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RECURSOS ENERGETICOS
&
VENTILADORES Y BOMBAS
UNIVERSIDAD
NACIONAL
DE COLOMBIA
Sede Bogot, D.C.
GRUPO DE INVESTIGACION EN MECANISMOS DE DESARROLLO LIMPIO Y GESTION ENERGETICA
Universidad Nacional de Colombia
FUENTES NATURALES DE ENERGIA
NO RENOVABLES RENOVABLES
Combustibles fsiles (carbn,
petrleo y gas natural)
Combustibles
sintticos
CALOR
Hidrulica Nuclear Geotrmica Solar Elica
Fisin Fusin
Convencional
Celdas de Combustible
Breeder
Energa mecnico elctrica
Gas ionizado
Generador MHD Electricidad
Generador
Termoelctrico
Fluido de trabajo
(vapor, gas)
Biomasa
Fuente: Jirsch Tobias et al. Solar termische kraftwerke DZL Stuttgart Curso (2006)
1. FUENTES DE ENERGA -
ALMACENABILIDAD
Almacenamiento ideal
Carbn
Petrleo y gas
Atmica
Almacenable
Solar trmica
Geotrmica
Biomasa
Hidralica
Fluctuante
Elica
Fotovoltaica
Olas / Mareas
ENERGIA Y DESARROLLO
ENERGIA ELECTRICA Y
DESARROLLO
CONSUMOS HISTORICOS DE
ENERGIA
Evolucion de sistemas de potencia
PERSPECTIVAS DEL USO DE LA
ENERGA EXA JOULES
INFORME SHELL
FUENTES DE ENERGA PRIMARIA
GLOBAL (2004)
Fuente: Goldenberg, 2007
FUENTES DE ENERGA PRIMARIA
GLOBAL (2010)
Fuente: Key World Energy Statistics
2010, IEA
OFERTA ENERGTICA EN COLOMBIA
2.1%
50.8%
8.2%
4.8%
2.3%
31.5%
0.3%
Produccin de Energa Primaria - 2008
BAGAZO
CARBN MINERAL
GAS NATURAL
HIDROENERGA
LEA
PETRLEO
RECUPERACIN
Fuente: UPME
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CONSUMO FINAL DE ENERGA POR
SECTORES-2008
21.2%
26.3%
5.0%
38.3%
5.2% 1.8% 2.2%
Consumo Final de Energa por Sectores - 2008
RESIDENCIAL
INDUSTRIAL
COMERCIAL Y PBLICO
TRANSPORTE
AGRCOLA Y MINERO
CONSTRUCCIN
NO IDENTIFICADO
Fuente: UPME
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La Ley 143/94 en el Artculo 16 y el Decreto, establece las funciones de
la UPME, entre ellas:
a) Establecer los requerimientos energticos de la poblacin y los
agentes econmicos del pas.
b) Establecer la manera de satisfacer dichos requerimientos teniendo en
cuenta los recursos energticos existentes.
c) Elaborar y actualizar el Plan Energtico Nacional y, el Plan de
Expansin del sector elctrico en concordancia con el Proyecto del
Plan Nacional de Desarrollo.
d) Evaluar la rentabilidad econmica y social de las exportaciones de
recursos mineros y energticos.
ADMINISTRACION DE LA ENERGIA
CASO COLOMBIA
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e) Evaluar la conveniencia econmica y social del desarrollo de
fuentes y usos energticos no convencionales.
f) Realizar diagnsticos que permitan la formulacin de planes y
programas del sector energtico.
g) Establecer y operar mecanismos y procedimientos que permitan
evaluar la oferta y demanda de los recursos energticos y
determinar las prioridades para satisfacer los requerimientos.
h) Recomendar al Ministro de Minas y Energa, polticas y estrategias
para el desarrollo del sector energtico.
i) Prestar servicios tcnicos de planeacin y asesora.
j) Establecer un programa de ahorro y optimizacin de energa.
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SISTEMA DE INFORMACIN DE EFICIENCIA
ENERGTICA Y ENERGAS ALTERNATIVAS
(SI3EA)
Contiene informacin sobre Fuentes No
Convencionales de Energa (Estudios sobre
potencialidades del sol, viento, biomasa y
geotermia).
Presenta informacin sobre la formulacin del
Plan de Suministro de Energa de las ZNI y
permite consultar datos y estudios sobre el Uso
Racional de Energa URE, el programa CONOCE y
diferentes energas alternativas.
