definitivo. Este sistema tiene la "pega" de generar ruido blanco de radiación electromagnética de banda ancha en un amplio espectro de frecuencias que pueden perjudicar las comunicaciones y las medidas de señales sensibles.

      Existen cinco formas de medir las corrientes de arco de alta frecuencia inducidas por los VFs durante su funcionamiento en el eje de los motores eléctricos. La primera consiste en analizar y medir las ondas de radio producidas por las descargas eléctricas de alta frecuencia con la ayuda de antenas biconicas de banda ancha en distintos espectros de frecuencia. La segunda forma de medir este fenómeno se basa en registrar las subidas bruscas de voltaje radiado con ayuda de sondas de campo cercano mediante osciloscopios con filtros selectivos por hardware y analizadores de espectro simultáneamente. La tercera medida se realiza midiendo la intensidad que circula por el eje del motor con la ayuda de sondas de corriente de alta frecuencia más filtros selectivos de paso bajo y paso alto para aislar los armónicos de baja y alta frecuencia que no corresponden a la banda de las corrientes de arco. La cuarta forma de medir se realiza midiendo las tensiones de alta frecuencia presentes en el eje del motor con ayuda de una escobilla de grafito conectada al eje del motor, pero en ocasiones no hay espacio para la conexión por lo que este método resulta útil solo cuando el eje del motor se encuentra despejado. La quinta forma de examinar las corrientes de alta frecuencia inducidas en el eje consiste en medir la corriente que circula por el conductor de puesta a tierra de protección, esta medida solo será de interés parcialmente porque en la mayoría de casos la bancada del motor ya está conectada a masa y por lo tanto el conductor de puesta a tierra canaliza solo parte de la corriente de AF, en el caso de bombas sumergibles esta medida no tienen sentido pues el motor está sumergido en el agua y en contacto con la chapa metálica del entubado del sondeo. Cada una de éstas medidas tiene sus ventajas e inconvenientes, lo único que tienen en común es que el técnico que realiza estas medidas esencialmente debe tener conocimientos y experiencia y además debe realizar al menos dos medidas diferentes en el caso de que el resultado de la medida sea desfavorable. La experiencia nos dice que en caso de realizar dos medidas diferentes con resultado desfavorable, como contraste de resultados conviene realizar una tercera medida diferente a las anteriores, de lo contrario se puede condenar por equivocación el funcionamiento de un motor que en realidad está correcto, por haber realizado solamente una medida, o por error de interpretación por falta de experiencia. Los técnicos que posean conocimientos de radiotecnia o electrónica, pueden pensar que se pueden medir las corrientes inducidas de AF que circulan por los rodamientos de los motores accionados por variadores de frecuencia, mediante un analizador de espectro, teóricamente se podría hacer, pero resulta un error porque se medirían incluso los armónicos de las ondas PWM que produce el variador de frecuencia, dichas corrientes de los armónicos tienen un ancho de banda muy grande, induciendo a errores de interpretación, además, los armónicos de alta frecuencia que producen los VFs generan intermodulación cruzada en un amplio espectro de frecuencias, por lo que se necesitarían filtros de banda de paso y estar familiarizado con estas medidas.

      Montajes Alhama S.L.U. tiene amplia experiencia en estas cuestiones y dispone de toda la instrumentación necesaria para medir y evaluar defectos de esta naturaleza en los motores eléctricos, y ofrecer la única solución que es definitiva y duradera que no necesita mantenimiento, consiste en montar "resonadores vectoriales" diseñados por nuestra empresa. Si no se eliminan estas corrientes, dependiendo de su magnitud también afectaran a las bombas o máquinas que se encuentren conectadas al mismo eje del motor, produciendo desgastes excesivos en sus rodamientos, que desencadenan averías tempranas.

 

 

