La Eficiencia Electromecánica en Equipos de Bombeo

Introducción

La superficie dedicada a la agricultura en México es de 22 millones de hectáreas aproximadamente (11 % del territorio nacional), de las cuales 6.4 millones son de riego, con diferente grado de tecnificación. De la extracción total de agua en el país, el 77 % se destina a la agricultura, con eficiencia media de uso de apenas el 46 %.

Una gran parte de los principales acuíferos del país se encuentran sobreexplotados, modificando la geometría del acuífero, los patrones originales de flujo y calidad del agua. Como consecuencia se incrementa el consumo de la energía eléctrica a medida que los niveles de bombeo son cada vez más profundos, y la eficiencia de los pozos y sus equipos disminuyen. Otras causas del aumento en el consumo de la energía eléctrica es el uso ineficiente de los equipos de bombeo, su mantenimiento insuficiente o en muchos casos nulo.

Figura 1. La eficiencia se mide entre la cantidad de energía eléctrica consumida y los litros de agua de se extraen por segundo.

Equipos de bombeo y gasto de energía

Figura 2. Más cultivos por gota.

Los componentes en un sistema de riego por bombeo que utilizan energía eléctrica para brindar riego a los cultivos son: equipo de bombeo (motor-bomba), dosificador de fertilizante, sistema de conducción, sistema de distribución (en algunos casos rebombeo del agua) y emisores de agua a los cultivos. El mayor consumo de energía eléctrica se genera en el equipo de bombeo con un 40-80 % del total, en la fertilización 0-2 %, en la conducción 4-50 %, en la redistribución 0-40 %, y en la aplicación del riego parcelario entre 10-30 %.

El costo más importante en la operación de pozos y plantas de bombeo es la energía eléctrica, por ello, la mejor manera de conocer el estado que guarda el sistema de bombeo es realizar estudios de eficiencia electromecánica, que consisten en una serie de pruebas y mediciones en los equipos de bombeo de pozos, tomando en cuenta los parámetros eléctricos, niveles de bombeo, presión y gasto, que permita finalmente determinar la eficiencia del equipo, así como las causas que merman la eficiencia. Es decir, la eficiencia electromecánica es la relación que hay entre la energía eléctrica que se consume y los litros de agua que se extraen por segundo.

Método de prueba para determinar la eficiencia electromecánica

La eficiencia electromecánica del equipo de bombeo es afectada por el estado físico y mantenimiento del motor-bomba, el diseño de acoplamiento de estos dos elementos y su instalación. Para determinar la eficiencia energética del sistema de bombeo se precisa como prueba única la incluida en la Norma Oficial Mexica (NOM-006-ENER-2015), que consiste en llevar a cabo los siguientes procedimientos:

• Medición de los niveles de bombeo y presión de carga: para obtener este parámetro se puede utilizar una sonda eléctrica, neumática, presión hidrostática o un manómetro de descarga.
• Medición del gasto: se obtiene mediante un Tubo Pitot, un Orificio Calibrado o por el método de la Escuadra.
• Medición de la potencia eléctrica: se realizan mediciones eléctricas de corriente, tensión y factor de potencia.
• Inspección y operación eléctrica: consiste en realizar un diagnóstico para determinar el cumplimiento de los requerimientos de la propia instalación y la conexión correcta de los componentes del sistema de bombeo.
• Durante el procedimiento se debe llenar un registro, así como las observaciones recabadas durante la prueba. Finalmente,  los datos  permitirán calcular la eficiencia con la que trabaja el equipo.

Cualquier sistema de bombeo para pozo profundo que utilice la energía eléctrica debe cumplir con los valores mínimos especificados en el Cuadro 1, y si el resultado del diagnóstico de la eficiencia electromecánica del pozo en operación resulta 10 % menor a estos valores, se deben efectuar acciones de rehabilitación o sustitución de los equipos electromecánicos. Tales acciones pueden estar dirigidas al motor eléctrico, a la bomba, a la estructura del pozo profundo, o a una combinación de éstos, según sea el caso, de tal manera que el conjunto de éstas acciones den como resultado los valores de eficiencia electromecánica establecidos.

Factores que afectan la eficiencia

Las principales condiciones que afectan la eficiencia electromecánica del equipo de bombeo son:

• Pérdidas por desgaste o desajuste de la bomba. Pérdidas por el choque de entrada, generadas por el cambio de dirección y por fricción del líquido, al fluir. Pérdidas por fricción de cojinetes, empaques o sellos y por la fricción del disco generada entre los lados del impulsor y el líquido.
• Mala selección del equipo de bombeo (motor, bomba, cable, arrancador, válvulas, columna, etc.) y de la potencia del motor.
• Falta de mantenimiento preventivo y correctivo a bombas y motores.
• Calidad de la energía eléctrica, donde una instalación inadecuada puede causar bajas eficiencias por sobrecalentamientos. Conductores  y alimentadores sub-dimensionados, y falsos contactos.
• Componentes dañados del sistema, por ejemplo, el fenómeno de cavitación.
• Otras causas que se atribuyen son las que operan en general el aprovechamiento del acuífero, como el abatimiento del nivel dinámico.

Figura 3. Cavitación. Fenómeno físico, mediante el cual un líquido, en determinadas condiciones, pasa a estado gaseoso y unos instantes después pasa nuevamente a estado líquido.

Factores que incrementan la eficiencia

Para mantener, prever o controlar la eficiencia, se recomienda tomar en cuenta las siguientes consideraciones:

• Selección apropiada del equipo de bombeo (motor-bomba), teniendo el conocimiento pleno del sistema, así como la velocidad adecuada de la velocidad específica de succión.
• Montaje apropiado del equipo (motor-bomba).
• Acabado de la superficie de los impulsores y evitar el recorte de los mismos.
• Evitar tensiones mecánicas en tuberías.
• Reposición de grasa adecuada y verificación del cebado de la bomba y la tubería.
• Nivelación de la flecha.
• Verificar presión de succión y descarga.
• Mantenimiento adecuado del equipo: los trabajos de rehabilitación o sustitución son necesarios para lograr un incremento en la eficiencia de los equipos electromecánicos.

Fuentes consultadas:

• Palacios, V. E.; Enrique, M. S. 2004. Uso del Agua en el Sector Agrícola en la Gestión del Agua en México: Los Retos del Desarrollo Sustentable. Universidad Autónoma Metropolitana. México. pp. 139-157.
• Guillén, G. J.A.; Arturo, G. C.; Natividad, B. D. 2014. Pruebas de Eficiencia Electromecánica en Equipos de Bombeo en Pozos Agrícolas en el Estado de Zacatecas. XXIII Congreso Nacional de Hidráulica. Puerto Vallarta, Jalisco, México.
• Diario Oficial de la Federación (DOF). 2015. Norma Oficial Mexicana: NOM-006-ENER-2015. Eficiencia Energética Electromecánica en Sistemas de Bombeo para Pozo Profundo en Operación: Límites y Método de prueba. México, D. F. 21 p. 
• Comisión Nacional del Agua. 2009. Eficiencia en Sistemas de Bombeo. Segunda Edición. Documento Técnico. México. 15 p.