(01) bombeo de líquidos

Operaciones y Procesos Industriales

VI Ciclo

Laboratorio #1: Bombeo de Líquidos

Integrantes:

Andía Dancuart, Diego Angel

Noriega Guevara, María Guadalupe

Reymundo Tantas, Alberto Alonso

Sección: 2

Profesor:

Tarazona, Francisco

Fecha de realización: 28/09/2015

Fecha de entrega: 02/09/2015

2015-II

Bombeo de líquidos - 1 -

ÍNDICE

1 Objetivos_________________________________________________________Pág. 02

2 Introducción ______________________________________________________Pág. 02

3 Desarrollo de la experiencia__________________________________________Pág. 03

3.1 Procedimiento_________________________________________________Pág. 03

4 Resultados________________________________________________________Pág. 04

4.1 Tablas, gráficos, diagramas de flujo y esquemas______________________Pág. 04

4.2 Discusión de resultados__________________________________________Pág. 08

5 Conclusiones______________________________________________________Pág. 09

6 Cuestionario_______________________________________________________Pág. 10

7 Bibliografía_______________________________________________________Pág. 12

8 Anexos___________________________________________________________Pág. 12


Bombeo de líquidos

1 Objetivos

- Operar y manipular los módulos de bombeo y las velocidades en cada caso desarrollado.

- Desarrollar los casos de bombeo respecto a dos tipos de bombas.

- Regular caudal de bombas para la toma de datos experimentales.

- Leer los instrumentos de presión en succión y descarga de las bombas.

- Determinar y verificar la presión entregada por la bomba a diferentes caudales.

- Relacionar el caudal con la presión entregada por una bomba.

- Observar todas las variables involucradas en la operación de una bomba centrifuga.

2 Introducción

Actualmente, en el mundo existen muchos equipos o máquinas que permiten realizar múltiples

tareas en un menor tiempo, obteniendo mejores resultados. Las bombas hidráulicas, por ejemplo,

son utilizadas para diferentes propósitos, donde el objetivo principal es transferir fluidos de un

punto a otro. Es por ello que las bombas son utilizadas al momento de extraer agua de los pozos,

para la flotación de minerales, dentro de los edificios urbanos para trasladar el agua a pisos

superiores, entre otras aplicaciones. Este tipo de bombas, también conocidos como bombas rotodinámicas, son las más usadas en el

mercado. Las bombas hidráulicas transforman la energía mecánica de un impulsor en energía

cinética. De esa manera se aprovecha el caudal del agua para trasladarla a un nivel más alto. Al

tener una variación de energía, es importante mencionar que existe un cambio en la presión,

velocidad o altura del fluido, variables estrictamente relacionadas a la ecuación de Bernoulli. La ecuación de Bernoulli, como se ha mencionado anteriormente, describe el comportamiento de

un fluido bajo ciertas condiciones. En condiciones ideales, lo que establece la ecuación es que la

energía se mantiene constante a lo largo del recorrido, como se puede observar en la Figura 1

mediante la Ecuación 1:

(𝑉2𝜌

2)2 + 𝑃 + 𝜌𝑔ℎ = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 (Ecuación 1)

Donde; V, velocidad del fluido en el sistema evaluado. 𝜌, densidad del fluido. P, presión a lo largo de la línea. g, aceleración de la gravedad (9,81 m/s2). h, altura de referencia. Asimismo, dichas variables pueden ser interrelacionadas en una curva específica, donde se

comparan las alturas manométricas, también conocido como Head y el caudal obtenido. Es por

ello que la finalidad de esta primera experiencia es relacionar el caudal obtenido con la presión

entregada por dos bombas (presión de succión y de descarga), cada uno por separado.


Figura 2.1. Principio de Bernoulli.

3 Desarrollo de la experiencia

3.1. Procedimiento

A continuación se dará a conocer los pasos realizados para desarrollar la experiencia

propuesta (ver Anexos).

Figura 3.1. Proceso de actividades realizadas.