Análisis de Vibración en los motores

      El análisis de vibraciones en los motores puede ser medido con distintos equipos, por una parte se puede medir vibración directamente con analizadores de vibraciones y la ayuda de sensores de aceleración, en pozos profundos estas señales se recogen directamente de la tubería con equipos especialmente diseñados para este fin. Mediante  analizadores especializados se puede identificar defectos eléctricos en el campo electromagnético del devanado de un motor, o de su rotor. Gracias al equipo de análisis de vibraciones modelo E.L.M. 20-1 y el analizador de SFRA modelo E.L.M. 1G-2 ambos desarrollados por Montajes Alhama S.L.U. podemos registrar e identificar toda clase de anomalías y señales que producen los motores y su parte hidráulica, por ejemplo medida de barras rotas en la jaula del rotor de un motor eléctrico, este tipo de avería es muy difícil de diagnosticar y produce toda clase de problemas, sobre todo desequilibrio del rotor y problemas eléctricos que van desde arranques dificultosos de los motores, y en otras ocasiones el motor no arranca, o cuando lo hace tiene mayor consumo de corriente que el máximo nominal,  mayores consumos de energía eléctrica que no devuelven trabajo alguno, dicha energía perdida es convertida en calor extra por el devanado del motor, que puede reducir sustancialmente el aislamiento del mismo, llegando a la falla en poco tiempo. Mediante el análisis de vibración podemos anticiparnos para realizar las correcciones necesarias antes de que el motor o máquina llegue a producir una avería.

 

 

 

Rendimiento eléctrico y mecanico

      Con la base de un nuevo algoritmo matemático desarrollado por Montajes Alhama S.L.U., del que podemos extraer información de los motores en funcionamiento sin interrumpir su operación, hemos concebido un nuevo equipo de análisis y sensores para verificar el rendimiento "real" de los motores eléctricos, independientemente de la velocidad de giro y de la potencia de los mismos, con el que podemos averiguar exactamente la potencia mecánica que transmite el eje del motor, el rendimiento mecánico exacto, y la velocidad de giro exacta del eje, todo ello se verifica sin tener cerca el motor, como por ejemplo en el caso de una electrobomba sumergible. Con los datos registrados podemos conocer el rendimiento exacto del motor eléctrico y de la parte mecánica que es accionada por el motor, con esta información podemos conocer el punto de rendimiento de la bomba, y también si se puede mejorar.  

 

Problemas recurrentes en bombas sumergibles y otros tipos de bombas

      La selección de electrobombas con características inapropiadas o de baja calidad para los bombeos, especialmente en pozos profundos, producen una serie de deficiencias como arranque dificultoso por falta de par en el eje del motor eléctrico, sobre todo cuando se produce una pequeña caída de tensión durante los arranques. Dependiendo de la hora del día, las líneas de alta tensión pueden llevar mayor carga y por este motivo puede producirse una caída de tensión adicional en el C.T. (centro de transformación) de nuestra instalación, aunque ésta sea pequeña. Hemos verificado que en estas condiciones los motores que ya tienen dificultad para arrancar, no arrancaran, ello es debido en la mayoría de casos a la baja calidad de diseño del motor eléctrico, o por repetidas reparaciones donde no se ha evaluado correctamente la calidad residual de la chapa magnética del estator del motor y del rotor. 

      Cuando se realizan cambios en los bombeos, dichos cambios deben ser analizados previamente por un profesional especialista antes de proceder. Las bobinas de los motores eléctricos que accionan las electrobombas sumergibles, sus devanados tienen una determinada inductancia que en el momento del arranque es superior a la de funcionamiento debido a que el campo magnético giratorio "barre" al eje del motor cuando éste se encuentra parado, a razón de la frecuencia que tiene la red, para el caso es de 50 Hz. En un motor que se encuentra conectado a pocos metros del transformador esto provoca una carga de 7,2 veces la corriente nominal del motor para una frecuencia de 50 Hz, a mayor longitud produce una carga típica en el arranque de alrededor de 6 veces la corriente nominal. El pozos profundos se ha de tener en cuenta la inductancia de los conductores eléctricos que llegan al motor para alimentarlo, con ello la carga del motor será mucho menor y la caída de tensión mucho mayor, por lo cual al eje del motor puede faltarle par para el momento del arranque debido a la caída de tensión. Se ha de tener en cuenta que, para reducir la caída de tensión en los conductores, los mismos deben presentar una inductancia lo más baja posible, esto se obtiene agrupando los conductores lo máximo posible en la bajada al motor. En motores en los cuales el arranque es "critico", no agrupar los conductores en el montaje puede generar mayor inductancia que produce una caida de tensión superior y provocar que el eje del motor no termine de acelerar por la falta de par.

