REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSAUNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE LA FUERZA ARMADACOMANDANTE SUPREMOHUGO RAFAEL CHAVEZ FRIASLABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS

BOMBA CENTRIFUGA Autores:Resumen: El presente informe se enfoca principalmente en construir la curva de calibracin para bomba centrifuga.

1. INTRODUCCION TEORICA~1 ~

BOMBA Las bombas son dispositivos que se encargan de transferir energa a la corriente del fluido impulsndolo, desde un estado de baja presin esttica a otro de mayor presin. Estn compuestas por un elemento rotatorio denominado impulsor, el cual se encuentra dentro de una carcasa llamada voluta. Inicialmente la energa es transmitida como energa mecnica a travs de un eje, para posteriormente convertirse en energa hidrulica. El fluido entra axialmente a travs del ojo del impulsor, pasando por los canales de ste y suministrndosele energa cintica mediante los labes que se encuentran en el impulsor para posteriormente descargar el fluido en la voluta, el cual se expande gradualmente, disminuyendo la energa cintica adquirida para convertirse en presin esttica BOMBA CENTRIFUGAUna bomba centrfuga es una mquina que consiste en un conjunto de paletas rotatorias encerradas dentro de una caja o crter, o una cubierta o coraza. La caracterstica principal de la bomba centrfuga es la de convertir la energa de una fuente de movimiento (el motor) primero en velocidad o energa cintica y despus en energa de presin. El rol de una bomba es el aporte de energa al lquido bombeado (energa transformada luego en caudal y altura de elevacin), segn las caractersticas constructivas de la bomba misma y en relacin con las necesidades especficas de la instalacin.FUNCIONAMIENTOEl funcionamiento es simple: dichas bombas usan el efecto centrfugo para mover el lquido y aumentar su presin. Dentro de una cmara hermtica dotada de entrada y salida (tornillo sin fin o voluta) gira una rueda con paleta (rodete). El rodete es el elemento rodante de la bomba que convierte la energa del motor en energa cintica (la parte esttica de la bomba, o sea la voluta, convierte, en cambio, la energa cintica en energa de presin). El rodete est, a su vez, fijado al eje de la bomba, ensamblado directamente al eje de trasmisin del motor o acoplado a l de forma rgida. Cuando entra lquido dentro del cuerpo de la bomba, el rodete (alimentado por el motor) proyecta el fluido a la zona externa del cuerpo-bomba debido a la fuerza centrfuga producida por la velocidad del rodete: el lquido, de esta manera, almacena una energa (potencial) que se transformar en caudal y altura de elevacin (o energa cintica). Este movimiento centrfugo provoca, al mismo tiempo, una depresin capaz de aspirar el fluido que se debe bombear. Conectando despus la bomba con la tubera de descarga, el lquido se encanalar fcilmente, llegando fuera de la bomba.

