lab de procesos 1 - bombas y curvas caracteristicas.paulina. javier. danilo

Facultad de Ingeniería Laboratorio de Procesos

0

Universidad de Magallanes Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Química

Laboratorio de Procesos Sistemas de bombas y curvas características

Paulina Barrientos

Javier Menz

Danilo Raddatz

13 de abril 2013

Sistemas de bombas y curvas características

1

Resumen

Objetivos Elaborar la curva característica Altura v.s caudal para dos bombas individuales y sus posteriores

conexiones en serie y paralelo. Concluir la más eficiente.

Teoría Cabeza o carga de carga de la bomba: se realiza un balance energético entre la succión y la

descarga de la bomba.

Conexión en serie:

Balance de materia

Balance de energía mecánica

Conexión en paralelo:

Balance de materia

Balance de energía mecánica

Conclusiones Debido a las condiciones de la bomba 2 el sistema más eficiente es la conexión en serie lo cual se

ve reflejado en el gráfico 5. La conexión en paralelo refleja a la bomba 1 trabajando sola, el bajo

aporte de la bomba 2 se debe a su insignificante presión de descarga. La causa posible es la falta

de mantenimiento del equipo que incluso emite ruidos durante toda la experiencia evidenciando

una posible erosión en su interior. Sin embargo, pese a los inconvenientes la tendencia es que a

mayor caudal, menor es la altura de descarga.

H: altura de cabeza

Pd: presión de descarga

Ps: presión de succión

𝜌: densidad del fluido

Q1: caudal bomba1

Q2: caudal bomba2

Qt: caudal total

H1: altura bomba 1

H2: altura bomba 2

Ht: altura total


2

Í ndice

Contenido Resumen

1 Introducción___________________________________________________________________3

2 Objetivos_____________________________________________________________________4

3 Teoría

3.1 Bomba centrífuga__________________________________________________________5

3.2 Cabeza o carga de la bomba__________________________________________________6

3.3 Arreglo en serie____________________________________________________________6

3.4 Arreglo en paralelo_________________________________________________________7

3.5 Curvas características_______________________________________________________9

4 Procedimiento experimental_____________________________________________________10

5 Datos y resultados_____________________________________________________________12

Gráfico1

Gráfico 2

Gráfico 3

Gráfico 4

Gráfico 5

6 Discusión____________________________________________________________________15

7 Conclusión___________________________________________________________________17

8 Anexos______________________________________________________________________18

Tabla 1

Tabla 2

Tabla 3

Tabla 4


3

1. Íntroduccio n

Una bomba es una máquina que transforma energía mecánica en energía hidráulica, la cual es

entregada a un líquido para que éste presente una mayor presión a la salida de la misma y pueda

ser transportado hasta un punto deseado. El motor de la bomba transforma energía eléctrica en

energía mecánica.

En este laboratorio el líquido a transportar es agua y las bombas utilizadas son centrífugas. Se

analizará la curva característica Altura v.s caudal para las bombas individuales, conectadas en serie

y paralelo.


4

2. Objetivos

Elaborar la curva característica experimental, altura de cabeza en función del caudal H(Q),

para dos bombas.

Elaborar la curva característica experimental, altura de cabeza en función del caudal H(Q),

para un sistema de bombas en serie y en paralelo.


5

3. Teorí a

3.1 Bomba centrífuga Una bomba es un dispositivo que incrementa la energía mecánica del fluido para trasladarlo de un

punto a otro que puede estar en condiciones diferentes de altura y presión. En este tipo de

mecanismos las características operativas son importantes para la selección y comportamiento

operativo para cubrir las necesidades del proceso.

El funcionamiento de una bomba centrífuga consiste en aumentar por la acción centrífuga la

energía mecánica del líquido, este entra a través de la conexión de succión concéntrica al eje del

elemento giratorio de alta velocidad llamada impulsor (o rotor), el cual será provisto de aspas

radiales inherentes con el mismo. El líquido fluye hacia fuera por el interior de los espacios que

existe entre las aspas y deja el impulsor a una velocidad considerablemente mayor con respecto a

la de la entrada del mismo. En una bomba que funciona de forma apropiada el espacio entre las

aspas esta por completo lleno de líquido que fluye sin cavitación.

