Definir la potencia del motor eléctrico no siempre puede tener un mismo criterio. Qué factores influyen. Cómo calcularlo.
SITUACIÓN
Seleccionando o replanteando el trabajo de una bomba centrífuga, llega el momento de definir cuál será la potencia del motor eléctrico que la accione; la cuestión esquemáticamente es muy sencilla, la potencia aplicada (motor) debe ser mayor que la absorbida o requerida (bomba). Lo que sucede es que hay muchos factores que intervienen modificando ambos valores. Se suman a estos, criterios que pueden influir en la selección con diferentes resultados.
NADA ES IRRISORIO
A veces datos que suenan irrisorios como 5ºC menos en la temperatura del fluido ó que la bomba opere a 5 mca menos que lo previsto, pueden ser críticos. Con consecuencias inmediatas como “quemar” el motor eléctrico; o a mediano plazo acortando la vida útil del motor. Un motor eléctrico que trabaja 10ºC sobre su temperatura máxima no sufre un daño inmediato pero si reduce su vida útil a la mitad.
FACTORES QUE INFLUYEN
Para determinar la potencia del motor correctamente debemos analizar tanto lo que influye en el trabajo de la bomba y del motor. En ambos casos hay factores que varían considerablemente los resultados, logrando que el motor entregue menos potencia o la bomba requiera más.
VALORES QUE INCIDEN PARA QUE LA BOMBA REQUIERA MÁS POTENCIA
La potencia absorbida o requerida por la bomba además de variar según el punto de operación (caudalaltura) también puede variar según otras condiciones operativas, constructivas o ambientales.
Rango de trabajo (caudal-altura). Debemos conocer la aplicación de la bomba, cómo se la utilizará y qué situaciones serán las que afecten básicamente el punto de operación, sobre todo si este será fijo (un punto de caudal altura) o variable, es decir un rango (varios puntos de caudal y altura).
Recordemos que el rendimiento de la bomba se grafica en una curva, ésta es una línea compuesta por una sucesión de puntos, donde cada punto implica un valor de caudal-presión y a cada uno de ellos corresponde un valor de potencia absorbida. No será lo mismo una bomba que trabaja sobre un sistema simple, por ejemplo elevando agua a un tanque, donde hay una altura constante, trabaja automáticamente y no hay nadie abriendo o cerrando las válvulas. En síntesis pérdida de carga concreta y fija, por ende un punto estable de operación. A contraposición de una bomba que interviene en una línea de proceso, donde puede recibir el fluido a mayor o menor presión, válvulas más abiertas o cerradas, vencer diferentes presiones aguas arriba, etc. Ante esta situación dejaremos de analizar sólo un punto de operación y potencia absorbida, enfocando en todo el rango en que la bomba posiblemente opere, aún en condiciones extremas pero posibles.
Características del fluido. Cuando el fluido se torna más denso o más viscoso requiere de mayor potencia para cumplir el mismo punto de operación. Variaciones de densidad afectan proporcionalmente (ej. Densidad 1.1 implicará 10% más de potencia). De variar considerablemente la viscosidad tendremos mayor potencia requerida y menor rendimiento hidráulico (Recomendamos leer NT en M3h Nº 62). La viscosidad y densidad pueden variar por la composición del fluido, la cantidad y naturaleza de sólidos en suspensión, temperatura, etc.
Básicamente más viscosidad y/o más densidad implicará mayor potencia requerida.
Temperatura del fluido. Al descender la temperatura del fluido la densidad y viscosidad aumentan.
Diámetro del impulsor. Esta dimensión afecta el rendimiento del equipo y directamente a la potencia absorbida. Esto se ve claramente en las curvas. Pero si sucede que estamos trabajando con una bomba sin tener las curvas de rendimiento, a ciegas, debemos tener en claro que mayor diámetro de impulsor (turbina, rodete, rotor, etc.) significará mayor potencia requerida. No es un valor menor ni despreciable, puede haber mucha variación de potencia entre el diámetro mínimo y máximo.
Velocidad de rotación. Afecta de igual manera que con la variación de Ø de impulsor.
