Laboratorio Bombas

Laboratorio de Operaciones Unitarias I Bombas

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN

MARCOS

FACULTAD DE QUÍMICA, INGENIERÍA QUÍMICA E INGENIERÍA

AGROINDUSTRIAL

E.A.P. INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL

Experiencia de laboratorio N°2 “BOMBAS”

DOCENTE:

Ing. Alex Samuel Silva Baigorria

INTEGRANTES:

Cervantes Huaman, Brayan 12070214

Figueroa Espinoza, Sarita 11070149

Gutierrez Retamozo, Brenda 12070066

Laos Laines, Luisa 12070068

Novillo Pillaca, Gabriela 12070225

FECHA DE PRESENTACIÓN:

22 de junio del 2014

2014

1

Laboratorio de Operaciones Unitarias I BombasResumen

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 756 mmHg. A dichas condiciones se

obtuvieron los resultados para una presion de succion constante y presión de descarga variable

(Serie 1) y para una presion de succion variable y presión de descarga constante (Serie 2),

junto a ello se tomaron los datos de potencia, voltaje, intensidad de corriente y tiempo. Con

estos datos se determinó la carga total, potencia, NPSH (disponible y requerido) y eficiencia de

la bomba centrífuga.

En base a los resultados antes mencionados se podrá cumplir con el objetivo principal de la

práctica, determinar por las curvas características de una bomba centrífuga monofásica. Dicha

bomba presenta las siguientes características : marca “Hidrostal”, modelo 32-125-0.5M,

potencia de 0.5Hp, con una frecuencia de 60Hz y una velocidad de 3450 RPM.

La carga máxima calculada fue de 12.4987m (*) y la eficiencia máxima motor-bomba fue de

39.76% con un caudal de 0.00277m❑3/s (**). En base lo desarrollado es evidente que el caudal

que desarrolla la bomba influye sobre la carga total, NPSH (disponible y requerido) y la

eficiencia de la misma.

La eficiencia de la bomba es aún baja y puede que no satisfaga las expectativas del

comprador, lo que se recomienda es que se adecue una bomba más apropiada para el objetivo

ya que la que se mostró era momentánea y a lo mejor no tiene mantenimiento periódico.

(*) y (**): La determinación de estos resultados se basa en fórmulas y no se utilizó herramientas estadísticas, sin embargo para la

realización de las gráficas se utilizó la herramienta estadística Análisis de Datos: Regresion.

I. Introducción

2


Las bombas representan equipos mecánicos que sirven para elevar los líquidos y conducirlos

de un lugar a otro, o lo que es lo mismo, comunicarles cierta cantidad de energía que les

permita vencer la resistencia de las tuberías a la circulación, así como, la carga que representa

la diferencia de nivel entre el lugar de donde se toma el líquido y el lugar a donde se pretende

llevar. Son máquinas hidráulicas que transforman el trabajo mecánico en trabajo eléctrico

(Rivero, 2008), para esto transforman la energía mecánica de un impulsor rotatorio en la

energía cinética y potencial y requerida. Los líquidos circulan del lugar de mayor energía al

lugar de menor energía; el suministrarle de la bomba al líquido tiene el objeto de producir el

gradiente necesario para establecer la circulación y vencer las resistencias.

La bomba centrífuga es el tipo de bomba más utilizado en la industria debido a su economía y

versatilidad, además de las diferentes ventajas que tiene con respecto a los otros tipos de

bombas que hay en el mercado. En una bomba centrífuga, el líquido, por medio de la presión

atmosférica u otra presión de proceso, se ve forzado a pasar por un conjunto de álabes en

movimiento. Estos álabes constituyen un impulsor que imprime velocidad, la cual se convierte

en presión al descargar el líquido sobre el espacio disponible en la carcasa de la bomba. Para

que esto se realice, es necesario abrir y cerrar las válvulas adecuadamente, para evitar

pérdidas de agua (Arthur, 2006).

Si una bomba centrífuga trata de expulsar más líquido del que puede absorber se producirá un

efecto de vacío en el interior de la bomba. Esto reducirá la presión por lo que se producirán

burbujas de vapor que principalmente rozaran a los álabes de los impulsores de la bomba, a

este fenómeno se le denomina cavitación, que mecánicamente lo podemos definir como la

ruptura del medio de líquido continuo bajo el efecto de tensiones excesivas, este fenómeno nos

puede producir consecuencias negativas como la disminución de la capacidad de bombeo y del

rendimiento de la bomba (Castillo, 2013).

3

Laboratorio de Operaciones Unitarias I BombasHerramientas estadísticas utilizadas: En el desarrollo de las aplicaciones de los ploteos se

mostrará el coeficiente de correlación (R❑2) para garantizar la aceptación de nuestros

resultados. En el caso del desarrollo de gráficas se utilizará la herramienta estadística Análisis

de datos: Regresión, cuyos valores son especificados en cada gráfica aplicada (ver Figuras del

N° 10 al N°22).

Objetivos general

Conocer mediante la experimentación y la observación el funcionamiento de una bomba

centrífuga, utilizando conceptos y herramientas básicas.

Objetivos específicos

● Determinar y analizar la eficiencia a la cual opera la bomba centrífuga presente en el

laboratorio.

● Evaluar la influencia de la variación del caudal, con respecto a la carga total, eficiencia

mecánica, potencia real, potencia útil, NPSH dy NPSH r.

● Evaluar la ocurrencia o no del fenómeno de cavitación en la bomba centrífuga.

● Conocer la importancia que representa saber las características de funcionamiento de

una bomba.

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Laboratorio de Operaciones Unitarias I BombasII. Materiales y Métodos

2.1 Materiales:

2.1.1 Equipo

● Una bomba centrífuga de ½ HP

Marca: Hidrostal

Tipo: 32-125-0.5

Potencia: 0.5 HP

Frecuencia: 60 Hz

3450 RPM

● Vacuómetro de 0 a 30 pulg de Hg

● Manómetro tipo reloj de 0 a 30 Psi

● Medidor de energía

● Tanque de hierro galvanizado

● Tanque de eternit

2.1.1 Accesorios

● Sistema de tuberías de 1.5 y 2 pulgadas

● Válvula de compuerta y globo

2.1.3 Instrumentos de medición

● Cinta Métrica

● Termómetro

● Cronómetro

2.2 Métodos y Procedimiento

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2.2.1 Parámetro de medición.- Los Parámetros que deben medirse en condiciones normales

de operación y por lo menos dos ciclos de trabajo de producción, para realizar una correcta

evaluación son los siguientes:

a) Caudal (m❑3/s)

b) Carga (m)

c) Temperatura (K )

d) Tiempo (s)

2.2.2 Ecuaciones para hallar los resultados necesarios.- Todos ellos han sido explicados en

la parte de INTRODUCCIÓN o ANEXOS y se mostrará su uso en los ejemplos de CÁLCULOS.

● Cálculo del Caudal (Q)

● Velocidad de succión y descarga (vdy V s)

● Número de Reynolds de succión y descarga

● Factor de fricción de Darcy de succión y descarga

● h fde succión y descarga

● Presion de succion y descarga

● Altura del Proyecto (H)

● NPSH d

● Potencia real

● Potencia Útil

● Eficiencia

2.2.3 Métodos estadísticos.- Para esta experiencia, hicimos uso de la Herramienta de excel;

Análisis de datos: Regresión, el cual fue verificado con la determinación del coeficiente de

correlación (para la aceptación de nuestros datos), esto se encuentra explicado en la parte de

ANEXOS.

6

Laboratorio de Operaciones Unitarias I Bombas2.2.4 Curvas características de una bomba centrífuga.- Las cuales serán explicadas en la

parte de ANEXOS.

● Curva Caudal Vs Eficiencia

● Curva Caudal Vs Carga neta (altura total)

● Curva Caudal Vs NPSH (disponible y requerido)

● Curva Caudal Vs Potencia (real y útil)

2.2.5 Procedimientos:

● Realizamos las mediciones de las partes de la bomba, así como de los diámetros de las

tuberías y la altura desde el punto más alto del sistema, hasta la superficie del agua.

● Ubicamos puntos de referencia para medir el caudal, asegurandonos de que las

válvulas se encuentren en buen estado.

● Tomamos lecturas de dos series con seis corridas la de presion de succion constante y

presión de descarga variable y de cinco corridas la de presión de descarga constante y

presion de succion constante, teniendo cuidado de abrir y cerrar las válvulas

adecuadamente.

● Para medir el caudal, fue necesario conocer los diámetros, además de tener cuidado al

momento de descargar el fluido, es decir, utilizar el cronómetro.

