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miércoles, 23 de septiembre de 2020

PROGRAMA DE COMPUTACIÓN PARA CÁLCULO DE SELECCIÓN DE TENSIONES ÓPTIMAS PARA ESTACIONES DE BOMBEO (BOMBAVOLT) (Versión 3.0 – Enero 2020).

 A los Compañeros del Despacho de la Presidencia:

 PROGRAMA DE COMPUTACIÓN PARA CÁLCULO DE SELECCIÓN DE TENSIONES ÓPTIMAS PARA ESTACIONES DE BOMBEO (BOMBAVOLT) (Versión 3.0 – Enero 2020)

   Antecedentes:

 - Desde que comenzamos nuestro trabajo en el INRH y en otras empresas, siempre hubimos de hacer la selección de los voltajes de utilización de los motores trifásicos de inducción acompañantes de las bombas de una forma directa a partir de los métodos y las curvas características de nuestra bibliografía.

- En julio del 2004 participamos en proyectos eléctricos mucho más potentes, como fueron los de la EB de Máximo y posteriormente en el junio del 2009 en los proyectos de las EB de riego del Sistema Hidráulico de Yacambú Quíbor, de Venezuela, en la que comprobamos que estos análisis manuales que hacíamos no establecían una precisión adecuada.

- Por lo que nos dimos a la tarea de hacer un software que nos permitiera precisar la selección de la tensión más económica para cada caso.

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"..., estamos obligados a trabajar  aceleradamente  para crear las condiciones que nos permitan fortalecer la moneda nacional y eliminar la dualidad monetaria, que hoy impide la correcta medición de los fenómenos económicos y crea importantes obstáculos para nuestro desarrollo." 

                                            José Luis Rodríguez

                                        Ex-Ministro de Economía,

                                 28/12/08, Asamblea Nacional.

 

“Las inversiones en la esfera productiva deberán amortizarse  a partir de los ingresos o ahorros que generen." 

                                        Marino Murillo Jorge

                                        Ministro de Economía,

                                 19/12/09, Asamblea Nacional.

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Cálculos Económicos:

 -       Se usaron los precios de los motores de las electro-bombas actuales, arrancadores, cables y transformadores en USD, desde catálogos y listados de precios del Grupo de Presupuesto de nuestra UEB y de facturas de bombas recibidas en la Agencia de Cuba Hidráulica y en la Vice Dirección de Inversiones de la DPRH de Camagüey, incrementándolos en un 25 % para equipararlos a precios con un valor CIF.

-       -       Consideramos el tiempo establecido para el cálculo de muy importante y lo escogimos de 30 años, y  se tuvo en consideración en el cálculo que para más de 20 años, es normal haber sustituido las bombas y sus arrancadores, por lo que se les duplicó el valor de su inversión para ese intervalo o mayor.

 Valores del costo de la energía eléctrica (kW.h) en diferentes épocas, usados en cálculos de todo tipo en el INRH:


-Equipos de Bombeo, Diosdado Pérez
    Franco (1983), Cuba, página 180: 0,01 peso

-Economía de los Recursos Hidráulicos,
  José Bienvenido Martínez (2000), Cuba,
   página 106: 0,02 peso

 Sin embargo, el valor medio para producir un kW.h en el país nos fue suministrado en el mes de julio del 2007 por el Departamento Comercial de la OBE Provincial de Camagüey, y el mismo fue de: 0,15 USD

  Este valor (fluctuante) es el usado en este trabajo para todos los cálculos.

 Otros Valores que se cobran por el kW.h en el Mundo:

    Jamaica – Año 2000 à 0,14 USD

         Perú – Año 2008 -> 0,20 USD

     México – Año 2010 -> 0,25 USD

 Cuba en la actualidad, incluyendo las nuevas inversiones en centros de generación con combustible fósil o FRE:

 Inversiones hasta el 2030

Son préstamos con intereses, por ejemplo con el 8 % a pagar en 5 años (como le hacen al INRH), lo cual subiría las inversiones iniciales a 3700 x 1,4693 = 5 435,3 millones de USD, lo que aumentaría cualquier costo del kW.h en ese mismo valor al 146,93 %.

A precio actual 40 USD/barril =>  costo total: 0,2145 USD/kW.h (usado en estos cálculos)                

Método de análisis empleado:

Para hacer los cálculos y los análisis de selección se usaron los métodos de cálculos, curvas características y conceptos de seguridad del: Industrial Power System Handbook (Beeman).

 Factores que afectan la selección de las tensiones de utilización:

   -       Distancia a la que va a ser  transportada la carga.

