9. Calculo Potencia de Una Bomba

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Perdida de una BombaIngeniera de Procesos

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MODULO II

FACULTAD DE INGENIERIAY ARQUITECURA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA INDUSTRIAL

TEMACLCULO DE LA POTENCIA DE UNA BOMBA

PROFESORING. SEGUNDO VSQUEZ

GRUPO 01ALVAREZ RUMICHE, CRISSCABRERA GIL, SANDRO ALONSOPILLACA LARREA, RUBNREYES HERRERA, LUIS ALONSO

INDICE

OBJETIVO 2INTRODUCCIN 3

I. MARCO TERICO 41.1 Bombas Hidrulicas 41.2 Tipos de Bombas 51.3 Potencia de una Bomba 81.4 Eleccin de una Bomba Adecuado 101.5 Fallas de Bomba 12

II. TRABAJO DE LABORATRIO 142.1 Equipo e Instrumentos 142.2 Observaciones 152.3 Experiencia 152.4 Medicin y Clculo 16

CONCLUSIONES 26

LINKOGRAFA 27

OBJETIVOS

Determinar el clculo de potencia de bomba de laboratorio.

Conocer los principios bsicos para el clculo de la bomba y su potencia.

Brindar informacin sobre los tipos de bomba y la eleccin de bomba adecuada.

Dar a conocer informacin aplicativa del tema.

INTRODUCCIN

Es muy habitual en el transporte de fluidos utilizar elementos mecnicos que aportan energa y presin al mismo para favorecer o incluso posibilitar su movimiento y transporte. Estos elementos reciben el nombre de bombas hidrulicas. Uno de los parmetros ms importantes de estos mecanismos es lo que llamaremos potencia hidrulica.Las bombas logran el trasiego de fluidos, debido a su capacidad de producir vaco, con lo cual se puede empujar el fluido hacia donde se desee transportar. Existe una infinidad de bombas las cuales tienen distintas funciones, todo depende del tipo de fluido de la temperatura a la cual se va a transportar y la presin que se soportar.La misin de las bombas es transformar la energa mecnica suministrada por un motor de arrastre (elctrico o de combustin interna) en energa oleo hidrulica. Dicho de otra manera, una bomba debe suministrar un caudal de aceite a una determinada presin. Adems de dar potencia a un sistema hidrulico para ejercer una funcin determinada.

I. MARCO TERICO

1.1 BOMBAS HIDRAULICASUna bomba de agua es una mquina hidrulica cuyo funcionamiento se basa en el Principio de Bernoulli, segn el cual, en un fluido ideal sin viscosidad, ni rozamiento, e incompresible que se encuentra en circulacin por un conducto cerrado, su energa permanece constante en cada punto de su recorrido.La energa que posee un fluido en movimiento se compone de tres componentes: Cintica: Es la energa que posee el fluido debido a su velocidad de movimiento; De flujo: Relacionado con la presin que posee; Gravitatoria: Debido a la altitud del fluido.

Estas tres componentes de la energa se correlacionan con los mismos trminos que definen el Principio de Bernoulli:

Siendo,v, la velocidad del fluido;, la densidad del fluido;P, la presin del fluido a lo largo de la lnea de corriente;g, la aceleracin de la gravedad (9,81 m/s2);h, es la altura que alcanza el fluido en la direccin de la gravedad desde una cota de referencia.

Pues bien, una bomba de agua es una mquina hidrulica que es capaz de transmitir energa al fluido que pasa a su travs, convirtiendo la energa mecnica que recibe a travs de su eje en una energa "hidrulica" para el fluido, aumentando su velocidad, su presin o su altura, o todas las componentes a la vez, segn el Principio de Bernoulli.

