En el panorama actual, las aplicaciones relacionadas al bombeo de agua tienen una alta demanda de energía en el rubro industrial y doméstico ya que representan el 22% del consumo total en el mundo. Los sistemas de presión constante, son los más utilizados en las estaciones de bombeo, ya que permiten un control automático y regulado de la presión en tiempo real. Sin embargo, es normal encontrar bombas sobredimensionadas funcionando mediante métodos externos de control de flujo. Los más convencionales son: estrangulamiento, By-pass y control On-Off. Adicionalmente, estas bombas son arrancadas en directo ocasionando inconvenientes en el sistema y tuberías: deterioro de las tuberías por el golpe de presión en el arranque, factor de potencia bajo (necesidad de incluir banco de condensadores), deterioro del motor, baja eficiencia de consumo de energía. Para evitar estos inconvenientes, se plantea utilizar la tecnología de control por variadores de velocidad y demostrar su desempeño en aplicaciones de presión constante con bombas múltiples, como lo son: el ingreso de bombas de manera secuencial y alternancia de bomba principal para equiparar el tiempo de funcionamiento entre todas. Se implementará un módulo demostrativo con dos modos de control del sistema multibombas: control de motor por bomba principal controlada y auxiliares en directo; y control del motor principal y auxiliares por variadores de velocidad enlazados por comunicación serial. Para cumplir el objetivo se requirió el diseño de un circuito de fuerza y de control, partiendo de los diagramas recomendados el fabricante, para luego pasar a la selección de los equipos a utilizar, luego al seguimiento de la fabricación y cableado; por último se configuró el variador, creando una nueva macro de aplicación que combina los 2 modos de control multibombas. En la fase de pruebas se obtuvo un funcionamiento óptimo del controlador PID, permitiendo una regulación en tiempo real manteniéndonos en el nivel de referencia de presión todo el tiempo; respondió de forma esperada antes los fallos simulados y obedeció los comandos de comunicación serial del variador maestro. Adicionalmente el módulo está disponible para entrenamientos técnicos y en la configuración de variadores de velocidad ABB. / Tesis

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Tese de mestrado integrado. Engenharia Civil (especialização em Hidráulica). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 2010

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / El documento digital no refiere asesor / Manifiesta como aprender y reconocer las principales variables que intervienen en la selección de un equipo de bombeo, así como conocer las herramientas (programas) que ayudan a la selección de los equipos, también detalla las generalidades de la selección de electrobombas y como son utilizadas en los calderos. La mala elección del equipo puede derivar en cavitaciones, un exceso o insuficiente caudal a la caldera ocasionara un mal funcionamiento de esta. Al igual que si no calculamos la presión necesaria. / Trabajo de suficiencia profesional

Orientador: Edilaine Martins Soler / Coorientadora: Maristela Oliveira dos Santos / Banca: Andrea Gonçalves Vianna / Banca: Marcos Mansano Furlan / Resumo: Os sistemas de abastecimento de água são de fundamental importância pois são responsáveis por levar água de qualidade a população. No Brasil, para as empresas de saneamento, o custo da energia elétrica é cobrado de acordo com a hora do dia, sendo o horário compreendido entre as 18h e as 21h chamado de horário de pico, onde a energia elétrica é mais cara. Grande parte dos gastos com energia elétrica nos sistemas de abastecimento de água são atribuídos as bombas hidráulicas, que, no geral, são acionadas quando os níveis dos tanques chegam ao mínimo, permanecendo ligadas até que se atinjam seus níveis máximos, sem levar em consideração o horário em que esta operação é feita. Diante disto, este trabalho propõe um modelo matemático para a otimização energética mais próximo da realidade dos sistemas de abastecimento de água. Testes numéricos foram realizados através da implementação do modelo no software GAMS e resolvido pelo pacote de otimização CPLEX para diferentes instâncias, afim de validar o modelo proposto e a comprovar à eficiência do planejamento da operação das bombas hidráulicas em relação a operação feita na prática nos sistemas de abastecimento de água. / Abstract: Water supply systems are of fundamental importance once they are responsible for providing quality water to the population. In Brazil, for sanitation companies, the cost of electricity is charged according to the period of the day, with the period between 6 and 9 p.m. known as the peak hours, during which electricity is more expensive. The majority of costs with electricity in the water supply systems are due to the hydraulic pumps, which are, usually, activated when tank levels reach the minimum level and then they remain on until their maximum levels are reached, without taking into account the period during which this operation is performed. With this in mind, this study proposes a mathematical model for the electricity usage optimization closer to the reality in water supply systems. Numerical tests were performed through the implementation of the GAMS software model and solved by the CPLEX optimization package for different instances, in order to validate the proposed model and to prove the efficiency of the planning of the operation of hydraulic pumps about the operation made in practice in water supply systems. / Mestre