   -     Magnitud de la Carga.

   -     Disponibilidad de los dispositivos  acompañantes en función de sus tensiones nominales y sus limitaciones.

   -    Seguridad.

   -    Códigos y Regulaciones (Normas).

- En la mayoría de las estaciones de bombeo en Cuba, la distancia no es muy definitoria, porque las bombas se hayan próximas a sus arrancadores.

- Normalmente la combinación de las segunda y la tercera, es decir la potencia y la disponibiliad, prácticamente definen  (no sólo en las E.B. del INRH) qué tensión de utilización se les va asignar a los motores de las bombas. En Cuba se utilizan tensiones desde 220 volt hasta 13,2 kV.

- La seguridad es un factor que define, sobre todo en los equipos eléctricos con sus envolturas directamente en contacto con el personal, sobre todo en áreas húmedas; dispositivos de la salud y sistema de alumbrado de hospitales y hoteles, por ejemplo. Económicamente no pudiéramos decir que es mejor usar 220 volt en vez de 440 volt, sin embargo se prefiere porque los voltajes a tierra para el personal son más seguros y existen menos roturas de conductores y devanados a 220 volt que a 440 volt.

 Ventajas de los sistemas a 480 volt sobre los sistemas a 240 volt.

                                            240 V      480 V

Disponibilidad                             La misma

Costo                                   135 %      100 %

Pérdidas                               Altas         Bajas

Caídas de Voltaje                  Altas          Bajas

Seguridad                         Se prefiere*

      *  No existe una diferencia probada en la seguridad. Ambos sistemas deben trabajarse sólo cuando están des-energizados.

COMPONENTES Y/O DATOS DEL PROGRAMA DE COMPUTACIÓN PARA CÁLCULO DE SELECCIÓN DE TENSIONES (BOMBAVOLT).

 Primera ventana: Cálculo de Pérdidas (I² x R y eficiencia de los motores).

Datos de entrega: Cantidad de variantes de tensión a analizar; cantidad de bombas a energizar; Potencia Nominal y Real que toma la bomba; horas de bombeo; tipo de motor; utilización del sistema; velocidades; tensión nominal y tipo de arranque de cada variante.

Datos que devuelve por cada variante: Bombas a instalar; eficiencia del motor; ampere del motor y calibres; factor de potencia nominal y real; ampere acometida y calibre; pérdidas en motores, transformadores, barras, cables y pérdidas totales.     

Segunda ventana: Cálculo Económico.

Datos de entrega: Período establecido en años; costo del kW.h; tensión (volt) de la línea de alta tensión.

Datos que devuelve por cada variante: Potencia nominal del motor, pérdidas totales en kW; energía perdida al año por las pérdidas en kW.h y en USD; energía perdida en el período establecido por las pérdidas en USD; costo de los motores, arrancadores, transformadores y cables en USD; costo total de la inversión en USD y costo total en USD de la suma del costo de inversión + las pérdidas totales.

Tercera ventana: Índices Económicos comparados entre variantes.

Datos de entrega: Número de la variante menos económica y Número de la variante más económica.

Datos que devuelve por cada variante: Diferencias entre las energías consumidas por las pérdidas en kW.h y sus valores en USD al año y durante el período establecido; combustible equivalente en TM y sus valores en USD por la diferencia de las pérdidas al año y durante el período establecido; diferencia en el costo de la inversión en USD y tiempo de amortización en años de esa diferencia.

 Análisis económico de EB de la Presa Máximo (con el software BOMBAVOLT). (INAUGURADA EN EL 2005)

            Primera ventana: Cálculo de Pérdidas (I² x R y eficiencia de los motores). 


Segunda ventana: Cálculo Económico.


Tercera ventana: Índices Económicos comparados entre variantes.



Conclusiones del impacto económico que representa usar el software BOMBAVOLT en esta selección de tensiones de esta EB Máximo:

 Se debió haber escogido la variante de tensión de utilización a 2300 volt, por ser la más económica, como indica la Segunda Ventana, donde el ahorro neto  para el país durante la vida útil escogida de 30 años es de:

Costo Total = 2 502 582,35 USD para 440 volt

Costo Total = 1 925 425,14 USD para 2300 volt

Sin embargo le hacemos ver a todos los que analizan este cálculo, que por no haber usado un método de cálculo correcto, lamentablemente en la práctica se adquirieron y se montaron las bombas a 440 volt, lo que implica los gastos innecesarios de:

 82 194 kW.h de energía al año en pérdidas innecesarias en transformadores, barras y conductores.