1.2 TIPOS DE BOMBAS

Segn el principio de su funcionamiento, las bombas de agua se clasifican en dos grandes grupos: BOMBAS VOLUMTRICAS O DE DESPLAZAMIENTO POSITIVOSe denominan as porque basan su funcionamiento en un rgano propulsor que genera de manera positiva un volumen o cilindrada. Este tipo de bomba dispone de una cmara donde se aloja el fluido y cuyo volumen vara cuando la bomba entra en funcionamiento.En efecto, cuando las paredes de la cmara empujan al fluido que contiene en su interior provoca un aumento de la presin de ste, aumentando la energa del fluido.A su vez, este tipo de bombas se subdividen en:ALTERNATIVAS: Pueden ser de mbolo o de membrana, y donde el volumen que confina el fluido vara por la accin de un mbolo o de una membrana, respectivamente. En este tipo de bombas el movimiento del fluido es discontinuo, en pulsaciones, donde la aspiracin y descarga del agua se realiza por la accin coordinada de vlvulas.

Imagen 01 Bombas Alternativas

ROTATIVAS: En este tipo de bombas el fluido se desplaza dentro de la cmara, desde una zona de baja presin hasta otra zona de alta presin donde est la salida. Segn el rgano propulsor que mueve el fluido, pueden ser de paletas, de lbulos, bombas de tornillo o de engranajes.

Figura 02 Bombas Rotativas

Bombas roto dinmicas:En este tipo de bombas existen uno o ms rodetes girando a gran velocidad y que aspiran el fluido. El rodete le comunica la energa cintica de rotacin al fluido que es lanzado a gran velocidad hacia las paredes de la voluta, que al chocar convierte parte de la energa cinemtica que lleva el fluido en presin.

Figura 03 Tipos Rodete

Este tipo de mquinas generan un fluido continuo, emplendose para suministrar caudales altos con presiones moderadas.En funcin de la trayectoria que sigue el fluido al ser lanzado por el rodete se distinguen varios tipos de bombas:RADIALES O CENTRFUGAS: cuando el movimiento del fluido sigue una trayectoria perpendicular al eje del rodete impulsor.

Figura 04 Radiales o Centrifugas

AXIALES: cuando el fluido pasa por los canales de los labes siguiendo una trayectoria contenida en un cilindro. Empleada para mover grandes caudales de agua.

Figura 05 - Axiales

DIAGONALES O HELICOIDALES: cuando la trayectoria del fluido se realiza en otra direccin comprendida entre las anteriores, es decir, en un cono coaxial con el eje del rodete. 1.3 POTENCIA DE UNA BOMBA

La potencia se define como la rapidez a que se realiza un trabajo. En la mecnica de fluidos se modifica dicho enunciado y se considera que la rapidez con que se transfiere la energa.La potencia de una bomba hidrulica es la relacin entre la energa de flujo proporcionada por la bomba y el tiempo que la misma ha estado en funcionamiento para comunicar dicha energa.En un equipo de bombeo la potencia consumida por ste no es igual a la potencia que finalmente se transmite al fluido y que es la potencia til realmente.

En efecto, la potencia terica o potencia til (Pu) que se transmite a un fluido, sea agua u otro cualquiera, y que se invierte en proporcionarle un caudal (Q) y altura manomtrica (H) a su paso por el equipo de bombeo viene dado por la siguiente expresin:Pu = g Q HDonde,Pu, es la potencia proporcionada al fluido, en W;Q, es el caudal de fluido que atraviesa la bomba, en m3/s;H, es la altura manomtrica ganada por el fluido a su paso por bomba, en m;, es la densidad del fluido, en kg/m3;g, es la aceleracin de la gravedad: 9,81 m/s2.

Al producto ( g) se denomina peso especfico (), por lo que la expresin anterior quedara como sigue:Pu = Q HSiendo,, el peso especfico del fluido, en N/m3.Segn Robert L. Mott, la potencia que requieren las bombas se puede obtener con la siguiente ecuacin:

Donde:

En todas las instalaciones siempre se producen prdidas, por lo que siempre la potencia de la bomba hidrulica debe ser mayor que la potencia terica prevista.Se define as el rendimiento, como el cociente entre la potencia til necesaria y la potencia consumida por la bomba. Este valor siempre ser menor que la unidad.