      Otro problema frecuente es el calentamiento excesivo del estator del motor eléctrico causado por la saturación magnética de la chapa que forma el alojamiento del devanado. Este problema tiene su origen en una carga mecánica excesiva producida por la bomba sobre el motor eléctrico, en la mayor parte de casos que hemos analizado ésto sucede porque la bomba se encuentra trabajando "fuera de curva" para la potencia eléctrica del motor acoplado a la misma, y en otros casos porque se ha cometido un error en el cálculo de las pérdidas de carga totales de las tuberías, y por lo tanto la bomba eleva mayor caudal que el previsto, traduciéndose en un consumo mayor que la potencia máxima del motor, calentándose en exceso el devanado, por lo que el aislamiento pierde sus propiedades en poco tiempo, y acaba en falla prematura. Cuando se instalan las electrobombas nuevas  todas las etapas impulsoras de la parte hidráulica vienen de fábrica con discos centrífugos a la medida de mayor diámetro. Si es preciso el instalador debe "verificar" en las hojas de características la "curva de funcionamiento" que corresponde al caudal y la presión que resulta de montar la electrobomba sin recortar los discos centrífugos, o en su defecto se debe haber revisado dichas características y pedir al fabricante de la electrobomba el mismo modelo, pero con el recorte de diámetro de los discos impulsores ya realizado, a esto se le denomina modelo (0) sin recortar, modelo (R) con un recorte de 0,5 milímetros en el diámetro, y (R1) con un recorte de 1 milímetro en el diámetro de los discos impulsores. De éste modo se ajusta el caudal y la presión para que la electrobomba trabaje en la curva de rendimiento de acuerdo con las características del pozo y la potencia del motor. Si no se realiza previamente este ajuste es posible que la electrobomba eleve mayor caudal a consta de mayor consumo de corriente. En muchas ocasiones un consumo mayor de corriente se identifica erróneamente con el caudal elevado que es superior, pero desatendiendo las condiciones de funcionamiento del motor eléctrico, un motor sobrecargado tendrá una duración menor a causa de la temperatura superior que se desarrolla en el interior del devanado eléctrico, produciéndose la falla temprana del aislamiento.  

      Cuando se cambia el accionamiento eléctrico del motor de una electrobomba, se debe estudiar previamente las consecuencias que ello conlleva. En efecto, si el cambio consiste en cambiar un arranque efectuado con contactores por un arrancador suave, el montaje eléctrico nuevo debe contemplar todos los elementos auxiliares del arrancador suave, como fusibles ultra rápidos para protección de los semiconductores de potencia del arrancador, inductor de clase D para reducir las elevadas corrientes de conmutación que se producen durante la fase de aceleración o deceleración del motor, estas corrientes de elevada magnitud suelen ser de 4 o 5 veces X la corriente nominal máxima del motor, y tienen una forma de onda no senoidal que afecta al motor y a la instalación negativamente, especialmente a los transformadores del centro de transformación y al resto de la instalación, las sobre corrientes de arranque no senoidales con alta cadencia de repetición pueden producir rotura de barras en la jaula del rotor. Otro problema que producen los arrancadores suaves es el disparo de las protecciones diferenciales contra defectos del aislamiento, cuando dichos diferenciales no son de clase B, la causa de los disparos fortuitos es porque los diferenciales normales de clase A o AC son fabricados para funcionar con tensiones y corrientes que tienen formas de onda senoidal, las formas de onda no senoidal que producen los arrancadores suaves durante los arranques y paradas del motor son vistas por los diferenciales normales como defectos del aislamiento, produciendo el disparo, lo que se suele hacer en estos casos es ajustar un umbral de corriente de defecto superior, esto es un error, pues si se presenta el defecto en un conductor de la acometida al motor, la protección no disparara y el consumo del motor se desequilibrara produciendo mayor carga o potencia perdida. Dependiendo de la magnitud de desequilibrio en las fases del motor, el mismo se quemara por consumo elevado en una de las fases sin que dispare el diferencial.