CAPACIDAD EFECTIVA NETA E.E. (MW)
Diciembre 31 2007
MW %
HIDRULICA 8525 63.6
TRMICA
GAS
CARBN
4298
3598
700
32.1
MENORES
HIDRULICA Y
TRMICA
ELICA
558.2
539.8
18.4
4.1
COGENERADOR 24.5 0.2
TOTAL SIN 13405.7 100.0
SISTEMA NO INTERCONECTADO LOCALIZACION
DE LAS PLANTAS DIESEL EN COLOMBIA
FUENTES ENERGETICAS
SUSTITUTAS
ENERGIAS LIMPIAS
ENERGIAS ALTERNATIVAS- NO
CONVENCIONALES
ENERGIAS RENOVABLES
Mapas de radiacin solar
global sobre una superficie
plana
CASO COLOMBIA
Densidad de energa
elica a 50 metros de
altura
CASO COLOMBIA
Nombre del rea. 25
BIOMASA CASO COLOMBIA
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VENTILADORES
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CONTENIDO VENTILADORES
1. DEFINICION
2. VENTILADORES CENTRIFUGOS
3. VENTILADORES AXIALES
4. PRESIONES
5. LEYES DE LOS VENTILADORES
6. SELECCIN DE VENTILADORES
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1. DEFINICION
Se entiende por ventilador aquel aparato que sirve para mover los gases sin que se produzcan cambios en la densidad del gas superiores al 7% . Es decir el incremento de presin total es muy pequeo, comnmente se tiene una relacin de compresin de 1,1
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Segn el modo de trabajo: Ventiladores axiales: mueven grandes caudales, flujo evolvente.
Hlice. Tubo axial: dan mayores presiones, generan mucho ruido.
CLASIFICACIN DE LOS VENTILADORES
30
Segn el modo de trabajo:
Ventiladores tranversales; la trayectoria del aire en el rodete es normal al eje tanto a la entrada como a la salida.
CLASIFICACIN DE LOS VENTILADORES
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Segn el modo de trabajo:
Ventiladores helicocentrfugos; son intermedios entre los
centrfugos y los axiales, en ellos.
CLASIFICACIN DE LOS VENTILADORES
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Segn el modo de trabajo:
Ventiladores centrfugos: el flujo de salida es perpendicular al de entrada. De alabes curvados hacia delante.
De alabes curvados hacia atrs. De labes rectos . radiales; captacin de residuos.
CLASIFICACIN DE LOS VENTILADORES
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CLASIFICACIN DE LOS VENTILADORES
Segn la diferencia de presin esttica producida: Alta presin: 180 < p > 300 mm.c.a.; p > 3000 Pa (Fig. 12) Media presin: 90 < p < 180 mm.c.a.; 3000< p
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2. VENTILADORES CENTRFUGOS
Los ventiladores centrfugos se clasifican atendiendo a la curvatura que presentan las aletas de la rueda giratoria.
Ventiladores centrfugos de labes curvados hacia delante, radiales y atrs
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CURVAS
CARACTERISITICAS
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O de circulacin axial en lnea recta, en donde el aire entra y sale en igual direccin. Este tipo de ventilador consiste esencialmente en una hlice encerrada en una envolvente cilndrica y es de diseo aerodinmico
2. VENTILADORES AXIALES
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A. Tubo axiales
Estn diseados para una amplia gama de volmenes a presiones medias; constan principalmente de una hlice alojada en un cilindro, en la cual recibe y dirige el flujo de aire. Se utiliza para vapores corrosivos porque es fcil revestir la hlice.
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Tienen aletas de gua en el lado de descarga; con esto de reduce la turbulencia , por ello se mejora la eficiencia y las caractersticas de presin. El ventilador axial con aletas de gua es compacto y reversible, y puede funcionar para ventilacin y extraccin, por ello se utiliza en zonas subterrneas de trabajo.
B.Ventiladores con aletas guas
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C. VENTILADOR AXIAL DE RODETE
ORIENTABLE
40 COMPARACIN
VENTILADORES CENTRIFUGOS
Y AXIALES - COMPARACION
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4. PRESIONES
PRESION ESTATICA
PRESION DINAMICA
PRESION TOTAL
Para fluidos en reposo (estticos) la presin dinmica es
nula y la presin esttica es igual a la presin total.
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Para evitar perdidas por asimetras y
remolinos en el fluido, es necesario que este
se encuentre totalmente desarrollado.
DISTRIBUCION DE PRESIONES
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MEDICION DE PRESIONES TUBO PITOT
44
RESUMEN LEYES DE VENTILADORES
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Si se incrementa o reduce la velocidad del ventilador, el punto de operacin se mover hacia arriba o hacia abajo del sistema de curvas existente.
