INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL.ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLÓGICAS.DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA BIOQUÍMICA.

OPERACIONES DE TRANSFERENCIA DE MOMENTO

Practica 2CURVAS DE BOMBAS CENTRIFUGAS

Del valle Villanueva Claudia 5IV1 González Pérez OscarJiménez Waldo Ricardo Adan Santamaría Rivera María LizbethMartínez Díaz Juan Carlos

ProfesoresSerrano Gómez Luis Manuel Sandoval Carrasco Carlos Alberto

19 de Noviembre del 2013

INTRODUCCIONLas bombas centrífugas son turbo máquinas rotodinámicas que transfieren energía a un líquido mediante la acción de un elemento en rotación denominado rodete, que impulsa al  fluido a circular a través de unos canales delimitados por álabes de modo que el fluido entra en la dirección axial y sale en la dirección radial. El fluido que sale del rodete es recogido por una conducción de sección creciente, denominada voluta, que va rodeando la salida del rodete, dirigiendo finalmente el fluido hacia el conducto de impulsión a través de un tramo difusor.

Figura 1 .Bomba Centrifuga.

La energía específica (es decir, la energía por unidad de volumen, masa o peso de fluido) que una bomba dada es capaz de transmitir al fluido depende del caudal circulante, el cual puede variar entre 0 y un cierto caudal máximo. También la energía consumida por la bomba (la que absorbe del motor de accionamiento) y el rendimiento relación entre la energía entregada al fluido y la energía consumida) son función del caudal en circulación. La representación gráfica de la energía específica, la potencia consumida y el rendimiento de la bomba en función del caudal se denominan curvas características de la bomba.

CURVA DE UNA BOMBA Se refiere a la curva de funcionamiento de una bomba a eje libre que necesita un cierto tipo de accionamiento, habitualmente un motor eléctrico. Los problemas que pueden venir asociados a una bomba centrífuga y el tratar de resolverlos de la manera más eficientemente posible pasa, primeramente, por conocer de manera exacta y precisa si la bomba está funcionando dentro de los parámetros para los cuales fue diseñada, es decir, el punto en el cual se encuentra trabajando. ara la obtención de las curvas de una bomba se construyen bancos de prueba y ensayo equipados con todo lo necesario para ello. De una manera muy simplificada podemos ver como son éstos en el siguiente esquema:

Figura 2 .Diagrama de Flujo

Se deben monitorizar las presiones de aspiración e impulsión de la bomba, debe existir un medio de regulación del caudal de salida de la bomba y, por supuesto, los medios necesarios para la medición del caudal que suministra la bomba. Por otro lado se conocerán los datos físicos de la instalación como velocidad del impulsor, diámetro de este, altura neta disponible en la aspiración, etc.

Curva característica de la eficiencia de la bomba

La eficiencia de la bomba es otra curva característica de un sistema de bombeo que se traza en función del caudal a una velocidad de giro constante. La eficiencia de una bomba es la relación entre la potencia hidráulica agregada por la bomba al fluido y la potencia eléctrica consumida por el motor. El valor de la eficiencia es cero cuando el caudal es cero. A medida que el caudal aumenta, la eficiencia aumenta hasta un valor máximo, denominado punto de máximo rendimiento, A partir de este punto, cuando aumenta el caudal, la eficiencia disminuye

Curva característica del sistema de bombeoLa curva de un sistema de bombeo es una gráfica que muestra la altura de bombeo requerida en función del caudal a una velocidad de giro constante. La altura de bombeo requerida por el sistema es igual a la elevación que la bomba le debe proporcionar al fluido más la pérdida total de carga en todo el sistema..La obtención de la curva característica de un sistema de bombeo puede hacerse de varias formas Una de ellas consiste en variar el caudal que circula por el sistema restringiendo el porcentaje de apertura de la válvula en la línea de descarga En este caso se debe calcular la altura requerida para cada valor de caudal, sumando las pérdidas totales en el sistema con la elevación que la bomba le debe dar al fluido. [2]

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Figura 3 .Curvas de la bomba centrifuga.

OBJETIVOSOBJETIVO GENERALComprender el comportamiento de las bombas centrifugas al trabajar de manera individual.

