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Determinacion de una bomba

1.- OBJETIVOS

1.1 CONOCER LOS DISTINTOS TIPOS DE BOMBAS EXISTENTES EN LA PLANTA PILOTO.

1. 2 OBTENER LAS CURVAS CARACTERISTICAS DE UNA BOMBA CENTRIFUGA.

1.3 OBTENER LAS CURVAS CARACTERISTICAS DE UN ARREGLO EN SERIE Y DE UNARREGLO

EN PARALELO DE DOS BOMBAS CENTRIFUGAS.

2.- FUNDAMENTO TEORICO

2.1.- GENERALIDADES

En las plantas químicas por las necesidades de los procesos que se llevan a cabo en ellas, frecuentemente se requiere de transportar diversos materiales (entre ellos a los fluidos), a distintos lugares y en una variedad de flujos, por lo cual es necesario utilizar ciertos dispositivos que proporcionen la energia necesaria para transportar a los distintos materiales. Para líquidos se utilizan las bombas y para gases los ventiladores o compresores.

Los fluidos son transportados a través de tuberías, conexiones y equipo por medio de bombas, sopladores, ventiladores y compresores.

Sin embargo, la función principal de ellos no es el transporte, si no agregar energía al fluido. Este incremento de energía puede ser usado para aumentar presión, velocidad o para llevar el fluido a una cierta altura.

Al seleccionar una bomba para un trabajo específico, el ingeniero debe tomar en cuenta algunos factores, como los que se enumeran a continuación:

a) Naturaleza del fluido a transportar, por ejemplo: corrosividad, temperatura, presión de vapor, viscosidad, sólidos en sus pensión, etc.

b) Capacidad requerida, así como el rango de capacidad que la bomba puede descargar.

c) Condiciones de succión y de descarga,

d) Tipo de servicio continuo o intermitente.

e) Localización, de la bomba; espacio disponible y espacio requerido.

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Unas bombas

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2.2.- BOMBAS CENTRIFUGAS.

Las bombas centrífugas son ampliamente usadas en la industria de proceso, debido a la simplicidad de su diseño, bajo costo inicial, bajo mantenimiento y flexibilidad de aplicación. En una bomba centrífuga el líquido penetra a través de una unión de succión concéntrica con el eje de una pieza que gira a gran velocidad, llamada, impulsor o rodete. El rodete está provisto de álabes radiales solidarios con el mismo. El líquido circula hacia afuera por el interior de los espacios que existen entre los álabes y abandona el Impulsor con una velocidad mucho mayor que a la entrada del mismo.

El líquido que sale periféricamente del impulsor se recoge en una carcaza en espiral, llamada voluta y sale de la bomba a través de una conducción tangencial de descarga. En la voluta, la carga de velocidad del líquido procedente del impulsor, se convierte en carga de presión. El fluido recibe energía del impulsor, que a su vez es transmitida al mismo mediante el par de un eje giratorio, generalmente accionado mediante conexión, directa a un motor de velocidad constante.

En condiciones ideales de flujo sin fricción, el rendimiento mecánico de una bomba centrífuga es evidentemente del 100%. Una bomba ideal que opera con una velocidad determinada, genera una velocidad de descarga constante para cada carga específica. Las bombas reales, debido a la fricción ya otras deficiencias, tienen un rendimiento algo menor. Existen muchos tipos de bombas, además de la sencilla maquina de voluta. Un tipo muy corriente emplea un rodete de doble succión, que toma el líquido por ambos lados. Por otra parte, el impulsor puede ser abierto o bien puede estar cerrado o reforzado. En los manuales y libros sobre bombas y especialmente en los catálogos de las casas constructoras se pueden encontrar los diversos tipos, tamaños y diseños de bombas centrífugas.

2.3.- CARACTERISTICAS DE UNA BOMBA.

Para seleccionar una bomba se necesita conocer las características de ésta, como son:

2.4.- CAPACIDAD

Se define la capacidad de una bomba como la cantidad de fluido manejado por unidad de tiempo.

La capacidad de la bomba se debe identificar con la temperatura de operación para determinar la potencia y los efectos de viscosidad.