Grfica Pt vs. Q
CAMBIO DE VELOCIDAD DEL VENTILADOR
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Para diversas condiciones de diseo tanto de ventilador como de ducto solo habr 1 punto de funcionamiento para ambos sistemas. La curva caracterstica del ventilador no depende del sistema de ductos. La curva caracterstica del sistema de ductos no depende para nada del ventilador. Depende mas ampliamente de las condiciones de rugosidad y limpieza o configuracin de filtros.
PUNTO DE FUNCIONAMIENTO DE VENTILADOR Y DUCTO
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6. SELECCIN DEL VENTILADOR
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Entrada y salida libre
Entrada libre y salida con ducto
Entrada y salida con ducto
Entrada con ducto y salida libre
TIPOS DE INSTALACION
49 VENTILADOR CENTRIFUGO Perdidas por 149Pa
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LONGITUD DE DUCTO EFICIENTE
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CONTENIDO BOMBAS
1. DEFINICION
2. BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO
POSITIVO
3. BOMBAS CENTRIFUGAS
4. CURVAS CARACTERISTICAS
5. SELECCIN DE LA BOMBA
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1. DEFINICION
Una bomba es un dispositivo empleado para elevar, transferir o comprimir lquidos.
Son mquinas que realizan un trabajo para mantener un lquido en movimiento, consiguiendo as aumentar la presin o energa cintica del fluido.
Se clasifican como VOLUMETRICAS O ROTODINAMICAS
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2. BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO
POSITIVO
a. CARACTERISTICAS BOMBAS VOLUMTRICAS
b. BOMBAS DE MBOLO
c. BOMBAS ROTATIVAS
d. BOMBAS DE ENGRANAJES
e. BOMBAS DE ALETAS
f. BOMBAS HELICOIDALES
g. BOMBAS ROTATIVAS DE MBOLO
h. BOMBAS MEICELANEAS
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a. CARACTERISITICAS BOMBAS
VOLUMETRICAS
V es el volumen correspondiente a cada cmara de
trabajo en cada vuelta del rbol de la bomba, z es
el nmero de cmaras de trabajo de la bomba, n
es el nmero de rpm del rbol de la bomba
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b. DE EMBOLO
Los caudales aspirado e impulsado en la bomba de simple efecto son:
la seccin transversal del pistn en m. c la carrera, en metros
a la seccin del eje del mbolo
n el nmero de revoluciones por minuto
del cigeal
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c. BOMBAS ROTATIVAS
57
.
PRINCIPIO BSICO DE OPERACIN
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d. BOMBAS DE ENGRANAJES
El nmero de estos volmenes,
que pasan durante una
revolucin del rbol de la bomba,
ser igual al nmero total de
dientes de las dos ruedas
dentadas, 2 z, por lo que el
caudal promediado aspirado
suministrado por la bomba,
por segundo es:
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Bombas de engranes: Tipos
ENGRANAJES EXTERNOS ENGRANAJES INTERNOS
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Las paletas planas rectangulares se mueven acercndose o alejndose de las ranuras del rotor
El rotor esta colocado excntrico con respecto al eje de la caja de la bomba.
e. BOMBAS DE PALETAS
61
62
f. BOMBAS HELICOIDALES
En la que es la superficie de la seccin de las cmaras de trabajo de la bomba, perpendicular a los ejes de rotacin, y D i el dimetro
interior de la rosca del tornillo conductor, igual al dimetro exterior del
tornillo conducido
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Bomba de tornillo doble
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Bomba helicoidal de 3 tornillos
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g. BOMBAS ROTATIVAS DE
MBOLO
El caudal aspirado medio q 1 que puede proporcionar este tipo de bomba es:
d es el dimetro de los mbolos
D es el dimetro de la circunferencia del rotor en la que van
dispuestos los ejes de los alojamientos
z es el nmero de alojamientos
l es el recorrido de un pistn cualquiera = D tg
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h. BOMBAS MISCELANEAS
Bomba peristaltica
Consta de una tubera flexible la cual captura al liquido mediante la accin de un rodillo. Se usa para manipular fluidos en pequeas cantidades, a bajas presiones y manteniendo una limpieza constante.
Funcionamiento
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Bomba De Diafragma y Doble
Diafragma
Manejan lquidos y lodos con slidos
corrosivos a altas presiones
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3. BOMBAS CENTRIFUGAS
Se tiene que adicionar a la bomba toda la energa requerida; no solamente para vencer la diferencia de presiones entre la succin y la descarga, sino tambin las prdidas en los conductos.
La energa suministrada por la bomba es igual a la columna del sistema o resistencia.
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Componentes principales
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CLASIFICACION
Radiales, axiales y diagonales.
