practica laboratorio

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República Bolivariana de Venezuela. Ministerio del Poder Popular para la Educación. Universidad Rafael Urdaneta. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Química e Industrial. Catedra: Laboratorio de Operaciones Unitarias I. Sección: “A” Practica N°4 Operación de Bombas Centrifugas en Serie o Paralelo

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Laboratorio de operaciones unitarias, practica 6

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Page 1: Practica Laboratorio

República Bolivariana de Venezuela.Ministerio del Poder Popular para la Educación.

Universidad Rafael Urdaneta.Facultad de Ingeniería.

Escuela de Ingeniería Química e Industrial.Catedra: Laboratorio de Operaciones Unitarias I.

Sección: “A”Practica N°4

Operación de Bombas Centrifugas en Serie o Paralelo

Junio, 2015

Índice

Página

1.Resumen ……………………………………………………………………. 32.Objetivos de la práctica……………………………………….…………….. 4

Page 2: Practica Laboratorio

3.Fundamentos Teóricos…………………………………………………….. 54.Nomenclatura……………………………………………………………….. 105.Aparatos experimentales……………………………………………………11

5.1. Descripción del equipo ……………………………………………… 115.2.Procedimiento…………………………………………………………..135.3.Datos………………………...…………………………………………. 14

6.Resultados…………………………………………………………………… 157.Conclusiones………………………………………………………………… 188.Recomendaciones………………………………………......…………….. 199.Bibliografía……………………………………………………......………… 2010.Apéndice .........………………………………………………………….…. 21

Resumen

Page 3: Practica Laboratorio

Objetivos de la Práctica

1.- Determinar y graficar la curva característica de una bomba centrifuga con los parámetros Caudal vs. Cabezal Dinámico Total.

Page 4: Practica Laboratorio

2.- Calcular y graficar las curvas teóricas para las configuraciones en serie y paralelo para ambas bombas centrifugas con los parámetros Caudal vs. Cabezal Dinámico Total determinado en el objetivo anterior.

3.- Determinar experimentalmente las curvas reales de operación de las bombas en las dos configuraciones, superponer las curvas reales con las curvas teóricas obtenidas. Preparar un gráfico para cada configuración.

4.- Determinar experimentalmente las curvas reales de operación de las bombas en las dos configuraciones, superponer las curvas reales con las curvas teóricas obtenidas. Preparar un gráfico para cada configuración.

Escriba aquí la ecuación.Fundamentos Teóricos

Cabezal Total Dinámico

Page 5: Practica Laboratorio

Las bombas son equipos que se utilizan para proporcionar energía a un fluido incompresible con el objeto de poderlos transportar. Particularmente, las bombas centrífugas son equipos cinéticos donde se produce transferencia de energía por la acción de la fuerza centrífuga. Básicamente están compuestas de un impulsor y una carcasa. El fluido entra a la bomba a través del centro del impulsor. La energía es transferida al líquido cuando las paletas del impulsor lo obligan a desplazarse hacia afuera en dirección radial.

Básicamente, una bomba aumenta la carga entre los puntos de entrada (1) y salida (2) de la misma.

Este cambio se puede representar a través de la aplicación de la ecuación de Bernoulli generalizada:

Ecuación 1.

El término Wa representa el trabajo real desarrollado en cambiar el estado de energía de una masa unitaria del fluido. Alternativamente puede ser presentado como un Cabezal Dinámico Total (TDH) de la bomba al ser convertidas las unidades de trabajo por unidad de masa a un cabezal expresado en longitud.

Ecuación 2.

Si se expresa en términos de cabezales de succión y descarga la ecuación 2 se transforma en:

TDH = hd - hs Ecuación 3.

En la que cada cabezal se puede determinar por:

Page 6: Practica Laboratorio

Ecuación 4.

Ecuación 5.

En el caso específico de este sistema experimental se pueden establecer las siguientes premisas o condiciones operacionales:

hf ≈ 0: Carga que pierde el fluido por fricción a través de pérdidas locales entre el punto de entrada y salida de la bomba. En este caso el valor es muy bajo.

Pa = Presión atmosférica

Pi = Presión manométrica a la entrada ó salida de la bomba.

De acuerdo con lo anterior, la ecuación 3 para este sistema queda como sigue:

Ecuación 6.

Operación en Serie o Paralelo

Cualquier tipo de conexión o cualquier clase de bomba puede presentar problemas. Frecuentemente, cuando la demanda es excesivamente variable, pueden operarse dos o más bombas en serie o paralelo para satisfacer la alta demanda, usando una bomba para las demandas bajas. Para especificar correctamente las bombas y juzgar su comportamiento bajo varias condiciones, debe usarse la curva de columna del sistema en unión de las curvas de comportamiento de las bombas compuestas.

