informe de operaciones unitarias bombas

Laboratorio de operaciones unitarias 1

Bombas

Resumen El presente informe se realizó el 12 de mayo del presente año bajo las siguientes condiciones de trabajo: temperatura de 21°C y una presión de 75 mm!g" # dic$as condiciones se obtu%ieron los resultados para una presion de succion constante y presión de descarga %ariable &'E()E 1* y para una presion de succion %ariable y presión de descarga constante &'E()E 2*+ junto a ello se tomaron los datos de potencia+ %oltaje+ intensidad de corriente y tiempo" Con estos datos se determinó la carga total+ potencia+ ,-'! &disponible y re.uerido* y eficiencia de la bomba" En base a los resultados antes mencionados se podr/ cumplir con el objeti%o principal de la pr/ctica+ determinar por las cur%as caracter0sticas de una bomba centr0fuga monof/sica" ic$a bomba bomba presen presenta ta las siguie siguiente ntess caract caracter0 er0sti sticas cas : marca marca !idro !idrosta stal3+ l3+ modelo modelo 42125 421256" 6"5+ 5+ potencia de 6"5!p+ con una frecuencia de 6!z y una %elocidad de 4856 (-" 9a carga m/ima calculada fue de 12"8;<7m y la eficiencia m/ima motorbomba fue de 4;"7= con un caudal de 6"66277 m ❑3 / s " En base lo desarrollado es e%idente .ue el caudal .ue desarrolla la bomba influye sobre la carga total+ ,-'! &disponible y re.uerido* y la eficiencia de la misma" 9a eficiencia de la bomba es a>n baja y puede .ue no satisfaga las epectati%as del comprador+ lo .ue se recomienda es .ue se adecue una bomba m/s apropiada para el objeti%o ya .ue la .ue se mostró era moment/nea y a lo mejor no tiene mantenimiento periódico"

I. Introducción 1


Bombas

9as bombas representan e.uipos mec/nicos .ue sir%en para ele%ar los l0.uidos y conducirlos de un lugar a otro+ o lo .ue es lo mismo+ comunicarles cierta cantidad de energ0a .ue les permita %encer la resistencia de las tuber0as a la circulación+ as0 como+ la carga .ue representa la diferencia de ni%el entre el lugar de donde se toma el l0.uido y el lugar a donde se pretende lle%ar" 'on m/.uinas $idr/ulicas .ue transforman el trabajo mec/nico en trabajo el?ctrico" &@ernandez2616*+ para esto transforman la energ0a mec/nica de un impulsor rotatorio en la energ0a cin?tica y potencial y re.uerida" 9os l0.uidos circulan del lugar de mayor energ0a al lugar de menor energ0aA el suministrarle de la bomba al l0.uido tiene el objeto de producir el gradiente necesario para establecer la circulación y %encer las resistencias" 9a bomba centr0fuga es el tipo de bomba m/s utilizado en la industria debido a su econom0a y %ersatilidad+ adem/s de las diferentes %entajas .ue tiene con respecto a los otros tipos de bombas bombas .ue $ay en el mercado" En una bomba centr0fuga centr0fuga++ el l0.uido+ l0.uido+ por medio de la presión atmosf?rica u otra presión de proceso+ se %e forzado a pasar por un conjunto de /labes en mo%imiento" Estos /labes constituyen un impulsor .ue imprime %elocidad+ la cual se con%ierte en presión al descargar el l0.uido sobre el espacio disponible en la carcasa de la bomba" -ara .ue esto se realice+ es necesario abrir y cerrar las %/l%ulas adecuadamente+ para e%itar p?rdidas de agua"&#rt$ur266* 'i una bomba centr0fuga trata de epulsar m/s l0.uido del .ue puede absorber se producir/ un efecto de %ac0o en el interior de la bomba" Esto reducir/ la presión por lo .ue se producir/n burbujas de %apor .ue principalmente rozaran a los /labes de los impulsores de la bomba+ a este fenómeno se le denomina ca%itación+ .ue mec/nicamente lo podemos definir como la ruptura del medio de l0.uido continuo bajo el efecto de tensiones ecesi%as+ este fenómeno nos puede producir consecuencias negati%as como la disminución de la capacidad de bombeo y del rendimiento de la bomba" &Castillo2614*

2


Bombas

Objetivos general Conocer mediante la eperimentación y la obser%ación el funcionamiento de una bomba centr0fuga+ utilizando conceptos y $erramientas b/sicas"

Objetivos específicos B eterm etermina inarr y analiz analizar ar la eficien eficiencia cia a la cual opera opera la bomba centr centr0fu 0fuga ga present presente e en el laboratorio" B E%alua E%aluarr la influen influencia cia de la %ariac %ariación ión del cauda caudal+l+ con respe respecto cto a la carga carga total+ total+ eficiencia mec/nica+ potencia real+ potencia >til+ ,-'! &d* y ,-'! &r*" B E%aluar E%aluar la ocurrenc ocurrencia ia o no del fenómeno fenómeno de ca%itaci ca%itación ón en la bomba centr0 centr0fuga" fuga" B Conocer la importancia .ue repres resenta saber las caracter0sticas de funcionamiento de una bomba"

II. Materiales y Métodos 2.1 Materiales 2.1.1 !"uipo B na na bomb bomba a cen centr tr0f 0fug uga a de D !!4


Bombas

arca: !idrostal ipo: 421256"5 -otencia: 6"5 !@recuencia: 6 !z 4856 (- B B B B B B

Facuómetro de 6 a 46 pulg de !g anómetro tipo reloj de 6 a 46 -si F/l%ula de compuerta y globo edidor de energ0a an.ue de $ierro gal%anizado an.ue de eternit

2.1.1 #ccesorios B 'istema de tuber0as de 1"5 y 2 pulgadas

2.1.$ Instrumentos de medición B Cinta ?trica B ermómetro B Cronómetro

2.2 Métodos y %rocedimiento 2.2.1 %ar&metro de medición.' 9os -ar/metros .ue deben medirse en condiciones normales de operación y por lo menos dos ciclos de trabajo de producción+ para realizar una correcta e%aluación son los siguientes: a* Caudal ( m ❑3 / s ) b* Carga ( m) c* emperatura ( K ) 'imult/neamente a la realización a las mediciones del sistema de bombeo y al le%antamiento de los datos de la bomba+ es importante medir los par/metros el?ctricos del motor acoplado a esta

2.2.2 !cuaciones para (allar los resultados necesarios.' odos ellos $an sido eplicados en la parte de ),(GCC)H, o #,EIG' y se mostrar/ su uso en los ejemplos de CJ9C9G'" 8


B B B B B B B B B B B

Bombas

C/lculo del Caudal &K* Felocidad de succión y descarga & v d y V s * ,>mero de (eynolds de succión y descarga @actor de fricción de arcy de succión y descarga h f de succión y descarga -resion de succion y descarga #ltura del -royecto &!* NPSH d

-otencia real -otencia Ltil Eficiencia

2.2.$ )urvas características de una bomba centrífuga.' 9as cuales ser/n eplicadas en la parte de #,EIG' B Cur%a Caudal Fs Eficiencia B Cur%a Caudal Fs Energia &altura total* B Cur%a Caudal Fs ,-'!

2.2.* %rocedimientos B (ealizamos las mediciones de las partes de la bomba+ as0 como de los di/metros y la altura desde el punto m/s alto del sistema+ $asta la superficie del agua" B bicamos puntos de referencia para medir el caudal+ asegurandonos de .ue las %/l%ulas se encuentren en buen estado B omamos lecturas de dos series con seis corridas la de presion de succion constante y presión de descarga %ariable y de cinco corridas la de presión de descarga constante y presion de succion constante+ teniendo cuidado de abrir y cerrar las %/l%ulas adecuadamente" B -ara medir el caudal+ fue necesario conocer los di/metros+ adem/s de tener cuidado al momento de descargar el fluido+ es decir+ utilizar el cronómetro"

5


Bombas

III. Resultados y +iscusiones

R!,-/#+O, /abla 0 1 Condiciones de laboratorio

emperatura ( °C )

21

-resión ( mm Hg )

75

/abla 02 Caracter0sticas de la Momba Centr0fuga

6"5

-otencia ( HP) Felocidad ( RPM )

4856

@recuencia ( Hz )

6

ipo

421256"5

arca

!)(G'#9

/abla 0$ -ropiedades del agua a 21°C

-resión de Fapor

( Kgf / m❑2 )

Fiscosidad ( Kg / m. s ) ensidad

( Kg / m ❑3 )

-eso espec0fico

( Kgf / m ❑3 )

-resión atmosf?rica ( Kgf / m❑2 )

