El Insolente de Condor

Práctica Nro. 2 “BOMBAS CENTRÍFUGAS” Grupo: 2

CONTENIDO

Pág.

I. RESUMEN............................................................................................................. 2

II. INTRODUCCIÓN.................................................................................................3

III. HISTORIA O DISCUSION HISTORICA…………………………..……4

IV. PRINCIPIOS TEÓRICOS...................................................................................6

V. DETALLES EXPERIMENTALES.................................................................18

VI. TABLAS DE DATOS EXPERIMENTALES / RESULTADOS.............20

VII. DISCUSIÓN DE RESULTADOS.................................................................. 33

VIII. CONCLUSIONES ............................................................................................34

IX. RECOMENDACIONES ...........................................................................35

X. BIBLIOGRAFÍA.................................................................................................36

XI. APÉNDICE....................................................37

A. CÁLCULOS......................................................... 37

B. GRÁFICAS ...................................................................................................46

C. APLICACIONES……………………………………………………..48

LABORATORIO DE INGENERIA QUIMICA I pág. 1


RESUMEN

El siguiente informe fue realizado con el objetivo de determinar la curva característica de la bomba centrífuga marca “Hidrostal” 32-125-0.5 de 0.5 hp y 3450 RPM. Dicha bomba está instalada en un sistema de tuberías galvanizado cedula 40 de 2” para la succión y 1.5” para la descarga en donde las condiciones de trabajo fueron de 756mmHg y 21°C.

Se trabaja con caudales entre 3.4118x10-3 y 1,2x10-3 m3/s, obteniendo una carga hidrostática total que varía entre 7.0 y 11.2 m, así mismo el NPSH D para estos caudales fluctúa entre 9.83 y 98.37 m, el NPSH R fluctúa entre 0.554 y 2,622 y la eficiencia de la bomba se encuentra en un rango de: 19,98 – 31,4%.

De la experiencia se puede concluir que a medida que aumenta el caudal también aumenta la eficiencia pero hasta cierto punto, luego de este punto (punto de operación o punto de servicio) la eficiencia de la bomba disminuye.



INTRODUCCION

Para que un fluido fluya de un punto a otro en un ducto cerrado o en una tubería, es necesario contar con una fuerza impulsora. Algunas veces, esta fuerza es la gravedad cuando hay diferencias de nivel. Por lo general, en un dispositivo mecánico como una bomba o un ventilador, suministra la energía o fuerza impulsora que incrementa la energía mecánica del fluido. Esta energía puede usarse para aumentar la velocidad (mover el fluido), la presión o la elevación del fluido. Los métodos más comunes para adicionar energía son el desplazamiento positivo o la acción centrifuga.

En general, la palabra ‘’Bomba’’ describe una maquina o dispositivo que se usa para mover un líquido incompresible. Los ventiladores, sopladores y compresores son dispositivos para mover gases (casi siempre aire). Los ventiladores descargan grandes volúmenes de gases a presiones bajas del orden de varios cientos de milímetros de agua. Los sopladores y compresores descargan gases a presiones altas. En las bombas y los ventiladores, la densidad del fluido no cambia apreciablemente y se puede suponer que existe un flujo incompresible. En el caso de sopladores y compresores se usa la teoría del flujo compresible.



RESEÑA HISTORICA

La herramienta más sencilla para elevar agua era la mano del hombre. Nuestros antepasados prehistóricos tuvieron muy pronto la idea de moldear cuencos de arcilla. De esta manera dieron el primer paso hacia la invención del cántaro. Varios de estos cántaros se colgaron de una cadena o se fijaron en una rueda. Hombres o animales aplicaron sus fuerzas para poner en movimiento estos mecanismos para elevar agua. Los hallazgos arqueológicos demuestran la existencia de mecanismos de cangilones tanto en Egipto como en China alrededor de 1.000 años a.C.

En el siguiente dibujo se muestra una reconstrucción gráfica de una rueda china de cangilones. Se trata de una rueda con cuencos de arcilla fijados en esta que vertían el agua en el punto más alto de la rueda.

En el año 1724, Jacob Leupold (1674 - 1727) diseñó una ingeniosa mejora, montó unos tubos curvados en una rueda. Al girar la rueda el agua se elevaba forzosamente hasta el eje de la misma. La corriente del río servía al mismo tiempo para accionar el mecanismo de elevación. Lo que más llama la atención es la forma curvada de los tubos. Tienen una similitud sorprendente con la forma de los rodetes de las bombas centrífugas actuales.

La primera bomba conocida fue descrita por Arquímedes y se conoce como tornillo de Arquímedes, descrito por Arquímedes en el siglo III adC, aunque este sistema había sido utilizado anteriormente por Senaquerib, rey de Asiria en el siglo VII adC. En el siglo XII, Al-Jazari describió e ilustró diferentes tipos de bombas, incluyendo bombas reversibles, bombas de doble acción, bombas de vacío, bombas de agua y bombas de desplazamiento positivo. El sistema que fue planteado por Arquímedes consistía por el giro de una espiral se eleva el agua en un tubo. No obstante, siempre refluía cierta cantidad de agua, ya que no se conocían buenos medios de obturación. De esta



manera se observó una relación entre la inclinación del tornillo y el caudal de agua bombeada. Fue posible elegir en funcionamiento entre un mayor caudal y una mayor altura de presión. Cuanto más empinada la posición del tornillo, tanto mayor era la altura a la que se podía elevar el agua a medida que el caudal disminuía.