III. Resultados y Discusiones

7


TABLAS DE RESULTADOS

Tabla N°01 Mediciones del tanque de descarga

Largo (m) 0.6

Ancho (m) 0.6

Altura (m) 0.6

Área (m❑2) 0.36

Volumen (m❑3) 0.216

Tabla Nº02 Presión de succión constante y presión de descarga variable (SERIE 1)

P succión

(Pulg . Hg)

P descarga

(Psi)

Amperaje

(A)

Potencia (KW ) Voltaje

(V )

3 15 3.67 0.63 150

3 13 4.17 0.75 150

3 11 4.5 0.9 150

3,4 9 4.83 0.95 150

3,8 7 5 1 150

4,2 5,5 5 1.05 150

8

Laboratorio de Operaciones Unitarias I BombasTabla Nº03 Tiempo (s) que tardó en subir 10 cm para Presión de succión constante y presión

de descarga variable (SERIE 1)

Pd=15

Ps=3

Pd=13

Ps=3

Pd=11

Ps=3

Pd=9

Ps=3.4

Pd=7

Ps=3.8

Pd=5.5

Ps=4.2

t1 31 18 13 11 11 9

t2 31 19 14 12 11 9

t3 32 19 14 12 11 10

t4 33 18 15 13 11 11

Tabla Nº04 Caudal para presión de succión constante y presión de descarga variable (SERIE1)

Ps=3

Pd=15

Ps=3

Pd=13

Ps=3

Pd=11

Ps=3.4

Pd=9

Ps=3.8

Pd=7

Ps=4.2

Pd=5

Caudal 1

(m❑3/s)

0.0012 0.002 0.00277 0.00327 0.00327 0.004

Caudal 2

(m❑3/s)

0.00116 0.00189 0.00257 0.003 0.00327 0.004

Caudal 3

(m❑3/s)

0.00113 0.00189 0.00257 0.003 0.00327 0.0036

Caudal 4

(m❑3/s)

0.00109 0.002 0.00257 0.00327 0.00327 0.00327

Tabla Nº05 Presión de descarga constante y presión de succión variable (SERIE 2)

9


P descarga

(Psi)

P succión

(Pulg . Hg)

Amperaje

(A)

Potencia (KW ) Voltaje

(V )

2 13 4.33 0.85 150

2 11 4.67 0.95 150

2.5 9 5 1 150

4.5 7 4.83 1.03 150

5.5 5 5 1.1 150

Tabla Nº06 Tiempo (s) que tardó en subir cada 10 cm para presión de descarga constante y

presión de succión variable (SERIE 2)

Ps=13

Pd=2

Ps=11

Pd=2

Ps=9

Pd=2.5

Ps=7

Pd=4.5

Ps=5

Pd=5.5

t1(s) 15 12 11 10 11

t2 (s) 15 11 12 10 10

t3 (s) 15 10 12 10 10

t4 (s) 15 15 12 14 10

Tabla Nº07 Caudal para presión de descarga constante y presión de succión variable (SERIE2)

10


Pd=2

Ps=13

Pd=2

Ps=11

Pd=2.5

Ps=9

Pd=4.5

Ps=7

Pd=5.5

Ps=5

Caudal 1

(m❑3/s)

0.0024 0.003 0.00327 0.0036 0.00327

Caudal 2

(m❑3/s)

0.0024 0.00327 0.00327 0.0036 0.0036

Caudal 3

(m❑3/s)

0.0024 0.0036 0.003 0.0036 0.0036

Caudal 4

(m❑3/s)

0.0024 0.0024 0.003 0.00257 0.0036

Tabla Nº08 Caudal, velocidades, Reynolds y factor de Darcy (SERIE 1)

Corrid

a

Repetici

ones

Q

(m3/s)

V

succión

V

descarg

a

Re

succión

Re

descarga

Fd

succión

Fd

descarg

a

1 1 0,0012 0,5543 0,9134 29667,9 38086,1 0,0244 0,0229

1 2 0,00116 0,5359 0,8829 28683,1 36814,4 0,0245 0,0231

1 3 0,00113 0,522 0,8601 27939,1 35863,7 0,0248 0,0233

1 4 0,00109 0,5035 0,8296 26948,9 34591,9 0,0250 0,0235

2 1 0,002 0,9239 1,5222 49450,1 63471,3 0,0215 0,0202

2 2 0,00189 0,8731 1,4385 46731,1 59981,3 0,0218 0,0204

2 3 0,00189 0,8731 1,4385 46731,1 59981,3 0,0218 0,0204

2 4 0,002 0,9239 1,5222 49450,1 63471,3 0,0215 0,0202

3 1 0,00277 1,2796 2,1083 68488,3 87910,0 0,0120 0,0186

3 2 0,00257 1,1872 1,9561 63542,7 81563,7 0,0202 0,0189

3 3 0,00257 1,1872 1,9561 63542,7 81563,7 0,0202 0,0189

3 4 0,00257 1,1872 1,9561 63542,7 81563,7 0,0202 0,0189

11


4 1 0,00327 1,5106 2,4889 80852,1 103779,9 0,0190 0,0178

4 2 0,003 13858 2,2834 74172,4 95211,2 0,0194 0,0182

4 3 0,003 1,3858 2,2834 74172,4 95211,2 0,0194 0,0182

4 4 0,00327 1,5106 2,4889 80852,1 103779,9 0,0190 0,0178

5 1 0,00327 1,5106 2,4889 80852,1 103779,9 0,0190 0,0178

5 2 0,00327 1,5106 2,4889 80852,1 103779,9 0,0190 0,0178

5 3 0,00327 1,5106 2,4889 80852,1 103779,9 0,0190 0,0178

5 4 0,00327 1,5106 2,4889 80852,1 103779,9 0,0190 0,0178

6 1 0,004 1,8478 3,0445 98900,1 126946,9 0,0180 0,0170

6 2 0,004 1,8478 3,0445 98900,1 126946,9 0,0180 0,0170

6 3 0,0036 1,6630 2,7401 89009,1 114254,3 0,0185 0,0174

6 4 0,00327 1,5105 2,4889 80846,8 103779,9 0,0190 0,0178

Tabla N°09 Caudal, velocidades, Reynolds y factor de Darcy (SERIE 2)

Corrida Repetici

ones

Q (m3/s) V

succión

V

descarg

a

Re

succión

Re

descarga

Fd

succió

n

Fd

descarg

a

1 1 0,0024 1,1087 1,8267 59341.2 76168,1 0,0205 0,0193

1 2 0,0024 1,1087 1,8267 59341,2 76168,1 0,0205 0,0193

1 3 0,0024 1,1087 1,8267 59341,2 76168,1 0,0205 0,0193

1 4 0,0024 1,1087 1,8267 59341,2 76168,1 0,0205 0,0193

2 1 0,003 1,3858 2,2834 74172,4 95211,2 0,0194 0,0182

2 2 0,00327 1,5106 2,4889 80852,1 103779,9 0,0190 0,0178

2 3 0,0036 1,6630 2,7401 89009,1 114254,3 0,0185 0,0174

2 4 0,0024 1,1087 1,8267 59341,2 76168,1 0,0205 0,0193

3 1 0,00327 1,5106 2,4889 80852,1 103779,9 0,0190 0,0178

3 2 0,00327 1,5106 2,4889 80852,1 103779,9 0,0190 0,0178

12


3 3 0,003 1,3858 2,2834 74172,4 95211,2 0,0194 0,0182

3 4 0,003 1,3858 2,2834 74172,4 95211,2 0,0194 0,0182

4 1 0,0036 1,6630 2,7401 89009,1 114254,3 0,0185 0,0174

4 2 0,0036 1,6630 2,7401 89009,1 114254,3 0,0185 0,0174

4 3 0,0036 1,6630 2,7401 89009,1 114254,3 0,0185 0,0174

4 4 0,00257 1,1872 1,9561 63542,7 81563,7 0,0202 0,0189

5 1 0,00327 1,5106 2,4889 80852,1 103779,9 0,0190 0,0178

5 2 0,0036 1,6630 2,7401 89009,1 114254,3 0,0185 0,0174

5 3 0,0036 1,6630 2,7401 89009,1 114254,3 0,0185 0,0174

5 4 0,0036 1,6630 2,7401 89009,1 114254,3 0,0185 0,0174

Tabla Nº10 Carga del sistema (SERIE 1)

Corrida Repeticiones hf descarga (m) hf succión (m) H sistema (m)