      En el caso de cambio del accionamiento para instalar un variador de frecuencia donde antes existían contactores o arrancador suave, en estos casos el cambio debe ser estudiado al detalle por especialistas, nunca se deben instalar variadores de frecuencia para motores de cierta potencia sin conocer sus consecuencias. Los variadores de frecuencia inducen grandes voltajes de alta frecuencia en el rotor del motor, ello sucede porque todos los variadores de frecuencia funcionan generando pulsos de CC (Corriente Continua) de corta duración a frecuencias elevadas en el rango de varios KHz (Kilo Hercios), 1 KHz = 1000 Hz/segundo, a este funcionamiento se le denomina modulación PWM (Pulse Width Modulation) o modulación del voltaje de CC por ancho de pulso. Los semiconductores de potencia de los variadores (transistores IGBT) empleados para alimentar el devanado del motor, conmutan los voltajes con tiempos de conexión y desconexión de 0,2-0,3 µS (micro segundos), 1 µS = 0,000001 segundos, en comparación con la forma de onda de la red de suministro eléctrico que tarda 5 mS = 0,005 segundos en alcanzar el voltaje máximo en cada semi periodo, con todo esto tenemos que las conmutaciones PWM suceden de éste modo 0,005 S / 0,2 µS = 25.000 veces más rápido que la onda senoidal de la red, esto supone un estrés dieléctrico muy severo para los aislamientos del motor. Además, en las transiciones de voltaje que realizan los transistores IGBT de los variadores, se producen sobretensiones de conmutación adicionales que se suman a la tensión de salida del variador, para el caso de un motor que funcione por ejemplo a 400 V AC son de 400 X V2 = 400 X 1,4141 = 566 V CC en la salida del variador, más las sobretensiones, normalmente el valor es de 720 V CC en el semiciclo positivo más otros 720 V CC en el semiciclo negativo, con esto tenemos que a cada fase del devanado eléctrico del motor llegan 1480 V CC como mínimo , Como se podrá comprender, los motores fabricados para funcionar con tensiones de 400 V AC a 50 Hz, no soportaran de forma indefinida semejante voltaje, es por esta causa que cuando se le instala un variador de frecuencia a un motor con cierta edad, el cual no tiene sus aislamientos en el mejor estado, éste falla al poco tiempo a causa de defecto de aislamiento por haber montado un variador de frecuencia a ciegas sin los materiales complementaros. Resumimos este apartado indicando que la instalación de variadores de frecuencia para motores eléctricos necesita obligatoriamente componentes eléctricos esenciales, que en la mayoría de casos no se instalan con el variador por economía, por falta de espacio en los armarios existentes, o por desconocimiento del daño que produce la ausencia de dichos componentes. El lector interesado puede ampliar esta importante información visitando el apartado MANTENIMIENTO ELECTRICO/ Variadores de frecuencia, de nuestra página WEB.

      Cuando se realizan grandes cambios en los bombeos de pozos profundos sobre todo a partir de 300 KW de potencia en la bomba, se debe seguir el criterio correcto de montar nuevos motores que funcionan con tensiones de mayor voltaje, por ejemplo 1000 V, con esta solución los conductores eléctricos de acometida al motor se pueden montar con menos de la mitad de sección para conducir la misma potencia, ahorrándonos más del 50% del coste de los cables, lógicamente el bobinado del motor ha de realizarse para funcionar a 1000 V, el mayor voltaje de funcionamiento del motor no supone incremento alguno en el coste del motor. El cambio a voltajes superiores garantiza que el motor arranque mejor, y que las caídas de tensión producidas en los conductores de acometida al motor sean poco significativas por lo que se ahorra una buena parte de consumo eléctrico que antes se desperdiciaba por la caída de tensión producida en la acometida, que solo calienta los cables, consumiendo energía extra por efecto "Joule" que no produce trabajo. En el transformador igualmente ha de rebobinarse el devanado del lado de B.T. (Baja Tensión) para obtener la tensión seleccionada, este cambio supone un pequeño coste económico que será recuperado en poco tiempo por el mayor rendimiento eléctrico del motor y menores perdidas en la acometida. En estos casos se logra mayor velocidad de giro de la bomba que se convierte en mayor caudal de agua elevada. El profesional responsable es quien debe aconsejar este tipo de cambios en beneficio de la instalación de bombeo.

 

Arranques problemáticos de bombas sumergibles de gran potencia. 