De nuevo nos sorprende la similitud del funcionamiento de este mecanismo con el de las bombas centrífugas actuales. La curva característica de la bomba, que, por supuesto, era un concepto desconocido en aquella época, muestra la misma dependencia entre la altura de presión y el caudal. El estudio de fuentes históricas reveló que estas bombas de tornillo se emplearon con inclinaciones entre 37º y 45º. Se consiguieron alturas de elevación entre 2m y 6m y caudales máximos de aproximadamente 10 m3/h.

En 1930 se empezaron a construir las bombas de paletas de alta presión y se introdujeron los sellos de caucho sintético. Diez años después los servomecanismos electrohidráulicos ampliaron el campo de aplicación de la oleo hidráulica (rama de la hidráulica que utiliza aceite mineral como fluido). Desde los años sesenta el esfuerzo investigativo de la industria y las entidades de formación profesional ha conducido hasta los sofisticados circuitos de la fluídica.



PRINCIPIOS TEÓRICOS

Las Bombas centrífugas también llamadas Rotor dinámicas, son siempre rotativas y son un tipo de bomba hidráulica que transforma la energía mecánica de un impulsor.Una bomba centrífuga es una máquina que consiste de un conjunto de paletas rotatorias encerradas dentro de una caja o cárter, o una cubierta o coraza. Se denominan así porque la cota de presión que crean es ampliamente atribuible a la acción centrífuga. Las paletas imparten energía al fluido por la fuerza de esta misma acción.Es aquella máquina que incrementa la energía de velocidad del fluido mediante un elemento rotante, aprovechando la acción de la fuerza centrífuga, y transformándola a energía potencial a consecuencia del cambio de sección transversal por donde circula el fluido en la parte estática, la cual tiene forma de voluta y/o difusor.

CARACTERÍSTICAS:

La característica principal de la bomba centrífuga es la de convertir la energía de una fuente de movimiento (el motor) primero en velocidad (o energía cinética) y después en energía de presión.

Existen bombas centrifugas de una y varias etapas. En las bombas de una etapa se pueden alcanzar presiones de hasta 5 atm, en las de varias etapas se pueden alcanzar hasta 25 atm de presión, dependiendo del número de

etapas.

Las bombas centrifugas sirven para el transporte de líquidos que contengan sólidos en suspensión, pero poco viscosos. Su caudal es constante y elevado, tienen bajo mantenimiento.

Este tipo de bombas presentan un rendimiento elevado para un intervalo pequeño de caudal pero su rendimiento es bajo cuando transportan líquidos viscosos.Este tipo de bombas son las usadas en la industria química, siempre que no se manejen fluidos muy viscosos.Las bombas centrífugas de una etapa y monoblock, son ideales para movimientos de líquidos en general, con una profundidad máxima de aspiración de 7 m. o 9 m.


http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_mec%C3%A1nica

http://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_(hidr%C3%A1ulica)

http://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_(hidr%C3%A1ulica)


Estas bombas son adecuadas para bombear agua limpia, sin sólidos abrasivos.

ELEMENTOS:Rodete o impulsor. El rodete o impulsor es un elemento móvil, formado por unas paletas o álabes divergentes unidos a un eje que recibe energía del exterior como podemos observar en la figura que nos muestra el despiece de una bomba centrífuga.

Según que estos álabes vayan sueltos o unidos a uno o dos discos, los rodetes pueden ser

- Abiertos: cuando van sueltos. Tienen la ventaja de que permite el paso de impurezas, pero tiene poca eficacia.

- Cerrados: cuando van unidos lateralmente a dos discos

- Semi-abiertas: cuando van unidos a un disco


Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.Figura 1.


Difusor

El difusor junto con el rodete, están encerrados en una cámara, llamada carcasa o cuerpo de bomba, según como se ve en la figura 1.El difusor está formado por unos álabes fijos divergentes, que al incrementarse la sección de la carcasa, la velocidad del agua irá disminuyendo lo que contribuye a transformar la energía cinética en energía de presión, mejorando el rendimiento de la bomba.Según la forma y disposición, las bombas centrífugas son de 2 tipos: De voluta: la carcasa tiene forma de caracol, rodeando el rodete de tal forma que

el área de flujo de agua aumenta progresivamente hacia la tubería de descarga (figura a).

De turbina: la carcasa va provista de unos difusores fijos dispuestos de tal forma que el área de flujo se ensancha progresivamente hacia la salida, (figura b)

Eje

El eje de la bomba es una pieza en forma

de barra de sección circular no uniforme

que se fija rígidamente sobre el impulsor y

le transmite la fuerza del elemento motor,

como se puede apreciar en la figura.

TIPOS DE BOMAS CENTRIFUGAS:

Bombas centrífugas de flujo radiales

Las bombas centrifugas de flujo radial se utilizan para cargas altas y caudales pequeños, sus impulsores son por lo general angostos.El movimiento del fluido se inicia en un plano paralelo al eje de giro del impulsor de la bomba y termina en un plano perpendicular a éste.


a) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turniaa) Difusor de voluta b) difusor de turnia


Bombas centrífugas de flujo axiales

Estas bombas se utilizan para cargas pequeñas y grandes caudales, tienen impulsores tipo propala, de flujo completamente axial.La corriente líquida se verifica en superficies cilíndricas alrededor del eje de rotación. La energía se cede al líquido por la impulsión ejercida por los álabes sobre el mismo.

Bombas centrífugas diagonales

Estas bombas se utilizan para cargas y caudales intermedios.La corriente líquida se verifica radial y axialmente, denominándose también de flujo mixto. La energía se cede al líquido mediante la acción de la fuerza centrífuga y la impulsión ejercida por los álabes sobre el mismo.