Geóloga / Como objetivos se busca estimar el potencial de climatización con bombas de calor en sectores residenciales de la Región Metropolitana e indicar dónde se cumplen los aspectos físicos necesarios para su implementación. Por un lado, se analizan los intercambiadores horizontales enterrados aproximadamente a un metro y medio del suelo. Se calcula el área de las tuberías a enterrar, considerando la demanda térmica de calefacción de viviendas con distintas dimensiones y la eficiencia del sistema. Se estima que el área de intercambiadores varía entre el triple a doble de la superficie que se desea climatizar. Junto a esto, se analizan los planes reguladores comunales para obtener las superficies mínimas prediales de las zonas residenciales y ver dónde es probable encontrar espacio para instalar el sistema. Se observa que son las zonas periféricas y el sector nororiente del Gran Santiago los que presentan las condiciones requeridas. Otro tipo de intercambiadores son los verticales abiertos. Para analizar su potencial se calculan los caudales de extracción de agua subterránea típicos en la Cuenca de Santiago y el rendimiento del sistema. Con estos caudales se tiene que las potencias generadas superan con creces las demandas térmicas residenciales. También se estima la profundidad de los intercambiadores considerando los abatimientos generados por la actual extracción de agua en la zona, los cuales no son significativos por la extensa presencia de arenas y grava, y el máximo nivel del agua subterránea en los últimos 30 años, donde se detectan zonas con un descenso sostenido en el último tiempo, que requieren mayor cuidado al determinar la profundidad. La profundidad de los intercambiadores se estima por sobre los 150 metros en las comunas cercanas a la zona apical del Abanico del Maipo, para luego ir disminuyendo radialmente, hacia el norte y el este del abanico, y llegar a 20 metros. Considerando los potenciales generados, aspectos físicos y costos de instalación, los intercambiadores horizontales son recomendados para viviendas unifamiliares y los intercambiadores abiertos para edificaciones mayores como edificios o viviendas distritales. / Este trabajo ha sido financiado por el Centro de Excelencia en Geotermia de Los Andes (CEGA), proyecto FONDAP 15090013

En este trabajo se muestra un estudio del comportamiento dinámico del flujo en bombas centrífugas. Más concretamente, se han realizado medidas experimentales y simulaciones numéricas orientadas a la investigación de la interacción dinámica entre el flujo saliente del rodete y el que se encuentra en la voluta.En el estudio experimental primeramente se han obtenido las características globales de funcionamiento de una bomba centrífuga con dos recortes del rodete. Después, mediante la utilización de transductores piezorresistivos y piezoeléctricos se han obtenido las distribuciones de presión en una posición radial en la voluta cercana a la salida del rodete y las fluctuaciones de presión en esa misma posición. Se ha estudiado la validez de los distintos resultados mediante el correspondiente análisis de incertidumbre.Las simulaciones numéricas se han llevado a cabo utilizando un programa basado en la solución de las ecuaciones de Navier-Stokes por medio de un algoritmo de volúmenes finitos, que define el flujo simultáneamente en rodete y voluta usando una técnica de mallado deslizante. La turbulencia se ha simulado por medio de un modelo k-ε stándar y los efectos de la capa límite a través de una ley de pared logarítmica. Se han realizado simulaciones bidimensionales tanto estacionarias como no estacionarias y además se ha generado un modelo tridimensional.La comparación de los resultados indica una gran aproximación de las simulaciones numéricas a la definición de los distintos fenómenos globales del funcionamiento de una bomba centrífuga. En concreto, el modelo tridimensional muestra resultados muy próximos a los experimentos en lo que se refiere a altura de elevación y eficiencia de la bomba ensayada. El modelo bidimensional también aproxima satisfactoriamente dichas curvas a pesar de sus inherentes limitaciones.Se han obtenido las distribuciones de presión alrededor de la voluta para los dos rodetes tanto numérica como experimentalmente, así como las fluctuaciones de presión, estudiándose principalmente los resultados a la frecuencia de paso de álabe. Los modelos numéricos reflejan correctamente los fenómenos y tendencias observados, aunque no se adaptan a los valores cuantitativos medidos experimentalmente.A partir de los trabajos numérico y experimental realizados se ha llegado a una comprensión más clara sobre cómo es la interacción del flujo entre el rodete y la voluta. También se ha llegado a conclusiones interesantes sobre el efecto que tiene la separación entre el rodete y la lengüeta en los esfuerzos tanto estacionarios como no estacionarios.Finalmente, se plantean posibles ampliaciones del trabajo abordables según se vaya aumentando la potencia de cálculo así como desarrollando de nuevas metodologías de medida. Se prevé que en un futuro próximo las modelizaciones numéricas hayan llegado a un grado de madurez tal que se conviertan en una herramienta imprescindible tanto para el diseño como para el análisis del flujo en bombas centrífugas.

