Instituto Tecnológico de Mexicali

Ingeniería Química

Materia:

Laboratorio Integral I

Tema:

Práctica

Curva Característica de una bomba

Integrantes:

Nombre del profesor

Norman Edilberto Rivera Pazos

Mexicali, B.C. a 23 de febrero de 2015

Aranda Sierra Claudia Janette

Castillo Tapia Lucero Abigail

Cruz Victorio Alejandro Joshua

De La Rocha León Ana Paulina

Guillén Carvajal Karen Michelle

Lozoya Chávez Fernanda Viridiana

Rubio Martínez José Luis

12490384

11490627

12490696

11490631

12940396

12490402

12490417

1

Índice

Práctica

Título: “Curva Característica de una bomba”

Objetivo 2

Introducción 2

Marco teórico 3

Parámetros y condiciones 3

Partes de una bomba 3

Tipos de bombas 4

Datos de bomba 5

Curvas características de una bomba 5

Leyes de afinidad 6

Gasto 7

Material, equipo y reactivos 7

Procedimiento 8

Cálculos 9

Análisis 10

Observaciones 10

Evidencias 11

Bibliografía 13

2

Práctica V

Título:

“Curva característica de una bomba”

Objetivo:

Obtener experimentalmente la relación que existe entre la altura y el caudal que se presenta en

una bomba con el fin de construir una gráfica a la que llamaremos curva característica de dicha

bomba.

Objetivos específicos:

Modificar la altura de la salida del fluido proveniente de la bomba.

Comparar si aumenta o disminuye la capacidad de la bomba al modificar la altura.

Introducción

Cuando se pretende usar equipo en un experimento, laboratorio, o a nivel industrial donde las

decisiones que tomemos sean de gran importancia; es necesario que hagamos la mejor

elección del equipo y además sepamos los parámetros con los que mejor trabajaría dicho

dispositivo.

Es por eso que las curvas características de una bomba nos permiten obtener la información

necesaria para saber cuál sería el gasto que obtendríamos al tenerla a cierta altura.

Claro que algunas curvas características son más específicas y tienen muchas más cosas que

relacionar, por ejemplo rendimiento, NPSH (acrónimo de Net Positive Suction Head, también

conocido como ANPA (Cabeza Neta Positiva de Succión; Los fabricantes de bombas prueban

cada diseño para determinar el nivel de la presión de succión que se requiere, con el fin de

evitar la cavitación, y reportan los resultados como la carga de succión positiva neta requerida

de la bomba en cada condición de capacidad de operación (flujo volumétrico) y carga total

sobre la bomba.), potencia, etc.

Por eso en esta práctica, llevaremos a cabo la elaboración de la curva característica de una de

las bombas que se encuentran en el laboratorio con el fin de conocer la relación de la altura

con la capacidad de la bomba.

3

Marco teórico

La bomba es aquella máquina que es capaz de transmitir energía al fluido, permitiendo que este

sea transportado en un mismo o diferente nivel, a diferentes velocidades, según las

características de la bomba.

Parámetros y condiciones para seleccionar una bomba:

1. Naturaleza del líquido por bombear

Peso específico, constante de intercambio de calor, viscosidad, reactividad, etc.

2. Capacidad de flujo requerida

Cuanto volumen se moverá, relacionado con la potencia de la bomba.

3. Condiciones del lado de succión de la bomba

Área transversal del tubo de succión.

4. Condiciones del lado de descarga de la bomba

Área transversal del tubo de descarga.

5. Carga total sobre la bomba

La carga hA debe ser mayor a la carga de altura y de pérdidas del sistema.

6. Tipo de sistema donde la bomba impulsa el fluido

Motores, accesorios, válvulas y almacenamiento que afecten a la bomba.

7. Tipo de fuente de potencia

Fuente de energía de la bomba: manual, eléctrico, diésel, etc.

8. Limitaciones de espacio, peso y posición

Específicas para cada bomba y el área de trabajo.

9. Condiciones ambientales

Relacionadas con los códigos y estándares gubernamentales y el tipo de fluido.

10. Costos de adquisición e instalación de la bomba

Específicos de la marca de la bomba y del tipo de la bomba.

11. Costos de operación de la bomba

Depende del tipo de fuente de potencia.

12. Códigos y estándares gubernamentales

Específicos del proceso a realizar y la localidad mundial.

Partes de la bomba:

1- Carcasa: Superficie que cubre el mecanismo de la bomba. La mayoría de las carcasas son

fabricadas en fierro fundido para agua potable, pero tienen limitaciones con líquidos agresivos

4

(químicos, aguas residuales, agua de mar). Otro material usado es el bronce. También se usa el

acero inoxidable si el líquido es altamente corrosivo.

2- Impulsor: Herramienta con forma de espiral y aspas utilizada en bombas cinéticas. Por el

centro entra el flujo, el cual es lanzado a las aspas. Fabricados en fierro, bronce acero

inoxidable, plásticos.