FUNCIONAMIENTO DE LA BOMBA CENTRIFUGA:

El flujo entra a la bomba a través del centro u ojo del rodete y el fluido gana energía a medida que las paletas del rodete lo transportan hacia fuera en dirección radial. Esta aceleración produce un apreciable aumento de energía de presión y cinética, lo cual es debido a la forma de caracol de la voluta para generar un incremento gradual en el área de flujo de tal manera que la energía cinética a la salida del rodete se convierte en cabeza de presión a la salida.


Principio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífugaPrincipio de funcionamiento de una bomba centrífuga


Curvas características de una bomba

El comportamiento hidráulico de una bomba viene especificado en sus curvas características que representan una relación entre los distintos valores del caudal proporcionado por la misma con otros parámetros como la altura manométrica, el rendimiento hidráulico, la potencia requerida y la altura de aspiración, que están en función del tamaño, diseño y construcción de la bomba.

Estas curvas, obtenidas experimentalmente en un banco de pruebas, son proporcionadas por los fabricantes a una velocidad de rotación determinada (N).

Se representan gráficamente, colocando en el eje de abscisas los caudales y en el eje de ordenadas las alturas, rendimientos, potencias y alturas de aspiración.

Curva altura manométrica-caudal. Curva H-Q.

Para determinar experimentalmente la relación H (Q) correspondiente a unas revoluciones (N) dadas, se ha de colocar un vacuómetro en la aspiración y un manómetro en la impulsión, o bien un manómetro diferencial acoplado a dichos puntos. En la tubería de impulsión, aguas abajo del manómetro, se instala una llave de paso que regula el caudal, que ha de ser aforado. La velocidad de rotación se puede medir con un tacómetro o con un estroboscopio. Con un accionamiento por motor de corriente alterna, dicha velocidad varía muy poco con la carga.

La relación H (Q) tiene forma polinómica con las siguientes formas:

H = a + b·Q + c·Q2

H = a + c · Q2

Las curvas características H-Q, típicas de los 3 grupos de bombas vienen indicadas en las siguientes figuras 7.13.

La curva que se obtiene corta el eje (Q = 0) en un punto en el que la bomba funciona como agitador, elevando un caudal nulo. Esta situación se consigue cerrando totalmente la llave de paso en el origen de la tubería de impulsión. El llamado caudal a boca llena es el que corresponde a H=0, dando un caudal máximo.



a) b)

Figura 7.13. Curvas características de tres tipos de bombas hidráulicas. a) Bomba radial centrífuga; b) Bomba helicocentrífuga; c) Bomba de hélice

Curva rendimiento-caudal.

El rendimiento de la bomba o rendimiento global es la relación entre la potencia útil o hidráulica y la potencia al freno. Este es, en general, suministrado por los constructores de la bomba, y considera las pérdidas por fugas (rendimiento volumétrico) y por rozamientos en ejes y caras del impulsor (rendimiento mecánico).

La curva característica rendimiento-caudal para tres tipos de bombas distintas la podemos ver en la figura 7.13.

En general la curva del rendimiento podrá ajustarse a una expresión del tipo

El rendimiento es nulo para un caudal nulo y para un caudal máximo. Entre ambos el rendimiento varía, alcanzando el máximo en un punto correspondiente a un cierto caudal, llamado caudal nominal de la bomba, que es aquel para el cual ha sido diseñada la bomba. Curva potencia-caudal.

En la teoría, la potencia suministrada por el eje del impulsor es:



Ph: potencia hidráulica

En la práctica, las pérdidas por rozamiento hidráulico, mecánico y las posibles fugas dan lugar a que la potencia al freno P absorbida al motor por el eje de la bomba difiere de Ph. Su valor se obtiene en laboratorio mediante un dinamómetro o freno, aplicando la relación:

P = T · N

Siendo T el par resistente de la bomba, el cual es el producto de [F x r] donde r es el brazo donde se aplica la fuerza tangencial F. N es el número de revoluciones o vueltas en la unidad de tiempo, o velocidad angular. La relación entre la potencia hidráulica (P salida) y la potencia al freno (P entrada) mide el rendimiento global. Se determina a partir de la ecuación:

La potencia absorbida por el eje de la bomba o potencia al freno es la potencia que necesita la bomba para realizar una determinada cantidad de trabajo. Es igual a la potencia hidráulica o potencia que necesita la bomba para elevar el agua, más la potencia consumida en rozamientos, y viene determinada por la fórmula:

Donde:P = potencia bomba (w)

= peso específico (N/m3)Q = caudal (m3/s)H = altura manométrica total (m)

= rendimiento de la bomba (º/1).

También se puede utilizar la siguiente expresión para Potencias expresadas en C.V.

Donde:

P = potencia bomba (C.V.)Q = caudal (l/s)H = altura manométrica total (m)

= rendimiento de la bomba (º/1).



Para cada posición de la llave de regulación del caudal, se determinará la potencia P, con lo que la curva característica P (Q) queda determinada con la figura 7.13.

La potencia absorbida por la bomba es la que tiene que suministrar el motor (eléctrico o combustión o hidráulico) por el rendimiento de dicho motor (ηm).

Curvas carga neta positiva de aspiración requerida (NPSHr)-Caudal.

Figura 7.14. Curvas NPSHr - Q, de 4 bombas iguales pero con distinto diámetro de rodete

La NPSHr en una bomba a velocidad constante aumenta con el caudal como se muestra en la figura 7.14. Este tipo de curva se estudiará detalladamente en el punto 9 de este tema.

En la figura 7.15 se representa las curvas de igual rendimiento en el diagrama Altura-Caudal para distintas velocidades de giro del rotor. Este gráfico, por tanto, nos suministrará información de velocidad rotación, caudal, altura y rendimiento. Por ejemplo, para obtener un caudal de 100 l/s a una altura manométrica de 30 m se requiere una velocidad de 850 r.p.m. y se obtiene un rendimiento del 70 %, figura 7.15 D).