17 630,65 USD en gasto energético innecesario anual para el país anualmente.

528 919,70 USD en gasto energético innecesario para el país durante su vida útil.

20.548 TM en derroche de combustible innecesario para el país anualmente.

616.456 TM en derroche de combustible innecesario para el país durante toda su vida útil.

38 688,09 USD (aumento del gasto usando 2300 volt).

 Sin embargo el tiempo de Amortización del exceso de gasto es solamente de 2.194 Años.

 Conclusiones obtenidas:

 -       Puede emplearse en cualquier empresa de proyectos de Recursos Hidráulicos en la nación; en otros organismos que hagan estaciones de bombeo y en otros países aunque tengan un sistema electro energético de 50 Hz.

-       Puede emplearse en cualquier otro objetivo económico de características parecidas, con motores potentes, como pueden ser trituradoras de piedra, tándens de fábricas de azúcar.

  

BIBLIOGRAFÍA


1.     AMADOR, (2013): “BOMBAVOLT. Software de Cálculo de Selección    de  Tensiones para Proyecto Eléctrico. Manual de Usuarios y Power Point. Camagüey: Registrado en Empresa  de Investigaciones y Proyectos Hidráulicos (EIPH). Camagüey, Cuba.  ANEXOS. 

2.         AMADOR, (2009): “Experiencias electro-energéticas del proyecto y en la  construcción de la Presa Máximo. Fórum de Base (Power Point), EIPH. Camagüey, Cuba.

 3.       AMADOR, (2011): “Sistema Integral para la  Conservación de  Motores Eléctricos en instalaciones Hidráulicas”. Título Académico  de Máster en Ingeniería Eléctrica. Universidad de Camagüey, Cuba. 

 4.       BEEMAN, D. (1975). “Industrial Power Systems, Handbook”, E. U. Cuba: Ediciones Revolucionarias.

 

5.       DENIS, V. (2005): “Tensiones Eléctricas.” Comité Electrotécnico  Cubano.  Ciudad de La Habana, Cuba.  Doc. Técnica.

 

6.       FEBLES HERNÁNDEZ, M., AMADOR, J.L. (2011): “Acabar de Sellar el  Barril sin Fondo”. Periódico Granma.pdf. (26/9/2011), Pp. 8. La Habana,  Cuba. Disponible en www.granma.co.cu

 

7.       FEBLES HERNÁNDEZ, M., AMADOR, J.L. (2016): “Los motores no    deben quemarse”. Periódico Granma.pdf. (29/6/2016),  La Habana Cuba. Disponible en www.granma.co.cu

 

8.          FEODOROV. A. (1982): “Suministro Eléctrico de Empresas Industriales”.  Editorial Pueblo y Educación. La Habana, Cuba.

 

9.          IDEA. (2004): “Manuales de Energías Renovables”. España.

 

10.  IDEAL. (2016): “Lista de precios de bombas”. Valencia, España. Disponible en www.bombasideal.com

 11.  MANUAL DE RECOMENDACIONES PRÁCTICAS ELÉCTRICAS.       (2016): “Manual of Electrical Practices”. MSc. Ing. José Luis Amador    Vilariño. ISBN: 95 90502180- 9789590502187.   Disponible en http://www.google.com.cu/booksearch

 

12.    MARTINEZ, J.B. (2012): “Precio del kW.h. Cálculo de anualidad  uniforme”. Centro de Investigaciones Hidráulicas (CIH), CUJAE. La Habana, Cuba.

 

13.        MINEM. (2014): “Cuba apuesta por una energía más limpia, Diversa y eficiente. Programa Mesa Redonda, (.pdf).    La Habana, Cuba.

 

14.    PANELEC. (2008): “Fábrica de Pizarras eléctricas y paneles,  Catálogo.” INRH. Sancti Spíritus, Cuba.

 

15.         PIZARRAS Y PANELES. (2004): “Catálogo”. ACINOX. Las Tunas,     Cuba.

 

16.        PIZARRAS Y PANELES. (1970): “Catálogo de”. Fábrica de Pizarras “Braulio Coroneaux”.  La Habana, Cuba.

 

 

Datos del autor:

MsC., Ing. José Luis Amador Vilariño

(Ingeniero eléctrico, graduado en la especialidad

de Energía en el 1972 en la U. Central de Las Villas)

Teléfono: 32-297339

E-Mail: jlamador48@nauta.cu

Dirección: San José # 741, Camagüey

CI - # 48030606149



 

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