254"74 6"666;7; ;;<"6< ;;<"82 16466"158




Bombas

/abla 0* Caracter0sticas de las l0neas de succión y descarga

,ucción

+escarga

+i&metro nominal )édula *3

2N

1D N

+i&metro interno 4m5

6"6525

6"686;

Rugosidad

6"66;

6"6612

Material

!ierro gal%anizado

!ierro gal%anizado

/abla 06 Caracter0sticas del tan.ue de descarga

9argo ( m)

6"

#nc$o ( m)

6"

#ltura ( m )

6"

Jrea ( m ❑2)

6"4

Folumen ( m ❑3)

6"21

/abla 07 -resión de succión constante y presión de descarga %ariable &'E()E 1*

% succión

% descarga

#mperaje

%otencia

8oltaje

( Pulg. Hg )

( Psi)

( A )

( KW )

(V )

4

15

4"7

6"4

156

4

14

8"17

6"75

156

4

11

8"5

6";

156

4+8

;

8"<4

6";5

156

4+<

7

5

1

156

7


8+2

5+5

Bombas

5

1"65

156

tardó en subir 16 cm para -resión de succión constante constante y presión de /abla 09 iempo &s* .ue tardó descarga %ariable &'E()E 1*

%d:16 %s:$

%d:1$ %s:$

%d:11 %s:$

%d:; %s:$.*

%d:9 %s:$.<

%d:6.6 %s:*.2

t1

41

1<

14

11

11

;

t2

41

1;

18

12

11

;

t$

42

1;

18

12

11

16

t*

44

1<

15

14

11

11

/abla 0< Caudal para presión de succión constante y presión de descarga %ariable &'E()E 1*

)audal 1

%s:$ %d:16

%s:$ %d:1$

%s:$ %d:11

6"6612

6"662

6"66277

6"6611

6"661<;

6"66114 6"6616;

%s:$.* %d:;

%s:$.< %d:9

%s:*.2 %d:6

6"66427

6"66427

6"668

6"66257

6"664

6"66427

6"668

6"661<;

6"66257

6"664

6"66427

6"664

6"662

6"66257

6"66427

6"66427

6"66427

3

(m ❑ / s ) )audal 2 3

(m ❑ / s ) )audal $ 3

(m ❑ / s ) )audal * 3

(m ❑ / s )

<


Bombas

/abla 0; -resión de descarga constante y presión de succión %ariable &'E()E 2*

% descarga ( Psi )

% succión ( Pulg . Hg )

#mperaje

%otencia

8oltaje

( A )

( KW )

( V )

2

14

8"44

6"<5

156

2

11

8"7

6";5

156

2"5

;

5

1

156

8"5

7

8"<4

1"64

156

5"5

5

5

1"1

156

/abla 013 iempo &s* .ue tardó en subir cada 16 cm para presión de descarga constante y presión de succión %ariable &'E()E 2*

%s:1$ %d:2

%s:11 %d:2

%s:; %d:2.6

%s:9 %d:*.6

%s:6 %d:6.6

t1 ( s )

15

12

11

16

11

t2 ( s )

15

11

12

16

16

t$ (s )

15

16

12

16

16

t* ( s )

15

15

12

18

16

;


Bombas

/abla 011 Caudal para presión de descarga constante y presión de succión %ariable &'E()E 2*

%d:2 %s:1$

%d:2 %s:11

%d:2.6 %s:;

%d:*.6 %s:9

%d:6.6 %s:6

)audal 1 (m ❑3 / s )

6"6628

6"664

6"66427

6"664

6"66427

)audal 2 (m ❑3 / s )

6"6628

6"66427

6"66427

6"664

6"664

)audal $ (m ❑3 / s )

6"6628

6"664

6"664

6"664

6"664

)audal * (m ❑3 / s )

6"6628

6"6628

6"664

6"66257

6"664

/abla 012 Caudal+ %elocidades+ (eynolds y factor de arcy &'E()E 1* )orrida

Repeti eticio nes

= 4m$>s5

8 succión

8 descarg a

Re succión

Re descarga

?d succión

?d descarga

1 1 1 1 2 2 2 2 4 4 4 4 8 8 8 8 5 5 5 5 

1 2 4 8 1 2 4 8 1 2 4 8 1 2 4 8 1 2 4 8 1

6+6612 6+6611 6+66114 6+6616; 6+662 6+661<; 6+661<; 6+662 6+66277 6+66257 6+66257 6+66257 6+66427 6+664 6+664 6+66427 6+66427 6+66427 6+66427 6+66427 6+668

6+5584 6+545; 6+522 6+5645 6+;24; 6+<741 6+<741 6+;24; 1+27; 1+1<72 1+1<72 1+1<72 1+516 14<5< 1+4<5< 1+516 1+516 1+516 1+516 1+516 1+<87<

6+;148 6+<<2; 6+<61 6+<2; 1+5222 1+84<5 1+84<5 1+5222 2+16<4 1+;51 1+;51 1+;51 2+8<<; 2+2<48 2+2<48 2+8<<; 2+8<<; 2+8<<; 2+8<<; 2+8<<; 4+6885

2;7+; 2<<4+1 27;4;+1 2;8<+; 8;856+1 8741+1 8741+1 8;856+1 <8<<+4 4582+7 4582+7 4582+7 <6<52+1 78172+8 78172+8 <6<52+1 <6<52+1 <6<52+1 <6<52+1 <6<52+1 ;<;66+1

4<6<+1 4<18+8 45<4+7 485;1+; 4871+4 5;;<1+4 5;;<1+4 4871+4 <7;16+6 <154+7 <154+7 <154+7 16477;+; ;5211+2 ;5211+2 16477;+; 16477;+; 16477;+; 16477;+; 16477;+; 12;8+;

6+6288 6+6285 6+628< 6+6256 6+6215 6+621< 6+621< 6+6215 6+6126 6+6262 6+6262 6+6262 6+61;6 6+61;8 6+61;8 6+61;6 6+61;6 6+61;6 6+61;6 6+61;6 6+61<6

6+622; 6+6241 6+6244 6+6245 6+6262 6+6268 6+6268 6+6262 6+61< 6+61<; 6+61<; 6+61<; 6+617< 6+61<2 6+61<2 6+617< 6+617< 6+617< 6+617< 6+617< 6+6176 16


  

2 4 8

6+668 6+664 6+66427

1+<87< 1+46 1+5165

Bombas

4+6885 2+7861 2+8<<;

;<;66+1 <;66;+1 <6<8+<

12;8+; 118258+4 16477;+;

6+61<6 6+61<5 6+61;6

6+6176 6+6178 6+617<

/abla 01$ Caudal+ %elocidades+ (eynolds y factor de arcy &'E()E 2* Corrida

(epeticio

K &m4Os*

F succión

nes

1 1 1 1 2 2 2 2 4 4 4 4 8 8 8 8 5 5 5 5

1 2 4 8 1 2 4 8 1 2 4 8 1 2 4 8 1 2 4 8

6+6628 6+6628 6+6628 6+6628 6+664 6+66427 6+664 6+6628 6+66427 6+66427 6+664 6+664 6+664 6+664 6+664 6+66257 6+66427 6+664 6+664 6+664

1+16<7 1+16<7 1+16<7 1+16<7 1+4<5< 1+516 1+46 1+16<7 1+516 1+516 1+4<5< 1+4<5< 1+46 1+46 1+46 1+1<72 1+516 1+46 1+46 1+46

F

(e

(e

@d

@d

descarga

succión

descarga

succión

descarga

1+<27 1+<27 1+<27 1+<27 2+2<48 2+8<<; 2+7861 1+<27 2+8<<; 2+8<<; 2+2<48 2+2<48 2+7861 2+7861 2+7861 1+;51 2+8<<; 2+7861 2+7861 2+7861

5;481"2 5;481+2 5;481+2 5;481+2 78172+8 <6<52+1 <;66;+1 5;481+2 <6<52+1 <6<52+1 78172+8 78172+8 <;66;+1 <;66;+1 <;66;+1 4582+7 <6<52+1 <;66;+1 <;66;+1 <;66;+1

71<+1 71<+1 71<+1 71<+1 ;5211+2 16477;+; 118258+4 71<+1 16477;+; 16477;+; ;5211+2 ;5211+2 118258+4 118258+4 118258+4 <154+7 16477;+; 118258+4 118258+4 118258+4

6+6265 6+6265 6+6265 6+6265 6+61;8 6+61;6 6+61<5 6+6265 6+61;6 6+61;6 6+61;8 6+61;8 6+61<5 6+61<5 6+61<5 6+6262 6+61;6 6+61<5 6+61<5 6+61<5

6+61;4 6+61;4 6+61;4 6+61;4 6+61<2 6+617< 6+6178 6+61;4 6+617< 6+617< 6+61<2 6+61<2 6+6178 6+6178 6+6178 6+61<; 6+617< 6+6178 6+6178 6+6178