OBJETIVO ESPECIFICOObtener las curvas de bombas centrifugas y la eficiencia de la bomba

EQUIPO

PROCEDIMIENTO PARA ESTABLACER LAS CURVAS DE UN SISTEMA DE BOMBA

*AL FINAL DE LA DETERMINACION REALIZADA Y OBTENIDAS LAS LECTURAS, SE PROCEDIO A PRACTICAR CON EL SISTEMA COMO ES QUE SERIA UN SISTEMA EN SERIE Y COMO UNO EN PARALELO

DATOS EXPERIMENTALES

Gasto (gal/min)

∆P (psi)

Corriente I(amp)

Carga h

(ft)

TRABAJO W

(lbf.ft/lbm)

Potencia suministrada

P (Hp)

masa (lbm/s)

potencia producida

(HP)

Eficiencia ᶮ (%)

3 0.6 0.4 1.3846 1.3846 0.0590 0.4171 0.0010 1.77942.75 1 0.39 2.3077 2.3077 0.0575 0.3823 0.0016 2.78822.5 1.6 0.39 3.6923 3.6923 0.0575 0.3475 0.0023 4.05562.25 2 0.39 4.6154 4.6154 0.0575 0.3128 0.0026 4.56262 2.4 0.39 5.5385 5.5385 0.0575 0.2780 0.0028 4.86671.75 2.9 0.38 6.6923 6.6923 0.0561 0.2433 0.0030 5.28101.5 3.1 0.38 7.1538 7.1538 0.0561 0.2085 0.0027 4.83871.25 3.2 0.38 7.3846 7.3846 0.0561 0.1738 0.0023 4.16231 3.4 0.37 7.8462 7.8462 0.0546 0.1390 0.0020 3.63360.75 3.5 0.37 8.0769 8.0769 0.0546 0.1043 0.0015 2.80540.5 3.6 0.37 8.3077 8.3077 0.0546 0.0695 0.0010 1.9237

Abrir por completo la válvula para flujo total

Encender la bomba

Ir estrangulando la válvula del rotámetro para obtener flujos menores, lo cual variara las Presión y el Amperaje total. Realizar 6 lecturas, obteniendo una tabulación de P, Q e

Tabla 1.Cuadro con los datos de la práctica.CALCULOSPara obtener h se despeja de la formula ∆ P=ρ gh

h=|0.6 lbf¿2 ||144 ¿2

1 ft 2 | 1 ft 362.4 lbm| s2

32.174 ft|32.174 lbm . ftlbf . s2=1.3846 ft

El trabajo tiene los mismos valores de h solo que diferentes unidades en el sistema inglesW=1.3846 lbf . ft / lbm

Para obtener la potencia suministrada se emplea la formula P=VI

Ps=|220JC ||0.4Cs |1HP ´ s s745.7 J=0.0590HP ' s

El flujo másico se obtiene con la siguiente formula m=Q ρ

m=|3Galmin | 1 ft37.481Gal |62.4 lbmft 3 |1min60 s

=0.4171 lbm/s

La potencia producida se obtiene con la siguiente formula P=W .m

Pp=|1.3846 lbf . ftlbm |0.4171lbms | 1HP s550lbf . ft|=0.0010HP´ s

La eficiencia se obtiene empleando la formula n=PPPS

∗100

ᶮ=|0.0010HP ´ s0.0590HP ´ s|(100 )=1.7794

De esta misma forma se obtienen los demás resultados que nos permitirán al final obtener las curvas características de centrifugación.

GRAFICAS

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.51.00002.00003.00004.00005.00006.00007.00008.00009.0000

10.000011.0000

0.05000.05500.06000.06500.07000.07500.08000.08500.09000.09500.1000

CURVAS DE BOMBA CENTRIFUGA

H-Qp-q

Q [Gal/min]

H[f

t]

GRAFICA 1.Curvas de bomba centrifuga

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.50.0000

1.0000

2.0000

3.0000

4.0000

5.0000

6.00005.2810

Eficiencia de la bomba

n-Q

Q [Gal / min]

n [

%]

GRAFICA 2.Eficiencia de la bombaCUESTIONARIO

a) ¿Se obtendrían picos de eficiencia en cada caso?Si, al estar variando el gasto volumétrico la bomba reflejara una mayor estabilidad a determinado valor ya sea en serie o paralelo.

b) En arreglos en serie, ¿Para donde se desplaza el pico de eficiencia? Se desplazará positivamente aumentando la eficiencia, aunque en nuestros resultados es poca, observamos un aumento bastante obvio a un gasto de 1.5 gal/min.

c) En arreglos en paralelo, ¿Para donde se desplaza el pico de eficiencia?