El flujo a través de las tubomáquinas en general y de las bombas centrífugas en particular, presenta componentes no estacionarias, inducidas por distintos tipos de mecanismos, que dan lugar a la excitación de ruido y vibraciones. En el caso de las bombas centrífugas más habituales (con voluta y sin difusor de aletas) destaca el ruido generado a la llamada frecuencia de paso de álabes, como consecuencia de la interacción fluidodinámica entre los álabes y canales del rodete y la voluta, especialmente en la zona de la lengüeta. La magnitud de esta excitación, que es muy dependiente de la geometría y del caudal bombeado, puede resultar excesiva bajo ciertas condiciones de operación, por lo que se trata de un fenómeno de interés tanto científico como tecnológico. La investigación que se presenta ha tenido como propósito general el desarrollo y aplicación de una metodología adecuada para la caracterización de la generación del ruido tonal a la frecuencia de paso de álabes en el interior de una bomba dada, de forma que se pueda identificar y cuantificar la contribución de la interacción fluidodinámica rodete-voluta. Esta investigación se ha desglosado en varias líneas de actuación complementarias, que se indican a continuación. Por un lado se planteó la elaboración de un modelo acústico simple para el cálculo del campo sonoro en el interior de las bombas ante la presencia de una o más fuentes acústicas ideales (monopolos o dipolos). Este modelo acústico permite la modificación arbitraria de la posición de los focos, su potencia sonora (a la frecuencia de paso de álabe) y la fase temporal de emisión de los mismos, admitiendo en todos los casos propagación en modo de onda plana a lo largo de los canales del rodete, de la voluta, del difusor de salida y de las conducciones. Tras contemplar dos modelos diferentes, con distintos grados de complejidad, se optó finalmente por un modelo basado en la descomposición de la voluta en pequeños tramos o elementos, cada uno de ellos equivalentes a un sistema acústico lineal de tres puertos. Por otro lado se llevaron a cabo ensayos en laboratorio sobre una bomba centrífuga con una velocidad específica de 0.47 y un intersticio rodete-voluta del 11.4%, instrumentada con transductores de presión piezoeléctricos, con el objeto de medir la amplitud y la fase de las fluctuaciones de presión a la frecuencia de paso de álabes sobre un amplio número de posiciones a lo largo de la voluta y de los conductos de la bomba. Estas medidas se realizaron para 17 puntos de funcionamiento de la bomba, desde caudal nulo hasta un 160% del caudal nominal, a fin de mostrar el efecto del caudal sobre la magnitud y características del campo de fluctuaciones. Con la misma instrumentación también se realizaron ensayos de caracterización de las propiedades de reflexión sonora de la bomba desde su puerto de impulsión, cuyos resultados se emplearon para contrastar las predicciones de los dos modelos acústicos propuestos y seleccionar el más adecuado. A continuación se procedió a desarrollar un programa general de cálculo que, incorporando un procedimiento para el modelo acústico de la bomba finalmente seleccionado, permite la variación iterativa de las propiedades básicas de las fuentes sonoras ideales, hasta llegar a identificar al grupo de fuentes que proporcionan el mejor ajuste posible entre el campo sonoro predicho y el conjunto de datos experimentales sobre fluctuaciones de presión. En cada caso la bondad del ajuste se ha evalúa por minimización de errores cuadráticos, mediante un coeficiente de determinación definido expresamente para esta aplicación. Este programa general de cálculo se ha aplicado sistemáticamente sobre la bomba de ensayo para cada punto de operación, considerando distintos tipos y números de fuentes ideales. Los resultados indican que la emisión sonora a la frecuencia de paso de álabe se puede aproximar razonablemente a la de dos únicas fuentes ideales situadas en la zona más estrecha de la voluta, confirmando pues que el origen de la emisión estriba en la interacción fluidodinámica rodete-lengüeta. En el caso del rango del caudal nominal así como para caudales elevados, esas dos fuentes ideales son dos dipolos acoplados como un cuadripolo longitudinal, que emite sonido en fase con la pulsación hidráulica (pseudoruido) asociada al paso de los álabes frente a la zona de los dipolos. En cambio, en el caso de caudales menores del nominal esas dos fuentes ideales son monopolos acoplados como un dipolo, que emite sonido con una fase dependiente del vórtice de recirculación de la zona de salida de los canales del rodete. Como era de esperar, tanto a carga parcial como en sobrecarga la magnitud de emisión tiende a aumentar con el alejamiento respecto al caudal nominal de la bomba.