11


Bombas

/abla 01* Carga del sistema &'E()E 1*

)orrida

Repeticiones

(f descarga 4m5

(f succión 4m5

@ sistema 4m5

1

1

6+62<7

6+661<

12+8;<7

1

2

6+6271

6+6617

12+8;52415

1

4

6+626

6+661

12+8;27555

1

8

6+6284

6+6615

12+8<;2;57

2

1

6+6768

6+6688

11+1<24;57

2

2

6+645

6+6686

11+1711<

2

4

6+645

6+66861<

11+1714

2

8

6+6768

6+6688

11+1<24;57

4

1

6+1288

6+6687

;+<;<6857

4

2

6+16<<

6+66;

;+<48;27<

4

4

6+16<<

6+66;

;+<48;27<

4

8

6+6<<

6+66;

;+<48;27<

8

1

6+15;

6+6165

<+7468186<

8

2

6+182<

6+66;6

<+7825257

8

4

6+182<

6+66;6

<+7825257

8

8

6+15;

6+6165

<+7468186<

5

1

6+15;

6+6165

7+864;585

5

2

6+15;

6+165

7+864;585

5

4

6+15;

6+6165

7+864;585

5

8

6+15;

6+6165

7+864;585



1

6+2471

6+618;

+48;525;



2

6+2471

6+618;

+48;525;



4

6+1;5

6+6128

+25174<7

12




Bombas

8

6+15;

6+6165

+1;64;222

/abla 016 Carga del sistema &'erie 2*

)orrida

Repeticiones

(f descarga 4m5

(f succión 4m5

@ sistema 4m5

1

1

6+6;;

6+6667

+;5561;67

1

2

6+6;;

6+6667

+;5561;67

1

4

6+6;;

6+6667

+;5561;67

1

8

6+6;;

6+6667

+;5561;67

2

1

6+182<

6+66<;<

+472547<<;

2

2

6+15;

6+61685

+82<;868

2

4

6+1;5

6+61244

+5648885

2

8

6+6;;

6+6667

+242<;

4

1

6+15;

6+61685

+6<;62777

4

2

6+15;

6+61685

+6<;62777

4

4

6+182<

6+66<;<

+642<;255

4

8

6+182<

6+66<;<

+642<;255

8

1

6+1;5

6+61244

+<<6847161

8

2

6+1;5

6+61244

+<<6847161

8

4

6+1;5

6+61244

+<<6847161

8

8

6+16<<

6+66<

+<74611

5

1

6+15;

6+61685

+<1<16;72

5

2

6+1;5

6+61244

+<;2<<772

5

4

6+1;5

6+61244

+<;2<<772

5

8

6+1;5

6+61244

+<;2<<772

14


Bombas

/abla 017 atos calculados ,-'!r Fs ,-'!d &'erie 1*

Corrida

(epeticiones

K &m4Os*

,-'!disponible

,-'! re.uerido

1

1

6+66126

;+1<62

6+75;

1

2

6+6611

;+1<2;

6+784

1

4

6+66114

;+1<87

6+72;

1

8

6+6616;

;+1<72

6+712

2

1

6+66266

;+1114

1+6;

2

2

6+661<;

;+;22

1+62;

2

4

6+661<;

;+;22

1+62;

2

8

6+66266

;+;56

1+6;

4

1

6+66277

;+<741

1+441

4

2

6+66257

;<<6;

1+25

4

4

6+66257

;+<<6;

1+25

4

8

6+66257

;+<<6;

1+25

8

1

6+66427

;+772;

1+8<7

8

2

6+66466

;+<17

1+868

8

4

6+66466

;+<17

1+868

8

8

6+66427

;+772;

1+8<7

5

1

6+66427

;+772;

1+8<7

5

2

6+66427

;+772;

1+8<7

5

4

6+66427

;+772;

1+8<7

5

8

6+66427

;+772;

1+8<7



1

6+66866

;+48;

1+762



2

6+66866

;+48;

1+762



4

6+6646

;+714;

1+5<

18




8

Bombas

6+66427

;+7746

1+8<7

/abla 019 atos calculados ,-'!r Fs ,-'!d &'erie 2*

)orrida

Repeticiones

= 4m$ >s5

0%,@ disponible

0%,@ re"uerido

1

1

6+66286

;+68;

1+26;

1

2

6+66286

;+68;

1+26;

1

4

6+66286

;+68;

1+26;

1

8

6+66286

;+68;

1+26;

2

1

6+66466

<+;<64

1+868

2

2

6+66427

<+;48

1+8<7

2

4

6+6646

<+<7<2

1+5<

2

8

6+66286

;+68;

1+26;

4

1

6+66427

<+;48

1+8<7

4

2

6+66427

<+;48

1+8<7

4

4

6+66466

<+;<64

1+868

4

8

6+66466

<+;<64

1+868

8

1

6+6646

<+<7<2

1+5<

8

2

6+6646

<+<7<2

1+5<

8

4

6+6646

<+<7<2

1+5<

8

8

6+66257

;+682

1+25

5

1

6+66427

<+;48

1+8<7

5

2

6+6646

<+<7<2

1+5<

5

4

6+6646

<+<7<2

1+5<

5

8

6+6646

<+<7<2

1+5<

/abla 01< C/lculo de eficiencia &'erie 1*

15


Bombas

)orrida

Repetición

% 4util5 AB

%4real5 AB

n 4eficiencia5

1

1

6+18;

6+5565

2+7

1

2

6+181;

6+5565

25+7<

1

4

6+14<2

6+5565

25+16

1

8

6+1444

6+5565

28+21

2

1

6+21;6

6+255

45+62

2

2

6+26

6+255

44+64

2

4

6+2676

6+255

44+65

2

8

6+21;6

6+255

45+62

4

1

6+2<8

6+75

4;+7

4

2

6+28<2

6+75

4+77

4

4

6+28<2

6+75

4+77

4

8

6+28<2

6+75

4+77

8

1

6+27;5

6+7285

4<+5<

8

2

6+258<

6+7285

45+17

8

4

6+255<

6+7285

45+17

8

8

6+27;5

6+7285

4<+5<

5

1

6+24<;

6+75

41+<5

5

2

6+24<;

6+75

41+<5

5

4

6+24<;

6+75

41+<5

5

8

6+24<;

6+75

41+<5



1

6+28;4

6+75

44+28



2

6+28;4

6+75

44+28



4

6+226<

6+75

2;+88



8

6+1;<2

6+75

2+84

1


Bombas

/abla 01; C/lculo de la eficiencia &'erie 2*

)orrida

Repetición

% 4util5 AB

%4real5 AB

n 4eficiencia5

1

1

6+148

6+8;5

25+1

1

2

6+148

6+8;5

25+1

1

4

6+148

6+8;5

25+1

1

8

6+148

6+8;5

25+1

2

1

6+1<72

6+7665

2+72

2

2

6+265<

6+7665

2;+4<

2

4

6+22;2

6+7665

42+72

2

8

6+1872

6+7665

21+61

4

1

6+1;56

6+75

2+66

4

2

6+1;56

6+75

2+66

4

4

6+1772

6+75

24+4

4

8

6+1772

6+75

24+4

8

1

6+2825

6+7285

44+87

8

2

6+2825

6+7285

44+87

8

4

6+2825

6+7285

44+87

8

8

6+17<

6+7285

24+1

5

1

6+21<4

6+75

2;+11

5

2

6+2846

6+75

42+86

5

4

6+2846

6+75

42+86

5

8

6+2846

6+75

42+86

17


Bombas

+I,)-,IC0 +! R!,-/#+O, B En la Pr/fica ,°61+ se muestra la eficiencia de la bomba para la serie 1 a diferentes caudales+ donde se puede obser%ar .ue la eficiencia m/ima de la bomba es de 39,76 a un caudal de 0,00277 m ❑3 / s &%er abla ,°1<*+ por el comportamiento de la cur%a nos damos cuenta .ue a medida .ue sube el caudal tambi?n sube la eficiencia pero llega a un punto m/imo y luego decrece+ con lo .ue podemos decir .ue esta bomba no es muy eficiente a altas presiones+ adem/s la eficiencia m/ima de esta bomba se da en un corto inter%alo de caudales &entre

3

0,0025 − 0,003 m❑ / s

*+ estas

afirmaciones corroboran lo mencionado en la teor0a &)ng" 'il%a+ eor0a de bombas diapositi%a 22*" B En la Pr/fica ,°67+ se muestra la eficiencia de la bomba pero para la serie 2 a diferentes caudales+ donde se puede obser%ar .ue la eficiencia m/ima de la bomba es de