Cavitación

La cavitación o aspiraciones en vacío es un efecto hidrodinámico que se produce cuando el agua o cualquier otro fluido en estado líquido pasa a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido debido a la conservación de la constante de Bernoulli. Puede ocurrir que se alcance la presión de vapor del líquido de tal forma que las moléculas que lo componen cambian inmediatamente a estado de vapor, formándose burbujas o, más correctamente, cavidades. Las burbujas formadas viajan a zonas de mayor presión e impresionen (el vapor regresa al estado líquido de manera súbita, «aplastándose» bruscamente las burbujas) produciendo una estela de gas y un arranque de metal de la superficie en la que origina este fenómeno

La cavitación en bombas puede producirse de dos formas diferentes:

Cavitación de succión

La cavitación de succión ocurre cuando la succión de la bomba se encuentra en unas condiciones de baja presión/alto vacío que hace que el líquido se transforme en vapor a la entrada del rodete. Este vapor es transportado hasta la zona de descarga de la bomba donde el vacío desaparece y el vapor del líquido es nuevamente comprimido debido a la presión de descarga. Se produce en ese momento una violenta implosión sobre la superficie del rodete. Un rodete que ha trabajado bajo condiciones de cavitación de succión presenta grandes cavidades producidas por los trozos de material arrancados por el fenómeno. Esto origina el fallo prematuro de la bomba.

Cavitación de descarga

La cavitación de descarga sucede cuando la descarga de la bomba está muy alta. Esto ocurre normalmente en una bomba que está funcionando a menos del 10% de su punto de eficiencia óptima. La elevada presión de descarga provoca que la mayor parte del fluido circule por dentro de la bomba en vez de salir por la zona de descarga. A este fenómeno se le conoce como slippage. A medida que el líquido fluye alrededor del rodete debe de pasar a una velocidad muy elevada a través de una pequeña apertura entre el rodete y el tajamar de la bomba. Esta velocidad provoca el vacío en el tajamar (fenómeno similar al que ocurre en un Venturi) lo que provoca que el líquido se transforme en vapor. Una bomba funcionando bajo estas condiciones muestra un desgaste prematuro del rodete, tajamar y álabes. Además y debido a la alta presión de funcionamiento es de esperar un fallo prematuro de las juntas de estanqueidad y rodamientos de la bomba. Bajo condiciones extremas puede llegar a romperse el eje del rodete.


https://es.wikipedia.org/wiki/Rodete

https://es.wikipedia.org/wiki/Eje_(mec%C3%A1nica)

https://es.wikipedia.org/wiki/Rodamiento

https://es.wikipedia.org/wiki/Junta_de_estanqueidad

https://es.wikipedia.org/wiki/Junta_de_estanqueidad

https://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81labe


https://es.wikipedia.org/wiki/Vapor_(estado)

https://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquido

https://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Venturi


https://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad



https://es.wikipedia.org/wiki/Fluido












https://es.wikipedia.org/wiki/Implosi%C3%B3n


https://es.wikipedia.org/wiki/Mol%C3%A9cula


https://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_de_vapor

https://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_de_vapor

https://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Bernoulli

https://es.wikipedia.org/wiki/Fluido

https://es.wikipedia.org/wiki/Agua

https://es.wikipedia.org/wiki/Hidrodin%C3%A1mica

https://es.wikipedia.org/wiki/Vac%C3%ADo


DETALLES EXPERIMENTALES

Materiales y Equipo.

Una bomba centrifuga modelo 32-125-0.5M; 3450 RPM; potencia 0.5HP; HIDROSTAL.

2 Válvulas de compuerta.

1 Manómetro.

1 Vacuómetro.

2 Codos.

1 Te de salida lateral.

1 motor.

Tubería de 2” cd 40, en la parte de succión de acero galvanizado.

Tubería de 1 ½” cd 40, en la parte de descarga de acero galvanizado.

1 Tanque medidor de flujo.

1 Tanque de almacenamiento de agua.

1 Pinza Perimétrica.

1 Cinta métrica.

1 Termómetro.

1 Cronómetro.



Procedimiento experimental.

1. Medición de las condiciones ambientales y dimensiones de los materiales (tanques y tubos).

2. El funcionamiento de la bomba.


1.- Primeramente se determina las medidas correspondientes al sistema de tuberías donde se realiza la experiencia (diámetro y longitudes)

2.- Esto con el fin de establecer las pérdidas por fricción; para esto también se debe tener en cuenta las válvulas, codos y manómetros presentes en el sistema.

3.- Verificar que la válvula de succión este completamente abierta (eso es muy importante) y también este abierta la válvula de descarga, mientras se mantiene cerrada la válvula de drenado.

4.- Por último se observa si la tubería de succión y el interior del motor contienen el líquido que se transporta, esto se da con el fin de evitar la cavitación dentro del motor.

1.- Se inicia la experiencia con el caudal que se obtiene al tener completamente abierta la válvula de succión.

2.- Se mide el tiempo que demora en alcanzar una altura determinada, en nuestro caso (10cm - 2cm), también se mide la intensidad de corriente que se consume y la lectura que proporciona el manómetro y vacuómetro.

3.- Luego se abre la válvula de drenaje para evitar que el agua del tanque rebalse.

4.- Posteriormente se cierra progresivamente la válvula de succión y se realiza el mismo procedimiento del paso anterior. Para cada caudal se realiza una recolección de datos.