Puesta en marcha. Habitualmente la bomba se la dimensiona y calcula para un punto o rango de operación, sucede que hay momentos en que puede estar alejada de esa zona, eso es en la puesta en marcha y parada del equipo. Muchas veces la bomba se la opera focalizado en cómo afecta al proceso. El modo más habitual es arrancar el equipo a válvula (de salida) cerrada y abrirla lentamente con el consecuente incremento gradual en el caudal (y en la potencia). Otras veces acontece lo contrario, mayor caudal-menor presión (máxima potencia absorbida). Este procedimiento puede durar sólo unos minutos pero si durante ese tiempo el motor se ve ampliamente excedido tendremos consecuentes efectos. (Ver abajo Bombas desplazamiento positivo)
By pass. Cuando se utiliza un circuito alternativo la presión puede caer abruptamente, eso implicará que el caudal y la potencia asciendan notoriamente.
VALORES QUE INCIDEN EN LA POTENCIA QUE ENTREGA EL MOTOR ELÉCTRICO
Hasta ahora vimos como la bomba puede requerir más o menos potencia. Pero las condiciones en que opera el motor pueden hacer que la potencia efectiva en su eje se vea reducida.
Temperatura y Altitud. Cuando el motor está expuesto a temperaturas superiores a los 40ºC o en altitudes mayores a los 1000 msnm la densidad del aire es menor, esto provoca que la disipación de calor que debe realizar el motor no se produzca adecuadamente, produciendo pérdidas en su eficiencia. En concreto: menos potencia efectiva en su eje.
Ventilación. La correcta ventilación del motor nos asegura la adecuada disipación del calor, pequeños detalles como: suciedad que pueda obstruir el pasaje del aire; recambio incorrecto del ventilador del motor; que opere mucho tiempo a baja velocidad sin ventilación forzada; etc. Son situaciones que influirán en el rendimiento del motor.
Pérdidas intermedias. Cuando entre el eje del motor y el eje de la bomba, no estén ligados directamente (acople, manguito, cardán, extensión del eje, etc.) y exista algún elemento que transmita la potencia pero modificando la velocidad, los más comunes son polea y correa, reductores de velocidad, o multiplicadores de velocidad, se debe tener en cuenta que solo parte de la potencia disponible en el eje del motor llegará al eje de la bomba. Todos estos elementos tienen pérdidas, por cómo se relacionan y rozan sus piezas.
Factor de Servicio. Este es un valor a favor que podemos tener en cuenta para situaciones donde tengamos recargas momentáneas, siempre y cuando el estado del motor eléctrico sea igual a nuevo y el motor sea el mismo (cuando hay motores de reemplazo-backup-).
El FS de los motores eléctricos se expresa como un multiplicador, para indicar la carga que puede llevar en condiciones nominales de servicio. Significa que el motor puede ser sobrecargado continuamente si el mismo es alimentado a voltaje y frecuencia nominal, sin provocar daños. Por ejemplo un motor con factor de servicio 1.1 puede ser exigido un 10% por sobre su potencia nominal.
BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO o AXIALES
Todos los conceptos detallados anteriormente son válidos e inciden de igual manera (densidad, velocidad de rotación, aspectos que influyen en el rendimiento del motor, etc.) donde tenemos una diferencia en esta familia de bombas (tornillo, engranaje, pistón, lóbulo, etc.) es que la curva de potencia tiene una inclinación inversa a la de las bombas centrífugas. A menor caudal requieren más potencia y mayor caudal menos potencia. Siempre debemos contar con la curva del equipo para poder tomar una decisión en cuanto al motor que utilizaremos.
CRITERIOS
Teniendo en claro los datos arriba detallados, llega el momento de empezar a cerrar los números y llegar a la definición de cuál será la potencia elegida. Sucede que aquí se nos presentan dos criterios diferentes. Uno técnico que busca el mejor desempeño del equipo y el otro que está ligado a lo comercial, cuando los valores de HP empiezan a estar ligados con la unidad que atraviesa todos los sistemas métricos: pesos ($) . Algo parecido a estar en un restaurante y leer el menú por la columna izquierda (platos) o columna derecha (precios). Para que esto sea bien claro tomaremos un ejemplo. (Ver Fig.1 – se adjunta al final de esta Nota)
Ambos caminos son válidos y que dependerá de las circunstancias que la balanza se incline hacia un lado o hacia el otro; lo importante es evaluar los puntos críticos.