33,47

a un caudal de

3

0,0036 m ❑

/ s &%er abla ,°1;*+ el comportamiento de

su cur%a muestra .ue la eficiencia aumenta al aumentar el caudal+ llega a un punto donde decrece pero luego %uel%e a subir llegando a su punto m/imo+ el cual tambi?n se da en un inter%alo corto de caudales

( 0,00327 −0,0036 m ❑3 / s ) + demostrando una

%ez m/s .ue nuestros resultados coinciden con la mencionado en la teor0a &)ng" 'il%a+ eor0a de bombasdiapositi%a 22*"

1<


Bombas

B En la Pr/fica ,°65 se puede apreciar la gran diferencia entre la potencia real o consumida por la bomba y la potencia >til+ .ue es la potencia .ue realmente recibe el fluido por parte de la bomba para .ue ?sta pueda fluir de un punto a otro" 'e puede obser%ar .ue la potencia >til &otorgada al fluido* representa entre entre un

20− 40

respecto a la potencia .ue recibe la bomba+ generalmente una potencia el?ctrica por parte de un motor+ este porcentaje es caracter0stico en estos tipos de bombas ¢rifugas* adem/s de presentar otros tipos de dificultades+ mencionadas en los p/rrafos anteriores" B En la gr/fica ,o 2+ se obser%a .ue la potencia real se encuentra dentro de los %alores maimos y minimos+ y presentando una relación directamente proporcional+ los datos de este gr/fico se relacionan con los del gr/fico , o 8+ ya .ue a medida .ue el caudal aumenta tambi?n aumenta el ,-'!r y disminuye el ,-'!d+ es decir ele%ados caudales aumentan la potencia real y los riesgos de ca%itación en la bomba"

I8. )onclusiones B 9a bomba centr0fuga+ presente en laboratorio+ opera con una eficiencia .ue %a entre

20− 40

dependiendo de las condiciones de presión" 'e encontró una

eficiencia m/ima del %ariable* y de

33,47

39,76

&a presion de succion constante y presión de descarga

&a presión de succión %ariable y presión de descarga

constante*" B 'e determinó .ue el caudal influye de forma directamente proporcional con la potencia real+ potencia >til+ ,-'!d+ ,-'!r y con la eficiencia &$asta cierto punto*" #dem/s el caudal influye de forma in%ersamente proporcional a la carga neta o total &altura del proyecto*" B 9as Pr/ficas ,°68 y ,°6; comparan el comportamiento de las cur%as ,-'! &d* y ,-'! &r* respecto al caudal+ se obser%a .ue los %alores de ,-'! &d* est/n muy por encima .ue los %alores de ,-'! &r*+ teni?ndose:

NPSHd > NPSHr

&no $abr/ 1;


Bombas

ca%itación*+ este resultado es de suma importancia al momento de tener .ue elegir una bomba pues nos asegura .ue no ocurra el fenómeno de ca%itación en nuestra bomba+ lle%ando a un deterioro de la misma" B Cuando se desea diseñar un sistema de transporte de l0.uidos donde se use bombas+ es necesario informarse acerca del funcionamiento de la misma+ respecto a sus re.uerimientos energ?ticos asociados con el flujo del fluido a tra%?s de tuber0as y accesorios+ adem/s de conocer la energ0a .ue la bomba suministra al fluido &potencia >til*+ estas caracter0sticas resultan determinantes cuando nosotros como ingenieros tengamos .ue decidir la elección de la bomba m/s adecuada para el sistema de transporte de donde se esta e%aluando"

8. Recomendaciones B -ara tener una mayor eactitud en las lecturas de presión &$ec$as en el manómetro y %acuómetro*+ es necesario colocar los dispositi%os mencionados a una determinada distancia respecto a la posición de la bomba" Esa distancia es determinada a partir de c/lculos de flujo de fluidos" B 'e debe e%itar estar prendiendo y apagando la bomba %arias %eces durante la pr/ctica" Cuando la bomba se enciende debemos dejarla por un tiempo para .ue se estabilice y deje de tener efectos de la potencia de arran.ue" B En la tuber0a de descarga+ a la salida de la bomba+ debe instalarse una %/l%ula c$ecQ y una %/l%ula de compuerta+ en ese orden" 9a primera tiene por objeto e%itar el retorno del l0.uido cuando se detenga la bomba+ en el caso de la %/l%ula de compuerta+ esta sir%e para la regulación del caudal y para interrumpir el flujo en el caso de e%entuales reparaciones" B 'e recomienda .ue la tuber0a de succión tenga un di/metro mayor .ue la tuber0a de descarga" B -ara arrancar la bomba+ se recomienda .ue la %/l%ula de descarga est/ parcialmente cerrada y la %al%ula de succion completamente abiertaA luego abra la descarga lentamente para pre%enir el golpe de ariete"

26


Bombas

B 9as %/l%ulas de compuerta no se deben abrir completamente en su utilización+ sino en forma intermedia B 'i $ubiera riesgo de ocurrir ca%itación &es decir en condiciones etremas*+ la regulación debe $acerse paso a paso o mediante la admisión de aire en el punto de regulación"

8I. Dibliografía B (i%ero -alacio+ @ederico" &266<*" ec/nica de los fluidos+ Mombas Centr0fugas"

Colombia" B )barz+ #lbert y Marboza+Pusta%o"&2665*"Gperaciones unitarias en la ingenier0a de alimentos" España+ undi prensa" B Rr"+ #rt$ur #" Mell" !F#C E.uations ata and (ules of $umb" sl": cPraS+ 266 B Ca%itacion en bombas centr0fugas: origen y efectos SSS"udec"clOjosefcastilloOca%itacion"pdf 11O67O2614

21


Bombas

8II. #neEos %rincipios teóricos 9as bombas incrementan la energ0a mec/nica del l0.uido+ aumentando su %elocidad+ presión o ele%ación+ o las tres anteriores"9as dos clases principales son las bombas de desplazamiento positi%o y las bombas centr0fugas"&)barz+ *

Figura 1.Fuente: Rivero Palacio, 2008

#5 Dombas de desplaFamiento positivo n %olumen determinado de l0.uido es encerrado en una c/mara+ la cual se llena alternati%amente desde la entrada y se %ac0a a una presión m/s alta a tra%?s de la descarga"

#.1 Dombas reciprocantes 9as bombas de pistón+ de ?mbolo y de diafragma son ejemplos de bombas reciprocantes" En una bomba de pistón+ el l0.uido pasa a tra%?s de una %/l%ula de retención de entrada al interior del cilindro mediante la acción de un pistón y entonces es forzado $acia afuera a tra%?s de una %/l%ula de retención de descarga en el recorrido de regreso" 9a mayor parte de las bombas de pistón son de doble acción+ es decir+ el l0.uido es admitido alternadamente a cada lado del pistón+ de manera .ue una parte del cilindro se esta llenando mientras otra se %ac0a" El pistón se acciona mediante un motor a tra%?s de una caja reductora" 9a presión m/ima de descarga para bombas de pistón comerciales es de alrededor 56 atm" -ara presiones m/s ele%adas se utilizan bombas de ?mbolo" n cilindro de pared gruesa y di/metro pe.ueño contiene un ?mbolo reciprocante perfectamente ajustado .ue es una etensión de la barra del pistón" #l final del recorrido del ?mbolo llena pr/cticamente todo el 22


Bombas

espacio del cilindro" 9as bombas de ?mbolo son de simple efecto y por lo general son accionadas por un motor" -ueden descargarse a presiones 1566 atm o m/s" En una bomba de diafragma+ el elemento reciprocante es un diafragma fleible de metal+ pl/stico o $ule" Esto elimina la necesidad de empa.ues o cierres epuestos al l0.uido bombeado+ lo .ue constituye una gran %entaja cuando se manipulan l0.uidos tóicos o corrosi%os" 9as bombas de diafragma manejan de pe.ueñas a moderadas cantidades de l0.uido+ $asta alrededor de 166 galOmin+ y pueden desarrollar presiones superiores a 166 atm" 9a eficiencia mec/nica de las bombas reciprocantes %ar0a entre 86 y 56= para bombas pe.ueñas y de 76 a ;6= para las grandes" 9a relación entre el %olumen del fluido descargado y el %olumen barrido por el pistón o ?mbolo se llama eficiencia %olum?trica" En las bombas de desplazamiento positi%o la eficiencia %olum?trica se mantiene casi constante al aumentar la presión de descarga+ si bien disminuye algo como consecuencias de las fugas" ebido a la constancia del flujo de %olumen+ las bombas de ?mbolo y diafragma son muy utilizadas como bombas de medición"&'ing$2661*