TABLA DE DATOS Y RESULTADOS

TABLA Nº1 Condición experimental

Temperatura(° C) Presión(mmHg)

21 756

TABLA Nº 2 Datos teóricos del agua

Densidad (Kg /m 3) Viscocidad (Kg/ms) Presionde vapor (Kg/ms)

998.23 0.000981 2488,2

TABLA Nº 3 Características de la tubería

TABLA Nº 4 Características del tanque de descarga


Diámetros

Tubería Nominal (pulg) Interno(m)

Succión 2 0.0525

Descarga 1 1/2" 0.04089

Ancho del Tanque (cm) Largo del tanque (cm)

60.0 60.0


TABLA Nº 5 Características del tanque de descarga

TABLA Nº 6 Características de la bomba


Cantidad Accesorios

1 Válvula Check

1 Válvula Compuerta

1 Válvula globo

2 Codos

1 T

1 Vacuómetro

1 Manómetro

Características de la bomba

Potencia (HP) 0,5

Velocidad (RPM)

3450

Frecuencia (Hz) 60

Tipo 32-125-0,5

Marca Hidrostal


TABLA Nº 7 Datos obtenidos experimentalmente en el laboratorio

Numero de vueltas

tiempo promedio

(s)

Altura del medidor

(cm)

presión de succión(inHg)

presión de descarga

(psia)0,00 5,04 5,00 3,80 5,50,50 5,29 5,00 3,80 61,00 5,27 5,00 3,80 6,251,50 5,64 5,00 3,60 6,752,00 5,75 5,00 3,60 72,50 5,83 5,00 3,40 7,752,75 6,08 5,00 3,30 8,753,00 6,46 5,00 3,20 9,53,25 6,80 5,00 3,00 10,253,50 7,42 5,00 2,80 11,253,75 8,06 5,00 2,60 12,254,00 9,38 5,00 2,30 13,54,25 12,89 5,00 1,80 154,50 27,26 5,00 1,60 16,25

TABLA Nº 8 Caudales Respectivos

Numero de vueltas

tiempo promedio

(s)

Altura del medidor

(cm)

calculo de caudal(m3/s)

0,00 5,04 5,00 0,003570,50 5,29 5,00 0,003401,00 5,27 5,00 0,003421,50 5,64 5,00 0,003192,00 5,75 5,00 0,003132,50 5,83 5,00 0,003092,75 6,08 5,00 0,002963,00 6,46 5,00 0,002793,25 6,80 5,00 0,002653,50 7,42 5,00 0,002433,75 8,06 5,00 0,002234,00 9,38 5,00 0,001924,25 12,89 5,00 0,001404,50 27,26 5,00 0,00066



TABLA Nº 9 Velocidades de Succión y Descarga

caudal (m3/s)

presión de succión(inHg

)


(psia)

Intensidad de corriente

(A)

Velocidad de succión (m/s)

Velocidad de descarga(m/s

)

0,00357 3,8 5,5 5,2 1,649 2,7190,0034 3,8 6 5,2 1,571 2,589

0,00342 3,8 6,25 5,2 1,580 2,6040,00319 3,6 6,75 5 1,474 2,4290,00313 3,6 7 5 1,446 2,3840,00309 3,4 7,75 5 1,427 2,3530,00296 3,3 8,75 4,9 1,367 2,2540,00279 3,2 9,5 4,8 1,289 2,1250,00265 3 10,25 4,6 1,224 2,0180,00243 2,8 11,25 4,5 1,123 1,8500,00223 2,6 12,25 4,3 1,030 1,6980,00192 2,3 13,5 4,1 0,887 1,4620,0014 1,8 15 3,8 0,647 1,066

0,00066 1,6 16,25 3,5 0,305 0,503

TABLA Nº 10 Presiones de descarga y succión absolutas.

caudal (m^3/s)

presión de succión(inHg

)


(psia)

presión absoluta de succión (Pa)

presión absoluta de

descarga (Pa)

0,00357 3,8 5,5 87923,39053 138712,89050,0034 3,8 6 87923,39053 142160,2705

0,00342 3,8 6,25 87923,39053 143883,96050,00319 3,6 6,75 88600,67053 147331,34050,00313 3,6 7 88600,67053 149055,03050,00309 3,4 7,75 89277,95053 154226,10050,00296 3,3 8,75 89616,59053 161120,86050,00279 3,2 9,5 89955,23053 166291,93050,00265 3 10,25 90632,51053 171463,00050,00243 2,8 11,25 91309,79053 178357,76050,00223 2,6 12,25 91987,07053 185252,52050,00192 2,3 13,5 93002,99053 193870,97050,0014 1,8 15 94696,19053 204213,1105

0,00066 1,6 16,25 95373,47053 212831,5605



TABLA Nº 11 Pérdidas por fricción

caudal (m^3/s)

vel. De succión (m/s)

vel. De descarga

(m/s)

Fd succión

Fd descarga

Hf succión (m)

Hf descarga (m)

H de la bomba (m)

0,00357 1,649 2,719 0,020 0,021 0,014 0,247 6,9760,0034 1,571 2,589 0,020 0,021 0,013 0,224 7,282

0,00342 1,580 2,604 0,020 0,021 0,013 0,227 7,4630,00319 1,474 2,429 0,020 0,021 0,012 0,197 7,6860,00313 1,446 2,384 0,020 0,021 0,011 0,190 7,8480,00309 1,427 2,353 0,020 0,021 0,011 0,185 8,2970,00296 1,367 2,254 0,020 0,021 0,010 0,170 8,9350,00279 1,289 2,125 0,020 0,021 0,009 0,151 9,3910,00265 1,224 2,018 0,020 0,021 0,008 0,136 9,8200,00243 1,123 1,850 0,020 0,021 0,007 0,115 10,4110,00223 1,030 1,698 0,020 0,021 0,006 0,097 11,0090,00192 0,887 1,462 0,020 0,021 0,004 0,072 11,7350,0014 0,647 1,066 0,020 0,021 0,002 0,038 12,551