Page 7: Practica Laboratorio

La operación en paralelo de dos o más bombas es un método común para llenar los requisitos cuando varía la capacidad. Arrancando solo aquellas bombas que se necesitan para cumplir la demanda, normalmente se puede lograr la operación cerca de la máxima eficiencia. Las características de carga – capacidad de las bombas no necesitan ser idénticas, pero deben presentar características operacionales semejantes, de no ser así, pueden ocasionarse problemas operacionales como que una de las bombas lleve la mayor parte de la carga e incluso bajo ciertas circunstancias llevarla toda, con lo que la otra bomba supondrá un estorbo mas que una ayuda al poder causar un flujo en sentido opuesto al de bombeo en una de las bombas, entre otros problemas. Las bombas múltiples en una estación sirven de reservas para casos de emergencia y reducen el tiempo de inactividad durante el mantenimiento y las reparaciones.

La posibilidad de mover dos bombas con un solo motor siempre debe considerarse, ya que es posible mover las bombas pequeñas a velocidades alrededor del 40 % mayores que una sola bomba del doble de la capacidad. El ahorro en costo del motor de mayor velocidad puede desplazar fácilmente el incremento en el costo de dos bombas y dar flexibilidad adicional de operación.

En la Figura 1. se explica como se determina la curva característica para dos bombas centrifugas operando en paralelo, no basta multiplicar el caudal de una bomba por el número de ellas, sino que hay que proceder del modo siguiente: si trabaja solamente la bomba 1, se tiene el punto de funcionamiento B1, si trabaja la bomba 2 solamente, el punto de funcionamiento es el B2.

Figura 1. Curva característica de bombas operadas en paralelo

Page 8: Practica Laboratorio

Fuente: Mecánica de Fluidos con Aplicaciones en Ingeniería, Franzini y Finnemore

Para calcular el punto de funcionamiento del conjunto B es necesario construir primero una curva Q-H común. La curva característica común se obtiene por adición de los caudales de cada una de las bombas. Para ello se toman primero sobre el eje de ordenadas varios valores, elegidos arbitrariamente, de alturas de elevación y se llevan estas alturas, por ejemplo H1/H2/H3, a las curvas de las bombas 1 y 2. En los puntos de intersección de las alturas H1, H2, H3, con la curva de la bomba 1 se obtienen los caudales correspondientes Q1, Q2, Q3. Estos caudales se suman ahora simplemente a los caudales obtenidos con la curva de la bomba 2 en los puntos de intersección con las alturas H1, H2, H3. Los puntos C, D, E así obtenidos se unen entre sí para formar la curva característica común de las bombas 1 y 2

El punto de intersección de la curva característica de la instalación con la nueva curva característica es el punto de funcionamiento B de las bombas funcionando en paralelo. La curva característica común comienza en A porque por encima de A la bomba 1 aún no produce elevación. La figura 2 aclara el cálculo de la curva característica común de dos bombas conectadas en paralelo cuando tienen iguales curvas Q-H.

Page 9: Practica Laboratorio

Figura 2. Curva característica de bombas con curvas iguales operando en paralelo

Fuente: Mecánica de Fluidos con Aplicaciones en Ingeniería, Franzini y Finnemore

Se aprecia claramente que el caudal conjunto que se consigue en el punto de funcionamiento B es menor que la suma de los caudales que se obtendrían con cada una de las bombas por sí solas en el punto B1.

En la operación en serie se efectúa la conexión de varias bombas, una a continuación de la otra (conexión en serie) cuando no basta una sola bomba centrífuga para vencer la altura de elevación deseada. En el funcionamiento en serie se suman las alturas de elevación de cada una de las bombas para el mismo caudal elevado. (Ver figura 3).

Figura 3. Curva característica de bombas operadas en serie

Page 10: Practica Laboratorio

Fuente: Mecánica de Fluidos con Aplicaciones en Ingeniería, Franzini y Finnemore

Para determinar el punto de funcionamiento B para la elevación común, hay que determinar primero la línea Q-H del conjunto. Esta nueva curva se obtiene sumando las alturas de elevación de cada una de las bombas para un mismo caudal. La altura de elevación H1 de la bomba 1 para el caudal Q1 se transporta sobre la curva de la bomba 2, y lo mismo se hace con H2, H3, etc.

Los puntos A, C, D, así obtenidos se unen para formar la curva característica común de las bombas 1 y 2. El punto de intersección de la curva característica de la instalación con la nueva línea Q-H es el punto de funcionamiento B de las bombas centrífugas conectadas en serie.

Fluido incompresible

Un flujo se clasifica en compresible e incompresible, dependiendo del nivel de variación de la densidad del fluido durante ese flujo. La incompresibilidad es una aproximación y se dice que el flujo es incompresible si la densidad permanece aproximadamente constante a lo largo de todo el flujo. Por lo tanto, el volumen de todas las porciones del fluido permanece inalterado sobre el curso de su movimiento cuando el flujo o el fluido son incompresibles.

En esencia, las densidades de los líquidos son constantes y así el flujo de ellos es típicamente incompresible. Para una longitud y diámetro de tubería específica se considera que las pérdidas de presión se deben a los efectos de la fricción y que ésta es una función del Número de Reynolds.