A esta potencia consumida habr que sumar la prdida de potencia calculada en el apatado anterior, por lo tanto:

Las expresiones que hemos obtenido son vlidas para conducciones rectilneas o con un gran arco de curvatura. Cuando en las tuberas hay codos, racores, o cualquier otro tipo de obstculo, el fabricante proporciona unas tablas en las que se indica una longitud equivalente a emplear en caso de clculo, esta longitud sera la equivalente a una tubera rectilnea que produjese una prdida de carga de la misma magnitud.

1.4 ELECCIN DEL MODELO DE BOMBA ADECUADOPara la seleccin del modelo adecuado de bomba (una vez establecido el tipo de sta) se recurrir a las llamadas curvas caractersticas de la bomba, aportadas por el fabricante de las mismas. Se necesitan tres curvas diferentes: Las de caudal y carga de la bomba, llamadas curvas QH Las de potencia del motor necesario, kW Las de Carga Positiva Neta de Aspiracin Requerida (NPSHr)Las curvas caractersticas se construyen normalmente mediante pruebas realizadas con agua, por lo que sus datos se deben recalcular si se van a bombear lquidos con otras propiedades fsicas.El modo de proceder, en el caso de las bombas centrfugas, para el empleo de estas curvas es el siguiente: Conocer el fluido a bombear, la temperatura de bombeo y las propiedades fsicas del fluido (densidad y viscosidad) a dicha temperatura. Establecer el caudal volumtrico a desarrollar (m3/h). Conocer la carga de la bomba, para lo que hay que determinar previamente las alturas totales de impulsin y aspiracin. Con la carga y el caudal que se precisan se ha de acudir a la curva QH y, fijando estas dos magnitudes, determinar el dimetro del rodete, que en caso de no resultar un valor exacto nos llevara a escoger el valor mayor ms cercano. Con el dimetro de rodete determinado y el caudal, en la curva de potencia se determina el consumo de la bomba. El valor ledo en la curva ha de incrementarse en un 15% como margen de seguridad. Finalmente y en la curva de NPSHr se determina dicho valor, para el caudal desarrollado.En la actualidad hay disponibles programas informticos, suministrados por los fabricantes, que realizan la funcin de las curvas caractersticas. Para el caso de las bombas rotativas (de desplazamiento positivo) la eleccin del modelo adecuado requerir conocer la viscosidad del fluido a bombear as como el caudal a desarrollar. Con estos dos valores, y sobre la curva caracterstica de la bomba, se elige el modelo recomendado por el fabricante, que tambin deber de suministrar datos como la potencia del motor.

1.5 FALLAS EN BOMBASMecanismos de DesgasteLos procesos de desgaste ms comunes son: desgaste abrasivo, desgaste adhesivo, desgaste por erosin, desgaste por cavitacin, desgaste corrosivo y desgaste por fatiga.Desgaste Abrasivo: Se refiere al corte del metal por partculas duras o una superficie spera. Este tipo de desgaste puede disminuirse removiendo los restos de manufactura antes de iniciar el trabajo.Lubricacin de bombas hidrulicas: Una fuente de fallas en las bombas hidrulicas es la mala lubricacin. Muchos componentes en el pistn estn en contacto deslizante. Este desgaste por deslizamiento afecta el rendimiento del plato y del eje del pistn. Desgaste en esta superficie puede facilitar las fugas, que aumentarn con fluidos menos viscosos. Este desgaste tambin impacta en gran medida el rendimiento de la bomba en general.Oxidacin del Fluido: Los fluidos forman cidos debido a la oxidacin. Esto es acelerado por la operacin extendida a altas temperaturas.Sobre-presurizacin: Una bomba hidrulica no debe ser sometida a presiones de operacin ms altas que esas para las que ha sido diseada. La sobre-presurizacin tambin se puede causar por fallas de componentes.Desgaste por Erosin: Partculas de lquido o impregnacin de gotas de lquido en la superficie causan el desgaste por erosin.Desgaste por Cavitacin: La cavitacin se da cuando hay un nmero excesivo de burbujas de gas. Luego de repetidas implosiones, el material se daa por fatiga, resultando en daos en forma de agujeros.Desgaste Corrosivo: Este tipo de dao se relaciona con ataques electroqumicos al metal. Algunas causas comunes de corrosin son la condensacin del agua en la humedad del ambiente, vapores corrosivos en la atmsfera, procesamiento de qumicos corrosivos como lo son los refrigerantes y limpiadores, presencia de cidos de descomposicin o exposicin a metales activos, etc.Desgaste por Fatiga: La fatiga es favorecida por reas de contacto pequeas, cargas altas y flexin repetida bajo ciclos o deslizamientos recprocos. Si el esfuerzo aplicado es mayor al esfuerzo de fluencia del material, el proceso es acompaado de calor por friccin y flujo plstico del material. Cambios estructurales tambin se observan en el material.