#.2 Dombas rotatorias ienen nombre como bombas de engranaje+ de lóbulo+ de tornillo+ de le%a y de aspa" # diferencia de las bombas reciprocantes+ las bombas rotatorias no contienen %al%ulas de retencion" 9as bombas rotatorias operan mejor en fluidos limpios y moderadamente %iscosos y operan con presiones de descarga superiores a 266 atm" El l0.uido entra a la l0nea de succión por la parte inferior de la coraza+ es atrapado en los espacios .ue eisten entre los dientes y la coraza y circula $acia la parte superior de la misma y finalmente es lanzado $acia la l0nea de descarga" El l0.uido no puede %ol%er a la c/mara de succión debido al estrec$o ajuste de los engranajes en el centro de la bomba"

D5 Dombas centrifugas Es la segunda clase m/s importante de bombas luego de las bombas de desplazamiento positi%o+ la energ0a mec/nica del l0.uido se aumenta por la acción centr0fuga" El li.uido entra a tra%?s de la coneion de succion conc?ntrica al eje del elemento giratorio de alta %elocidad llamado impulsor el cual esta pro%isto de aspas radiales in$erentes con el mismo" El l0.uido

24


Bombas

fluye $acia fuera por el interior de los espacios .ue eisten entre las aspas y deja al impulsor a una %elocidad considerablemente mayor con respecto a la entrada del mismo" El fluido recibe energ0a del impulsor .ue a su %ez se transmite al mismo por un par de fuerzas del eje motor .ue es accionado por motor de %elocidad constante" &)barz Marboza+ 2665*

Interpretación de las alturas 9os fluidos+ en su desplazamiento por una tuber0a+ poseen una energ0a total+ .ue se descompone en tres diferentes: ❏

Energ0as potencial: 9a debida a la altura geod?sica de la part0cula de fluido o

altitud respecto de un plano $orizontal cual.uiera" ❏ Energ0a debido a la presión de fluido+ llamada altura de presión" ❏ Energ0a cin?tica debido a la %elocidad del fluido" 9a suma de las tres alturas &altura total* permanece constante en un fluido ideal a lo largo de una tuber0a &filamento de corriente* y es lo .ue se conoce como la ecuación de bernoulli.

H = Z 1+

P1 γ

2 2 P 2 V 1 V 2 + = Z 2 + + γ 2g 2g

/erminología de Dombas )entrífugas )arga de una bomba centrífuga -ara eplicar la carga .ue desarrolla una bomba+ se tomar/+ como ejemplo la instalación .ue se muestra en la igura 2 + en la .ue se tiene una sola tuber0a y una bomba .ue transporta el fluido entre dos depósitos" El l0.uido entra a la bomba por una toma de succión en el punto 1 y sale en la tuber0a de descarga por el punto 2+ entreg/ndole al fluido un trabajo" #plicando la ecuación de bernoulli entre los puntos 1 y 2+ se tiene"

P 1 u ❑2 P 2 u❑2 + Z + α + H = + Z 2+ α + Δ h ρ. g 1 2 g ρ g 2g ❑2

12

+ despejando !+ se tiene: ❑2

2 1 P 2 P 1 H = − + Z 2 −Z 1+ α u −α u + Δ h ρ g ρ g 2g 2g

1−2

!: Es el trabajo .ue la bomba le entrega al fluido en unidades de longitud y se le conoce como

carga de la bomba" Entre los puntos 1 y 2+ la >nica fricción .ue eiste es la .ue se produce en el interior de la bomba y esta se incluye en el rendimiento de la misma+ por lo tanto+ se puede despreciar el 28


Bombas

t?rmino $12"T6" 9a diferencia de altura entre la entrada y salida de la bomba+ U 2 U1+ suele ser muy pe.ueña o igual a cero y puede ser eliminada de la ecuación

Δ Z =0 " 'i las tuberias

de succion y descarga son del mismo tamaño las cargas correspondientes a la %elocidad se cancelan+ sin embargo+ en general la tuber0a de succión es mayor .ue la de descarga+ en este caso se %er/ .ue el t?rmino es muy pe.ueño la ecuación se escribe entonces"

H =

P2− P1 ρ g

+ α

2g

( u 2❑2−u 1❑2)

Es la diferencia entre la cabeza de descarga y la de succión+ calculada a tra%?s de un balance de energ0a mec/nica entre los puntos de suministro del fluido y succión de la bomba y de la descarga de la bomba $acia su destino" H = H d − H s

onde: H =Carga!"al ( m ) H s=Carga #s"$"i%ad# su%%i&' ( m )

H d =Carga #s"$"i%ad# d#s%arga( m)

-ara esto+ se define:

)arga /otal 4@5.' Es la energ0a .ue necesita el l0.uido para %encer la altura est/tica total m/s las p?rdidas en las tuber0as y accesorios del sistema" 2 ( P ❑2− P ❑1) (V ❑22−V ❑21) ¿ ( V ❑2¿ ¿ ( V ❑d#s ❑ ❑ H = + +( Z ❑2 −Z ❑1 )+ f + f γ 2 (g ) ( 2 ( g ) ( 2 ( g

onde: H =Carga"!"al ( m ) 2

P1= Pr#si&'a*s!lu"a d# su%%i&' ( Kgf / m ) 2

P2= Pr#si&'a*s!lu"a d# d#s%arga ( Kgf / m )

γ = P#s! #s+#%,fi%! d#l fluid! ( Kgf / m 3) V 2= v#l!%idad d# d#s%arga ( m / s )

25


Bombas

Z 2= al"ura ha%ia#l +u'"! 2 ( m )

g= a%#l#ra%i&' d#la grav#dad( m/ s2 ) )arga est&tica de succión.' Es la distancia %ertical entre el ni%el del agua .ue se bombea y el ni%el medio de la bomba" Cuando la bomba aspira desde un ni%el inferior al ni%el medio+ la presión en la tuber0a de succión es menor .ue la atmosf?rica+ por esta razón resulta negati%a" 'i el ni%el de agua esta por encima del ni%el medio+ esta recibe el agua con una presión est/tica por encima de la atmósfera y se considera positi%a"

)arga est&tica de descarga.' Es la distancia %ertical entre el ni%el medio de la bomba y el ni%el al cual se ele%a el agua"

)audal o capacidad de la bomba Es el %olumen de l0.uido impulsado por una bomba en una unidad de tiempo [ - ] = ❑3 . " ❑−1 " El gasto %olum?trico se puede epresar como el producto de la %elocidad del fluido por el /rea trans%ersal del ducto en el .ue fluye" - =V / A

- = gas"! v!lum0"ri%! (m3 / s ) V = v#l!%idad d#l fluid!( m / s )

A = 1r#a d# la s#%%i&'"ra'sv#rsal d# la "u*#r,a( m 2 ) )arga est&tica total Es la distancia %ertical entre los ni%eles del l0.uido en los puntos de succión y descarga"

2


Bombas

igura 2. "lementos #ue conorman un sistema de bombeo Fuente: Rivero Palacio, 2008.

)arga de fricción Es la carga+ epresada en unidades de longitud+ necesaria para %encer la resistencia de las tuber0as de succión+ descarga y los accesorios .ue contenga el sistema"

%resión de succión 'e refiere a la altura desde la cual el fluido puede ser succionado por la bomba+ pudiendo ser presión de succión positi%a o negati%a+ dependiendo de la posición relati%a de la bomba con el ni%el del fluido"

%resión de descarga 'e refiere a la altura a la cual puede ser bombeada un fluido" )arga de la bomba o altura de bombeo Caracteriza a la energ0a espec0fica cedida por la bomba al l0.uido"

0%,@ 40et %ositive ,uction @ead5: Es decir la carga de succión positi%a+ la cual se define como la diferencia entre la carga total de de succión menos la presión de %apor del l0.uido a la temperatura de bombeo+ llamandose asi

NPSH )

&disponible* .ue se reduce con los

aumentos de capacidad por las p?rdidas de fricción en la tuber0a de succión y

NPSH R

&re.uerida* aumenta como el cuadrado de la capacidad"-ara .ue una bomba centr0fuga opere satisfactoriamente+ es necesario .ue el l0.uido no %aporiza dentro de la bomba o en l0nea de succión ya .ue pro%ocar/ un desgaste prematuro del impulsor &ca%itación* 9a ,-'! es la presión atmosf?rica menos la suma de de ele%ación de succión y la presión de %apor del agua" 27


Bombas

2 NPSH  ¿ ( Pa"m− Pv H 2 ) / γ −( V 2) / 2 g − Δ Z + hf 2

%ara "ue la bomba opere correctamenteG se debe cumplir "ue

NPSH γ =0.00125 ( - /'❑2 ) 0.67 +onde -= %audal ( m❑3 / s ) ' = R . P . M

0%,@ disponible 3 0%,@ re"uerido %otencia de una bomba centrífuga .' Es la energ0a re.uerida para transportar un fluido por unidad de tiempo"