4 Resultados

4.1. Tablas, gráficos, diagramas de flujo y esquemas

Datos Bomba 1

A continuación se presentan los datos obtenidos para la primera bomba, los datos

procesados tomando en cuenta la desviación producto de la descalibración del

vacuometro M1 y el manómetro M3 se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1. Datos procesados y convertidos Bomba 1

Caudal

m3/h

Presión de

aspiración (Pa)

Presión de

Descarga (Pa)

∆ de Presiones

(Pa) RPM

0 -4000 114000 118000 3340

1 -5900 106000 111900 3340

1.5 -7900 102500 110400 3340

2.5 -12000 93000 105000 3340

3.5 -20000 75000 95000 3340

4.5 -30000 51000 81000 3340

5 -34000 40000 74000 3340

La altura manométrica (ver Tabla 2) es computada en metros y presentada en la Figura

4.1.


Caudal (m3/h) Altura Manométrica (m)

0 12.0

1 11.4

1.5 11.3

2.5 10.7

3.5 9.7

4.5 8.3

5 7.5


Figura 4.1. Curva característica Bomba 1

Datos Bomba 2

A continuación se presentan los datos obtenidos para la segunda bomba, los datos

procesados tomando en cuenta la desviación producto de la descalibración del

vacuometro/manómetro M2 y el manómetro M4 se muestran en la Tabla 3.


Caudal

m3/h

Presión de

aspiración (Pa)

Presión de

Descarga (Pa)

∆ de Presiones

(Pa) RPM

0 -12000 72000 84000 3000

0.5 -13000 60000 73000 3000

1 -13500 70000 83500 3000

1.5 -14500 66000 80500 3000

2 -17000 61000 78000 3000

2.5 -19600 52000 71600 3000

3 -24000 47000 71000 3000

3.5 -29000 33000 62000 3000

5 -29600 29000 58600 3000

La altura manométrica (ver Tabla 4 y Gráfico 2) es computada en metros y presentada

en la Figura 4.2.

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

0 1 2 3 4 5

Alt

ura

Man

om

étr

ica

(m)

Caudal (m3/h)




0 8.6

0.5 7.4

1 8.5

1.5 8.2

2 8.0

2.5 7.3

3 7.2

3.5 6.3

4 6.0

Nota: La curva característica para la bomba 2 fue obtenida obviando el segundo dato

de la tabla 6, dado que no sigue con la tendencia de la curva.

Figura 4.2. Curva característica Bomba 2

Datos Extra

A continuación se presentan los datos obtenidos para el arreglo de bomba en serie, los

datos procesados tomando en cuenta la desviación producto de la descalibración del

vacuometro M1 y el manómetro M4 se muestran en la Tabla 5.

Tabla 5. Datos procesados y convertidos arreglo en serie

Caudal

m3/h

Presión de

aspiración (Pa)

Presión de

Descarga (Pa)

∆ de Presiones

(Pa)

RPM

0 -4000 193000 197000 3340

0.5 -5000 186000 191000 3340

1 -6000 184000 190000 3340

1.5 -8000 180000 188000 3340

2 -10000 172000 182000 3340

2.5 -13000 159000 172000 3340

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Alt

ura

Man

om

étr

ica

(m)

Caudal (m3/h)


La altura manométrica (ver Tabla 6) es computada en metros y presentada en la Figura

4.3.

Tabla 6. Datos procesados y convertidos arreglo en serie


0 20.1

0.5 19.5

1 19.4

1.5 19.2

2 18.6

2.5 17.5

Figura 4.3. Curva característica para el arreglo en serie

Tabla 7. Parámetros máximos del sistema

Caudal máximo (m3/h) Altura Manométrica máxima (m)

6.13 20.1

16.0

16.5

17.0

17.5

18.0

18.5

19.0

19.5

20.0

0 0.5 1 1.5 2 2.5

Alt

ura

Man

om

étr

ica

(m)

Caudal (m3/h)


Partes del sistema:

A. Tanque inferior

B. Tanque superior

1) Válvulas check

2) Válvula

3) Vacuómetro

4) Cebador

5) Flujómetro tipo Rotámetro

6) Manómetro

7) Válvula

8) Válvula

9) Válvula

10) Válvula

11) Vacuometro/ Manómetro

12) Motor eléctrico

13) Flujómetro tipo Rotámetro

14) Manómetro

15) Válvula

16) Válvula tipo globo

17) Tubería del tanque A al tanque B

18) Tubería del tanque A al tanque B

19) Válvula

20) Válvula para descarga

4.2. Discusión de resultados

BOMBA 1

Se utilizó el motor a una potencia de 3340 RPM. Como se puede observar en la Figura

4.1, la altura manométrica disminuye a medida que el caudal aumenta, en este caso, la

bomba centrífuga no pudo llegar a la marca de 5 m3/h en el flujómetro, se quedó en 4.45

m3/h. Mientras más se quiera abrir la válvula de globo, más cuesta y menos es la

diferencia de presiones de descarga y aspiración.