II. TRABAJO DE LABORATORIO

2.1 EQUIPO E INSTRUMENTOS

Tuberas de PVC

TANQUE DE AGUA

BOMBA

MEDIDOR DE FLUJO

VALVULAS

WINCHA

TERMOMETRO*CRONMETRO

2.2 OBSERVACIONES

Anotar la temperatura inicial antes de realizar la experiencia o antes de tomar la primera medicin del caudal. (Asumimos 25C) Encender la bomba para trasladar el agua del tanque a travs de sistema de tuberas previamente ensamblados. Verificar que el rotor del sensor de flujo del impulsor funcione de la manera adecuada al encender el equipo. Tomar los datos lo ms precisos y exactos posibles a fin de obtener una mejor interpretacin de los mismos. Identificar el dimetro de los tubos y las longitudes Identificar los accesorios que causen perdidas en el sistema de tuberas. Debido al tamao del mdulo utilizamos una bomba de pocos caballos de fuerza. Pudimos apreciar en la parte inferior del tanque una pequea fuga, la cual obviamos en el procedimiento.

2.3 EXPERIENCIA Con el sistema de tuberas ya armado y el tanque de agua lleno se dispuso a tomar la temperatura inicial del fluido y luego a encender la bomba a fin de dar inicio trayecto de fluido a travs de los ductos, con el cronometro en mano y material de apunte se tomaron medidas en el sensor de flujo en intervalos aleatorios de 10 segundos; en los cuales se determin el flujo de cada iteracin hallando la variacin de medidas de flujo tomadas al inicio y al fin de cada repeticin. Luego se procedi a la medicin de las tuberas y la identificacin de los dimetros de las mismas, tambin se lleva a cabo el reconocimiento de los accesorios que generaran perdidas en el sistema de tuberas. Habiendo recopilado los datos se pas a efectuar los clculos a fin de obtener las perdidas por friccin del mdulo.

2.4 MEDICIONES Y CLCULO

Mdulo Tubera Grupo 01 Elaboracin Propia

Datos generales para el clculo:CAUDAL:Tiempo (s)Volumen (m3)Caudal (m3/s)

100.0040.0004

100.0040.0004

100.0040.0004

100.0040.0004

PROMEDIO0.0040.0004

DIMETRO Y REAS:1 pulgada pulgada pulgada

Dimetro0.03040.02350.0158

rea7.2582^-44.337^-41.9607^-4

Clculo de las perdidas por friccinFlujo volumetrico: Q0.0004m3/s

Presion en el punto 10kPa

Presion en el punto 20kPa

Velocidad en el punto 10m/s

Velocidad en el punto 20.9222m/s

Elevacion en el punto 1 =0.14

Elevacion en el punto 2 =0.41

Peso especifico9.78kN/m3Viscosidad cinematica8.94E-07m2/s

Tuberia 1:

Diametro: D =0.0235m

Rugosidad de la pared: e =3.00E-07m

Longitud: L =1.76m

Area: A =4.34E-04m2

D/e =78333

L/D =75

Velocidad del flujo =0.92m/s

Carga de velocidad =0.043m

Numero de Reynolds =2.42E+04

Factor de friccion: f =0.0246

Perdidas de energia en la tuberia 1:KQty.

Tubera: K1 = f(L/D) =friccin1.85Perdida de energa hL1 =0.080m

Elemento 2: K2 =0.801Perdida de energa hL2 =0.035m

Elemento...