Siendo que no realizamos el experimento en paralelo se desplazaría positivamente aumentando la eficiencia.

d) ¿Qué ventajas se obtienen de un arreglo de bombas pequeñas respecto de usar solamente una bomba?Utilizar de manera uniforme un espacio pequeño, menos desgaste para cada bomba al estar repartido el bombeo entre dos equipos, para este caso que es móvil un mejor transporte, alcanzar presiones más elevadas y gasto volumétrico.

e) Si no se obtienen picos en las gráficas ¿A que podría deberse? A que la bomba está en condiciones de operación muy por debajo de las especificaciones que debería tener en la etiqueta como estar maltratada, vieja y tenga varias reparaciones.

f) ¿Podrían obtenerse curvas de este tipo para bombas reciprocantes o rotatorias?si, conforme aumenta la presión la capacidad de carga disminuye y la potencia que requiere para manejar la bomba es lineal con la presión y la capacidad varia linealmente con la velocidad de carga ya que manejamos estos factores podemos obtener las curvas.

Fuente: Beltrán P., Rafael. Introducción a la Mecánica de Fluidos. Bogotá. McGraw Hill Uniandes, 1991. P.419

g) Investigue que resultado tiene en las bombas centrifugas el cambio de diámetro en el impulsor ¿Cómo es una gráfica para diversos diámetros? A diámetros más pequeños la velocidad es mayor y la capacidad de carga es menor, al revés seria que a mayor diámetro menor velocidad y mayor capacidad de carga con eficiencias máximas para cada tipo de trabajo. Como se muestra en las fotografías.

Fuente: Ataix, Claudio. Mecánica de Fluidos y Máquinas Hidráulicas, México. Harper & Row Publishers Inc., 1978. P.31-32

DISCUCIONES

Como se puede observar la gráfica 1 nos muestra las curvas obtenidas en base a la potencia y a la carga en la bomba centrifuga en esta grafica podemos ver que la curva H-Q representa a una curva característica inversamente proporcional ya que a menor gasto mayor es la carga de la bomba, la curva obtenida será distinta. Ya que en una misma bomba podemos usar distintos diámetros de rodete, así, se debería suministrar junto con la bomba, no una curva, sino una familia de curvas en función de los diámetros de diferentes de impulsor a utilizar, en comparación la curva de P-Q es directamente proporcional ya que la potencia aumenta continuamente con el caudal. El motor deberá estar dimensionado para que su potencia cubra todo el rango de caudales Q a utilizar con la bomba.

Estas graficas comparadas con la Figura 3, que son las curvas características teóricas podemos ver que tienen una gran similitud en cuando a tendencia ya que presentan las mismas características que las obtenidas experimentalmente.

En cuanto a la curva de eficiencia nos dimos cuenta que la máxima eficiencia de la bomba es de 5.2810 este valor es muy bajo y quiere decir que el sistema no está en las condiciones óptimas para trabajar, porque este valor tendría que ser mayor al 50% ; el resultado está afectado directamente por la potencia tanto producida y suministrada, tomando en cuenta también que la intensidad de corriente

no es tan variable y como el voltaje prácticamente no variaba, la potencia suministrada es muy similar para todos los datos obtenidos, por lo tanto el flujo de masa también es pequeño y la potencia producida aunque es variable es pequeña más de lo normal y por lo tanto se demuestra en la gráfica 2

CONCLUSIONES

Por medio de la experimentación pudimos obtener las curvas de la bomba centrifuga así como la eficiencia de la bomba

BIBLIOGRAFIA

[1] Tipos de Bombas http://bombascentrifugas.info-tecnica.org/ Consultada el 17 de Noviembre del 2013[2] Curvas de Bombas centrifugas http://www.uclm.es/area/ing_rural/trans_hidr/tema6.pdf Consultada el 17 de Noviembre del 2013