Tutorial para diseñar sistemas con bombas centrífugas (9ª PARTE)

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Curva de rendimiento o característica de la bomba

La curva característica de una bomba muestra la relación entre la presión de descarga y el caudal. Pero no es una forma práctica para describir el rendimiento porque tendríamos que conocer la presión de succión usada para generar la curva.

El uso de motores de corriente continua en aplicaciones críticas

En un nuevo artículo hablamos de los motores de corriente continua y en esta ocasión nos centramos en su utilización en aplicaciones críticas.

El fabricante de motores Crouzer  ha producido un nuevo catálogo de soluciones de alto rendimiento enfocado en los motores de corriente continua. Seguridad y fiabilidad son los principales objetivos del desarrollo. Estas consideraciones son particularmente importantes dado el objetivo de la compañía de centrarse en aplicaciones de sistemas críticos tales como médicas, ferrocarril, aeroespacial e industrial. Los nuevos motores sin escobillas pueden reconocerse por su sección cuadrada de 57 mm y tamaños compactos que ofrecen potencias de salida de 66, 90 y 150 vatios.

Tutorial para diseñar sistemas con bombas centrífugas (7 ª PARTE)

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Ejemplo de cálculo de la fricción de una tubería de acero

Calcular la pérdida de fricción de una tubería de acero 2 1/12” schedule 40 (diámetro de tubería interna 2,469”) con un caudal de 149 gpm para agua a 60 F y longitud de la tubería de 50 ft. La rugorisdad de la tubería es 0,00015 ft y la viscosidad es 1,13 cSt.

Tutorial para diseñar sistemas con bombas centrífugas (6ª PARTE)

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Cómo determinar la altura de fricción

La altura de fricción es la cantidad de pérdida de energía debida a la fricción del fluido moviéndose a través de tuberías y accesorios. Se emplea una fuerza para mover el fluido contra la fricción, de la misma forma que se requiere una fuerza para elevar un peso. La fuerza se ejerce en la misma dirección que el líquido en movimiento. De la misma forma que se calcula la head para elevar un cierto peso, la altura de fricción se calcula como la fuerza requerida para superar la fricción (longitud de la tubería) dividida por el peso del fluido desplazado.

Tutorial para diseñar sistemas con bombas centrífugas (5ª PARTE)

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Antes de dejar la bomba, las partículas del fluido reducen la velocidad a la entrada de la tubería de descarga que será la misma velocidad a través del sistema si el diámetro de la tubería no cambia.

¿Cómo cambia el caudal cuando cambia la elevación del extremo de la tubería de descarga o cuando hay un incremento o decremento en la fricción de la tubería? Estos cambios causan que la presión a la salida de la bomba se incremente cuando el caudal decrece.

Tutorial para diseñar sistemas con bombas centrífugas (4ª PARTE)

Ver 3ª PARTE                                                                                                                                                                                                                                                 

Caudal dependiente de la fricción

Para sistemas idénticos el caudal variará con el tamaño y diámetro de la tubería de descarga. Un sistema con una tubería de descarga que se dimensiona generosamente tendrá un alto caudal. Esto es lo que ocurre cuando se pone una tubería grande en un tanque que se está vaciando, se drena muy rápidamente.

Tutorial para diseñar sistemas con bombas centrífugas (3ª PARTE)

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El caudal depende de la diferencia de elevación o altura estática

Para sistemas idénticos, el caudal variará con la altura estática. Si la tubería y elevación es alta, el caudal será bajo. Si la el extremo de la tubería está alto, el caudal será bajo.

Si la superficie del líquido del tanque de succión está a la misma elevación que el extremo de descarga de la tubería entonces la altura estática será cero y la tasa de caudal será limitada por la fricción en el sistema.

En la siguiente figura el extremo de la tubería de descarga eleva verticalmente hasta que el caudal para, la bomba no puede elevar más el fluido que en este punto y la presión de descarga está a su máximo.

Tutorial para diseñar sistemas con bombas centrífugas (2ª PARTE)

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Energía y altura en los sistemas de bombeo

La energía y la altura son dos términos que a menudo se usan en sistemas de bombeo. Usamos energía para describir el movimiento de los líquidos en sistemas de bombeo porque es más fácil que otros métodos. Hay cuatro formas de energía en los sistemas de bombeo: Presión, elevación, fricción y velocidad.