3.2 Cabeza o carga de la bomba (H)

Si se considera que la bomba transfiere energía al fluido, se puede hacer un balance energético

entre la succión y la descarga de la bomba esto se ve representado por la siguiente ecuación:

(

) (

)

Donde:

v : velocidad del fluido

z : Altura o nivel.

P : Presión del fluido.

ρ : Densidad del fluido.

g : Constante de gravedad.

Hd: Cabeza o carga de descarga.

Hs: Cabeza o carga de succión


6

Si en la ecuación anterior, despreciamos las diferencias tanto de alturas como de velocidades

entre la succión y la descarga, se obtiene la ecuación (2) asumiendo que la densidad del líquido no

cambia.

3.3 Arreglo en Serie

Cuando en una instalación existente se requiera de un incremento en la carga y una sola bomba

no sea suficiente para desarrollarla, se hace necesario el uso de dos o más bombas con la misma

capacidad.

Figura 3.1: Arreglo en serie de dos bombas.

Balance de Materia:

Donde:

Q1= Flujo de Bomba 1


QT= Flujo Total

Balance de Energía Mecánica:


7

Donde:

HT= Cabeza total del sistema

H1= Cabeza de la Bomba 1


3.4 Arreglo en Paralelo

Cuando los requerimientos de bombeo son variables o cuando la descarga de dos o más bombas

están conectadas a la misma tubería se hace necesario la conexión en paralelo.

La operación de ambas bombas solo puede llevarse a cabo en la zona de las curvas en las que

existe igualdad de carga, ya que en zonas de diferentes cargas, la operación será solamente para

una de ellas.

Figura 3.2: Arreglo en paralelo de dos bombas.

Balance de Materia:

Donde:



QT= Flujo Total


8

Balance de Energía Mecánica:

Donde:

HT= Cabeza total del sistema



3.5 Curvas características de bombas centrífugas

Grafico 3.3: Curva característica de dos bombas centrífugas operando en serie.

Grafico 3.4: Curva característica de dos bombas centrífugas operando en paralelo.


9

4. Procedimiento experimental

4.1 Equipos 1 Tanque

2 bombas centrifugas

2 manómetros absolutos.

1 rotámetro

4.2 Procedimiento 1. Llenar el tanque de agua hasta cierto punto.

2. Medir la altura del agua dentro del tanque.

3. Cerrar las respectivas válvulas para utilizar cada bomba por separado, en serie y en paralelo

4. Establecer un caudal por medio del rotámetro, abriendo o cerrando la válvula de descarga al

tanque.

5. Medir presión de succión y presión de descarga al caudal seleccionado.

6. Realizar el paso 4 para distintos caudales.


10

5. Datos y resultados

Gráfico 1: Curva característica experimental bomba 1

Gráfico 2: Curva característica experimental bomba 2

0

2

4

6

8

10

12

0 5 10 15 20

Alt

ura

m

Caudal (lt/min)

Curva característica experimental Bomba 1

-5

-4

-3

-2

-1

0

0 5 10 15 20

Alt

ura

m

Caudal (lt/min)

Curva característica experimental Bomba 2


11

Gráfico 3: Curva característica experimental sistema en serie

Gráfico 4: Curva característica experimental sistema en paralelo

0

5

10

15

20

0 5 10 15 20

Alt

ura

m

Caudal lt/min

Curva característica experimental sistema en serie

Curva característicaexperimental sistemaen serie

0

1

2

3

4

5

0 5 10 15 20

Alt

ura

m

Caudal lt/min

Curva característica experimental sistema en paralelo

Curva característicaexperimental sistemaen paralelo


12

Gráfico 5: Comparación de curvas características experimentales y teóricas

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

0 5 10 15 20

Alt

ura

m

Caudal lt/min

bomba 1

bomba 2

paralelo

serie


13

6. Discusio n

La altura H es la diferencia entre la cabeza de descarga y de succión calculadas a través de un

balance de energía mecánica.

Bombas individuales

El gráfico 1 representa la curva característica H(Q) de la bomba 1, se verifica que a pesar de los

datos experimentales ésta posee un comportamiento semejante al de las curvas H(Q) de

bibliografía. Luego, la tendencia de esta curva es: a mayor caudal, menor altura de descarga.