PARTES DE UNA BOMBA CENTRFUGA:Carcasa: Es la parte exterior protectora de la bomba y cumple la funcin de convertir la energa de velocidad impartida al lquido por el impulsor en energa de presin. Esto se lleva a cabo mediante reduccin de la velocidad por un aumento gradual del rea.Impulsores: Es el corazn de la bomba centrfuga. Recibe el lquido y le imparte una velocidad de la cual depende la carga producida por la bomba.Anillos de desgaste: Cumplen la funcin de ser un elemento fcil y barato de remover en aquellas partes en donde debido a las cerradas holguras entre el impulsor y la carcasa, el desgaste es casi seguro, evitando as la necesidad de cambiar estos elementos y quitar solo los anillos.Estoperas: empaques y sellos. la funcin de estos elementos es evitar el flujo hacia fuera del lquido bombeado a travs del orificio por donde pasa la flecha de la bomba y el flujo de aire hacia el interior de la bomba.Flecha: Es el eje de todos los elementos que giran en la bomba centrfuga, transmitiendo adems el movimiento que imparte la flecha del motor.Cojinetes: Sirven de soporte a la flecha de todo el rotor en un alineamiento correcto en relacin con las partes estacionarias. Soportan las cargas radiales y axiales existentes en la bomba.Bases: Sirven de soporte a la bomba, sosteniendo el peso de toda ella.CONDICIONES DE SUCCINElevacin de succin: Es la suma de la elevacin esttica de succin, de la carga de friccin de succin total y de las prdidas de admisin (la elevacin de succin es una carga de succin negativa).Carga de succin: Es la carga esttica de succin menos la carga de friccin total y las prdidas de admisin, ms cualquier presin que se encuentre en la lnea de succin. Es una presin negativa (hay vaco) y se suma algebraicamente a la carga esttica de succin del sistema.Condiciones de succin: Por lo que respecta al lquido, se tomar en cuenta la influencia de su presin sobre la succin.Presin de vapor: Si un lquido se encuentra a una temperatura arriba de su punto de ebullicin, sufre evaporacin en su superficie libre. En el seno del lquido se origina una presin que se llama presin de vapor y que est en funcin directa con la temperatura del lquido.Presin de bombeo: Destinemos una bomba cualquiera para bombear un lquido. Al funcionar la bomba, tiende a formar un vaco en el seno del lquido. ste succionar se conoce como presin de bombeo.Carga neta de succin positiva (NPSH): Es la presin disponible o requerida para forzar un gasto determinado, en litros por segundo, a travs de la tubera de succin, al ojo del impulsor, cilindro o carcasa de una bomba. En el bombeo de lquidos la presin en cualquier punto en la lnea de succin nunca deber reducirse a la presin de vapor del lquido.NPSH disponible: Esta depende de la carga de succin o elevacin, la carga de friccin, y la presin de vapor del lquido manejado a la temperatura de bombeo. Si se vara cualquiera de estos puntos, la NPSH puede alterarse.NPSH requerida: Esta depende slo del diseo de la bomba y se obtiene del fabricante para cada bomba en particular, segn su tipo, modelo, capacidad y velocidad.Cebado de las Bombas: Consiste en la extraccin del aire de la tubera de succin de la bomba para permitir un correcto funcionamiento. Esta operacin se realiza en todas las bombas centrfugas ya que no son autocebantes, generalmente cuando sta se encuentra en una posicin superior al tanque de aspiracin.Carga Hidrulica: Es la energa impartida al lquido por la bomba, es decir, la diferencia entre la carga de descarga y la succin.Potencia Absorbida (N): Representa la potencia requerida por la bomba para transferir lquidos de un punto a otro y la energa requerida para vencer sus prdidas.Potencia Hidrulica (Ph): Potencia cedida al lquido en el proceso de su transferencia de un punto a otro.VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA BOMBA CENTRIFUGA Las principales ventajas son:1. Es de construccin sencilla y barata, puede por tanto, construirse, en una gran variedad de materiales.2. Opera con una velocidad elevada (hasta 67 Hz) y, por tanto, se puede acoplar directamente a un motor elctrico. En general, cuanto mayor es la velocidad menor es la bomba y el motor para un servicio determinado.3. Proporciona un caudal estacionario.4. No existen vlvulas5. Los costes de mantenimiento son menores para cualquier otro tipo de bomba.6. No se estropea la bomba si se bloquea la lnea de descarga con tal de que no se opere en estas condiciones durante un periodo prolongado.Las principales desventajas son:1. La bomba de etapa simple no puede desarrollar una presin elevada. Las bombas de etapa mltiple proporcionan cargas mayores, pero son mucho ms caras y no se pueden construir fcilmente en materiales resistentes debido a su mayor complejidad. Generalmente es preferible utilizar velocidades muy elevadas con el fin de reducir el nmero de etapas necesarias.2. Opera con una eficiencia elevada solamente en un intervalo limitado de condiciones, especialmente en el caso de bombas de turbina.3. En general no es autocebable.4. Su no se incorpora un vlvula de retencin en la lnea de succin o de descarga, el liquido retorna al tanque de succin cuando se para la bomba.5. La eficiencia es baja cuando opera con lquidos muy viscosos.CURVAS CARACTERSTICASGeneralmente este tipo de curvas se obtienen para velocidad constante, un dimetro del impulsor especfico y un tamao determinado de carcasa, realizando la representacin grfica de la carga hidrulica (curva de estrangulamiento), potencia absorbida y eficiencia adiabtica contra la capacidad de la bomba. Estas curvas son suministradas por los proveedores de bombas, de tal manera que el usuario pueda trabajar segn los requerimientos de la instalacin sin salir de los intervalos de funcionamiento ptimo, adems de predecir qu ocurrir al variar el caudal manejado, sirviendo como una gran herramienta de anlisis y de compresin del funcionamiento del equipo. La curva de prestaciones de cada bomba cambia en el momento que cambia la velocidad y se explica con las siguientes leyes: La calidad del lquido trasladado cambia en relacin con la velocidad La altura de elevacin vara en relacin con el cuadrado de la velocidad La potencia consumida vara en relacin con el cubo de la velocidadCONSIDERACIONES TEORICAS1. El caudal es el mismo a travs de todas las etapas, ya que estas operan en serie2. Prestar debida atencin a la presin mnima que se tendr que desarrollar en cualquier punto del sistema, ya que si dicha presin es menor que la presin de vapor liquido a la temperatura a la que se bombea, se producir vaporizacin por lo cual la bomba no ser capaz de desarrollar la carga de succin requerida.3. Considerar si el liquido contiene gases disueltos, ya que pueden desprenderse de la solucin, dando lugar a burbujas de gas.4. El NPSH debe tener en cuenta la cada de presin que es ocasionada por la aceleracin del liquido y por las irregularidades del tipo de flujo en el interior de la bomba.5. Si el NPSH no tiene el valor requerido, puede producirse una vaporizacin con la reduccin de las cargas de succin y descarga.