1 1 0,0287 0,0018 12,4987

1 2 0,0271 0,0017 12,4952315

1 3 0,0260 0,0016 12,4927555

1 4 0,0243 0,0015 12,4892957

2 1 0,0704 0,0044 11,1823957

2 2 0,0635 0,0040 11,167118

2 3 0,0635 0,004018 11,167136

2 4 0,0704 0,0044 11,1823957

3 1 0,1244 0,0047 9,89680457

3 2 0,1088 0,0069 9,86349278

13


3 3 0,1088 0,0069 9,86349278

3 4 0,088 0,0069 9,86349278

4 1 0,1659 0,0105 8,73041408

4 2 0,1428 0,0090 8,67425257

4 3 0,1428 0,0090 8,67425257

4 4 0,1659 0,0105 8,73041408

5 1 0,1659 0,0105 7,46039545

5 2 0,1659 0,105 7,46039545

5 3 0,1659 0,0105 7,46039545

5 4 0,1659 0,0105 7,46039545

6 1 0,2371 0,0149 6,36495259

6 2 0,2371 0,0149 6,36495259

6 3 0,1965 0,0124 6,26517387

6 4 0,1659 0,0105 6,19039222

Tabla Nº11 Carga del sistema (Serie 2)

Corrida Repeticiones hf descarga (m) hf succión (m) H sistema (m)

1 1 0,0969 0,00607 6,955019607

1 2 0,0969 0,00607 6,955019607

1 3 0,0969 0,00607 6,955019607

14


1 4 0,0969 0,00607 6,955019607

2 1 0,1428 0,00898 6,372537889

2 2 0,1659 0,01045 6,428669404

2 3 0,1965 0,01233 6,503446456

2 4 0,0969 0,00607 6,263286669

3 1 0,1659 0,01045 6,08902777

3 2 0,1659 0,01045 6,08902777

3 3 0,1428 0,00898 6,032896255

3 4 0,1428 0,00898 6,032896255

4 1 0,1965 0,01233 6,880437101

4 2 0,1965 0,01233 6,880437101

4 3 0,1965 0,01233 6,880437101

4 4 0,1088 0,00686 6,668730116

5 1 0,1659 0,01045 6,81810972

5 2 0,1965 0,01233 6,892886772

5 3 0,1965 0,01233 6,892886772

5 4 0,1965 0,01233 6,892886772

15


Tabla N°12 Datos calculados NPSHr Vs NPSHd (Serie 1)

Corrida Repeticiones Q (m3/s) NPSHdisponible NPSH requerido

1 1 0,00120 9,1802 0,759

1 2 0,00116 9,1829 0,743

1 3 0,00113 9,1847 0,729

1 4 0,00109 9,1872 0,712

2 1 0,00200 9,1113 1,069

2 2 0,00189 9,9622 1,029

2 3 0,00189 9,9622 1,029

2 4 0,00200 9,9506 1,069

3 1 0,00277 9,8731 1,331

3 2 0,00257 98809 1,265

3 3 0,00257 9,8809 1,265

3 4 0,00257 9,8809 1,265

4 1 0,00327 9,7729 1,487

4 2 0,00300 9,8176 1,404

4 3 0,00300 9,8176 1,404

4 4 0,00327 9,7729 1,487

5 1 0,00327 9,7729 1,487

5 2 0,00327 9,7729 1,487

16


5 3 0,00327 9,7729 1,487

5 4 0,00327 9,7729 1,487

6 1 0,00400 9,6349 1,702

6 2 0,00400 9,6349 1,702

6 3 0,00360 9,7139 1,586

6 4 0,00327 9,7730 1,487

Tabla N°13 Datos calculados NPSHr Vs NPSHd (Serie 2)

Corrida Repeticiones Q (m3/s) NPSH disponible NPSH requerido

1 1 0,00240 9,0649 1,209

1 2 0,00240 9,0649 1,209

1 3 0,00240 9,0649 1,209

1 4 0,00240 9,0649 1,209

2 1 0,00300 8,9803 1,404

2 2 0,00327 8,9364 1,487

2 3 0,00360 8,8782 1,586

2 4 0,00240 9,0649 1,209

3 1 0,00327 8,9364 1,487

3 2 0,00327 8,9364 1,487

17


3 3 0,00300 8,9803 1,404

3 4 0,00300 8,9803 1,404

4 1 0,00360 8,8782 1,586

4 2 0,00360 8,8782 1,586

4 3 0,00360 8,8782 1,586

4 4 0,00257 9,0426 1,265

5 1 0,00327 8,9364 1,487

5 2 0,00360 8,8782 1,586

5 3 0,00360 8,8782 1,586

5 4 0,00360 8,8782 1,586

Tabla Nº14 Cálculo de eficiencia (Serie 1)

Corrida Repetición P (util) kw P(real) kw n (eficiencia)

1 1 0,1469 0,5505 26,67

1 2 0,1419 0,5505 25,78

1 3 0,1382 0,5505 25,10

1 4 0,1333 0,5505 24,21

2 1 0,2190 0,6255 35,02

2 2 0,2066 0,6255 33,03

2 3 0,2070 0,6255 33,05

18


2 4 0,2190 0,6255 35,02

3 1 0,2684 0,675 39,76

3 2 0,2482 0,675 36,77

3 3 0,2482 0,675 36,77

3 4 0,2482 0,675 36,77

4 1 0,2795 0,7245 38,58

4 2 0,2548 0,7245 35,17

4 3 0,2558 0,7245 35,17

4 4 0,2795 0,7245 38,58

5 1 0,2389 0,75 31,85

5 2 0,2389 0,75 31,85

5 3 0,2389 0,75 31,85

5 4 0,2389 0,75 31,85

6 1 0,2493 0,75 33,24

6 2 0,2493 0,75 33,24

6 3 0,2208 0,75 29,44

6 4 0,1982 0,75 26,43

Tabla Nº15 Cálculo de la eficiencia (Serie 2)

Corrida Repetición P (util) kw P(real) kw n (eficiencia)

19


1 1 0,1634 0,6495 25,16

1 2 0,1634 0,6495 25,16

1 3 0,1634 0,6495 25,16

1 4 0,1634 0,6495 25,16

2 1 0,1872 0,7005 26,72

2 2 0,2058 0,7005 29,38

2 3 0,2292 0,7005 32,72

2 4 0,1472 0,7005 21,01

3 1 0,1950 0,75 26,00

3 2 0,1950 0,75 26,00

3 3 0,1772 0,75 23,63

3 4 0,1772 0,75 23,63

4 1 0,2425 0,7245 33,47

4 2 0,2425 0,7245 33,47

4 3 0,2425 0,7245 33,47

4 4 0,1678 0,7245 23,16

5 1 0,2183 0,75 29,11

5 2 0,2430 0,75 32,40

5 3 0,2430 0,75 32,40

5 4 0,2430 0,75 32,40

20


DISCUSIÓN DE RESULTADOS

● En la Figura N°10, se muestra la eficiencia de la bomba para la serie 1 a diferentes

caudales, donde se puede observar que la eficiencia máxima de la bomba es de

39,76% a un caudal de 0,00277m❑3/s (ver Tabla N°14), por el comportamiento de la

curva nos damos cuenta que a medida que sube el caudal también sube la eficiencia

pero llega a un punto máximo y luego decrece, con lo que podemos decir que esta

bomba no es muy eficiente a altas presiones, además la eficiencia máxima de esta

bomba se da en un corto intervalo de caudales (entre 0,0025−0,003m❑3 /s), estas

afirmaciones corroboran lo mencionado en la teoría (Ing. Silva, Teoría de bombas-

diapositiva 22).

● En la Figura No 11, se observa que la potencia real se encuentra dentro de los valores

maximos y minimos, y presentando una relación directamente proporcional, los datos de

este gráfico se relacionan con los de la figura No 14, ya que a medida que el caudal

aumenta también aumenta elNPSH r❑

y disminuye elNPSH d, es decir elevados caudales

aumentan la potencia real y los riesgos de cavitación en la bomba.

● En las Figuras N°14 y N°20, podemos observar para ambas series que el valor de

NPSH d (puntos de color azul) supera notoriamente al valor de NPSH r(puntos de color

rojo), también hemos analizado anteriormente que esta bomba no posee una alta

eficiencia, pues esta gráfica demuestra que la deficiencia de la bomba no se debe a

problemas de cavitación. Castillo (2013) nos indica que para que no se produzca

cavitación, se debe cumplir que NPSH d>NPSH r, lo cual se cumple.