La presión se produce en el fondeo del depósito debido a que el líquido rellena el contenedor completamente y su peso produce una fuerza que se distribuye sobre una superficie que está presurizada. Este tipo de presión se llama presión estática. La energía de presión es la energía que se acumula cuando las partículas de líquido o gas se mueven entre sí. Un buen ejemplo es un extintor, que contiene líquido y luego es presurizado. Una vez el contenedor se cierra la energía de presión está disponible para su uso posterior.

Tutorial para diseñar sistemas con bombas centrífugas (1ª PARTE)

Volvemos nuevamente a tratar el diseño de sistemas con bombas centrífugas y esta vez nos centramos en explicar con cierto detalle cómo debemos enfocar el diseño de sistemas con bombas centrífugas.

Según nuestra experiencia diaria estos sistemas suelen estar mal diseñados y ello supone  sobre todo un aumento en los consumos energéticos del usuario. En este tutorial vamos a centrarnos en exponer las ideas fundamentales que ayudarán al ingeniero a diseñar el sistema correcto, y como siempre pondremos nuestro mayor énfasis en el ahorro energético que podremos conseguir optimizando el sistema.

Ecuaciones básicas en un intercambiador de calor

Coeficiente de transferencia de calor total

Consideremos la situación en la que el calor se transfiere del lado interior de un fluido, a través de un film sucio, a través de la pared del tubo, a través de otro film de fouling al fluido exterior a una T_o. A_i y A_o son respectivamente las áreas de superficie interior o exterior para transferencia de calor para una longitud dada de tubería. Para un tubo cilíndrico desnudo o plano:

Interfaces de electrónica de potencia avanzada para sistemas de generación distribuida (ver 6ª PARTE)

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Topologías de electrónica de potencia

Las topologías de electrónica de potencia del sistema fotovoltaico pueden categorizarse sobre la base del número de etapas de proceso de energía, la localización de los condensadores de desacoplamiento de energía, utilización de transformadores, y los tipos de comunicaciones de red. Veamos cuales son las clasificaciones básicas basándonos en las fases de salida del inversor.

Interfaces de electrónica de potencia avanzada para sistemas de energía distribuida (5ª PARTE)

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Electrónica y control de potencia generalizado

La forma más generalizada de topología de electrónica de potencia para la aplicación eólica es la conexión rectificador/inversor back-to-back que proporciona el control de flujo de potencia así como una eficiencia incrementada. Un puente IGBT basado en PWM rectifica la potencia de voltaje variable frecuencia variable del generador eólico. El rectificador también suministra la excitación necesaria para el generador de inducción. La topología del inversor es idéntica al del rectificador, y suministra la energía generada a las redes públicas.

Recuperación de calor óptima en un intercambiador kettle

Las unidades de hidroprocesado tales como los hidrotratadores e hidrocrackers, y otras unidades tales como las torres de destilación de vacío visbrakers, crackers catalíticos de fluidos, etc., implican considerable consumo de calor y recuperación de calor subsecuente., implican consumo de calor considerable y recuperación de calor subsiguiente. La recuperación de calor se alcanza principalmente con efluente del reactor, recirculación por bombeoes de fraccionador o vapor de condensado overead, dependiendo del diagrama de flujo del proceso de planta. Invariablemente, este calor se usa para precalentar la alimentación o generar vapor. Algunas recuperaciones tienen lugar en un intercambiador de calor tipo kettle.

Nuevo sistema de supervisión para prevenir la corrosión

En aquellos ambientes industriales en los que la corrosión es un problema las nuevas tecnologías pueden ayudarnos a conseguir grandes ahorros. En este artículo describimos un método innovador de supervisión que colecta datos en tiempo real para evaluar los activos claves.