2. DATOS EXPERIMENTALES

Tabla 1. Toma de datos para el sistema 1

Potencia(watt)Presin de descarga

Presin de succin (cm Hg)Lecturas del flujo(cm)

V(volt)1(amp)(psig)Z1Z2h1H2

1205.7513.73.13.42425.5

1205.63162.42.719.521.3

1205.46181.82.115.718

1205.29201.41.612.314

1204.77240.40.75.46.3

1204.04270.20.11.21.8

Tabla 2.Toma de datos para curvas de calibracin

Lecturas del medidor(cm Hg)Volumen

Tiempo

z1z2(L)(s)

00.75065.63

0.51.35061.39

1.22.15057.88

1.82.85054.91

2.43.55052.35

3.74.95050.13

5.46.85046.41

8.49.95044.83

9.811.55042.11

12.914.85039.84

14165038.83

1719.15037.89

18.420.35039.34

Tabla 3. Condiciones de operacin del sistema

DN2"

Sch40 acero

Dg1"

Fluido manomtricoMercurio

Fluido de procesoAceite de linaza

Presin1amt

Temperatura25c

DescripcionEl quipo cuenta de una lnea de tubera de 2 de dimetro nominal de acero que contiene un codo a la entrada de recirculacin del tanque, un codo a la salida o descarga de la bomba y una reduccin, tambin a la descarga de la bomba . el circuito est constituido: Primeramente por un tanque de almacenamiento cilndrico de dimetro de 30cm y capacidad de 80L . En la parte inferior del mismo se encuentra una lnea de descarga de 2 con una vlvula de bola y a la salida de ella una toma manomtrica con un reductor de expansin brusca. A la entrada de la bomba se encuentra un reductor de expansin gradual (dilatacin) de 45 a 1 de la bomba de descarga. A una lnea de 2 que posee una vlvula check normal, seguida de un codo de 90 de un radio normal y una valvula de compuerta cerrada , seguida de una completamente abierta. Seguidamente de un medidor de flujo que descarga en la lnea de reciclo a el tanque. Diagrama del equipo

Donde;1: tanque2: vlvula de bola3: expansin gradual4: bomba5: vlvula de check6: vlvula de compuerta 1/4 cerrada7: vlvula de compuerta abierta8: medidos de venturi9: codos estndar

3. RESULTADOS

Tabla 4. Clculos para hL: Lnea de succinV2" (m/s)V1" (m/s)hL1(m)hL2(m)