Finalmente, al momento de cerrar la válvula ocurre el fenómeno de cavitación, ya que

la bomba se fuerza mucho con la presión menor a la presión atmosférica y menor que

la presión al cual el líquido cambia de estado y salen burbujas. Esto produce que

impacten contra el rodete y lo destruyan.

Figura 4.3. Diagrama de flujo de las bombas


BOMBA 2

Se utilizó el motor a una potencia de 0.5 kW. En esta experiencia, tanto el flujómetro

como la velocidad del motor, a partir del caudal de 3 m3/h, empezaron a subir

ligeramente. Esto quiere decir que el caudal varía directamente con la velocidad. Al

igual que en la bomba 1, la altura manométrica disminuye a medida que el caudal

aumenta. Además el caudal máximo fue en realidad de 3.9 m3/h y no exactamente 4

m3/h. Sin embargo, el segundo dato no incluido pudo deberse al fenómeno de la

cavitación.

La carga del fluido en la bomba 1 (12 m) es mayor que la bomba 2 (8.6 m), eso quiere

decir que la bomba 1 tiene mayor energía de presión que la bomba 2, por lo que puede

llegar a soportar un mayor caudal.

BOMBAS EN SERIE

La presión manométrica llega a su punto máximo al momento de conectar las bombas

en serie, manteniendo el mismo caudal por ambas bombas. Es decir, el fluido pasa por

dos bombas, aumentando de esa manera la energía de presión del fluido, con una carga

máxima de 20.1 m con un caudal muy pequeño. Además, soporta un caudal máximo de

6.13 m3/h.

BOMBAS EN PARALELO

Este sistema abierto no trabajaba en estado estacionario, ya que existe acumulación

agua. El caudal aumentó cuando las bombas se conectaron, y se debe a que existen dos

caudales individuales que luego se van a juntar en uno solo. Por lo que la suma de cada

caudal debe ser igual al caudal final. Finalmente, el flujómetro para la bomba 2 marcaba

un valor ligeramente superior a la Bomba 1.

5 Conclusiones

- Se operó y manipuló el módulo de bombeo, reconociendo las dos velocidades (1670 y

3340 rpm en las dos posiciones) del motor conectado a la primera bomba; así también se

utilizó el variador de frecuencia para obtener aproximadamente los 3000 rpm del segundo

motor y en la segunda bomba para la segunda experiencia.

- Se obtuvo las curvas características de las dos bombas en el módulo de pruebas (ver

Figuras 4.1 y 4.2), así como también se analizó el arreglo en serie para observar su

comportamiento al mostrar mayor altura manométrica (ver Figura 4.3).

- Se comprendió el comportamiento del fluido (agua) cuando se tienen arreglos en serie y

paralelo de bombas centrífugas y así se pudo obtener ciertos parámetros como el caudal

máximo en el arreglo en paralelo y la altura manométrica máxima que se logra en un

arreglo en serie (ver Tabla 10)

- Se comprendió el fenómeno de la cavitación y su influencia negativa en el

funcionamiento de una bomba centrífuga.


6 Cuestionario

a) ¿Qué diferencia existe entre las bombas rotodinámicas y las bombas de

desplazamiento positivo?

Las bombas rotodinámicas basan su principio de funcionamiento en la hidrodinámica,

es decir, en el intercambio de la cantidad de movimiento entre la máquina y el fluido. En

este tipo de bombas hay uno o varios rodetes con álabes que giran generando un campo

de presiones en el fluido (que siempre es continúo en este caso).

En cambio, las bombas de desplazamiento positivo basan su principio de funcionamiento

en la hidrostática, donde el empuje de las paredes de las cámaras produce que varíe el

volumen y eso conduce a un aumento de presión. En cada ciclo, el órgano propulsor

genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada.

Las bombas rotodinámicas, exactamente las de tipo centrífugo, son más adecuadas para

manejar mayor cantidad de líquido que las bombas de desplazamiento positivo [1].

b) ¿Qué otro tipo de bombas rotodinámicas aparte de la centrífuga conoce y en qué se

diferencian de ella?