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2.5.- PRESION

En los problemas de bombas, generalmente se consideran tres tipos de presión: absoluta, manométrica y de columna. Se usa un cuarto término, vacío, cuando se opera abajo de la presión atmosférica, pero no es un término de presión en el mismo sentido que los tres primeros.

2.6.- CABEZA TOTAL

Es la presión disponible en la descarga de una bomba como un resultado del cambio de la energía mecánica de entrada a energía cinética y potencial. Esto representa la energía total dada al líquido por la bomba. Se expresa como pies de líquido bombeado. La cabeza producida por una bomba es independiente del fluido que se está bombeando y es por lo tanto la misma para cualquier fluido que se bombee a una velocidad de rotación y capacidad dadas.

La Cabeza total desarrollada por una bomba se compone de la diferencia entre la cabeza estática, la cabeza de presión y la cabeza d e velocidad más las pérdidas de cabeza por fricción a la entrada y salida para la succión y descarga de una bomba, ver figuras 1 y 2:

H=hd−hg=PD−P sρ

Donde:

H = cabeza total

Hd= cabeza de descarga

Hs= cabeza de succi6n

P D: presión de descarga

Ps= presion de succión

Ρ= densidad del fluido


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2.7.- CABEZA DE SUCCION

La cabeza de succión total, figura 3, es la diferencia de elevación entre el líquido en el lado de la succión y la línea de centros de la bomba (más la cabeza de velocidad). Note que la cabeza de succión es positiva cuando el líquido se encuentra arriba de la línea de centros y decrece cuando se incrementan las pérdidas por fricción en la tubería de succión, esto es:

hs=S−hs L+P

Donde:

S: elevación del líquido sobre la línea de centros.

Hsl: pérdidas por fricción

P: presión en el recipiente

La cabeza de succión es negativa cuando el nivel de líquido se encuentra debajo de la línea de centros, figura 4, o cuando la presión en el recipiente está debajo de la presión atmosférica, esto es:

hs=−S−hs L+P

2.8.- CABEZA DE DESCARGA

La cabeza de descarga de una bomba es la cabeza medida en la brida de descarga (manométrica o absoluta) y se compone de los mismos factores básicos anteriormente mencionados:

a) Cabeza estatica

b) Pérdidas por fricción a través de tubos, accesorios, contracciones, expansiones, entradas y salidas, equipos.

c) Presión final en el sistema.

Algunos sistemas de descarga se muestran en la figura 5 y sus ecuaciones son:

hd=D+hD L+P

hd=D+hD L

Donde:


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D: elevación de descarga hDL: perdidas por fricción P: presión de descarga


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2.9.- CURVAS CARACTERISTICAS DE UNA BOMBA

El comportamiento de una bomba centrífuga se puede expresar convenientemente por tres curvas:

a) Cabeza contra capacidad.

b) Potencia contra capacidad.

c) Eficiencia contra capacidad.

2.10.- BOMBAS EN SERIE

Algunas veces es ventajoso o económico usar dos o más bombas en serie para alcanzar la presión de descarga deseada. En esta situación la capacidad se limita por la bomba que tenga la menor capacidad de las otras bombas a su velocidad de operación. La presión total de descarga de la última bomba es la suma de las presiones de descarga individuales, Para bombas idénticas, la capacidad es la de una de las bombas y la presión de descarga de la última bomba es la suma de las cabezas individuales de cada bomba actuando como una unidad simple. Así, para dos bombas idénticas la cabeza de descarga es dos veces la presión de una de las bombas al flujo de diseño.

2.11.- BOMBAS EN PARALELO.

Las bombas se operan en paralelo para dividir la carga entre dos o más bombas más pequeñas preferentemente que usar una bomba más grande, o para proporcionar capacidad adicional en un sistema de poca capacidad, o por muchas otras razones.

La curva de operación de dos bombas idénticas en paralelo, cada bomba maneja un medio de la capacidad a las condiciones de cabeza del sistema. En el arreglo en paralelo de dos o más bombas de las mismas o diferentes curvas características, la capacidad de cada bomba se adiciona, a la cabeza del sistema, para obtener la distribución de flujo del sistema de bombas. Cada bomba opera su propia curva característica y debe distribuir la cabeza requerida. En un punto común de unión en la descarga de todas las bombas, la cabeza será la misma para cada bomba, sin importar su flujo.