0.39741.54560.0229

0.43541.69310.0275

0.49211.91410.01230.0352

0.42301.64590.0259

0.30781.19720.0138

0.25130.9775

hL3(m)hL4(m)hL5(m)(m)

0.07670.01670.10210.2264

0.09200.01940.11950.2681

0.11760.02490.14740.3374

0.08690.01860.11380.2541

0.04600.01080.06610.1915

0.03070.04680.0976

Tabla 5. Clculos para hL : Lnea de descargaV2" (m/s)hL1(m)hL2(m)

0.39740.01530.0167

0.43540.01840.0194

0.49210.02350.0243

0.42300.01730.0186

0.30780.0108

0.2513

hL3(m)hL4(m)hL5(m)

5.39300.0138

0.0165

0.0242

0.0156

hL6(m)hL7(m) (m)

0.020.0805

0.0220.0934

0.0290.01230.1240

0.0210.0891

0.0120.0490

0.0080.0331

Tabla 6. Clculos para cabezalhLs(m)hLd(m)hLt : hLs+hLd(m)(Pa)hA(m)

0.22640.08050.30699286910.4899

0.26810.09340.362108937.712.0388

0.33740.12400.4614122215.413.5248

0.25410.08910.3432135741.214.9730

0.19150.04900.1905163163.917.9348

0.09760.03310.1307183390.820.1417

Tabla 7. Clculos para Potencia Hidrulica "PH"Q( )hA(m)PH(watt)

10.489982.4198

12.0388103.6179

13.5248131.5980

14.9730125.2416

17.9348109.1825

20.1417100.0884

Tabla 8. Clculos para EficienciaPH(m)Pot. Mecanica(watt)n%

82.419869011.9

103.6179675.615.3

131.5980655.220.08

125.2416634.819.8

109.1825572.419

100.0884484.820

Tabla 9. Clculos para NPSHhsp(m)hF(m)hvp(m)NPSH(m)

11.06950.22640.010910.8322

11.02880.26810.010910.7498

11.06950.33740.010910.7212

11.08310.25410.010910.8181

11.06950.14150.010910.9171

11.09650.09760.010910.9881

Tabla 10. Datos para curvas de bomba centrifugaQ ( m/s)Ha (m)PH (watt)N (%)

0,0008615210.489982.419811.9

0,0009437512.0388103.617915.3

0,001066913.5248131.598020.08

0,0009171614.9730125.241619.8

0,0006673317.9348109.182519

0,0005448720.1417100.088420

Grafica de Curvas de Bomba centrifuga

Tabla 11. Clculos de error% Error PH % Error Ha% Error N

52.820.123.8

4. ANALISIS DE RESULTADOSEn la grafica principalmente se observa que el caudal se toma como variable independiente bsica y como variables dependientes a la potencia hidrulica, cabezal y eficiencia. Cabe destacar que a la hora de la realizacin de esta grafica y trazar las curvas caractersticas siempre se tomaran las variables del modo mencionado anteriormente. En la grafica podemos apreciar que tanto la eficiencia como la potencia hidrulica y la eficiencia se presentan en curvas con una lnea de tendencia polinmica de orden 2, tambin que se presentan en orden decreciente. Adems son variables que dependiendo del caudal cambian su forma pudiendo ser convexa o cncava. La interseccin de la curva de cabezal y potencia hidrulica nos dice de forma precisa cual es el cabezal y la potencia hidrulica que se consideran optimas para la bomba. Seguidamente observando y haciendo un anlisis de la curva de eficiencia, se puede apreciar una curva de forma decreciente, ya que la bomba presenta perdidas tanto en la lnea de succin como en la lnea de descarga, lo que ocasiona que la presin del flujo que entra no sea la misma presin con la que sale. Adems tiene forma de curva ya que posee una tendencia polinomica de orden 2 lo cual le da esa figura caracterstica. Hay que resaltar que en la grafica de curvas de bombas centrifugas podemos observar especficamente en la curva de eficiencia que el rendimiento de la bomba no es el que se requiere o el ideal para el buen funcionamiento de la misma, esto se debe a que el rendimiento real de la bomba no se puede predecir con exactitud o sobre una base completamente terica. Adems podra destacarse que los caudales son mnimos en comparacin con el tamao de los cabezales; tambin debido a la friccin y otras caractersticas, tienen una eficiencia algo menor del caso ideal, de igual forma la curva de eficiencia nos muestra en su punto mximo el caudal optimo para la bomba.Finalmente los parmetros que nos arroja la grafica nos indica que la bomba no posee una eficiencia ptima para los caudales dados.