Por otro lado, el gráfico 2 que representa la curva característica de H(Q) de la bomba 2 no posee la

tendencia mencionada anteriormente. Vemos alturas negativas, lo cual es imposible debido a que

ésta posee dimensión de longitud y siempre es positiva.

Sucede que en esta bomba la presión de succión es mayor que la de descarga, lo cual significa que

la bomba 2 no cumple la función de aumentar la energía del fluido y éste no posee la fuerza para

avanzar. La causa probable de este defecto es una falta de mantenimiento de la bomba, esto se ve

demostrado en los pocos datos de caudal encontrados y en el constante ruido que posee debida a

la presumible erosión en su interior.

Sistema de bombas en serie

Pese al poco aporte de la bomba 2, el sistema funciona en serie porque la totalidad del líquido que

sale de una bomba entra en la siguiente. Esto se confirma al analizar el gráfico 5, donde vemos

que la altura resultante (curva morada) a un caudal aproximadamente igual (en ciertos puntos del

gráfico), es igual a la suma de la altura de la bomba 1 (curva azul ) más la altura de la bomba 2

(curva rojo).

Sistema de bombas en paralelo

Se dice que dos bombas funcionan en paralelo cuando el caudal total de líquido que circula en el

sistema se divide en dos partes, entrando cada una de ellas a una bomba y luego se vuelven a unir.

Sin embargo, esto no ocurrió experimentalmente. El sistema funcionó como si sólo trabajase la

bomba y la bomba 2 aportó una disminución en la altura de cabeza (gráfico 5).

Teóricamente lo que debiese haber ocurrido es que a una misma altura el caudal del sistema fuese

la suma de los de la bomba 1 y 2.


14

7. Conclusio n

Concluimos que con las condiciones trabajadas en este laboratorio el sistema más eficiente de

bombas es la conexión en serie. Sólo ésta evidencia lo que la teoría dice: a igual caudal, la altura

resultante es la suma de la correspondiente a las bombas individuales (gráfico 3).

La bomba 2 posee un desperfecto y la presión de succión es mayor que la de descarga. Entrega

alturas negativas cuyo análisis es imposible, porque la altura posee dimensión de longitud y esta

siempre es positiva.

La conexión en paralelo evidencia a la bomba 1 trabajando sola. Es insignificante el aporte de la

bomba 2 debido a la poca presión de descarga que posee.


15

8. Anexos

Tabla 1: datos de caudal, presión y altura de la bomba 1

Q (lt/min) P1 (mmHg) P1 (Pa) P2 (bar) P2 (Pa) H (m)

10 760 101325,227 2 200000 10,0688544 12 745 99325,3873 1,8 180000 8,23210334 14 690 91992,6406 1,5 150000 5,91911831 16 560 74660,6938 1 100000 2,58564349 18 430 57328,747 0,6 60000 0,27257683

Tabla 2: datos de caudal, presión y altura de la bomba 2

Q (lt/min) P1 (mmHg) P1 (Pa) P2 (bar) P2 (Pa) H (m)

12 760 101325,227 0,69 69000 -3,298492 14 690 91992,6406 0,6 60000 -3,264555

15,5 600 79993,6005 0,4 40000 -4,080979

Tabla 3: datos de caudal, presión y altura para un sistema en paralelo

Q (lt⁄min) P1 (mmHg) P1 (Pa) P2 (bar) P2 (Pa) H (m)

18 340 45329,707 0,5 50000 0,47656051 16 470 62661,6537 0,9 90000 2,78962717 14 600 79993,6005 1,1 110000 3,0618775 12 730 97325,5473 1,3184 131840 3,52188293

10,5 760 101325,227 1,45 145000 4,45660946

Tabla 4: datos de caudal, presión y altura para un sistema en serie

Q (lt⁄min) P1 (mmHg) P1 (Pa) P2 (bar) P2 (Pa) H (m)

18 270 35997,1202 0,9 90000 5,51049794 16 405 53995,6803 1,5 150000 9,79635915 14 575 76660,5338 2 200000 12,5856598 12 730 97325,5473 2,5 250000 15,5790258 11 760 101325,227 2,6 260000 16,1913033


16

lab de procesos 1 - bombas y curvas caracteristicas.paulina. javier. danilo

Documents