@%@ 4potencia "ue la bomba entrega al fluido5 " Es el producto del peso espec0fico del fluido por el flujo de operación por el cabezal total desarrollado por la bomba a ese flujo de operación: HPH =- / H / γ

onde: 3

- = %audal ( m / s ) H =al"ura d#l +r!4#%"! ( m) γ = P#s! #s+#%,fi%! d#l agua ( 998.42 Kgf / m 3 )

D@% 4entrada a la bomba o potencia de freno5.' Es la potencia .ue se entrega al eje de la bomba+ conocida como la potencia de freno: 5PH =V(6

onde: V = v!l"a7# ( V )

6 =am+#ra7# 8 %!rri#'"#d# la *!m*a ( A )

2<


Bombas

!ficiencia de la bomba.' M-! y !-! deber0an coincidir en el %alor pero no lo $ace debido a .ue siempre $ay p?rdidas+ aun.ue se sabe .ue para cual.uier bomba se debe cumplir .ue !-!VM!-: HPH '= ( 100 5PH

Rendimiento de una bomba centrífuga Cuando un l0.uido fluye a tra%?s de una bomba+ sólo parte de la energ0a comunicada por el eje del impulsor es transferida al fluido" Esta p?rdida de energ0a es debido al c$o.ue .ue produce el l0.uido a la entrada del impulsor+ a la fricción .ue se genera por el paso del fluido a tra%?s del espacio eistente entre los /labes y las p?rdidas de altura al salir el fluido del impulsor" El trabajo .ue la bomba le entrega al fluido %iene dado por la ecuación

W = m . g . h

9a potencia .ue la bomba le suministra al fluido es:

P=

dW dm = gH = ρ g-H d" d"

El rendimiento 9 de una bomba %iene dado por la ecuación: 9=

+!"#'%iasumi'is"rada al fluid! ρ g-H = N +!"#'%ia #' #l #7# ( al fr#'!)

&(i%ero -alacio+ 266<*

!levación de succión y cavitación 9a potencia calculada mediante P=m ΔH / : depende de la diferencia de presión entre la descarga y la succión+ y es independiente del ni%el de presión" # partir de consideraciones de energ0a+ es irrele%ante .ue la presión de succión sea inferior o superior a la presión atmosf?rica+ siempre .ue el fluido permanezca en estado l0.uido" 'in embargo+ si la presion de succion es solo ligeramente mayor .ue la presión de %apor+ es posible .ue algo del l0.uido se e%apore s>bitamente dentro de la bomba+ dando lugar a un proceso llamado ca%itación+ el .ue reduce de manera importante la capacidad de la bomba y causa una se%era erosión" 'i la presion de succion es en realidad menor .ue la presión de %apor+ se producir/ %aporización en la l0nea de succión+ y el l0.uido no puede entrar a la bomba" -ara e%itar la ca%itación+ es preciso .ue la presión a la entrada de la bomba eceda a la presión de %apor en un cierto %alor+ llamado carga neta de succión positiva $%P&!, net positive

2;

Laboratorio de operaciones unitarias 1 Bombas suction 'ead(. El %alor re.uerido de la ,-'! es alrededor de 2 a 4m &5 a 16 ft* para bombas

centrifugas pe.ueñasA pero el %alor aumenta con la capacidad de la bomba+ la %elocidad del rotor y la presión de descarga" Falores $asta de 15 m se recomiendan para bombas muy grandes" &)barzMarboza+ 2665*

Figura %)*: +rica # vs %P&! disponible

?igura 0 * Dombas centrífugas ' +ifusores 4a5 de voluta 4b5 de turbina

46


Bombas

.

?igura 06 Dombas rotatorias.

?igura 07 %rincipio de funcionamiento de una Domba

41


Bombas

?igura 0 39 ?lujograma de la eEperiencia 42


Bombas

)urvas )aracterísticas de las Dombas n sistema de bombeo se caracteriza por un conjunto de cur%as .ue describen el comportamiento durante su operación" Estas cur%as se denominan cur%as caracter0sticas+ todas ellas se trazan en función de caudal y a una %elocidad de giro constante"

)urva )audal 8s !ficiencia.' 9a eficiencia de la bomba es una cur%a caracter0stica de un sistema de bombeo .ue se traza en función del caudal a una %elocidad de giro constante" 9a eficiencia de una bomba es la relación entre la potencia $idr/ulica agregada por la bomba al fluido y la potencia el?ctrica consumida por el motor" El %alor de la eficiencia es cero+ cuando el caudal es cero+ a medida de .ue el caudal aumenta+ la eficiencia aumenta a un %alor m/imo+ denominado punto m/imo de rendimiento" # partir de este punto+ al aumentar el caudal+ la eficiencia disminuye"

)urva )audal 8s !nergía.' 9a cur%a de funcionamiento de una bomba es una gr/fica .ue muestra la energ0a total desarrollada por la bomba en función del caudal entregado por la misma+ a una %elocidad de giro constante" 9a altura total entregada por la bomba disminuye a medida .ue el caudal aumenta" El c/lculo de la altura total entregada por la bomba re.uiere .ue se apli.ue el teorema de Mernoulli &eplicada anteriormente* entre la succión &entrada* y la descarga &salida* de la bomba"

44


Bombas

)urva )audal 8s 0%,@ .' 9a cabeza neta de succión positi%a disponible & NPSH d ¿ tambi?n es una cur%a caracter0stica .ue se obtiene en función del caudal a una %elocidad de giro constante" El NPSH d esta en función de las propiedades del fluido y de las caracter0sticas del sistema de bombeo" El NPSH d debe ser mayor o igual .ue el NPSH r para asegurar la calidad de la bomba y e%itar la ca%itación"

48


Bombas

)&lculos !jemplos de c&lculos 9os ejemplos .ue se muestran a continuación $an sido calculados para la 'E()E 1 &presion de succion constante y presión de descarga %ariable*  corrida 1  repetición 1" e la mismo forma se calculó para todas las corridas y repetición de la 'E()E 2 &presión de succión %ariable y presión de descarga constante*"

1.' )&lculo del caudal omamos como ejemplo la corrida ,°1 de la 'E()E 1 &presion de succion constante y presión de descarga %ariable* con sus 8 tiempos correspondientes .ue son: " 1 =31 s +

" 2 =31 s +

" 3 =32 s +

" 4=33 s

-=( $r#a ( al"urad# m#di%i&')/ "i#m+!

a* -=

( 0.60 m( 0.60 m( 0.1 m ) 31 s −3

3

-=1.16129 / 10 m / s

b* -=

0.60 m/ 0.60 m/ .1 m 31 s −3

3

-=1.16129 / 10 m / s

c* -=

0.60 m( 0.60 m( 0.1 m 32 s −3

3

-=1.125 / 10 m / s

45


Bombas

d* -=

0.60 m/ 0.60 m/ 0.1 m 33 s −3

3

-=1.0909 / 10 m / s

Este c/lculo ser/ realizado para todos los dem/s tiempos

2.' )&lculo de la velocidades de succión y de descarga 2"1" C/lculo de la %elocidad de succión:

Vsu%%i&' =

A

4 (Vsu%%i&'= 2❑ ; ( ( )su%% . )❑

3

Vsu%%i&' =

4 ( 0.0012 m ❑ / s 2❑

3.1416 ( ( 0.0525 m )❑

Vsu%%i&' =0.5543 m / s

2"2" C/lculo de la %elocidad de descarga: 4 (Vd#s%arga= ; ( ( )d#s% . )❑2❑

3

Vd#s%arga =

4 ( 0.0012 m❑ / s 2❑

3.1416 ( ( 0.0409 m )❑

Vd#s%arga=0.9134 m / s

$.' )&lculo de los Reynolds de succión y de descarga

4


Bombas

4"1" -ara (eynolds de succión: ρ ( )su%% . ( Vsu%%. <

ℜ=

ℜ= 29667.9 4"2" -ara (eynolds de descarga: ρ ( )d#s% . ( Vd#s%. <

ℜ=

(998.08 =g / m❑3 ) ( (0.0409 m ) ( (0.9134 m / s ) ℜ= 0.000979 =g / m. s

ℜ=38086.1 *.' )&lculo del ?actor de fricción de +arcy para la succión y descarga 8"1" @actor de fricción de arcy para la succión: −0.25

>d =0.32 ( (ℜ≻ .)❑

− 0.25

>d =0.32 ( ( 29667.9 )❑ >d =0.0244

*.2.' ?actor de fricción de +arcy para la descarga − 0.25

>d =0.32 ( (ℜ d#s%. )❑

47


Bombas −0.25

>d =0.32 ( ( 38086.1 )❑ >d =0.0229

6.' )&lculo de pérdidas 2

2

>d ≻/ /Vsu%% 0.0244 / 0.248 / 0.5543 hf ≻¿ = = 0.0018 m 0.0525 / 2 / 9.8 )su%% / 2 / g

2

2

>d#s%/  /Vd#s% 0.0229 / 1.206 / 0.9134 hf d#s% = = = 0.0287 m 0.0409 / 2 / 9.8 )d#s% / 2 / g

7.' )&lculo de presiones Psu%%|¿| Pa"m− Psu%%ma'!m.