● En las Figuras N°15 y N°21 se puede apreciar la gran diferencia entre la potencia real o

consumida por la bomba y la potencia útil, que es la potencia que realmente recibe el

fluido por parte de la bomba para que ésta pueda fluir de un punto a otro. Se puede

observar que la potencia útil (otorgada al fluido) representa entre entre un 20−40%

respecto a la potencia que recibe la bomba, generalmente una potencia eléctrica por

21

Laboratorio de Operaciones Unitarias I Bombasparte de un motor, este porcentaje es característico en estos tipos de bombas

(centrifugas) además de presentar otros tipos de dificultades, mencionadas en los

párrafos anteriores.

● En la Figura N°17, se muestra la eficiencia de la bomba pero para la serie 2 a diferentes

caudales, donde se puede observar que la eficiencia máxima de la bomba es de

33,47% a un caudal de 0,0036m❑3/s (ver Tabla N°15), el comportamiento de su curva

muestra que la eficiencia aumenta al aumentar el caudal, llega a un punto donde

decrece pero luego vuelve a subir llegando a su punto máximo, el cual también se da en

un intervalo corto de caudales (0,00327−0,0036m❑3/s ), demostrando una vez más

que nuestros resultados coinciden con la mencionado en la teoría (Ing. Silva, Teoría de

bombas-diapositiva 22).

● Las Figuras N°16 y N°22 muestra la relación entre la Carga neta de la bomba con el

caudal (curva característica de la bomba), se observa que existe una relación

inversamente proporcional. Además de ello se puede observar que la curva toma una

forma casi aplanada, las bombas que presentan esta característica dan lugar a débiles

variaciones de altura de elevación y fuertes variaciones de caudal, por lo tanto deben

preferirse este tipo de bombas cuando se desee una altura de elevación más o menos

constante con un caudal variable dentro de amplios márgenes

22


IV. Conclusiones

● La bomba centrífuga, presente en laboratorio, opera con una eficiencia que va entre

20−40% dependiendo de las condiciones de presión. Se encontró una eficiencia

máxima del 39,76% (a presion de succion constante y presión de descarga variable) y

de 33,47% (a presión de succión variable y presión de descarga constante).

● Se determinó que el caudal influye de forma directamente proporcional con la potencia

real, potencia útil, NPSHr y con la eficiencia (hasta cierto punto). Además el caudal

influye de forma inversamente proporcional a la carga neta o total (altura del proyecto) y

al NPSHd.

● Las Figuras N°14 y N°20 comparan el comportamiento de las curvas NPSH dyNPSH r

respecto al caudal, se observa que los valores de NPSH destán muy por encima que los

valores de NPSH r, teniéndose: NPSH d>NPSHr (no habrá cavitación), este resultado es

de suma importancia al momento de tener que elegir una bomba pues nos asegura que

no ocurra el fenómeno de cavitación en nuestra bomba, llevando a un deterioro de la

misma.

● Cuando se desea diseñar un sistema de transporte de líquidos donde se use bombas,

es necesario informarse acerca del funcionamiento de la misma, respecto a sus

requerimientos energéticos asociados con el flujo del fluido a través de tuberías y

accesorios, además de conocer la energía que la bomba suministra al fluido (potencia

útil), estas características resultan determinantes cuando nosotros como ingenieros

tengamos que decidir la elección de la bomba más adecuada para el sistema de

transporte de donde se esta evaluando.

23


V. Recomendaciones

● Para tener una mayor exactitud en las lecturas de presión (hechas en el manómetro y

vacuómetro), es necesario colocar los dispositivos mencionados a una determinada

distancia respecto a la posición de la bomba. Esa distancia es determinada a partir de

cálculos de flujo de fluidos.

● Se debe evitar estar prendiendo y apagando la bomba varias veces durante la práctica.

Cuando la bomba se enciende debemos dejarla por un tiempo para que se estabilice y

deje de tener efectos de la potencia de arranque.

● En la tubería de descarga, a la salida de la bomba, debe instalarse una válvula check y

una válvula de compuerta, en ese orden. La primera tiene por objeto evitar el retorno del

líquido cuando se detenga la bomba, en el caso de la válvula de compuerta, esta sirve

para la regulación del caudal y para interrumpir el flujo en el caso de eventuales

reparaciones.

● Se recomienda que la tubería de succión tenga un diámetro mayor que la tubería de

descarga.

● Para arrancar la bomba, se recomienda que la válvula de descarga está parcialmente

cerrada y la valvula de succion completamente abierta; luego abra la descarga

lentamente para prevenir el golpe de ariete.

● Las válvulas de compuerta no se deben abrir completamente en su utilización, sino en

forma intermedia.

● Si hubiera riesgo de ocurrir cavitación (es decir en condiciones extremas), la regulación

debe hacerse paso a paso o mediante la admisión de aire en el punto de regulación.

24

Laboratorio de Operaciones Unitarias I BombasVI. Bibliografía

Tipo de publicación: Libros

● Rivero, P. (2008). Mecánica de los fluidos, Bombas Centrifugas (2da Ed.). Santiago de

Cali, Colombia.

● Ibarz y Barbosa .(2005).Operaciones unitarias en la ingeniería de alimentos (4ta Ed.).

Madrid, España: Mundi prensa.

● Arthur, A. (2006). HVAC Equations Data and Rules of Thumb (2da Ed.). New York,

EE.UU: McGraw - Hill Professional.

● Mot, Robert. Cuarta Edición, Mc Graw Hill, Año de publicación 1996,pág. 420.

● Cameron A.C (1998) “Regression Analysis of Count Data” Cambridge University Press.

Tipo de publicación: Medios electrónicos

● Cavitacion en bombas centrífugas: origen y efectos (2013). Recuperado el 22 de junio

del 2014, de www.udec.cl/josefcastillo/cavitacion.pdf 11/07/2013

VII. Anexos

25

Laboratorio de Operaciones Unitarias I Bombas7.1 Ejemplos de cálculos

Los ejemplos que se muestran a continuación han sido calculados para la SERIE 1 (presion de

succion constante y presión de descarga variable) - corrida 1 - repetición 1. De la mismo forma

se calculó para todas las corridas y repetición de la SERIE 2 (presión de succión variable y

presión de descarga constante).

1.- Cálculo del caudal

Tomamos como ejemplo la corrida N°1 de la SERIE 1 (presion de succion constante y presión

de descarga variable) con sus 4 tiempos correspondientes que son:

t 1=31 s, t 2=31 s, t 3=32 s, t 4=33 s

Q=(área x alturademedición)/ tiempo (7.1-1)

a) Q=(0.60mx0.60mx0.1m)

31 s

Q=1.16129×10−3m3 /s

b) Q=0.60m×0.60m× .1m31 s

Q=1.16129×10−3m3 /s

c) Q=0.60mx0.60mx 0.1m32 s

Q=1.125×10−3m3/s

d) Q=0.60m×0.60m×0.1m33 s

Q=1.0909×10−3m3 /s

*Este cálculo será realizado para todos los demás tiempos

26

Laboratorio de Operaciones Unitarias I Bombas➢ Donde:

● Q=Caudal (m3/ s)

2.- Cálculo de la velocidades de succión y de descarga

2.1.- Cálculo de la velocidad de succión:

V succión=QA

(7.1-2)

V succión=4 xQ

Π x (Dsucc .)❑2❑

V succión=4 x0.0012m❑3 /s

3.1416 x (0.0525m)❑2❑

V succión=0.5543m / s

2.2.- Cálculo de la velocidad de descarga:

V descarga=4 xQ

Π x (Ddesc .)❑2❑

V descarga=4 x0.0012m❑3/s

3.1416 x (0.0409m)❑2❑

V descarga=0.9134m /s

➢ Donde:❑❑

● V succión yV descarga=Velocidadde succión y descarga(m)

● Q=Caudal (m3/ s)

27


● A=Área(m2)

3.- Cálculo de los Reynolds de succión y de descarga

3.1.- Para Reynolds de succión:

ℜ= ρ x Dsucc . xVsucc .μ

(7.1-3)

ℜ=29667.9

3.2.- Para Reynolds de descarga:

ℜ= ρ x Ddesc . xVdesc .μ

ℜ=(998.08kg /m❑3) x(0.0409m) x(0.9134m /s )

0.000979kg /m.s

ℜ=38086.1

➢ Dónde:

● ℜ=Numerode Reynolds

● ρ=Densidad del aguaa21° C(Kg /m3)

● Ddescarga y D succión=Diámetro de descarga y succión(m)

● V descarga yV succión=Velocidadde descarga y succión(m / s)

● μ=viscosidad del aguaa21 °C (Kg /ms)

4.- Cálculo del Factor de fricción de Darcy para la succión y descarga

4.1.- Factor de fricción de Darcy para la succión:

Fd=0.32 x(ℜ≻.)❑−0.25 (7.1-4)