Cómo las últimas tecnologías mejoran el rendimiento de las bombas

Hace solamente unas décadas, el desarrollo de productos de bombeo se realizaba mediante esquemas y métodos de cálculo simples. La mayoría de los desarrollos se realizaban en 2D CAD, limitando al mínimo las iteraciones. Pero los avances en las tecnologías CAE y CAD y la simulación han avanzado significativamente. Numerosos cambios en la tecnología han permitido avanzar en automatización y herramientas de diseño, por lo que se ha reducido el tiempo necesario en el dibujo y ello ha permitido aumentar en las iteraciones de diseño. El progreso con computadoras más rápidas, herramientas para dinámica de fluido computacional (CFD), análisis estructural, normas y bases de datos, liberaron más tiempo para la optimización del rendimiento de las bombas con respecto a eficiencia y fiabilidad.

Router Ethernet para supervisión remota de estaciones de bombeo de agua

Thames Water es el mayor proporcionador de servicios de agua y aguas subterráneas del Reino Unido, con 14 millones de clientes y 4.500 empleados. Thames Water opera y mantiene 100 plantas de tratamiento de agua, 30 almacenamientos de agua, 288 estaciones de bombeo y 235 embalses de servicio de agua. En la división de aguas residuales, Thames Water opera y mantiene 350 plantas de tratamiento de aguas residuales y 2530 estaciones de bombeo.

Aplicaciones de ethernet en lechos submarinos

Los requerimientos para supervisar lechos submarinos y columnas de agua se han incrementado dramáticamente en los últimos años en la industria petrolífera en ambientes marinos, y su uso se extiende cada vez más a lugares sensibles ambientalmente. Un sistema digital Permanent Oilfield Monitoring (POM) realzará la recuperación de petróleo y reducirá los riesgos de seguridad, operacionales y ambientales.

Interfaces de electrónica de potencia avanzada para sistemas de energía distribuida (4ª PARTE)

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Energía eólica

Las turbinas eólicas convierten la energía cinética del el viento en energía mecánica que puede convertirse en energía eléctrica con un generador. La potencia normalmente es generada vía un generador de inducción o con un generador síncrono. Los generadores síncronos son típicamente interconectados a la red a través de electrónica de potencia. La salida de potencia está típicamente entre 10 kW y 2,5 MW y la energía eólica. La potencia solamente se genera cuando sopla el viento. Como con los sistemas fotovoltaicos, no hay costes de combustibles, pero se requiere mantenimiento periódico de las turbinas eólicas.

Interfaces de electrónica de potencia avanzada para sistemas de energía distribuida (3ª PARTE)

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Topologías de electrónica de potencia en instalaciones fotovoltaicas

Las topologías de electrónica de potencia para los sistemas PV pueden categorizarse en la base del número de etapas de procesado de potencia, la localización de los condensadores de desacoplamiento, utilización de transformadores, y todas las conexiones de red. La clasificación básica basada en el número de fases de salida del inversor es la siguiente:

Interfaces de electrónica de potencia avanzada para sistemas de energía distribuida (2ª PARTE)

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Fotovoltaica

La tecnología fotovoltaica implica convertir energía solar directamente en energía eléctrica por medio de células solares. El principal requerimiento de las interfaces de electrónica de potencia de los sistemas PV es convertir el voltaje DC generado en un AC conveniente para uso por el consumidor y conexión a las redes públicas. Generalmente, la magnitud del voltaje DC de la disposición PV se requiere para impulsar un alto valor usando convertidores DC-DC antes de convertirlos a una AC compatible con las redes públicas.

Interfaces de electrónica de potencia avanzada para sistemas de energía distribuida (1ª PARTE)

Los sistemas de energía distribuida están teniendo un impacto cada vez mayor en el mercado de la energía. Estos sistemas distribuidos (DE) incluyen, pero no están limitados a: Fotovoltaica (PV), eólica, microturbina, células de combustible y motores de combustión interna. Adicionalmente, varios sistemas de almacenamiento de energía tales como baterías y volantes de inercia están bajo consideración como DE aprovechando el exceso de electricidad producida por la mayoría de los generadores eficientes durante los periodos de baja carga. Esta energía obtenida puede liberarse a la red, cuando se necesite, para eliminar la necesidad de generadores de alto coste. La inclusión de almacenamiento en el sistema de generación distribuida actualmente proporciona la gestionabilidad del usuario de sus recursos distribuidos que generalmente son fuentes de energías renovables. El uso de vehículos híbridos junto con la red en forma de vehículos eléctricos híbridos enchufables y sistemas de vehículo a la red son opciones prometedoras para ser incluidas en la clasificación DE. Todas las tecnologías DE requieren capacidades de electrónica de potencia específicas para convertir la potencia generada en potencia útil que pueda ser directamente interconectada con las redes y/o ser usada para aplicaciones del consumidor. Debido a funciones similares de estas interfaces de la electrónica de potencia, el desarrollo de interfaces electrónicas de potencia altamente fiables, de bajo coste, modulares y escalables mejorarán los costes y durabilidad de los sistemas de energía renovable distribuida.