Tipos de bombas

Despla

zam

iento

positi

vo

Rota

torias

Engra

nes

Se compone de dos engranes que

giran dentro de una carcasa, en

sentido contrario y muy ajustados

uno con el otro.

Aspas

Consiste en un rotor excéntrico que

contiene un conjunto de aspas

deslizantes que corren dentro de

una carcasa.

Torn

illo

El fluido se mueve de manera

constante por las hendiduras de un

tornillo que gira por un motor

rotador.

Cavid

ad p

rogre

siv

a Conforme un rotor central gira

dentro de la carcasa, se forman

cavidades que avanzan hacia el

extremo de descarga.

Lóbulo

o le

va

Dos rotores que giran en sentido

contrario tienen lóbulos y se ajustan

muy bien en su contenedor. El fluido

se mueve alrededor de la cavidad

formada entre los lóbulos

Tubo f

lexib

le

Consiste en un tubo entre un

conjunto de rodillos y carcaza. Los

rodillos exprimen el tubo y atrapan

un volumen dado entre los rodillos

adyacentes.

5

Recíp

rocas

Pis

tón

Consiste en un pistón que al

moverse jala y empuja el fluido en

una razón de pulsos. Si se trata de

acción dúplex, ambos movimientos

jalan y empujan.

Ém

bolo

Un embolo se mueve dentro de una

cavidad, al estar fuera permite que

se llene, y al entrar empuja al fluido

al área de descarga.

Dia

fragm

a

Una lámina o tela se tensa de tal

manera que jala y empuja al fluido

por efecto de presiones negativas.

Cin

étic

as

Flu

jo r

adia

l, axia

l y m

ixto

Estas bombas agregan energía al fluido

cuando lo aceleran con la rotación del

impulsor. El fluido es llevado al centro del

impulsor y después es lanzado hacia afuera

de las aspas. Al salir el fluido pasa por una

voluta en forma de espiral, donde baja en

forma gradual y ocasiona que parte de la

energía se convierta en presión de fluido.

Cuando se habla de flujo, este puede salir de

forma radial, axial o ambos (mixto).

Datos de la bomba a utilizar

V=115 v

F=60 Hz

I=1.4 A

Curva característica de una bomba

El comportamiento hidráulico de una bomba viene especificado en sus curvas características

que representan una relación entre los distintos valores del caudal proporcionado por la misma

con otros parámetros como la altura manométrica, el rendimiento hidráulico, la potencia

requerida y la altura de aspiración, que están en función del tamaño, diseño y construcción de

la bomba.

6

Debido a que es posible utilizar diámetros de impulsor y velocidades distintos, los fabricantes de

bombas cubren un rango amplio de requerimientos de capacidad y carga con unos cuantos

tamaños básicos de bombas. Estas gráficas se miden en un plano de carga total contra

capacidad de flujo, y dentro de la misma se dibujan curvas de rendimiento o eficiencia máxima y

curvas de diámetro o tamaño del impulsor. Es importante reconocer cada curva ya que al

cruzarse dichas curvas es posible localizar puntos de operación, el cual otorga información del

tamaño de impulsor que tiene la mejor eficiencia para una capacidad de flujo requerida. Algunas

gráficas incluyen una curva de potencia de la bomba en caballos de fuerza.

Ejemplo:

Gráfica de rendimiento para una bomba centrífuga 2 X 3 ̶ 10 a 3500 rpm.

Leyes de afinidad

Son relaciones matemáticas entre el tamaño de la carcasa y del impulsor, y la velocidad del

impulsor con la capacidad, carga y eficiencia de las bombas centrifugas, debido a que estas

tres son variables que dependen de dichos factores.

1. Cuando la velocidad varía (N, en rpm):

La capacidad varía en forma directa con la velocidad:

𝑄1

𝑄2=

𝑁1

𝑁2

7

La capacidad de carga total varía con el cuadrado de la velocidad:

ℎ𝑎1

ℎ𝑎2

= (𝑁1

𝑁2

)2

La potencia que requiere la bomba varía con el cubo de la velocidad:

𝑃1

𝑃2= (

𝑁1

𝑁2

)3

2. Cuando el diámetro del impulsor varía:

La capacidad varía en forma directa con el diámetro del impulsor:

𝑄1

𝑄2=

𝐷1

𝐷2

La carga total varía con el cuadrado del diámetro del impulsor:

ℎ𝑎1

ℎ𝑎2

= (𝐷1

𝐷2

)2

La potencia que requiere la bomba varía con el cubo del diámetro del impulsor:

𝑃1

𝑃2= (

𝐷1

𝐷2

)3

La eficiencia permanece casi constante para cambios de velocidad y para cambios pequeños

en el diámetro del impulsor.