28


Fd=0.32 x(29667.9)❑−0.25

Fd=0.0244

4.2.- Factor de fricción de Darcy para la descarga:

Fd=0.32 x(ℜdesc .)❑−0.25

Fd=0.32 x(38086.1)❑−0.25

Fd=0.0229

➢ Donde:

● Fd=Factor de Darcy

● ℜdescarga y ℜsucción=Númerode Reynolds de descarga y succión

5.- Cálculo de pérdidas

5.1 Pérdida de cargas de succión:

hf≻¿ Fd≻×L×Vsucc2

Dsucc×2×g (7.1-5)

hf ¿=0.0244 x 0.248x 0.55432

0.0525x 2x 9.8

hf≻¿0.0018m

29


5.2 Pérdida de cargas de descarga:

hf desc=Fdesc ×L×Vdesc2

Ddesc ×2×g=0.0229×1.206×0.9134

2

0.0409×2×9.8

hf desc=0.0287m

➢ Dónde:

● h f succión yh f descarga=Pérdidas decarga por succión y descarga (m)

● Fddescarga y Fd succión=Factor de Darcy dedescarga y de succión

● L=Longitud de latubería dedescarga y succión(m)

● V descarga yV succión=Velocidadde descarga y succión(m / s)

● Ddescarga y D succión=Diámetrode descarga y succión(m)

● g=aceleraciónde la gravedad (m /s2)

6.- Cálculo de presiones

6.1 Presion de succion absoluta:

P¿|¿|=Patm−P¿vacío ¿ (7.1-6)

P¿|¿|=756mmHg×13.6 kgf /m2

1mmHg−3 pulgHg×

345.32kgf /m2

1 pulg Hg¿

P¿|¿|=9245.64kgf /m2¿

6.2 Presión de descarga absoluta:

30


Pdesc|¿|=P atmosférica+Pdescmanométrica¿

Pdesc absoluta=756mmHg×13.6kgf /m2

1mmHg+15 pulg Hg× 703.07kgf /m

2

1 pulgHg

Pdes|¿|20827.65kgf /m2

➢ Dónde:

● Pdescargaabsoluta y P succiónabsoluta=Presióndedescarga y succiónabsoluta(Kgf /m2)

● Pmanométrica=Presiónmanométrica (mmHg)

● Pdescargamanométrica y Psucción manométrica=Presióndedescarga y succiónmanométrica ( pulgHg)

7.- Cálculo de la altura del proyecto (H)

H=(Pd−Ps )

γ+

(Vd2−Vs2)2g

+( zd−zs )+hf totales (7.1-7)

H=(20827.65−9245.64 )kgf /m2

998.42kgf /m3+

(0.91342−0.55432 )m2/s❑2

2×9.81m /s2+(0.841m )+0.0287m+0.0018m

H=12.4987m

➢ Dónde:

● H=Alturadel proyecto (m)

● Pd y Ps=Presión dedescarga y succión(Kgf /m2)

● γ=Peso específicodel aguaa21° C (Kgf /m2)

● V d y V s=Velocidadde descarga y succión(m / s)

● g=Aceleraciónde la gravedad (m / s2)

● zd y zs=Alturade ladescarga y de la succión(m)

31


● h f totales=Sumade las pérdidasde carga por succión y descarga(m)

8.- Cálculo de NPSHr y NPSHd:

8.1 NPSHd:

NPSHd=hatm−hvap−h≻−hm (7.1-8)

NPSHd= Patm−Pvapϒ

−Vsuc❑2

2g− f ≻×Vsuc c❑2×L

2×g×D−Vsucc❑2

2×g(Σ K )−ΔZ

(7.1-9)

➔ Datos:

Constantes: Variables:

● Patm=10300.154Kgf /m❑❑2 Vsucc=0.5543m / s

● Pvap=253.73Kgf /m❑2 f≻¿0.0244

● ϒ=998.42Kgf /m❑2

● g=9.81m/ s❑2

● D=0.0525m❑2

● ΣK=0.85m

● ΔZ=0.841m

➔ Reemplazando:

NPSHd=(10300.154−253.73)Kgf /m❑2

(998.42)Kgf /m❑2 −¿¿

NPSHd=9.1802m

8.2 NPSHr:

32


NPSHr=0.00125x ¿ (7.1-10)

➔ Datos:

Constantes: Variables:

● n=3450 rpm Q=0.0012m❑3/s

➔ Reemplazando:

NPSHr=0.00125× ¿

NPSH r=0.7597m

➢ Dónde:

● Patm y Pvac=Presión atmosférica y Presión del vacío(Kgf /m2)

● γ=Peso específicodel aguaa21° C (Kgf /m2)

● V ¿=Velocidad desucción (m /s)


● f ¿=Factor de fricción de succión

● L=Longitud de latubería desucción(m)

● D=Diametro de succion(m)

● ∑❑

❑

K=Pérdidasde cargaen accesorios(m)

● ΔZ=Diferenciade alturas(m)

9.- Cálculos para hallar la eficiencia de la bomba

9.1 Cálculo de la Potencia Real (BPH):

33

Laboratorio de Operaciones Unitarias I Bombas BHP=V x I (7.1-11)

BHP=150V x3,67 A

BHP=0,5505KW

➢ Dónde:

● BHP=Potencia real (W )

● V=Voltaje (V )

I=Intensidad de la corriente(A)

* Para nuestro caso, el Voltaje en V es constante (150V) y la corriente en A (3.67A) sólo para la

primera corrida, en la tabla se explica el valor de la corriente para las distintas corridas

9.2 Cálculo de la Potencia Útil (HPH):

HPH=Q×H×γ (7.1-12)

HPH=(0.0012m3/s )(12.4987m)¿)

HPH=0.1649KW

➢ Dónde:

● Q=caudal(m3/s )

● H=alturadel proyecto (m)

● γ=Peso específicodel agua(998.42Kgf /m2)

9.3 Cálculo de la eficiencia de la bomba (n)

34


n=HPHBPH

×100% (7.1-13)

n=0.14690.5505

×100%

n=26.67%

➢ Dónde:

● n=eficienciade la bomba(%)

● HPH=Potenciaútil (W )

● BHP=Potencia real (W )

7.2 Tablas adicionales

TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES

Tabla N° 16 Condiciones de laboratorio

Temperatura (° C) 21

Presión (mmHg) 756

TABLAS DE DATOS TEÓRICOS

Tabla N°17 Características de la Bomba Centrífuga

Potencia (HP) 0.5

Velocidad (RPM ) 3450

35


Frecuencia (Hz) 60

Tipo 32-125-0.5M

Marca HIDROSTAL

Tabla N°18 Propiedades del agua a 21°C

Presión de Vapor (Kgf /m❑2) 253.73

Viscosidad (Kg /m .s) 0.000979

Densidad (Kg /m❑3) 998.08

Peso específico (Kgf /m❑3) 998.42

Presión atmosférica (Kgf /m❑2) 10300.154

Tabla N°19 Características de las líneas de succión y descarga

Succión Descarga

Diámetro nominal

Cédula 40

2¨ 1 ½ ¨

Diámetro interno (m) 0.0525 0.0409

Rugosidad 0.009 0.0012

Material Hierro galvanizado Hierro galvanizado

36


7.3 Principios teóricos

Las bombas incrementan la energía mecánica del líquido, aumentando su velocidad, presión o

elevación, o las tres anteriores.Las dos clases principales son las bombas de desplazamiento

positivo y las bombas centrífugas (Ibarz, 2005).

Figura N°01.Fuente: Rivero Palacio (2008)

A) Bombas de desplazamiento positivo: Un volumen determinado de líquido es encerrado

en una cámara, la cual se llena alternativamente desde la entrada y se vacía a una presión más

alta a través de la descarga.

A.1 Bombas reciprocantes: Las bombas de pistón, de émbolo y de diafragma son ejemplos

de bombas reciprocantes.

En una bomba de pistón, el líquido pasa a través de una válvula de retención de entrada al

interior del cilindro mediante la acción de un pistón y entonces es forzado hacia afuera a través

de una válvula de retención de descarga en el recorrido de regreso. La mayor parte de las

bombas de pistón son de doble acción, es decir, el líquido es admitido alternadamente a cada

lado del pistón, de manera que una parte del cilindro se esta llenando mientras otra se vacía. El

37

Laboratorio de Operaciones Unitarias I Bombaspistón se acciona mediante un motor a través de una caja reductora. La presión máxima de

descarga para bombas de pistón comerciales es de alrededor 50 atm.