Guía para interconectar sistemas fotovoltaicas en redes de distribución secundarias (3ª PARTE)

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Area Networks

Una característica única de cualquier sistema de distribución de red secundario, comparado Area Networks son un tipo de sistema de distribución de red secundaria que puede servir para todos los clientes eléctricos  (residencial, comercial e industrial). Similar a Spot networks, estas redes tienen alimentadores redundantes.

Guía para interconectar sistemas fotovoltaicos en redes de distribución secundaria (2ª PARTE)

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Sistemas de distribución radial

Los sistemas de distribución radiales (RDS) son el diseño más común de las redes públicas, y son las menos caras de planificar, construir y mantener. Generalmente consisten en una subestación eléctrica (voltajes del orden de los 15 kV) y alimentadores radiales para repartir energía (que pueden tener desde varios a unas docenas de kilómetros, y están conectadas a transformadores que transforman a baja tensión. Usualmente varios cientos o miles de usuarios se conectan a cada una de estas líneas.

Guía para interconectar sistemas fotovoltaicos en redes de distribución secundarias (1ª PARTE)

Ejemplo de diseño de sistema de distribución radial

El autoconsumo fotovoltaico es la nueva estrategia de generación eléctrica que de forma inminente se va a implantar en España. Un nuevo reto aparece para los ingenieros que deseen incursionar en esta apasionante forma de ver la energía. En esta nueva guía vamos a hablar de la forma de interconectar sistemas fotovoltaicos a las redes eléctricas convencionales.

Guía para aprender a proteger sistemas de generación distribuida basados en inversores (4ª PARTE)

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Dispositivos PE

Los dispositivos PE son dispositivos eléctricos individuales que se encienden y apagan de una forma controlada para regular el caudal de electricidad. Hay varios tipos de dispositivos PE con propiedades específicas. Estos incluyen:

Guía para aprender a proteger sistemas de generación distribuida basados en inversores (3ª PARTE)

Corriente de cortocircuito simétrica AC

Ver 2ª PARTE

Para explicar el comportamiento de la corriente de fallo de tal evento, necesitamos resolver la corriente cuando el interruptor está cerrado. Escribiendo una ecuación alrededor del circuito para conseguir la siguiente ecuación:

Guía para aprender a proteger sistemas de generación distribuida basados en inversores (2º PARTE)

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Los relés en los DER

Hay considerables diferencias en el rendimiento bajo fallo entre los tres tipos básicos de DER: máquinas síncronas, máquinas de inducción y fuentes basadas en inversor. Las aplicaciones DER tales como células de combustible, turbinas eólicas, fotovoltaica y microturbinas a menudo requieren inversores para interactuar con la red.

Actualmente, el DER basado en inversor proporciona una contribución mínima al equilibrio de potencia en los sistemas de distribución. Sin embargo, se espera que en los próximos años entren en línea muchas más instalaciones DER. Cuando el nivel de penetración del DER se incrementa, el efecto del DER no se considerará mínimo.

Guía para aprender a proteger sistemas de generación distribuida basados en inversores (1ª PARTE)

Uno de los aspectos más importantes de planificar y operar los sistemas eléctricos es el diseño de los sistemas de protección. Los sistemas de protección están diseñados para detectar y eliminar fallos. Un fallo en un sistema de potencia es una trayectoria de conducción no intencionada (cortocircuito) o bloqueo de corriente (circuito abierto). El fallo de cortocircuito es típicamente el más común y usualmente es el que tiene lugar cuando la mayoría de la gente usa el término cortocircuito.