Gasto volumétrico (Q)

Es el volumen de fluido manejado por unidad de tiempo. El gasto volumétrico se puede

expresar como el producto de la velocidad del fluido por el área transversal del ducto por el cual

fluye:

𝑄 = 𝑣 ∗ 𝐴 = 𝑉

𝑡

Reactivo:

Nombre tradicional Observación

Agua De la llave

8

Material y equipo:

Cant. Nombre Observaciones

1 Bomba Sumergible

1 Manguera ½ in

1 Cinta métrica

1 Cuba

1 Cronómetro

1 Vaso ppt 4 litros

3 Bancos

1 Probeta 1 litro

2 Soporte universal

2 Pinzas Tres dedos

2 Pinzas Nuez

Procedimiento:

1. Limpiar los materiales a utilizar y ordenar el equipo.

2. Con la probeta obtener 2 litros y verterlos en el vaso de ppt con el fin de verificar la

marca de los 2 litros. Utilizar esta agua para colocarla en la cuba.

3. Poner en la cuba la bomba y todo esto ponerlo al nivel del piso.

4. Conectarle la manguera de ½ in a la bomba.

5. Introducir en la cuba aproximadamente 3 litros. (revisar que la bomba está

completamente tapada con el agua).

6. Poner el otro extremo de la manguera en el vaso de precipitado.

7. Colocar los soportes universales con las pinzas donde sea necesario detener las

mangueras. Esto con el fin de que la gravedad no influya en el flujo del agua a través

de esta. También utilizar los bancos cuando sea necesario.

8. Medir con la cinta métrica la altura máxima (desde el suelo hasta la parte más

elevada de la manguera).

9. Se acciona la bomba y se toma el tiempo en que se tarda en llegar a la marca

deseada (2 litros) y se apaga.

10. Repetir dos veces las mediciones.

11. Repetir el paso 7, 8 y 9 pero con un aumento en la altura (variación).

9

Cálculos, resultados y gráficas

Lo único a calcular es el caudal, capacidad o gasto que tiene la bomba, ya que las alturas son

medidas como parte del procedimiento.

𝑄 = 𝑉

𝑡

Donde el volumen es:

𝑉 = 2 𝑙𝑡 ∗1 𝑚3

1000 𝑙𝑡= 0.002𝑚3

Tiempo (s) Tiempo

promedio (s)

Volumen (m3)

Gasto Gasto Altura (m)

(m3/s) (lt/s)

4.12 4.36 4.19 4.2233333 0.002 0.0004736 0.4735596 0.33

5.2 5.38 5.5 5.36 0.002 0.0003731 0.3731343 0.53

5.53 5.54 5.67 5.58 0.002 0.0003584 0.3584229 0.85

5.84 6.42 6.5 6.2533333 0.002 0.0003198 0.3198294 1.09

6.85 6.85 6.66 6.7866667 0.002 0.0002947 0.2946955 1.17

7.1 7.2 7.17 7.1566667 0.002 0.0002795 0.2794597 1.4

9.34 9.9 9.5 9.58 0.002 0.0002088 0.2087683 1.76

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

0.0002 0.00025 0.0003 0.00035 0.0004 0.00045 0.0005

Alt

ura

(m)

Caudal (m3/s)

Curva característica

10

Análisis

Algunas de las repeticiones no mostraban una cercanía entre ellas, pero como estamos

obteniendo un promedio de dichas repeticiones entonces creemos que nuestros valores son

válidos.

Un factor que pudo haber influido en estas diferencias, son la manera en como estaba la

manguera (no tan estirada) o la fuerza con la que se sostenía el extremo que proporcionaba el

flujo al vaso de precipitado.

Lo más claro que pudimos observar ya sea cuando estábamos llevando a cabo el experimento

o cuando comenzamos a analizar los resultados fue que, la capacidad de la bomba para

producir un caudal iba disminuyendo a medida que aumentaba la altura. La tendencia resultante

es bastante similar a las curvas características de una bomba (mostrada en el marco teórico).

Las diferencias en la tendencia se deben a que cada bomba tiene sus especificaciones y, por lo

tanto, su propia curva característica.

Se debe tomar en consideración la forma de la tendencia. En la teoría se muestran las leyes de

afinidad, donde se aprende que la capacidad de carga total de la bomba y la potencia varían de

una forma lineal con respecto a la velocidad. La tendencia muestra claramente una forma

polinomial lo cual puede ligarse directamente a la no linealidad de las leyes de afinidad.

Observaciones

En algunos casos tuvimos que hacer cuatro repeticiones ya que los valores obtenidos

parecían fuera de la realidad ya que los otros dos valores más eran mas cercanos entre

sí que ese que se estaba obteniendo.

Tomar el tiempo pudo haber sido un factor de las variaciones de los valores ya que esto

era manual.

Era algo difícil sostener las mangueras a medida que aumentaba la altura.

11

Evidencias

12

13

Bibliografías

Fuentes de libros

Mott Robert. (2006). “Mecánica de fluidos”. Pearson. 6 ed.

Pérez, Farras. (2005). “selección fina de bombas” Universidad de Buenos Aires.

McCabe, Warren L. Smith, Julian C. y Harriot, Peter .“Operaciones Unitarias en

Ingeniería Química”. Mc Graw Hill. 7ma Edición

Fuentes electrónicas

http://www.agualatinoamerica.com/docs/pdf/7-8-02ref.pdf

http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/2538/Capitulo5.pdf