5. CONCLUSIONES Concluimos que en general, lo descrito en las situaciones previas, es prcticamente la situacin comn, es poco probable conseguir una curva caracterstica de bomba que contenga de forma exacta el punto calculado para el sistema en el que sta se emplazar destacando el alto porcentaje de error para cada una de las curvas, por esto se concluye que no se da total cumplimiento de la teora, teniendo que aceptar las variaciones referidas, a juicio, por supuesto, del diseador del sistema.

6. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Welty, J.R. Wilson, R, Wick, CJohn Wiley and Sons. Fundamentals of Momentals, Heat and Mass Transfer. New York 1969. MOTT R.L. Mecnicas de los Fluidos. Sexta edicin. Pearson Prentice Hall. Universidad de Dayton. 2006. Captulo 2. Ranald V. Mecnica de los Fluidos e Hidrulica. Mcgraw-hill. Segunda edicin. Perry, R. H. y Green, D. W. Perrys Chemical Engineers Handbook, 7th. Ed., Mc Graw Hill, N.Y., 1997. Brown, G. Operaciones Bsicas de Ingeniera Qumica.7. APENDICES 1. Clculos para el SISTEMA 1

TABLA 1

Transformaciones para Z1

Transformaciones para Z2

Transformaciones del volumen ()

Clculos para caudales Q : volument: tiempo

Clculos diferenciales de altura

Clculos para diferenciales de presin : gravedad: diferenciales de altura: diferenciales de densidad (- kg/)

Tabla 12. Curva de calibracin caudal vs cada de presinCaudal"Q"cada de presin

( )(Kpa)

-865.046

-988.62

-1112.20

-1235.78

-1359.326

-1482.94

-1730.04

-1853.67

-2100.83

-2347.98

-247.56

-2495.14

-2317.98

Grafica 1. Curva de Calibracin

TABLA 2

Presiones de succin

Transformaciones para Z1

Transformaciones para Z2

Clculos diferenciales de altura

Calculus de presion de succion

Para llevar a presin absoluta1atm = 101325Pa

Clculos para presin de descarga

Transformacion de de Psig a Psia

De Psia a Pascal1psi = 6894.75Pa

Clculos para hallar cabezal

Balance de Energa

Donde;: presin de succin: presin de descarga: peso especifico: velocidad: alturahA :CabezalhL: Perdidas

Clculos para hL

Calculo para

Donde; ; perdida en la entrada ;vlvula de bola ; dilatacin; perdida en la tuberia 2"; perdida en la tubera 1"

Calculo para

Clculos para caudal "Q" por ec. Grafica de calibracin

Clculos para velocidad D = 2"A = 2.158x

Clculos para velocidad D = 1"A = 26.6x

Clculos para determinar

Clculos para determinar

Continuacin de los clculos para perdidas por friccin hL

Clculos para

Clculos para

Donde; ; valvula check; perdida en la tubera de 2" ;vlvula de compuerta cerrada; vlvula completamente abierta; codos estndar (3) perdidas en el medidor; perdidas en la salida Calculo para

Clculos para

Clculos para hA

Clculos para potencia hidrulica "PH"

Clculos para Presin mecnica "PM"

Donde;I: intensidadV: voltio

Clculos para eficiencia " n"

Clculos para NPSH

Donde;Hsp: presin absoluta en succinHs: altura desde la bomba de la tubera hasta el tanqueHf: perdidas en la lnea de succinHvp: presin de vapor

Calculo para error

error PH: 1- 0.472 = 0.528 x 100 % = 52.8 %

Grafica empleada para hallar las prdidas en el medidor venturi