      Las bombas sumergibles que montan motores eléctricos de potencia mayor que 300 KW, equivalente a 400 CV de potencia son muy problemáticos de arrancar cuando la tensión de suministro es de 400 V nominal. para estos casos se ha de disponer de un transformador de potencia doble de la potencia del motor eléctrico de la bomba por muchas razones técnicas que ahora no son objeto de esta información, pero que las resumimos de forma aclaratoria. La primera es porque el motor debe arrancar en directo, con ello la corriente de inserción es de 5 a 7,2 veces mayor que la corriente máxima nominal del motor, esta corriente no podrá ser suministrada por un transformador cuya potencia nominal sea cercana a la nominal del motor, no obstante, un transformador del doble de potencia si puede suministrar dicha corriente, aunque se produzca alguna caída de tensión en el mismo. Preferiblemente la tensión nominal para arrancar motores de potencia superior a 400 CV debe ser de 1.000 V con lo cual la corriente de arranque es mucho menor y el motor arrancara sin problemas incluso en arranque directo. Puede darse el caso de que la distancia hasta el motor en pozos profundos sea muy grande, con lo que, en ocasiones si las líneas de AT que llegan al centro de transformación se encuentran con carga, la tensión será inferior y posiblemente dependiendo de la hora del día un motor de gran potencia no arrancara, por el contrario, en las horas nocturnas a partir de las 00 horas, si arrancaría porque existe menor caída de tensión. Hasta ahora esta información es fruto de nuestra experiencia, pero existen detalles técnicos por los cuales sin entrar en cálculos los motores de potencia superior a 400 CV de tensión nominal a 400 V son muy problemáticos de arrancar incluso en condiciones favorables. Para los casos de referencia explicados, cuando sucedan arranques infructuosos se puede probar a arrancar el motor con la batería de condensadores para compensación de energía reactiva  funcionando en toda su escala de potencia, esta maniobra mejorara la caída de tensión en bombas que se encuentran al límite de todas sus posibilidades, nos referimos a la potencia disponible del transformador, la longitud de acometida a la bomba, la potencia del motor, y el tipo de arranque, funcionando todo ello al límite Con una tensión superior en un 10 % a la tensión nominal cuando la instalación se encuentra en vacío, o sea con la bomba parada, en la mayoría de ocasiones con esta sobre tensión se logra arrancar el motor, ello sucede gracias a la tensión extra que llega al motor, con lo cual el eje del motor dispondrá de par suficiente para acelerar. Cuando los motores eléctricos son alimentados, en el momento del arranque el par disponible es muy bajo, es cuando el eje alcanza su velocidad nominal de trabajo cuando se dispone del par nominal en el mismo. Es cierto que con la ayuda de un variador de frecuencia esto no sucedería, pero en la mayoría de ocasiones no se dispone de dicho aparato en la instalación, un variador de frecuencia logra proporcionar el par nominal al eje del motor desde cero rpm. con lo cual el eje acelerara sin consumir gran potencia, por lo general la potencia que consume un motor, o mejor dicho una bomba con arranque "duro" cuando es acelerada con un variador de frecuencia, rara vez alcanza una intensidad superior a la nominal. Por el contrario, con el arranque directo, dependiendo de la distancia al transformador, en el arranque se puede absorber una corriente de hasta 7,2 veces la intensidad máxima nominal del motor.

      Los variadores de frecuencia, los arrancadores suaves y los motores eléctricos de baja calidad, producen armónicos eléctricos impares múltiplos de la frecuencia de red. En los variadores de frecuencia para el accionamiento de motores eléctricos se produce el armónicos 5º a causa de que se rectifica la corriente trifásica de la red con un rectificador de 6 pulsos, o sea, cada fase de la red dispone de dos diodos rectificadores en el interior de los variadores. También se generan armónicos impares de orden superior, 7º, 9º 11º, etc. de menor magnitud. Los arrancadores suaves igualmente producen armónicos de corriente de elevada magnitud durante la fase de aceleración y deceleración del motor, a los cuales no se les da suficiente importancia, ya que se supone que los tiempos para acelerar y desacelerar el motor son breves, pero en este tiempo producen corrientes armónicas lo suficientemente elevadas como para dañar el rotor del motor, o provocar resonancia eléctrica en los condensadores que se emplean para la corrección de la energía reactiva, ésta resonancia desaparece cuando termina la fase de aceleración o deceleración del motor. La reactancia capacitiva Xc de un condensador, esto es, la resistencia a la corriente alterna del condensador, es inversamente proporcional a la frecuencia que lo alimenta, por ejemplo, los condensadores para compensar energía reactiva son fabricados para trabajar a la frecuencia de la red de suministro eléctrico que es de 50 o 60 Hz, si la frecuencia del quinto armónico alimentase el condensador, el mismo consumirá cinco veces más intensidad destruyendo el condensador, pues la corriente sería cinco o seis veces superior que la de diseño del condensador para 50 o 60 Hz. Esto sucede cuando los arrancadores suaves aceleran el motor. Los rotores de los motores eléctricos de baja calidad de fabricación no están diseñados para soportar corrientes armónicas, por esta causa cuando el motor se encuentra en funcionamiento el devanado del estator tiene un consumo normal, pero en el eje del motor se producen corrientes anormalmente elevadas debido a la inducción magnética de los armónicos en el eje. Las intensidades de corriente elevada en el rotor de un motor eléctrico puede producir la rotura de las barras de la jaula del rotor, generando mayor consumo del motor y mayor temperatura que merman las propiedades del aislamiento eléctrico del devanado. Resumimos este apartado concluyendo que las baterías para la corrección de la energía reactiva son las principales "victimas" de los armónicos eléctricos que producen los variadores, arrancadores, y motores de baja calidad de fabricación. Todos estos problemas de irregularidades en la alimentación surgen porque a los accionamientos electrónicos como variadores de frecuencia y arrancadores suaves, no se les instala ningún tipo de filtrado contra los armónicos, o en el mejor de los casos el filtrado es de clase A o B, para cubrir expediente, o sea, menos de 6 dB/octava de filtrado, por el contrario, el nivel mínimo necesario que debe filtrarse es de 18 dB/octava, lo anterior solo obedece a criterios de ahorro donde lo único que se busca es el máximo rendimiento económico en el montaje, en perjuicio del rendimiento eléctrico y del buen funcionamiento de la instalación. El lector interesado puede ampliar esta información visitando el apartado (MANTENIMIENTO ELECTRICO/Baterías de condensadores), de nuestra página WEB, o pinchar abajo en el enlace Baterías de condensadores en el apartado de Medios técnicos.