De impulsor abierto, semiabierto y cerrado.
Horizontales y verticales.
La presin es funcin de la velocidad de giro y
del dimetro del impeler.
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Bombas Centrifugas : Impulsores
a) De labes aislados (abiertos)
b) De doble aspiracin
c) Con una pared o disco lateral de apoyo (semiabiertos)
d) Con ambas paredes laterales (cerrados).
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Bombas Verticales
tienen, casi siempre, el motor
a un nivel superior al de la bomba, por lo que es posible, al contrario que en las horizontales, que la bomba trabaje rodeada por el lquido a bombear, con el motor por encima de ste.
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CURVAS CARACTERISTICAS
.
Curvas caractersticas para densidades distintas
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Curvas completas de
una bomba centrfuga:
Hm = f(q) ; N = f(q) ; = f(q). Realizadas a
diferentes velocidades
de rotacin
Curvas bsicas de una
bomba centrfuga: Hm =
f(q) ; N = f(q) ; = f(q)
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NPSH
Diferencia entre la presin existente a la entrada de la bomba y la presin de evaporacin del lquido que se bombea.
Esta diferencia es determinante para el buen funcionamiento del equipo puesto que evita la cavitacin.
El NPSH requerido es la presin de succin mnima (energa) que necesita la bomba para mantener un funcionamiento estable. Depende, entonces, de la construccin de la bomba y varia con cada posicin de ella.
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Curvas de una bomba
centrfuga: Cabeza,
potencia y NPSHr, con
niveles de rendimiento
(curvas de colina)
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Seleccin Bombas
COMBINACIN DE CURVAS DEL SISTEMA Y DE LA BOMBA
En la curva de la bomba se dibuja la Curva H-Q del sistema segn requerimientos de Diseo; luego se trazan lneas paralelas a los ejes en el punto de operacin indicado.
En los cortes de estas lneas con la curva de la bomba se deber decidir el nuevo punto de operacin del sistema
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BOMBAS SERIE Y PARALELO
Bombas en serie
Si las bombas son idnticas
Q = Q1 = Q2
H3 = 2H1 = 2H2
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BOMBAS EN PARALELO
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5. SELECCIN DE LA BOMBA
Amplitud de presin: Se constituyen en los lmites mximos de presin con los cuales una bomba puede funcionar adecuadamente. Las unidades son Lb/plg2.
Volumen: La cantidad de fluido que una bomba es capaz de entregar a la presin de operacin. Las unidades son gal/min.
Amplitud de la velocidad: Se constituyen en los lmites mximo y mnimo en los cuales las condiciones a la entrada y soporte de la carga permitirn a la bomba funcionar satisfactoriamente. Las unidades son r.p.m.
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Eficiencia mecnica: Se puede determinar mediante la relacin entre la potencia terica a la entrada, necesario para un volumen especifico en una presin especifica y la potencia real a la entrada necesaria para el volumen especifico a la presin especifica.
Eficiencia volumtrica: Se puede determinar mediante la relacin entre el volumen terico de salida a 0 psi y el volumen real a cualquier presin asignada.
Eficiencia total: Se puede determinar mediante el producto entre la eficiencia mecnica y al eficiencia volumtrica.
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Caractersticas del sistema
FLUJO (CAPACIDAD)
El tamao de la bomba es determinado por la velocidad de flujo requerida.
Velocidad de flujo para la cual debe ser dimensionada la bomba; usualmente el flujo mximo.
Flujo normal al cual la bomba deber de operar la mayora del tiempo.
Mnimo flujo al cual la bomba puede operar; debe especificarse el tiempo probable a esta condicin.
Una velocidad de flujo razonable para sistemas de distribucin de fluido (agua, aceite) es de aproximadamente 3,0 m/s.
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Propiedades De Los Fluidos
Gravedad especfica (SG) o densidad relativa (RD)
Presin de vapor
Viscosidad
Caractersticas reolgicas (s son diferentes de los newtonianos)
Las propiedades del liquido son usualmente especificadas a la temperatura de bombeo o por encima de la temperatura esperada, si este es el caso.
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Propiedades de los fluidos
Otras propiedades importantes son:
Temperatura
Constituyentes
Acidez y Alcalinidad
AERACIN (Oxidacion Por Pasividad)
Slidos
Derrames Permisibles (Fugas)
Calidad Del Producto
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CARACTERSTICAS DEL SISTEMA
Determinacin de columnas
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Columnas de elevacin
Las columnas de
elevacin o de nivel, es la diferencia de nivel entre los puntos de succin y descarga. Un nivel de liquido sobre el punto de referencia es positivo, y por debajo es negativo