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / El documento digital no refiere asesor / En la actualidad, los distintos procesos industriales (papeleras, textil, alimentos, bebida, etc.) necesitan de soluciones cada vez más eficientes, cada sector se encuentra con diferentes inconvenientes propios del proceso, en todos estos siempre encontraremos el uso de equipos de bombeo, que representan parte fundamental en la producción, generalmente encontraremos fluidos no newtonianos por ejemplo leche, gelatina, yogur, mayonesa, salsas, pulpas de frutas, emulsiones, etc. Estos requieren un mayor análisis de sus propiedades para la correcta selección del equipo. La investigación se realizó debido a que en muchas de los casos los ingenieros de planta si bien es cierto conocen su proceso productivo pero no siempre los equipos más adecuados para este, debido a que en ciertos casos no tienen acceso a las ecuaciones que gobiernan este tipo de fluidos, que los conllevan en muchos casos al sobredimensionamiento, otros a ensayos de prueba y error, en donde se generan costos adicionales y consumo de energía innecesaria; este documento deja una aplicación directa correspondiente a una solución en bombeo de fluidos no newtonianos, cuyas características son más comunes en el sector industrial. La empresa ICCGSA presentó una necesidad en su proceso productivo de emulsión asfáltica, el cual pretendía mejorar la producción a razón de 12 toneladas hora hacia los 4 tanques de almacenamiento de 13660 galones cada uno. Se sugirió el aumento de la temperatura del fluido, por lo que se usa un calentador de aceite térmico el cual combina solución jabonosa, asfalto, agua y aditivos; el resultado es la emulsión asfáltica a 120°C, que representa una temperatura adecuada debido a que la viscosidad del fluido disminuye enormemente y es más factible su trasporte mediante equipos de bombeo, la zona de captación de la emulsión asfáltica de alta temperatura hacia los tanques presenta un recorrido horizontal de 25 metros y 10 metros de diferencia de alturas, la tubería de trasporte es de 1 1/2” y llegan al punto descarga con 90°C, hay que recalcar que lo principal es mantener el fluido a altas temperaturas a la hora del trasporte con bombas, de lo contrario comienza a solidificarse y provocar serios daños al equipo; se pretende identificar al fluido así como a sus propiedades, de tal manera que se pueda seleccionar el tipo de bomba adecuada teniendo en cuenta el cálculo del número de Reynolds, curva del sistema, altura dinámica total y ciertas restricciones básicas para la operación del fluido. / Trabajo de suficiencia profesional