      Si nos estamos preguntando cual es la duración del motor eléctrico de una electrobomba, su duración alcanza 15 años o más, cambiando solamente los rodamientos del eje del motor. La duración de la parte bomba depende de la calidad del agua elevada, la temperatura de la misma, y de la calidad de construcción de las etapas impulsoras, como regla general la parte hidráulica dura menos que la parte motor, aunque en algunos pozos de nuestros clientes la duración del conjunto motor y bomba alcanza más de 18 años, antes de la reparación, donde se rectifica la bomba y se cambian los rodamientos del motor.

      Tradicionalmente se piensa que una electrobomba sumergible se repara o cambia solo cuando se avería, por lo que se deja funcionando sin atención ni mantenimiento hasta que se produce la rotura de ésta, este proceder no es correcto por el elevado riesgo implícito que puede acarrear. Si no se dispone de otra electrobomba igual, el regadío, el embalsamiento, o la elevación, quedaran desatendidos hasta que se solucione el problema. Lo lógico sería tener un plan de mantenimiento y preparar una actuación programada cuando la electrobomba trabaja menos, evitando sorpresas por averías inesperadas que generan pérdidas de producción.

 

 

Control Remoto Telecontrol y Telemedida

      El registró y envió de toda clase parámetros de una estación de bombeo mediante las nuevas tecnologías de comunicaciones, reducen los tiempos de respuesta frente a una anomalía de funcionamiento, a la misma vez que se puede preparar un plan de actuación antes de parar la instalación de bombeo. Montajes Alhama S.L.U. es especialista en la transmisión y telemetría de los parámetros de funcionamiento de las instalaciones de bombeo y el desarrollo de páginas WEB y APP personalizadas para el control total de las instalaciones hidráulicas de bombeo, elevadoras, almacenamiento y embalse, y tratamiento de aguas.

 

Eficiencia de una bomba

      Es esencial que la eficiencia de un bombeo sea la máxima posibles en relación con el coste de la energía que se consume para producir un trabajo determinado, por ejemplo, elevar un metro cubico de agua a una determinada altura manométrica, a esto se le conoce como rendimiento energético, el cual se expresa en tanto por ciento, y debe ser el máximo que una mecánica accionada por un motor eléctrico pueda proporcionar. El rendimiento puede ser calculado a partir de los datos de volumen elevado y de potencia consumida, las unidades estándar de cálculo son el CV (caballo de potencia eléctrica = 736 W) y el peso del volumen elevado en Kilogramos. Un CV de potencia eléctrica equivale a elevar 75 Kgr. a una altura de 1 metro en el tiempo de 1 segundo, según esta regla de cálculo por ejemplo, elevar el mismo peso a la altura de 2 metros en un segundo equivale a una potencia de 2 CV. Una vez determinadas las bases de cálculo para obtener el rendimiento podemos considerar la altura como la suma de todas las presiones de pérdidas que se producen en las tuberías más la altura manométrica desde el punto de aspiración al punto de salida de la tubería. Las pérdidas en las tuberías pueden ser calculadas por tablas, o verificada mediante un manómetro que mida la presión cuando la instalación se encuentra funcionando, este último método es el mejor pues se miden a la misma vez la altura manométrica y la presión adicional que producen las perdidas por rozamiento en las tuberías. En caso de pozos debemos conocer además la profundidad sobre el terreno del líquido elevado cuando la instalación está funcionando y las pérdidas de la tubería de elevación traducidas a Bares. Mayor velocidad del líquido bombeado significa mayores pérdidas para un mismo diámetro de tubería, esto no quiere decir que podamos conducir cualquier caudal por un determinado diámetro de tubería, pues debemos de considerar que las pérdidas que se producen en la tubería sean aceptables para ese caudal dentro de unos márgenes razonables, así, cuanto mayor es el diámetro de la tubería menores son las perdidas pero mayor es el coste de la instalación. Por el contrario si la tubería produce perdidas elevadas esto no significa que ahorremos en la instalación por haber instalado una tubería de menor diametro, sino que dichas perdidas producirán con el tiempo un coste mayor que el supuesto ahorro en instalaciones. 