Para presiones más elevadas se utilizan bombas de émbolo. Un cilindro de pared gruesa y

diámetro pequeño contiene un émbolo reciprocante perfectamente ajustado que es una

extensión de la barra del pistón. Al final del recorrido del émbolo llena prácticamente todo el

espacio del cilindro. Las bombas de émbolo son de simple efecto y por lo general son

accionadas por un motor. Pueden descargarse a presiones 1500 atm o más.

En una bomba de diafragma, el elemento reciprocante es un diafragma flexible de metal,

plástico o hule. Esto elimina la necesidad de empaques o cierres expuestos al líquido

bombeado, lo que constituye una gran ventaja cuando se manipulan líquidos tóxicos o

corrosivos. Las bombas de diafragma manejan de pequeñas a moderadas cantidades de

líquido, hasta alrededor de 100 gal/min, y pueden desarrollar presiones superiores a 100 atm.

La eficiencia mecánica de las bombas reciprocantes varía entre 40 y 50% para bombas

pequeñas y de 70 a 90% para las grandes.

La relación entre el volumen del fluido descargado y el volumen barrido por el pistón o émbolo

se llama eficiencia volumétrica. En las bombas de desplazamiento positivo la eficiencia

volumétrica se mantiene casi constante al aumentar la presión de descarga, si bien disminuye

algo como consecuencias de las fugas. Debido a la constancia del flujo de volumen, las

bombas de émbolo y diafragma son muy utilizadas como bombas de medición (Singh, 2001).

A.2 Bombas rotatorias

Tienen nombre como bombas de engranaje, de lóbulo, de tornillo, de leva y de aspa. A

diferencia de las bombas reciprocantes, las bombas rotatorias no contienen valvulas de

retencion.

Las bombas rotatorias operan mejor en fluidos limpios y moderadamente viscosos y operan con

presiones de descarga superiores a 200 atm.

El líquido entra a la línea de succión por la parte inferior de la coraza, es atrapado en los

espacios que existen entre los dientes y la coraza y circula hacia la parte superior de la misma

y finalmente es lanzado hacia la línea de descarga. El líquido no puede volver a la cámara de

succión debido al estrecho ajuste de los engranajes en el centro de la bomba.

B) Bombas centrifugas

Es la segunda clase más importante de bombas luego de las bombas de desplazamiento

positivo, la energía mecánica del líquido se aumenta por la acción centrífuga. El líquido entra a

38

Laboratorio de Operaciones Unitarias I Bombastravés de la conexión de succión concéntrica al eje del elemento giratorio de alta velocidad

llamado impulsor el cual esta provisto de aspas radiales inherentes con el mismo. El líquido

fluye hacia fuera por el interior de los espacios que existen entre las aspas y deja al impulsor a

una velocidad considerablemente mayor con respecto a la entrada del mismo.

El fluido recibe energía del impulsor que a su vez se transmite al mismo por un par de fuerzas

del eje motor que es accionado por motor de velocidad constante. (Ibarz- Barboza, 2005).

Interpretación de las alturas: Los fluidos, en su desplazamiento por una tubería, poseen una

energía total, que se descompone en tres diferentes:

❏ Energías potencial: La debida a la altura geodésica de la partícula de fluido o altitud

respecto de un plano horizontal cualquiera.

❏ Energía debido a la presión de fluido, llamada altura de presión.

❏ Energía cinética debido a la velocidad del fluido.

La suma de las tres alturas (altura total) permanece constante en un fluido ideal a lo largo de

una tubería (filamento de corriente) y es lo que se conoce como la ecuación de bernoulli.

H=Z1+P1γ

+V 12

2g=Z2+

P2γ

+V 22

2g (7.3-1)

7.3.1 Terminología de Bombas Centrífugas

a) Carga de una bomba centrífuga

Para explicar la carga que desarrolla una bomba, se tomará, como ejemplo la instalación que

se muestra en la figura 2, en la que se tiene una sola tubería y una bomba que transporta el

fluido entre dos depósitos. El líquido entra a la bomba por una toma de succión en el punto 1 y

sale en la tubería de descarga por el punto 2, entregándole al fluido un trabajo. Aplicando la

ecuación de bernoulli entre los puntos 1 y 2, se tiene.

P1ρ .g

+Z1+αu❑2

2 g+H=P2

ρ g+Z2+α

u❑2

2 g+h1−2 , despejando H, se tiene:

H= P2ρ g

−P1ρ g

+Z 2−Z1+α u2❑2

2g−α

u1❑2

2g+Δh1−2 (7.3-2)

39

Laboratorio de Operaciones Unitarias I BombasH: Es el trabajo que 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 única fricción que existe es la que 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

término h1-2.=0. La diferencia de altura entre la entrada y salida de la bomba, Z2- Z1, suele ser

muy pequeña o igual a cero y puede ser eliminada de la ecuación ΔZ=0. Si las tuberias de

succion y descarga son del mismo tamaño las cargas correspondientes a la velocidad se

cancelan, sin embargo, en general la tubería de succión es mayor que la de descarga, en este

caso se verá que el término es muy pequeño la ecuación se escribe entonces.

H=P2−P1ρg

+ α2 g

(u2❑2−u1❑2) (7.3-3)

Es la diferencia entre la cabeza de descarga y la de succión, calculada a través de un balance

de energía mecánica entre los puntos de suministro del fluido y succión de la bomba y de la

descarga de la bomba hacia su destino.

H=H d−H s (7.3-4)

➢ Donde:

● H=Carga Total(m)

● H s=Cargaestática de succión(m)

● H d=Cargaestática de descarga(m)

Para esto, se define:

b) Carga Total (H).- Es la energía que necesita el líquido para vencer la altura estática total

más las pérdidas en las tuberías y accesorios del sistema.

H=(P❑2−P❑1)

γ+

(V❑22−V❑1

2)2 xg

+(Z❑2❑−Z❑1

❑)+ f ¿ xV❑¿2

D x2 x g+ f

¿ xV❑des2

D x 2x g (7.3-5)

➢ Donde:

● H=Carga total(m)

40


● P1=Presiónabsoluta desucción(Kgf /m2)

● P2=Presiónabsoluta dedescarga(Kgf /m2)

● γ=Peso específicodel fluido (Kgf /m3)

● V 2=velocidad dedescarga (m /s)

● Z2=alturahacia el punto 2(m)


c) Carga estática de succión.- Es la distancia vertical entre el nivel del agua que se bombea y

el nivel medio de la bomba. Cuando la bomba aspira desde un nivel inferior al nivel medio, la

presión en la tubería de succión es menor que la atmosférica, por esta razón resulta negativa.

Si el nivel de agua esta por encima del nivel medio, esta recibe el agua con una presión

estática por encima de la atmósfera y se considera positiva.

d) Carga estática de descarga.- Es la distancia vertical entre el nivel medio de la bomba y el

nivel al cual se eleva el agua.

e) Caudal o capacidad de la bomba: Es el volumen de líquido impulsado por una bomba

en una unidad de tiempo [Q ]=L❑3 . t❑−1.

El gasto volumétrico se puede expresar como el producto de la velocidad del fluido por el área

transversal del ducto en el que fluye.

Q=V × A (7.3-6)

Q=gasto volumétrico (m3/ s)

V=velocidad del fluido (m / s)

A=Área de la sección transversal de la tubería(m2)

f) Carga estática total: Es la distancia vertical entre los niveles del líquido en los puntos de

succión y descarga.

41


Figura N° 2: Elementos que conforman un sistema de bombeo

Fuente: Rivero Palacio (2008)

g) Carga de fricción: Es la carga, expresada en unidades de longitud, necesaria para vencer

la resistencia de las tuberías de succión, descarga y los accesorios que contenga el sistema.

h) Presión de succión: Se refiere a la altura desde la cual el fluido puede ser succionado por

la bomba, pudiendo ser presión de succión positiva o negativa, dependiendo de la posición

relativa de la bomba con el nivel del fluido.

i) Presión de descarga: Se refiere a la altura a la cual puede ser bombeada un fluido.

j) Carga de la bomba o altura de bombeo: Caracteriza a la energía específica cedida por la

bomba al líquido.

k) NPSH (Net Positive Suction Head): Es decir la carga de succión positiva, la cual se define

como la diferencia entre la carga total de de succión menos la presión de vapor del líquido a la

temperatura de bombeo, llamandose asi NPSH D (disponible) que se reduce con los aumentos

de capacidad por las pérdidas de fricción en la tubería de succión y NPSH R (requerida)

42

Laboratorio de Operaciones Unitarias I Bombasaumenta como el cuadrado de la capacidad.Para que una bomba centrífuga opere

satisfactoriamente, es necesario que el líquido no vaporiza dentro de la bomba o en línea de

succión ya que provocará un desgaste prematuro del impulsor (cavitación) La NPSH es la

presión atmosférica menos la suma de de elevación de succión y la presión de vapor del agua.