0,00066 0,305 0,503 0,020 0,021 0,001 0,009 13,302

TABLA Nº 12 Resultados obtenidos carga, Potencia, Eficiencia y NPSH

caudal (m^3/s)

H(m) de la bomba

P(KW) util P(KW) real Eficiencia (%) NPSH disponible

NPSH requerido

0,00357 6,9762 0,2439 0,9152 26,65 9,5209 1,57720,0034 7,2818 0,2424 0,9152 26,49 9,5508 1,5264

0,00342 7,4632 0,2499 0,9152 27,31 9,5474 1,53240,00319 7,6865 0,2401 0,8800 27,29 9,5859 1,46260,00313 7,8476 0,2405 0,8800 27,33 9,5955 1,44410,00309 8,2968 0,2511 0,8800 28,53 9,6018 1,43170,00296 8,9354 0,2590 0,8624 30,03 9,6217 1,39110,00279 9,3906 0,2566 0,8448 30,37 9,6464 1,33700,00265 9,8196 0,2548 0,8096 31,48 9,6657 1,29170,00243 10,4108 0,2477 0,7920 31,28 9,6940 1,21880,00223 11,0091 0,2404 0,7568 31,77 9,7176 1,15070,00192 11,7351 0,2206 0,7216 30,58 9,7501 1,04090,0014 12,5506 0,1721 0,6688 25,73 9,7939 0,8424

0,00066 13,3017 0,0860 0,6160 13,96 9,8325 0,5090



DISCUSIÓN DE RESULTADOS

De la gráfica N°1 (H vs Q), se pudo observar que a medida que aumenta el caudal la carga H de la bomba disminuye, esto se debe a que la carga depende directamente con el aumento de presión (P). Esto se debe a que al aumentar el caudal se requiere mayor energía para aumentar la presión del líquido y la bomba trabaja a una energía constante comparándose luego con la gráfica del fabricante Hidrostal y se pudo observar que la tendencia entre ambas curva pero evidenciando algunos puntos que se encuentran fuera de la curva de tendencia y esto es debido a errores humanos cometidos en la lectura de los datos experimentales tomados de los equipos de medición como vacuómetro, manómetro.

De la gráfica N°4,5,6 (NPSH vs Q) se observó que el NPSH requerido dado por el fabricante depende del Q (m3/s) y de las RPM, es menor que el NPSH disponible, esto significa que no hubo cavitación en la experiencia, ya que esta se generaría por una perdida en la presión de succión.

De la gráfica N°3 (P vs Caudal Q) se observó que la potencia útil (potencia que necesita la bomba para impulsar el fluido, que depende del Q, H carga neta), es menor que la potencia entregada por la bomba (la que requiere para vencer la fuerza de inercia al momento de arrancar el equipo) debido a que toda la energía de una maquina no puede ser convertida totalmente en trabajo. También se observó que tanto la potencia entregada como la potencia útil son directamente proporcionales al caudal debido a que al momento de aumentar el caudal aumentan las potencias.

De la gráfica N°2 (n vs Q), se observó que la eficiencia experimental es menor que la eficiencia teórica. El punto donde la eficiencia es máxima nos dará el caudal óptimo para el funcionamiento de la bomba, sin embrago observamos que si a partir de este punto aumentamos el caudal la eficiencia empezara a disminuir ya que aumenta la inestabilidad de la bomba y de las tuberías, también podemos observar la dispersión de algunos datos esto debido a problemas en la calibración del instrumento y al error humano ya expuesto anteriormente.



CONCLUSIONES

La carga neta disminuye conforme aumenta el caudal.

La bomba que se utilizó no presenta cavitación debido a que el NSPH disponible es mayor que el NSPH requerido.

A medida que aumenta el caudal también aumenta la eficiencia pero hasta cierto punto, luego de este punto (punto de operación o punto de servicio) la eficiencia de la bomba disminuye.

La diferencia entre la potencia útil y la potencia real representa la perdida de la potencia en la bomba, esto se debe a la fricción del fluido, a las perdidas por fugas o por fricción en el disco y lo cojinetes



RECOMENDACIONES

Antes de poner en operación la bomba, asegurarse que las válvulas de succión y de descarga estén abiertas.

Evitar que el nivel de agua en el tanque de descarga choque con el tubo de descarga porque produciría variación en la medición de la presión de descarga.

Para un mejor estudio de la experiencia, sería recomendable realizar la misma experiencia, pero con otros fluidos para observar el comportamiento de dichos fluidos que son impulsados por la bomba y analizar si dicha bomba (bomba centrifuga) es la más adecuada para dicho fluido.

Cuando existe cavitación ésta se puede remediar introduciendo pequeñas cantidades de aire en la succión de la bomba o mejorando las condiciones de succión, es decir eligiendo un tubo de sección de mayor diámetro, reduciendo su longitud y eliminando codos, así todo aquello que pueda ocasionar pérdidas de carga.



REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍA

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2. Presión de vapor de agua líquida y hielo a varias temperaturas. Encontrado en (http://www.vaxasoftware.com/doc_edu/qui/pvh2o.pdf). Recuperado el 19 de setiembre del 2014.

3. NORMAS MEXICANAS MNX/EQUIPO DE USO GENERAL EN LA INDUSTRIA Y AGRICULTURA

http://cide.uach.mx/pdf.

4. PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE LA TECNOLOGÍA DE BOMBAS CENTRÍFUGA http://ocwus.us.es/ingenieria-agroforestal/hidraulica-y-riesgos /temario Tema%207.%20Bombas/tutorial_05.htm.