      En una electrobomba centrifuga la potencia máxima absorbida por el motor eléctrico no significa el máximo rendimiento, ni tampoco equivale al máximo caudal bombeado. Por estos motivos es esencial analizar cuidadosamente todos los parámetros antes de seleccionar el equipo de bombeo adecuado para garantizar el mejor ratio posible, respecto al coste de la energía necesaria para bombear el caudal previsto. Como ejemplo puede observar en el grafico siguiente donde la potencia máxima consumida por el motor eléctrico no cincide con el máximo rendimiento que puede obtener la bomba.

 

      Veamos el siguiente ejemplo, como punto de partida tenemos que, 1 CV de potencia equivale a elevar 75 Kgr de peso, a la altura de 1 metro, en un tiempo de 1 segundo, y que 1 CV de potencia eléctrica equivale a 0,736 KW. Por lo tanto, una bomba eleva un volumen de agua de 10 m3 a una altura de 100 metros incluidas las pérdidas de carga de las tuberías, en un tiempo de 1 hora, con estos datos de partida el peso del agua dividido entre 75 Kgr. es 10.000 Kgr./75 = 133,33 veces los 75 Kgr., dicho peso es elevado a 100 metros de altura por lo tanto la cifra de peso multiplicada por la altura equivale a 133,33 X 100 = 13.333, como el tiempo empleado para elevar este volumen no es 1 segundo sino 3.600 segundos, la cifra obtenida debe ser dividida por el tiempo empleado para elevación, o sea, 13.333 / 3.600 = 3,7 CV de potencia del motor eléctrico, expresado en KW, 1 CV = 736 W, y los 3,7 CV equivalen a 3,7 CV X (0,736 KW/CV) = 2,72 KW. La energía eléctrica consumida por la bomba en una hora ha sido 3,2 KW/H, entonces el rendimiento energético de la bomba es de 2,7 KW / 3,5 KW/H = 0,77 lo que es igual al 77 %, resultando un rendimiento muy bueno.

      Se ha de tener en cuenta, que un motor eléctrico empleado para accionar una bomba tiene un rendimiento energético medio del 90 % como consecuencia de la suma de todas las perdidas que se producen en el accionamiento eléctrico, en la acometida eléctrica, en el motor, y en el transformador de potencia si éste existe en la instalación, y que una bomba bien calculada trabaja con un rendimiento total de la instalación del 75 % incluido el rendimiento del motor. Por lo tanto, a partir de estos datos también podemos calcular si una bomba trabaja adecuadamente, veamos el siguiente ejemplo, un motor eléctrico de 150 KW de potencia nominal que acciona una bomba tiene un consumo neto de 135 KW/H cuando está funcionando la bomba con su caudal nominal, para conocer el rendimiento de dicha bomba tenemos que, eleva un volumen de agua de 200 m3/hora a una altura total incluidas las perdidas de carga que se producen en las tuberías equivalente a 140 metros. La bomba consumiendo 135 KW debería elevar un peso total de agua de 135 KW / 736 W/CV = 183,42 X 75 Kgr. X 0,9 rendimiento del motor X 0,75 rendimiento de la parte hidráulica = 9.285,83 litros de agua por segundo, dividido por la altura = 9.285,83 / 140 metros = 66,33 litros por segundo, por 3.600 segundos = 238,78 m3/ Hora. Con esto tenemos un rendimiento de, 200 m3 elevados / 238,78 m3 calculados = 0,837, siendo inferior al rendimiento óptimo calculado, que se queda en 75 % (objetivo calculado) X 0,837 = 62,77 %. Tratándose del caudal calculado en el ejemplo, el rendimiento obtenido debería ser mayor para esta instalación, pues se trata de una perdida de rendimiento de: 75 % - 62,77 % = 12,23 %. En estos casos el mejor método para mejorar el rendimiento cosiste en cambiar el tipo de bomba por otra con mayor rendimiento para dicho caudal, o si se puede, reducir el caudal para producir menores perdidas en las tuberías a costa de hacer funcionar la instalación mayor tiempo, lógicamente este cambio solo se puede realizar si se cambia la bomba por otra de menor caudal. La variación de la velocidad de giro de la bomba mediante el empleo de variadores de frecuencia no mejora el rendimiento general, pues en caso de reducir la velocidad de giro del motor solo se consigue elevar menor caudal a costa de peor rendimiento.