2

13.6 =gf / m

Psu%%|¿|756 mmHg/

1 mmHg

−3 +ulgHg/

345.32 =gf / m

2

1 +ulg Hg

=9245.64 =gf / m2

Pd#s%|¿| Pa"m− Pd#s% ma'!m 2

13.6 =gf / m

Pd#s%|¿|756 mmHg/

1 mmHg

+ 15 +ulg Hg /

703.07 =gf / m 1 +ulg Hg

2

=20827.65 =gf / m2

9.' )&lculo de la altura del proyecto 4@5

( Pd − Ps ) ( Vd 2−Vs2 ) H = + + ( zd− zs ) + hf "!"al#s γ

2g

4<


Bombas

( 20827.65 − 9245.64 ) =gf / m ( 0.9134 −0.5543 ) m / s ❑ + + ( 0.841 m ) + 0.0287 m + 0.0018 m 3 2 998.42 =gf / m 2 / 9.81 m / s 2

H =

2

2

2

2

H =12.4987 m

<.' )&lculo de 0%,@r y 0%,@d 0%,@d NPSHd =ha"m − hva+ −h≻−h m P a"m − Pva+

NPSHd =

➔

ϒ

❑2

❑2

❑2

f ≻/Vsu%% /  Vsu% % − − ( ? K )− ΔZ 2 / g/ ) 2/g

+atos

)onstantes ' Pa"m=10300.154 Kgf / m❑❑2 ' Pva+=253.73 Kgf / m❑2 '

Vsu% − 2g

8ariables ' Vsu%% = 0.5543 m/ s ' f ≻¿ 0.0244

= 998.42 Kgf / m❑2

ϒ

' g= 9.81 m / s ❑2 ' )=0.0525 m❑2 ' ? K =0.85 m ' Δ Z =0.841 m ➔

ReemplaFando

➔

4;


m/s

Bombas ❑

0.5543 ¿

¿ ¿2 ¿ ❑2 0.5543 m/ s ¿ /( 1.657 m ) ¿ ❑2 0.5543 m / s ¿ ¿ ¿ ¿ (10300.154 −253.73 ) Kgf / m❑2 NPSHd= −¿ (998.42 ) Kgf / m❑2 NPSHd =9.1802 m 0%,@r

-∗'❑2 ¿❑0.6 NPSHr =0.00125∗¿ atos: -onstantes:

ariables:

 -=0.0012 m❑3 / s

' ' =3450 r+m Reempla/ando  ❑3

/ s / 3450❑2 ¿❑0.67 NPSHr=0.00125 / ¿

0.0012 m

;.' )&lculos para (allar la eficiencia de la bomba 9.1 Cálculo de la Potencia Real (BPH):

5HP =V ( 6 5HP =150 V ( 3,67 A

86


Bombas

5HP =0,5505 KW

W -ara nuestro caso+ el Foltaje en F es constante &156F* y la corriente en # &4"7#* sólo para la primera corrida+ en la tabla se eplica el %alor de la corriente para las distintas corridas

;.2 )&lculo de la %otencia Htil 4@%@5 HPH =- / H / γ 3 ¿ 998.42 Kgf / m

¿

1 Kg

*

.m / s HPH =( 0.0012 m / s )( 12.4987 m)¿ 101.972 Kgf 3

HPH = 0.1649 KW

onde: 3

- = %audal ( m / s ) H =al"ura d#l +r!4#%"! ( m) 3

γ = P#s!#s+#%,fi%! d#l agua ( 998.42 Kgf / m )

;.$ )&lculo de la eficiencia de la bomba 4n5 HPH '= / 100 5PH

'=

0.1469 0.5505

/ 100 =26.67

81


Bombas

IMJ!0!, Imagen 01 Cronómetro

Imagen 02 ermómetro

82


Bombas

Imagen 0$ Cinta m?trica

Imagen 0* F/l%ula &arriba* y manómetro &abajo*

84


Bombas

Imagen 06 )nstrumento de medición para el caudal

Imagen 07 Momba centrifuga usada en el laboratorio

88


Bombas

Imagen 09 arca de la Momba

85


Bombas

Imagen 0< atos respecto a la bomba

Imagen 0;

Facuómetro

Imagen 013 F/l%ula de compuerta entre un tubo recto y un tubo de codo

8


Bombas

Imagen 011 F/l%ula

de compuerta &iz.uierda*

y %/l%ula de globo

&derec$a*

Imagen 012 an.ue de descarga de $ierro gal%anizado

87


JR?I)#,

Bombas

,!RI! 1 Jr&fica 031 Caudal %s Eficiencia

8<


Bombas

Jr&fica 032 Caudal %s -otencia (eal

8;


Bombas

Jr&fica 03$ Caudal %s -otencia Ltil

56


Bombas

Jr&fica 03* Caudal %s ,-'! &re.uerido y disponible*

51


Bombas

Jr&fica 036 Caudal %s -otencia &(eal y >til*

Jr&fica 037 Caudal %s Carga otal

52


Bombas

54


Bombas

,!RI! 2 Jr&fica 039 Caudal %s Eficiencia

58


Bombas

Jr&fica 03< Caudal %s -otencia Ltil

55


Bombas

Jr&fica 03; Caudal %s -otencia (eal

5


Bombas

Jr&fica 013 Caudal %s ,-'! &re.uerido y disponib

Jr&fica 011 Caudal %s -otencia &(eal y >til*

57


Bombas

Jr&fica 012 Caudal %s Carga otal

5<


Bombas

5;


Bombas

-,O, K #%I)#)IO0!, +! #, DOMD#, )!0/RL?-J#, as bombas centrífugas son e"uipos para bombear fluidos corrosivos y no corrosivos a una eficiencia (idr&ulica m&Eima..

Ventajas principales de las bobas centr!"u#as ,on m&s económicas "ue las bombas de émbolo e"uivalente. as bombas centrífugas son muy vers&tiles en sus capacidades y presiones. #lgunas ventajas son         

)audal constante %resión -niforme ,encilleF de construcción /amaNo reducido Dajo rendimiento Dajo mantenimiento ?leEibilidad de regulación 8ida til prolongada 0o tienen movimientos alternativos

Capos de aplicaciones de las bobas centr!"u#as as bombas centrífugas son las bombas "ue m&s se aplican en diversas industriasG en las "ue destacan 

Industria alimenticia ,aboriFantesG aceitesG grasasG pasta de tomateG cremasG vegetales

troFadosG mermeladasG mayonesaG c(ocolateG levadura y dem&s.  Industria de cosméticos )remas y locionesG tintes y alco(olesG aceitesG entre otras.  Industria farmacéutica %astasG jarabesG eEtractosG emulsiones. Debidas lec(eG cerveFaG aguardientesG concentrados de frutaG jugos y m&s. Otros "uímicos ,olventesG combustibles y lubricantesG jabonesG detergentesG pinturasG gases licuadosG etcétera.

Principio del "uncionaiento de las bobas centr!"u#as as bombas centrífugas mueven un cierto volumen de lí"uido entre dos niveles y transforman un trabajo mec&nico en otro de tipo (idr&ulico. a energía se comunica al lí"uido por medio de &labes en movimiento de rotaciónG a diferencia de las bombas de desplaFamiento volumétrico o positivoG de las rotativas 4de engranajesG tornillosG lóbulosG levasG etcétera5 y alternativas de pistónG de vapor de acción directa o mec&nicas.

$os eleentos %ue "oran una instalaci&n con una boba centr!"u#a 1. 'pa%ue. . lec*a. . Rodete. ,. Voluta. -. 'ntrada. . /nillo de des#aste.

6


Bombas

0. i"usor. 2. 3alida.

 

-na tubería de aspiración "ue termina en la brida de aspiración. +entro de una c&mara (ermética dotada de entrada y salida gira una rueda 4rodete5G el

verdadero coraFón de la bomba.  !l rodete es el elemento rodante de la bomba "ue convierte la energía del motor en energía cinética.!l lí"uido penetra aEialmente por la tubería de aspiración (asta la entrada del rodete y este  4alimentado por el motor5 proyecta el fluido a la Fona eEterna del cuerpo'bomba debido a la fuerFa centrífuga producida por la velocidad del rodete.  !l lí"uidoG de esta maneraG almacena una energía 4potencial5 "ue se transformar& en caudal y altura de elevación 4o energía cinética5.  a voluta es una parte fija "ue est& dispuesta en forma de caracol alrededor del rodete a su salida.  -na tubería de descarga conectada con la bombaG el lí"uido se encanalar& f&cilmenteG llegando fuera de la bomba.