NPSHD¿ (Patm−Pv H 2O )/ γ−(V 22 )/2 g−ΔZ+hf (7.3-7)

Para que la bomba opere correctamente, se debe cumplir que:

NPSH γ=0.00125 (Q×n❑2 )❑0.67 (7.3-8)

Donde: Q=caudal (m❑3/ s) n=R .P . M

NPSH disponible ≥NPSH requerido

l) Potencia de una bomba centrífuga .- Es la energía requerida para transportar un fluido por

unidad de tiempo.

m) HPH (potencia que la bomba entrega al fluido) .- Es el producto del peso específico del

fluido por el flujo de operación por el cabezal total desarrollado por la bomba a ese flujo de

operación:

HPH=Q×H×γ (7.3-9)

➢ Donde:

● Q=caudal(m3/s )

● H=alturadel proyecto (m)

● γ=Peso específicodel agua(998.42Kgf /m3)

n) BHP (entrada a la bomba o potencia de freno).- Es la potencia que se entrega al eje de la

bomba, conocida como la potencia de freno:

BPH=VxI (7.3-10)

43

Laboratorio de Operaciones Unitarias I Bombas➢ Donde:

● V=voltaje(V )

● I=amperaje , corriente de la bomba(A)

o) Eficiencia de la bomba.- BPH y HPH deberían coincidir en el valor pero no lo hace debido

a que siempre hay pérdidas, aunque se sabe que para cualquier bomba se debe cumplir que

HPH<BHP.

n=HPHBPH

x100% (7.3-11)

p) Rendimiento de una bomba centrífuga: Cuando un líquido fluye a través de una bomba,

sólo parte de la energía comunicada por el eje del impulsor es transferida al fluido. Esta pérdida

de energía es debido al choque que produce el líquido a la entrada del impulsor, a la fricción

que se genera por el paso del fluido a través del espacio existente entre los álabes y las

pérdidas de altura al salir el fluido del impulsor.

El trabajo que la bomba le entrega al fluido viene dado por la ecuación W=m. g .h

La potencia que la bomba le suministra al fluido es:

P=dWdt

=gHdmdt

=ρgQH (7.3-12)

El rendimiento ηde una bomba viene dado por la ecuación:

η=potencia suministradaal fluidopotenciaenel eje(al freno)

= ρgQHN

(7.3-

13)

(Rivero Palacio, 2008)

7.3.2 Elevación de succión y cavitación: La potencia calculada mediante P=mΔH /ŋ

depende de la diferencia de presión entre la descarga y la succión, y es independiente del nivel

de presión. A partir de consideraciones de energía, es irrelevante que la presión de succión sea

inferior o superior a la presión atmosférica, siempre que el fluido permanezca en estado líquido.

Sin embargo, si la presion de succion es solo ligeramente mayor que la presión de vapor, es

44

Laboratorio de Operaciones Unitarias I Bombasposible que algo del líquido se evapore súbitamente dentro de la bomba, dando lugar a un

proceso llamado cavitación, el que reduce de manera importante la capacidad de la bomba y

causa una severa erosión. Si la presion de succion es en realidad menor que la presión de

vapor, se producirá vaporización en la línea de succión, y el líquido no puede entrar a la

bomba.

Para evitar la cavitación, es preciso que la presión a la entrada de la bomba exceda a la

presión de vapor en un cierto valor, llamado carga neta de succión positiva (NPSH, net positive

suction head). El valor requerido de la NPSH es alrededor de 2 a 3m (5 a 10 ft) para bombas

centrifugas pequeñas; pero el valor aumenta con la capacidad de la bomba, la velocidad del

rotor y la presión de descarga. Valores hasta de 15 m se recomiendan para bombas muy

grandes (Ibarz-Barboza, 2005).

Figura Nº03: Gráfica q vs NPSH disponible

45


Figura Nº 04 Bombas centrífugas - Difusores (a) de voluta (b) de turbina

.

Figura Nº05 Bombas rotatorias

Figura Nº06 Principio de funcionamiento de una Bomba

46


Figura N° 07 Flujograma de la experiencia

47

Laboratorio de Operaciones Unitarias I Bombas7.3.3 Curvas Características de las Bombas: Un sistema de bombeo se caracteriza por un

conjunto de curvas que describen el comportamiento durante su operación. Estas curvas se

denominan curvas características, todas ellas se trazan en función de caudal y a una velocidad

de giro constante.

a) Curva Caudal Vs Eficiencia.- La eficiencia de la bomba es una curva característica de un

sistema de bombeo que se traza en función del caudal a una velocidad de giro constante. La

eficiencia de una bomba es la relación entre la potencia hidráulica agregada por la bomba al

fluido y la potencia eléctrica consumida por el motor. El valor de la eficiencia es cero, cuando el

caudal es cero, a medida de que el caudal aumenta, la eficiencia aumenta a un valor máximo,

denominado punto máximo de rendimiento. A partir de este punto, al aumentar el caudal, la

eficiencia disminuye. (Robert-1996)

b) Curva Caudal Vs Energía.- La curva de funcionamiento de una bomba es una gráfica que

muestra la energía total desarrollada por la bomba en función del caudal entregado por la

misma, a una velocidad de giro constante. La altura total entregada por la bomba disminuye a

medida que el caudal aumenta. El cálculo de la altura total entregada por la bomba requiere

que se aplique el teorema de Bernoulli (explicada anteriormente) entre la succión (entrada) y la

descarga (salida) de la bomba.

Figura N° 08 Caudal en (l/s) Vs H (m)

c) Curva Caudal Vs NPSH .- La cabeza neta de succión positiva disponible (NPSH d ¿también

es una curva característica que se obtiene en función del caudal a una velocidad de giro

48


constante. El NPSH desta en función de las propiedades del fluido y de las características del

sistema de bombeo. El NPSH ddebe ser mayor o igual que el NPSH rpara asegurar la calidad de

la bomba y evitar la cavitación. (Robert-1996)

Figura N°09 Q(m3/h) Vs NPSH

7.3.5 Método de regresión de datos: Es una técnica para investigar y modelar la relación

entre variables, son numerosas y ocurren en casi todos los campos, se utilizan para descripción

de datos, estimación de parámetros y como medio de predicción; ya que el grado de

aceptación de nuestros datos está regulado por el coeficiente de correlación (R2 ¿, el cual a

valores muy cercanos a 1, nos proporciona una información adecuada y confiable y a valores

más lejanos a este valor, nos indica una posible falla en la medición de nuestros datos.

(Cameron-1998)

7.4 Gráficas Analiticas:

49


➢ SERIE 1

Figura N°10: Caudal Vs Eficiencia

50


Figura N°11: Caudal Vs Potencia Real

51


Figura N°13: Caudal Vs Potencia Útil

52


Figura N°14: Caudal Vs NPSH (requerido y disponible)

Figura N°15: Caudal Vs Potencia (Real y útil)

53


Figura N°16: Caudal Vs Carga Total

➢ SERIE 2

54


Figura N°17: Caudal Vs Eficiencia

55


Figura N°18: Caudal Vs Potencia Úti

56


Figura N°19: Caudal Vs Potencia Real

57


Figura N°20: Caudal Vs NPSH (requerido y disponible)

Figura N°21: Caudal Vs Potencia (Real y útil)

58


Figura N°22: Caudal Vs Carga Total

7.5 Figuras experimentales

59


Figura N°23: Cronómetro

Figura N°24: Termómetro

Figura N° 25: Cinta métrica

60


Figura N°26: Válvula (arriba) y manómetro (abajo)

Figura N° 27: Instrumento de medición para el caudal

61


Figura N°28: Bomba centrifuga usada en el laboratorio

Figura N°29: Marca de la Bomba

Figura N°30: Datos respecto a la bomba

62


Figura N°31: Vacuómetro

Figura N°32: Válvula de compuerta entre un

tubo recto y un tubo de codo

Figura N°33: Válvula de compuerta (izquierda) y válvula de globo (derecha)

63


Figura N°34: Tanque de descarga de hierro galvanizado

7.6 Usos y aplicaciones de las bombas centrífugas

Las bombas centrífugas son equipos para bombear fluidos corrosivos y no corrosivos a una

eficiencia hidráulica máxima..