      En el caso de pozos profundos, es esencial seleccionar una bomba que trabaje en la zona más elevada posible de su curva de rendimiento, previamente se deben calcular todas las pérdidas de todos los tipos de tuberías empleados en el bombeo, perdidas en las curvas, codos, valvulas, más la presión que ejerce la altura manométrica desde el punto de aspiración de la bomba hasta la salida de la tubería, todo ello traducido a Bares de presión con objeto de contrastar este dato con la curva de rendimiento de la bomba para un determinado caudal. Del mismo modo cuando se realizan cambios en una instalación de bombeo existente se deben considerar todos los datos de la instalación para no cometer errores que perjudiquen el rendimiento original de la instalación de bombeo.

      La eficiencia hidráulica máxima de una bomba se puede obtener cuando el motor eléctrico consume la menor energía posible para un mismo caudal, o cuando con el mismo consumo de energía se logra bombear el máximo caudal posible. Esto solo se puede conseguir calculando todas las pérdidas de carga en las tuberías para un determinado caudal con el mínimo error posible, más la suma de la altura manométrica de elevación, y seleccionando la bomba que mejor rendimiento hidráulico ofrece para elevar ese caudal a la altura requerida.

 

Médios tecnicos

      Montajes Alhama S.L.U. dispone de los equipos más avanzados existentes para realizar diagnósticos y análisis de toda clase de parámetros eléctricos y mecánicos en instalaciones de bombeo, igualmente desarrollamos equipos de análisis de alta tecnología para verificar el funcionamiento de los motores y de la parte hidráulica en funcionamiento, como el "Analizador de SFRA", y el "Analizador de Vibración". El lector interesado en estos temas puede ampliar esta información visitando el apartado "I+D Analizadores" de nuestra página WEB para comprender las amplias capacidades de análisis que estos equipos ofrecen, así como el "Plan de mantenimiento de motores", "Variadores de Frecuéncia e Inversores fotovoltaicos", "Baterías de condensadores", "Rodamientos y electroerosión", y "Resonadores vectoriales", tambien pueden pinchar en los siguientes enlaces:

Analizador de vibraciones /proyectos-realizados-por-instalaciones-y-montajes

Analizador SFRA /sfra-analisi-de-respuesta-en-barrido-de-frecuencia

Plan de mantenimiento de motores /mant-motores

Variadores de Frecuéncia /variadores-de-frecuencia

Baterias de condensadores /baterias-de-condensadores

Rodamientos y electro erosión /rpdamientos

Resonadores vectoriales /resonador-vectorial-2

 

Oferta de trabajos, mantenimiento, y verificación en estaciones de bombeo

Rendimiento eléctrico y mecanico del bombeo

Análisis de consumo eléctrico versus rendimiento

Análisis y control del proceso natural de electrolisis

Calidad de la alimentación eléctrica

Eliminación de las corrientes de arco "EDM" que fluyen a través de los rodamientos de los motores

Verificación de las condiciones de instalaciones con variador de frecuencia, arrancador suave, arranque directo, etc.

Estudio y análisis del estado del agua y del sondeo

Análisis de vibraciones de la electrobomba

Defectos o problemas de arranque del motor

Reparaciones de la parte eléctrica y mecánica, así como de los accionamientos electrónicos

Revisión de pozos con camaras sumergíbles

Telecontrol y tele medida, desarrollo de páginas de aplicación vía internet para control total del bombeo en tiempo real

Mantenimiento del centro de transformación

Reducción o eliminación de la energía reactiva consumida

Calculo y diseño de instalaciones completas, parciales, o modificaciones