5. CARACTERÍSTICAS FUNDAMENTALES DE LA TECNOLOGÍA DE BOMBAS CENTRÍFUGA http://www.quiminet.com/articulos/caracteristicas-de-las-bombas-centrifugas-2701271.htm.

6. DATOS TÉCNICOS BOMBAS IDEAL http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:PrRr584KrYoJ:www.bombas-ideal.com/Catalogos/LIBRO%2520HIDRAULICA%2520[D-250112].pdf+&cd=1&hl=es&ct=clnk&gl=pe(Acceso 19/09/14),

7. APLICACIONES DE BOMBAS CENTRÍFUGAS http://www.ingenierocivilinfo.com/2011/12/aplicaciones-de-las-bombas-centrifugas.htmlhttp://www.quiminet.com/articulos/usos-y-aplicaciones-de-las-bombas-centrifugas-26787.htmz

8. Robert L.Mott. Mecánica de fluidos. Pearson Education. 2001. Cuarta edición. Páginas 407-422.

9. Irving H. Shames. Mecanica de fluidos. Mc Graw-Hill. Tercera edicion. 1995. Paginas 723-731.


http://www.quiminet.com/articulos/caracteristicas-de-las-bombas-centrifugas-2701271.htm

http://www.quiminet.com/articulos/caracteristicas-de-las-bombas-centrifugas-2701271.htm


APÉNDICE

Ejemplo de cálculos

Los cálculos se realizarán para media vuelta de cierre:

1. Cálculo del Caudal (Q = m 3 /s):

Dónde:

As: Área de la sección transversal del tanque de descarga vacío (m2)

h: Altura del nivel del líquido en el tanque (m)

t: Tiempo (s)

Reemplazando datos:

As=0.60 m x 0.6 m = 0.36 m2

h= 0.05 m

t= 5.04 s

Q=(0.05m)(0.36 m2)

5.04 s=0,00357 m3

s

2. Cálculo de la Velocidad de Succión:

Dónde:

DSucción = 0.0525 m

Asucc = π/4 *D2succ =π4x0,0525m2 = 0.00216 m2


Q= Vt=

A s×h

t

V succ = QAsucc


Reemplazando datos:

V succion=0.00357m3/s0.00216m2 =1,649m

s

3. Cálculo de la Velocidad de Descarga :

Dónde:

D descarga = 0.04089 m

A descarga = π/4 *D2desc=π4x¿ = 0.00131 m2

Reemplazando datos:

V descarga=0.00357m3/ s

0.00131m2 =2.719ms

4. Cálculo de la Presión de Succión (absoluta )

P succión absoluta = P atmosférica – P succión manométrica

Dónde:

P atmosférica = 756 mmHg = 10277,62 Kgf/m2

P succión manométrica = 3.80 pulgHg = 1312,21 Kgf/m2

Reemplazando datos:

P succión absoluta = 8965,41Kgf/m2

5. Cálculo de la Presión de Descarga (absoluta)

P descarga absoluta = P atmosférica + P descarga manométrica

Dónde:

P atmosférica = 756 mmHg = 10277,62 Kgf/m2


Vdesc = QAdesc


P descarga manométrica = 5,5 psi = 3866,89Kgf/m2

Reemplazando datos:

P descarga absoluta = 14144,51Kgf/m2

6. Cálculo de las Pérdidas por fricción

Dónde:

f = factor de fricciónL = longitud de la tubería (m)V = velocidad (m/s)g = aceleración de la gravedad (m/s2)

6.1.Para el punto de Succión

a) Hallando Reynolds:

Dónde:

ρ (21°C) = 998.23 Kg/m³

μ (21°C) = 0,981x10−3

Kg/m.s

Reemplazando datos:

ℜ=( 998.23kg

m3)(0.0525m)( 1.649m

s)

0.981 ( 10−3 ) Kgms

=88101

b) Utilizando la Ecuación de Colebrook:

1/√ f = -0.86 ln (εD

3 .7 +

2 .51ℜ√ f )


hf = f ( LD x

V 2

2 g )

Re= ρ×Dsucc×Vsuccυ


Para diámetro nominal de succión que es de 2plg y hierro galvanizado se obtiene ε/D = 0.00286, utilizando como bibliografía el apéndice XXV libro problemas de flujo de fluidos, Antonio Valiente.

Reemplazando datos:

f succión = 0.0196

**Reemplazando en la ecuación original se tiene:

hf succ = 0.0196 (0.26m

0.0525m¿( 1.6492m2/s2

2∗9.81m / s2 ) = 0,0145m

6.2. Para el punto de Descarga

a) Hallando Reynolds:

Dónde:

ρ (21°C) = 998.23 Kg/m³

μ (21°C) = 0,981x10−3

Kg/ms

Reemplazando datos:

Re = 998.23

Kg

m3(0.04089m)(2.719m /s)

0,981 x10Kg /m .s = 145233

b) Utilizando la Ecuación de Colebrook:


Re= ρ×Ddesc×Vdescυ


1/√ f = -0.86 ln (εD

3 .7 +

2 .51ℜ√ f )

Para diámetro nominal de descarga que es de 1 ½ plg y hierro galvanizado se obtiene ε/D = 0.00366, utilizando como bibliografía el apéndice XXV libro problemas de flujo de fluidos, Antonio Valiente.