7.6.1 Ventajas principales de las bombas centrífugas

Son más económicas que las bombas de émbolo equivalente. Las bombas centrífugas son muy

versátiles en sus capacidades y presiones. Algunas ventajas son:

● Caudal constante

● Presión Uniforme

● Sencillez de construcción

● Tamaño reducido

● Bajo rendimiento

● Bajo mantenimiento

● Flexibilidad de regulación

● Vida útil prolongada

● No tienen movimientos alternativos

7.6.2 Campos de aplicaciones de las bombas centrífugas

Las bombas centrífugas son las bombas que más se aplican en diversas industrias, en las que

destacan:

64

Laboratorio de Operaciones Unitarias I Bombas● Industria alimenticia: Saborizantes, aceites, grasas, pasta de tomate, cremas, vegetales

trozados, mermeladas, mayonesa, chocolate, levadura y demás.

● Industria de cosméticos: Cremas y lociones, tintes y alcoholes, aceites, entre otras.

● Industria farmacéutica: Pastas, jarabes, extractos, emulsiones. Bebidas: leche, cerveza,

aguardientes, concentrados de fruta, jugos y más.

*Otros químicos: Solventes, combustibles y lubricantes, jabones, detergentes, pinturas, gases

licuados, etcétera.

EVALUACIÓN MEDIANTE RÚBRICAS

ARTÍCULO EXPERIENCIA DEL LABORATORIO

ECUACIÓN DE LA EVALUACIÓN:

65

Laboratorio de Operaciones Unitarias I BombasCondiciones límitesSi: Promedio (For y Par) < 16 entonces la nota del Informe de laboratorio (INF) es 0.80 INF.Si: Promedio (For y Par) < 11 entonces la nota del Informe de laboratorio (INF) es 0.55 INF.Entonces

INF=0.25 PROM (ℜ ,∫ , Mat , Bib)+0.40(R∧D)+0.15PROM (Est ,Eq ,Tab ,Fig)+0.20 (Anexos )

20 - 16 15 - 11 10 - 5 4 - 0

Formato(For)

Hoja tamaño A-4 en márgenes Sup e Inf 2.5;

Izq 3.5 y Der 2.5 e Interlineado 1.5. Arial 11

Cumple con las especificaciones del formato, cumple con la estructura que se dio para el informe, además de anexos y referencias bibliográficas. La redacción del informe se hace en el estilo APA.

Cumple con las especificaciones del formato, cumple con la estructura que se dio para el informe

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

Hicieron como les parece, sin cumplir con ninguna de las especificaciones acerca del formato

Participación (Par)

Herramienta de verificación el historial del

Documento Drive

Todo el grupo ha participado de manera coordinada usando el tiempo designado para la elaboración del informe.

La mayoría al menos tres estudiantes han participado de manera coordinada en todo en la realización del documento

Solo uno o dos estudiantes han participado de manera coordinada en todo en la realización del documento

Han hecho a última hora, pero aducen que ya lo tenían en word, y que recién se han puesto de acuerdo para unir su informe, a última hora.

Resumen(Re)

Se usa 250 palabras, se describe el experimento y los resultados obtenidos expresados en rangos de validez estadística.

Se utilizó más palabras que las indicadas, la descripción del experimento no es completa y los resultados tampoco son completos

El resumen es incompleto y no hay resultados

El resumen está a medio hacer

Introducción(Int)

Se usa como max dos páginas. Se establece

en las mismas los objetivos del laboratorio.

Se establece todos los conceptos (citados bibliográficamente) necesarios para explicar el experimento, incluido las herramientas estadísticas usadas.Para ello si se necesita para ser ampliadas se usa los anexos

Falta algunos conceptos u otros estan demas ya que no fueron usados en el experimento, no esta incluido los conceptos de herramientas estadísticas.Los conceptos bibliográficos son usados de páginas Webs de origen desconocido

Los conceptos vertidos en esta sección son insuficientes y están mal redactados

El contenido de esta sección no tiene nada que ver con el experimento realizados

Materiales y Métodos

(Mat)

Se describe los materiales utilizados en el laboratorio, los métodos usados describen las mediciones experimentales y son descritas las herramientas estadísticas usadas y son citados bibliográficamente usando el estilo APA

La descripción de los materiales y métodos son descritos de maneras incompleta, pero es redactado correctamente usando las técnicas descritas en el item anterior

La descripción de los materiales y métodos son descritos de maneras incompleta, y es redactado a libre criterio del grupo

La descripción de los materiales y métodos

son descritos de maneras incompleta, y no contempla casi nada de lo que se hizo en el

experimento

Resultados y Discusión

(R&D)

Los resultados y discusión se redacta a continuación de las tablas y/o figuras de manera concatenada usando el estilo de redacción APA

Los resultados y discusión se redacta independientemente de las tablas y/o figuras, hay una falta de coordinación pero se usa el estilo de

Los resultados y discusión se redacta independientemente de las tablas y/o figuras, hay una falta total de coordinación, el uso de citas

Los resultados y discusión se redacta independientemente de las tablas y/o figuras, se redacta al sentido común, repitiendo lo que ya que esta en

66


Se compara los datos experimentales de los teóricos a la luz de las herramientas estadísticas y comparándolas con otras bibliografías.

redacción APA bibliográficas es pobre.tablas o figuras. Esta incompleto.

Bibliografía (Bib)redactado en estilo

APA

Se utiliza bibliografía de libros y de sitios WEB de procedencia científica y es correctamente citado en el informe.

Se utiliza bibliografía de sitios WEB de procedencia científica y es correctamente citado en el informe.

Se utiliza bibliografía de sitios WEB de dudosa procedencia y es citado en el informe pero no de forma correcta.

La bibliografía presentada no tiene nada que ver o no fue usada en el informe de laboratorio.

Herramientas estadísticas

(Est)

El uso de las herramientas estadísticas pueden ser importadas en forma de imagen desde excel u software estadístico

Las herramientas estadísticas son definidas en la introducción, y son especificadas en los materiales y métodos. Y son mostrados en tablas y en figuras. Usados para la discusión en los resultados y discusiones

Las herramientas estadísticas no son mostradas en la introducción, pero se hace uso en el resto del documento

Las herramientas estadísticas son

usadas solo en los resultados y discusión, pero aun asi se hacen uso de ellas en parte

de la discusión así sea de forma poco correcta

Las herramientas estadísticas no son

mostradas en ninguna parte del documento o

del informe de la laboratorio

Ecuaciones(Eq)

Las ecuaciones son numeradas usadas con las herramientas del documento drive y el formato es el mismo que el texto.Las ecuaciones son citadas en los resultados y discusión de acuerdo a su numeración

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

Las ecuaciones no son numeradas y son

importadas de otro sitio en forma de

imagen. Son usadas de forma parcial en el

texto

Las ecuaciones no son numeradas, están en desorden, y no son usadas en la redaccion del texto..

Tablas (Tab)Tamaño de letra arial - de forma libre para que cuadre con el documento

Las tablas tienen información relevante con el experimento, son numeradas y son usadas como referencia para la discusión de los resultados

Las tablas tienen información que no es contemplada en el experimento, son numeradas y parte de ella son usadas como referencia para la discusión de los resultados

Las tablas tienen información que no es contemplada en el experimento, no son numeradas, están en desorden y parte de ella son usadas como referencia para la discusión de

Las tablas tienen poca información que no es contemplada en el experimento, no son numeradas y solo se repite sus datos en los resultados y discusión.

Figuras (Fig)Las medidas experimentales son representadas como puntos, las medidas teóricas también como puntos diferentes, pero el modelo estadístico y las bandas max y min son líneas continuas

Las figuras ilustran las tendencias de los datos, el proceso llevado a cabo en el experimento, es citado como referencia en los resultados y discusión. Se usa rótulos, leyendas, y correcta escala de ejes. Su enumeración y títulos son debajo de la figura.

Las figuras ilustran las tendencias de los datos, el proceso llevado a cabo en el experimento, es citado como referencia en los resultados y discusión. Pero hay deficiencias en la edición de los mismos,

Las figuras ilustran las tendencias de los datos, el proceso llevado a cabo en el experimento, no es citado correctamente como referencia en los resultados y discusión. Pero hay deficiencias en la edición de los mismos,

Las figuras estan mal editadas, no se guarda unidades correctas en las mediciones no son usadas en la redacción de los resultados y discusión

Anexos (An)Usando la hoja de cálculo de Drive

Se usan los anexos para poner la secuencia de los cálculos en las etapas de la experimentación y los calculos y las graficas se realizan en esta aplicacion. Salvo algunos calculos que

La secuencia de los calculos en las etapas de la experimentacion son copiadas y pegadas de una fuente externa ejm Excel.Limpieza en los calculos y orden.

Los anexos están en desorden, no hay claridad en los cálculos

No hay anexos

67


necesariamente se deban hacer en excel.

68

Laboratorio Bombas

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