Criterio técnico. Asegurar que el equipo sea útil en toda situación es la prioridad, y para ello toma los valores en base a las peores circunstancias (máximo diámetro de impulsor, máxima velocidad, máxima densidad, etc.) y en base al valor resultante en esas condiciones extremas se define la potencia del motor. Dejando la seguridad que en cualquier circunstancia el motor siempre será suficiente.
Criterio comercial. Aquí el ojo está puesto en los valores monetarios y se busca la mayor economía, también es un criterio válido, pero es importante prever que la bomba opere en las condiciones y modos previstos, sin que haya margen de error. Para ello se puede adecuar su funcionamiento utilizando controles para los valores que pueden hacer la diferencia. Por ejemplo mediante: un presóstato; una placa orificio; un termostato; seteo del variador de velocidad; etc.
Siempre tener en cuenta de que no sólo importa el costo inicial de compra de un equipo, si lo barato falla generará muchos gastos, que muchas veces superan un costo inicial alto.
En la mayoría de los casos se busca un equilibrio entre los dos criterios, lo importante es el correcto relevo de los datos y su evaluación.
CALCULO – DEFINIENDO POTENCIA APLICADA (Motor)
Luego de analizar punto (o rango) de operación y todos los parámetros que pueden afectar la potencia que requiere la bomba, se obtiene el valor de potencia absorbida. El motor eléctrico deberá tener una potencia mayor, como regla general podemos tomar un 20% adicional.
La norma ISO 5199 determina entre otros conceptos, la potencia que debe tener el motor. Lo hace con una curva que podemos resumir en estos tres escalones:
| Potencia Absorbida (Bomba) | Potencia Aplicada (Motor) debe ser mayor en un % |
| 0.10 a 4 Kw | + 25 a 38% |
| 4 a 25 Kw | + 15 a 25 % |
| 25 kW a 100 kW | + 10 a 15 % |
Obtenido el resultado debemos tomar la potencia nominal comercial mayor, por ejemplo:
P3 (Absorbida Bomba) = 19.20 kW + 20% = 23 kW. Los motores eléctricos estándar se disponen en potencias cercanas a este valor 22 kW o 30 kW. La mayor será la elegida.
Autor: Sr. Hernán Levy
Publicado en Versión papel Edición Nº 67 Año 12 – Febrero / Marzo 2015.
Registro de propiedad intelectual realizado y vigente.
La reproducción parcial o total está penada por ley Nº11.723.
MÁS INFORMACIÓN
Para profundizar sobre muchos de estos temas expuestos pueden consultar ediciones anteriores de M3h disponibles en nuestra web o también pueden adquirir estos ejemplares en versión papel.
Seguramente esta nota ha aclarado muchas cosas y haya generado nuevas dudas, para ello recuerden que está disponible nuestro CONSULTORIO TÉCNICO gratuito de la revista, ya sea ingresando en nuestra web (www.guiadebombas.com) en la sección contacto y desde el formulario hacernos llegar su consulta o directamente enviando un correo electrónico a consultorio@guiadebombas.com .
CAPACITACIONES M3h
Este como tantos otros temas técnicos son desarrollados en las capacitaciones que brinda M3h, manteniendo un lenguaje claro y sencillo, de manera de que todos puedan incorporar los conceptos y los vean aplicados a su propio trabajo y responsabilidades.
Consulte por grupos cerrados (In Company) capacitacion@guiadebombas.com o al (+54 11 – 47760940).
FIGURA 1 – En este ejemplo vemos en Celeste el punto de operación esperado de la bomba 80 m3/h a 47 mca, la potencia absorbida es de 9kW, por lo que en base al Criterio Comercial (CC) podemos colocar un motor de 11 kW (15HP).
Si por alguna razón la bomba debiera vencer 5 mca menos esa potencia se vería excedida, Ver puntos Rojos 105 m3/h a 42 mca, la potencia absorbida asciende a 15 kW dejando al motor seleccionado en situación crítica.
La solución podría ser aquí una placa orificio o un presóstato que asegure que el motor no trabajará debajo de la presión que no implique mayor potencia que la del motor instalado.
Según el Criterio Técnico (CC) podríamos aplicar un motor de 22 kW teniendo la seguridad de que el motor trabajará sin inconvenientes más allá de variaciones.
Puede descargar esta nota desde aquí
AR