Reemplazando:

f descarga = 0.0208

Reemplazando en la ecuación original se tiene:

hf desc = 0.0208 (1.212m

0.04089m¿( 2.7912m2/ s2

(2)9.81m2

s

) = 0.2471m

6.3 Cálculo de Pérdidas de fricción total:

hf total = hf succión +hf descarga

Reemplazando datos:

h ftotal = 0.0145 + 0.2471 = 0.2616 m

7. Cálculo de la carga neta H

De la ecuación de Bernoulli, calculando la carga neta:

Dónde:


H=−hw=ΔPγ

+ ΔV 2

2g+ΔZ+h ftotal


H = carga neta de la bomba (m)∆P = caída de presión (kg f/m2)

∆P = P desc – P succ

∆V2

=cambio de velocidad (m2/s2)

∆V2

= V2desc – V2succ∆Z = diferencia de alturas entre manómetros h ftotal = pérdidas por fricción total (m)g = aceleración de la gravedad

γagua = gravedad específica

Con los datos:

∆P =5179.1 kgf/m2

∆V2

= 4.67 m2/s2

∆Z= 1.212 m

hftotal = 0.2616 m

g= 9.81 m2/s

Yagua = 998.86 kgf/m³

Reemplazando en la ecuación:

H = 5179.1

kgf

m2

998,86kgfm3

+4.6738

m2

s2

2 x9,81ms2

+ 1.29m + 0.2616 m

H = 6.976 m

8. Cálculo del NPSH disponible

Dónde:

Pabs = Presión Atmosférica P abs =100791.73 N/m²

Pvapor = Presión de Vapor del agua a 21°C P vapor = 2488,2 N/ m2


NPSHdisponible =

Pabs−Pvapor

γH 2O - Z - hf


γ H2 O = 998.86 Kgf/m³

Z= altura del nivel del agua a la bomba

hf = Pérdidas en la tubería de succión considerando sus accesorios.8.1. Cálculo de las pérdidas en la tubería

Dónde:

L = longitud de tuberíaD = diámetro de la tubería de succiónf = factor de fricción

Con los datos:L= 1.28 mD= 0.0525 mf succ= 0.0196

Para los accesorios, K fricción (Apéndice XXVII. Pérdidas en accesorios, libro problemas de flujo de fluidos, Antonio Valiente)

1. Válvula de compuerta : 0.152. 1 codo de 90° : 0.70

Reemplazando:

hf =( (1.649m /s)2

2 x9.81m /s2 ) x(0.0196 x1.28m

0.0525m+(0.7+0.15))

hf =¿ 0,184 m

** Para la ecuación original:


hf = (V succion

2

2g )(f LD

+∑ K)


NPSH D=(( 100791.73 Nm2 −2488,2

Nm2 ) x

10333Kgfm2

101325Nm2

998.86 Kgf

m3)−0.184m−0,162m

NPSH D=9 .521m

9. Cálculo del NPSH requerido

Dónde:Q = caudal al cual está operando la bomba Q= 0.00357 m³/sRPM = revoluciones por minuto de la bomba = 3450Reemplazando datos:

NPSHrequerido = 0.00125 (0.00357 m³/s x 34502

) 67.0

NPSH requerido = 1.577 m

10. Cálculo de la Potencia Útil

Dónde:H = carga neta (m)Q = caudal (m³/s)ρ = densidad del agua a 21°C = 998.23 Kg/m³g = aceleración de la gravedad = 9.81m/s²Reemplazando los datos:

Putil=6,976mx 0.00357m3

sx 998.23

Kgm3 x 9.81

ms2

Putil=244w


NPSHrequerido = 0.00125 (Q x RPM2

)0 . 67

Putil = H x Q x ρ x g


11. Cálculo de la Potencia real

Preal=IxVxCosθ

Dónde:I= Intensidad de la corriente (A)V = Voltaje (V)Cosθ=0.8 (Ángulo de desfase)

Reemplazando los datos:

Preal=5.2 A x 220Vx0.8

Preal=915w

12. Cálculo de la Eficiencia

Reemplazando datos:

η=244 w915w

x 100 %

η=26.67 %


η =

Putil

P real

x100 %

Preal=IxVxCosθ


GRÁFICOS

a) Grafica 1 Carga total vs Caudal

0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 0.0035 0.0040.0000

2.0000

4.0000

6.0000

8.0000

10.0000

12.0000

14.0000Carga total vs Caudal

Q (m3/s)

H (m

)



b) Grafica 2 Eficiencia vs caudal

0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 0.0035 0.0040.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

Eficiencia vs caudal

caudal(m3/s)

eficie

ncia

(%)

c) Grafica 3 POTENCIA VS CAUDAL

0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 0.0035 0.0040.0000

100.0000200.0000300.0000400.0000500.0000600.0000700.0000800.0000900.0000

1000.0000POTENCIA VS CAUDAL

P(W)util vs Q(m3/s)

P(W)reall vs Q(m3/s)

Q (m3/s)

P (W

)

d) Grafica 4 NPSHDISPONIBLE VS CAUDAL



0 0.001 0.002 0.003 0.0049.3000

9.4000

9.5000

9.6000

9.7000

9.8000

9.9000

NPSHDISPONIBLE VS CAUDAL

NPSHdisponiblePolynomial (NPSHdisponible)

Q (m3/s)

NPS

H

e) Grafica 5 NPSHREQUERIDO VS CAUDAL

0.0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003 0.0035 0.0040.00000.20000.40000.60000.80001.00001.20001.40001.60001.8000

NPSHREQUERIDO VS CAUDAL

NPSHREQUERIDOPolynomial (NPSHREQUERIDO)

Q (m3/s)

NPS

Hreq

uerid

o

f) Grafica 6



0 0.001 0.002 0.003 0.0040.0000

5.0000

10.0000

15.0000

20.0000

25.0000

30.0000

35.0000

cargaPolynomial (carga)EFICIENCIAPolynomial (EFICIENCIA)NPSH DISPONIBLEPolynomial (NPSH DISPONIBLE)NPSH requeridoPolynomial (NPSH requerido)


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