Existen bombas rotodinámicas axiales y diagonales, aparte de las centrífugas o radiales.

En las centrífugas, la energía se cede al líquido esencialmente mediante la acción de la

fuerza centrífuga. Las axiales, en las que la energía se cede al líquido por la impulsión

ejercida por los álabes sobre el mismo. En las bombas centrífugas radiales la corriente

líquida se verifica en planos radiales, en las bombas axiales se verifica en superficies

cilíndricas alrededor del eje de rotación y en las diagonales, radial y axialmente,

denominándose también de flujo mixto [2].

c) ¿Qué tipo de bomba seleccionaría para transportar pulpa de mineral a través de

un mineroducto? Mencione dos razones por las que no sería adecuado el uso de una

bomba centrífuga para esta prestación.

Seleccionaría bombas de pulpa, que son una versión más pesada y resistente de las

bombas centrífugas, capaces de admitir materiales duros y abrasivos [3]. Las bombas

centrífugas fueron diseñadas para líquidos limpios, mientras que las bombas de pulpa se

emplean para el trasporte hidráulico de sólidos.

La altura generada por una bomba centrífuga a una cierta presión solo es igualada a la

altura de una pulpa pesada si es que la presión es mayor. Eso quiere decir, que la bomba

centrífuga no trabajaría en condiciones óptimas de rendimiento si transportara pulpa, ya

que está diseñada de diferente forma, lo que ocasionaría una gran pérdida de su vida útil,

y ello traería más costos de mantenimiento o de reemplazo de la misma máquina. Esto

se puede evitar con la bomba de pulpa.


d) Explique por qué es importante conocer la eficiencia de una bomba centrífuga.

Una alta eficiencia da el menor consumo de potencia [3]. Posteriormente, el ahorro de

energía que se determina multiplicando el ahorro (kW) por las horas de operación (horas

al año) trae consigo una disminución grande en la tarifa total de las operaciones donde

se utiliza este tipo de bombas, que es la más común debido a su bajo costo a comparación

de otras bombas.

e) ¿Qué información adicional tendría que haber recabado en su experiencia a fin de

poder hallar la eficiencia de la bomba? Explique cómo habría calculado dicho

parámetro y bosqueje cuál es su variación respecto al caudal en una bomba

centrífuga típica.

Se necesitaría hallar la potencia hidráulica que es el trabajo útil realizado por la bomba

centrífuga por unidad de tiempo, es decir:

𝑃ℎ = 𝜌𝑔𝑄𝐻

Q: caudal (m3/s)

H: carga total (m)

𝜌: densidad del fluido = 1000 (kg/m3)

g: aceleración de la gravedad = 9.8 (m/s2)

Luego, se necesitaría hallar la potencia consumida, es decir, la potencia útil que brinda

el motor. Para lo cual se necesitaría saber el rendimiento del motor por su potencia

nominal.

Entonces el rendimiento de la bomba sería la potencia hidráulica entre la potencia

consumida.

Figura 6.1. Rendimiento de la bomba centrífuga vs. Caudal.

0 1 2 3 4 5 6

Ren

dim

ien

to

Caudal (kg/m3)


7 Bibliografía

[1] Bomba hidráulica [en línea]. Recuperado el 01 de septiembre de 2015, de:

https://avdiaz.files.wordpress.com/2008/10/tipos-de-bombas.pdf

[2] Fernández, P. Bombas Centrífugas y volumétricas [en línea]. Recuperado el 01 de

septiembre de 2015, de: http://www.ing.una.py/pdf_material_apoyo/bombas-centrifugas-

y-volumetricas.pdf

[3] Conceptos básicos en bombas de pulpa. Recuperado el 01 de septiembre de 2015, de:

http://www.metso.com/miningandconstruction/MaTobox7.nsf/DocsByID/D3589926BC

7D1266C22579B30036DEAF/$File/Pump%20Basic_Chile-Spanish.pdf

8 Anexos

Figura 8.1. Equipo de bombeo de líquidos.

Figura 8.2.Panel de control (motores).


Figura 8.3. Manómetros.

Figura 8.4. Válvula de globo.


Figura 8.5. Motores.

Figura 8.6.Flujómetro.

(01) bombeo de líquidos

Documents