!8#-#)IC0 M!+I#0/! RHDRI)#, #R/L)-O !P%!RI!0)I# +! #DOR#/ORIO !)-#)IC0 +! # !8#-#)IC0 )ondiciones límites 'i: -romedio &@or y -ar* V 1 entonces la nota del )nforme de laboratorio &),@* es 6"<6 ),@"

1

Laboratorio de operaciones unitarias 1 'i: -romedio &@or y -ar* V 11 entonces la nota del )nforme de laboratorio &),@* es 6"55 ),@" Entonces

Bombas

∫ 8 Ma" 8 5i* )+ 0.40 ( R ∧ ) )+ 0.15 PR2M ( @s" 8 @ 8 a* 8 >ig)+ 0.20 ( A'#(!s)

6N> =0.25 PR2M (ℜ 8

23 ' 17 ?ormato 4?or5

!oja tamaño #8 en m/rgenes 'up e )nf 2"5A )z. 4"5 y er 2"5 e )nterlineado 1"5" #rial 11

%articipación 4%ar5

@erramienta de verificación el (istorial del +ocumento +rive

Resumen 4Re5

Introducción 4Int5

'e usa como ma dos p/ginas" 'e establece en las mismas los objeti%os del laboratorio"

Materiales y Métodos 4Mat5

Resultados y +iscusión 4R+5

16 ' 11

13 ' 6

*'3

Cumple con las especificaciones del formato+ cumple con la estructura .ue se dio para el informe+ adem/s de aneos y referencias bibliogr/ficas" 9a redacción del informe se $ace en el estilo #-#"

Cumple con las especificaciones del formato+ cumple con la estructura .ue se dio para el informe

,olo cumplio con algunas de ellas o al menos las especificaciones del formato

@icieron como les pareceG sin cumplir con ninguna de las especificaciones acerca del formato

/odo el grupo (a participado de manera coordinada usando el tiempo designado para la elaboración del informe.

a mayoría al menos tres estudiantes (an participado de manera coordinada en todo en la realiFación del documento

,olo uno o dos estudiantes (an participado de manera coordinada en todo en la realiFación del documento

@an (ec(o a ltima (oraG pero aducen "ue ya lo tenían en BordG y "ue recién se (an puesto de acuerdo para unir su informeG a ltima (ora.

,e usa 263 palabrasG se describe el eEperimento y los resultados obtenidos eEpresados en rangos de valideF estadística.

,e utiliFó m&s palabras "ue las indicadasG la descripción del eEperimento no es completa y los resultados tampoco son completos

!l resumen es incompleto y no (ay resultados

!l resumen est& a medio (acer

,e establece todos los conceptos 4citados bibliogr&ficamente5 necesarios para eEplicar el eEperimentoG incluido las (erramientas estadísticas usadas. %ara ello si se necesita para ser ampliadas se usa los aneEos

?alta algunos conceptos u otros estan demas ya "ue no fueron usados en el eEperimentoG no esta incluido los conceptos de (erramientas estadísticas. os conceptos bibliogr&ficos son usados de p&ginas Qebs de origen desconocido

os conceptos vertidos en esta sección son insuficientes y est&n mal redactados

!l contenido de esta sección no tiene nada "ue ver con el eEperimento realiFados

,e describe los materiales utiliFados en el laboratorioG los métodos usados describen las mediciones eEperimentales y son descritas las (erramientas estadísticas usadas y son citados bibliogr&ficamente usando el estilo #%#

a descripción de los materiales y métodos son descritos de maneras incompletaG pero es redactado correctamente usando las técnicas descritas en el item anterior

a descripción de los materiales y métodos son descritos de maneras incompletaG y es redactado a libre criterio del grupo

a descripción de los materiales y métodos son descritos de maneras incompletaG y no contempla casi nada de lo "ue se (iFo en el eEperimento

os resultados y discusión se redacta independientemente de las tablas y>o figurasG (ay una falta de coordinación pero se usa el estilo de redacción #%#

os resultados y discusión se redacta independientemente de las tablas y>o figurasG (ay una falta total de coordinaciónG el uso de citas bibliogr&ficas es pobre.

os resultados y discusión se redacta a continuación de las tablas y>o figuras de manera concatenada usando el estilo de redacción #%# ,e compara los datos eEperimentales de los

os resultados y discusión se redacta independientemente de las tablas y>o figurasG se redacta al sentido comnG repitiendo lo "ue ya "ue esta en tablas o figuras. !sta incompleto.

2


Bombas

teóricos a la luF de las (erramientas estadísticas y compar&ndolas con otras bibliografías.

Dibliografía 4Dib5

,e utiliFa bibliografía de libros y de sitios Q!D de procedencia científica y es correctamente citado en el informe.

,e utiliFa bibliografía de sitios Q!D de procedencia científica y es correctamente citado en el informe.

,e utiliFa bibliografía de sitios Q!D de dudosa procedencia y es citado en el informe pero no de forma correcta.

@erramientas estadísticas

as (erramientas estadísticas son definidas en la introducciónG y son especificadas en los materiales y métodos. K son mostrados en tablas y en figuras. -sados para la discusión en los resultados y discusiones

as (erramientas estadísticas no son mostradas en la introducciónG pero se (ace uso en el resto del documento

as (erramientas estadísticas son usadas solo en los resultados y discusiónG pero aun asi se (acen uso de ellas en parte de la discusión así sea de forma poco correcta

as (erramientas estadísticas no son mostradas en ninguna parte del documento o del informe de la laboratorio

as ecuaciones son numeradas usadas con las (erramientas del documento drive y el formato es el mismo "ue el teEto. as ecuaciones son citadas en los resultados y discusión de acuerdo a su numeración

as ecuaciones son numeradas pero algunas de ellas son usadas en la redacción del informe de laboratorio

as ecuaciones no son numeradas y son importadas de otro sitio en forma de imagen. ,on usadas de forma parcial en el teEto

as ecuaciones no son numeradasG est&n en desordenG y no son usadas en la redaccion del teEto..

/ablas 4/ab5

as tablas tienen información relevante con el eEperimentoG son numeradas y son usadas como referencia para la discusión de los resultados

as tablas tienen información "ue no es contemplada en el eEperimentoG son numeradas y parte de ella son usadas como referencia para la discusión de los resultados

as tablas tienen información "ue no es contemplada en el eEperimentoG no son numeradasG est&n en desorden y parte de ella son usadas como referencia para la discusión de

as tablas tienen poca información "ue no es contemplada en el eEperimentoG no son numeradas y solo se repite sus datos en los resultados y discusión.

?iguras 4?ig5

as figuras ilustran las tendencias de los datosG el proceso llevado a cabo en el eEperimentoG es citado como referencia en los resultados y discusión. ,e usa rótulosG leyendasG y correcta escala de ejes. ,u enumeración y títulos son debajo de la figura.

as figuras ilustran las tendencias de los datosG el proceso llevado a cabo en el eEperimentoG es citado como referencia en los resultados y discusión. %ero (ay deficiencias en la edición de los mismosG

as figuras ilustran las tendencias de los datosG el proceso llevado a cabo en el eEperimentoG no es citado correctamente como referencia en los resultados y discusión. %ero (ay deficiencias en la edición de los mismosG

as figuras estan mal editadasG no se guarda unidades correctas en las mediciones no son usadas en la redacción de los resultados y discusión

,e usan los aneEos para poner la secuencia de los c&lculos en las etapas de la eEperimentación y los calculos y las graficas se realiFan en esta aplicacion. ,alvo algunos calculos "ue necesariamente se deban (acer en eEcel.

a secuencia de los calculos en las etapas de la eEperimentacion son copiadas y pegadas de una fuente eEterna ejm !Ecel. impieFa en los calculos y orden.

os aneEos est&n en desordenG no (ay claridad en los c&lculos

redactado en estilo #%#

4!st5

El uso de las $erramientas estad0sticas pueden ser importadas en forma de imagen desde ecel u softSare estad0stico

!cuaciones 4!"5

amaño de letra arial  de forma libre para .ue cuadre con el documento

9as medidas eperimentales son representadas como puntos+ las medidas teóricas tambi?n como puntos diferentes+ pero el modelo estad0stico y las bandas ma y min son l0neas continuas

#neEos 4#n5

-sando la (oja de c&lculo de +rive

a bibliografía presentada no tiene nada "ue ver o no fue usada en el informe de laboratorio.

0o (ay aneEos

4

informe de operaciones unitarias bombas

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