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Arreglo en serie y paralelo

Cuando la necesidad de operación sea la de tener alta carga a gasto constante es necesario utilizar un sistema en serie como lo ilustra la figura 6.

Si la demanda en el proceso es la de tener un alto gasto con una carga constante (no necesariamente) se debe utilizar un arreglo en paralelo como se indica en la figura 7.

Un sistema de bombeo en serie proporciona líquidos con cargas altas y gastos bajos (relativamente).

3.- Materiales e Instrumentación

o Flexómetro

o Cronometro

o Equipo de flujo de fluidos de metal


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FigurFig. 6

Fig. 7

3.1.-Servicios

o Agua en línea

o Electricidad

4.- Metodología

Calibración de los rotámetros. Hacer el arreglo para cada uno de los rotámetros, y verificar que efectivamente el caudal que marca el rotámetro sea el que sale al tanque.

Una vez calibrados lo rotámetros se procederá a realizar el arreglo en serie. Encender los interruptores de las bombas y medir el flujo y la presión.

Realizar el arreglo en paralelo. Encender los interruptores, medir el flujo en cada rotámetro y pasarlo por un tercero para verificar que aumenta el flujo, además medir presiones.

4.1.- Recomendaciones

Antes de iniciar la experimentación cerrar totalmente las válvulas de los manómetros de cada medidor de flujo.

Comprobar que el tanque de alimentación contenga el líquido suficiente para la experimentación y el tanque de descarga esté vacío, en caso contrario recircular el líquido al tanque de alimentación vigilando que no haya derrames.

Verificar que los tanques estén venteados.


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5.- Resultados:

Calibración de los rotámetros

Rotámetro 1 Rotámetro 2Porcentaje(%)

Altura del tanque (cm)

Tiempo(segundos)

Gasto(gpm)

Altura del tanque(cm)

Tiempo(segundos)

Gasto(gpm)

100 10 cm 8.56 16.3 10 cm 7.63 18.375 10 cm 11.43 12.22 10 cm 10.20 13.750 10 cm 17.14 8.15 10 cm 15.27 9.1525 10 cm 34.29 4.075 10 cm 30.56 4.57

4.075 8.15 12.22 16.30

20

40

60

80

100

120

Rotametro 1

Rotametro 1

Gasto (gpm)

porc

enta

je %


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4.57 9.15 13.7 18.30

20406080

100120

Rotametro 2

Rotametro 2

Gasto (gpm)

Porc

enta

je %

Se calculan para las bombas con los datos de los rotámetros y de los manómetros y de la columna del líquido en el tanque.

Bomba 1

Q (gpm)

PDESCARGA [psig]

PSUCCIÓN [psig]

∆P [psi]

H [lb*ft/lb] PH [lb*ft/s]

16.3 12 2.1 9.923.6410069

53.48999466

14.67 12.5 1.99 10.51 25.09767551.10725854

13.04 14 1.88 12.1228.9423236

52.38777659

11.41 16 1.78 14.2233.9570827

53.78175827

9.7 18 1.68 16.3238.9718417

52.47369471

8.15 20 1.57 18.4344.0104806

49.78891928

6.52 21 1.47 19.5346.6372591

42.20846852

4.89 22 1.01 20.99 50.123710 34.022878


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7 42

3.26 23 0.9 22.1 52.77436923.88139156

1.63 23.5 0.8 22.754.2071573

12.26487756

0 - - - - -

Bomba 1

Bomba 2

Q PDESCARGA [psig] PSUCCIÓN [psig] ∆P [psi] H [lb*ft/lb] PH [lb*ft/s]

18,3 15 2,1 12,9 30,8049484 75,739125

16,47 16 1,99 14,01 33,4556068 74,0305913

14,64 17,5 1,88 15,62 37,3002554 73,36714

12,81 19,5 1,78 17,72 42,3150144 72,826985


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10,98 21 1,68 19,32 46,1357832 68,05953

9,15 22 1,57 20,43 48,7864416 59,9748188

7,32 22,5 1,47 21,03 50,2192299 49,388955

5,49 24 1,01 22,99 54,8996717 40,4940113

3,6 25 0,9 24,1 57,55033 27,8355

1,83 25,5 0,8 24,7 58,9831183 14,5019875

0 - - - - -

Bomba 2

Para el arreglo en serie:

Q DEL SISTEMA[GPM] PSUCCIÓN GA-1 PDESCARGA GA-2 ∆P H [lb*ft/lb] PH [lb*ft/s]

19,8 2,1 16,5 14,433,2830407 9,01241379

17,82 1,99 21,5 19,5145,0938975 10,9895121

15,84 1,88 25 23,12 53,437770 11,5759448


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9

13,86 1,78 30 28,2265,2255144 12,3632793

11,88 1,68 33,5 31,8273,5462746 11,9489586

9,9 1,57 37 35,43 81,890148 11,0871466

7,92 1,47 39,5 38,0387,8995859 9,52061379

5,94 1,01 42,5 41,4995,8967609 7,79010517

3,96 0,9 44,5 43,6100,773651 5,45751724

1,98 0,8 45 44,2102,160444 2,76631034

0 - - - - -

Para el arreglo en Paralelo:


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Q GA-1

Q GA-2

QT GA-1+GA-2

PSUCCIO

N

PDESCARGA GA-1

PDESCARGA GA-2

∆P GA-1

∆P GA-2 H GA-1 H GA-2

PH GA-1

PH GA-2

12 15 27 2,1 14,5 17 12,4 14,928,6603961

34,4387018 47,74

71,70625

10,8 13,5 24,3 1,99 16 1814,01

16,01

32,381625

37,0042695

48,54465

69,3433125

9,6 12 21,6 1,88 17 2015,12

18,12

34,9471927

41,8811595

46,5696 69,762

8,4 10,5 18,9 1,78 19 2117,22

19,22

39,8009695

44,423614

46,4079

64,747375

7,2 9 16,2 1,68 20 2218,32

20,32

42,343424

46,9660685

42,3192 58,674

6 7,5 13,5 1,57 21 2319,43

21,43

44,9089917

49,5316362

37,40275

51,5659375

4,8 6 10,8 1,47 22 2420,53

22,53

47,4514462

52,0740907

31,6162

43,37025

3,6 4,5 8,1 1,01 23 2521,99

23,99

50,8259767

55,4486212

25,39845

34,6355625

2,4 3 5,4 0,9 23 26 22,1 25,151,0802221

58,014189

17,017

24,15875

1,2 1,5 2,7 0,8 23 26,5 22,2 25,751,3113544

59,4009823 8,547

12,368125

0 0 0 - - - - - - - - -

6.- ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS


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Podemos observar en la grafica del rotámetro 1 y 2 que la curva leída con respecto a la real tiene el mismo comportamiento, esto significa que cuando realizamos la práctica los rotámetros fueron calibrados adecuadamente.

En la grafica de la bomba uno observamos que en el punto donde convergen el gasto óptimo es de 7 gpm, donde nuestra bomba es más eficiente.

En la grafica de la bomba dos se puede observar que el gasto optimo es de 8.5 gpm, donde la bomba será mas eficiente.

Para el arreglo en serie se observa en la grafica que el gasto optimo se mantuvo igual, mientras que la altura aumento en comparación con las bombas individuales.

7.- CONCLUSIONES

Se concluye que la eficiencia en paralelo y en serie depende mucho de las pérdidas de fricción y de altura. Pero tras haber analizado los sistemas se llego a la conclusión de que el presenta más eficiencia en el sistema en serie. La combinación en serie se suman las alturas manométricas de cada bomba para un mismo caudal con ello se obtiene la curva característica.

Esta combinación de las bombas es más eficiente para nuestro sistema ya que obtuvo una mayor altura, una mayor cabeza, una mayor potencia y una mayor energía.

8.- BIBLIOGRAFIA

Mecánica de fluidos. Merle C. Potter,David C. Wiggert cuarta edición . Pretince Hall. México. 1996.

Introducción a la Mecánica de Fluidos. Carlos Arturo Duarte, José Roberto Niño. Universidad nacional de Bogotá. Colombia. 2004

Mecánica de Fluidos Aplicad. Robert Mott. Sexta edición. Traducción Carlos Roberto Cordero. Pearson. México. 1996.

Flujo de Fluidos en válvulas, accesorios y tuberías. Crane Co.McGraw-Hill. 1990.


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