Velocidad promedio

Es aquella que es calculada como caudal de circulación dividido por la sección total del conducto donde tiene lugar el proceso; en este caso el proceso se lleva a cabo en una tubería siendo la ecuación para su cálculo

Page 11: Practica Laboratorio

𝑉= Q/A Ecuación 7

Caudal

Es la cantidad de fluido que circula a través de una sección del ducto (tubería, cañería, oleoducto, río, canal,...) por unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Menos frecuentemente, se identifica con el flujo másico o masa que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. En esta práctica se calculó de la siguiente manera, donde el numerador se refiere a los volúmenes reportados al inicio (subíndice 0) y al final (subíndice 1) entre el tiempo.

𝑄= (𝐿1− 𝐿2)/t Ecuación 8

Page 12: Practica Laboratorio

Nomenclatura

Caudal: Q. l/s, m3/h, m3/s Diámetro: D. pulg, m Velocidad del fluido: v. m/s. Volumen: V. L. Densidad: ρ. Kg/m3

Altura: z. pulg, m, cm. Viscosidad: µ. Kg/m.s Gravedad: g. m/s2

Presión: p. pa, psi Voltaje: V. V. Intensidad de corriente: A. A. Tiempo: t. min. Area: A, m2, pulg2

Viscosidad dinámica: µ, Pa.s Viscosidad cinematica: v, m2/s

Aparatos experimentales

Page 13: Practica Laboratorio

Descripcion del Equipo

1. Tanque de almacenamiento principal: Se utiliza para almacenar el fluido que alimentara al sistema. En este caso se utiliza agua. Para Conexión en Serie y una él solo uso de la bomba 5 se utiliza solo este tanque. Este también cuenta con un visor de vidrio para supervisar el nivel del mismo.

2. Tanque de almacenamiento secundario: Se utiliza para almacenar el fluido que alimentara al sistema. En este caso se utiliza agua. Solo se utiliza para la Conexión en Paralelo. Este también cuenta con un visor de vidrio para supervisar el nivel del mismo.

3, 6, 7, 11, 12 13. Válvulas de Bola: Se utilizan para controlar el caudal que circula por el circuito y para abrir y cerrar conexiones por el circuito.

4, 8. Manómetros: Se utilizan para la medición de las presiones de succión y descarga respectivamente.

5 y 10. Motobombas Tipo Centrífuga: Equipo utilizado para inducir un cabezal de presión al sistema de tal manera que éste pueda vencer la inercia y circule por el circuito.

9. Válvula de Compuerta: Se utiliza para abrir o cerrar la conexión en serie de las Bombas centrifugas 5 y 10.

14. Contador de Flujo: Se utiliza para la medición de la cantidad de volumen que se transporta por el sistema.

15. Red de tuberías de plástico y galvanizado: Parte por donde se transporta el fluido.

16. Termómetro: Instrumento utilizado para medir la temperatura del ambiente. Se necesita para determinar las propiedades de fluido a las condiciones de temperatura que refleja.

Procedimiento

Page 14: Practica Laboratorio

Operación de una bomba centrífuga.

1. Se verificó la temperatura del sistema mediante el termómetro.

2. Se prendió la Bomba 5 mediante el interruptor y se abrieron las válvulas 3, 6 y 13, ésta última para controlar el caudal circulante; cerrando las válvulas 9, 7, 11 y 12 para trabajar con sólo una bomba.

3. Se le tomo una foto al contador, en un intervalo de 5 min se procedió a realizar las lecturas correspondiente de presiones de descarga y de succión a través de los Manómetros.

4. Se anotaron los datos obtenidos en forma tabular, y al transcurrir los 5 min, se tomó otra foto de la medición del contador, de esta manera se podrá determinar el volumen que transcurrió en ese periodo de tiempo.

5. Se cerró un poco la válvula 13, para que disminuyera el caudal y se volvió a realizar el procedimiento previamente expuesto.

6. Esto se repitió un total de 3 veces.

Operación de dos bombas centrífugas conectadas en serie.

1. Se verificó la temperatura del sistema mediante el termómetro.

2. Se encendieron las Bombas 5 y 10 mediante el interruptor conectándolas en serie abriendo las válvulas 3, 9, 7 y 13, ésta última para controlar el caudal circulante; cerrando las válvulas 6 y 11 para trabajar con ambas bombas.

3. Se le tomo una foto al contador, en un intervalo de 5 min se procedió a realizar las lecturas correspondiente de presiones de descarga y de succión a través de los Manómetros.

4. Se anotaron los datos obtenidos en forma tabular, y al transcurrir los 5 min, se tomó otra foto de la medición del contador, de esta manera se podrá determinar el volumen que transcurrió en ese periodo de tiempo.

5. Se cerró un poco la válvula 13, para que disminuyera el caudal y se volvió a realizar el procedimiento previamente expuesto.

6. Esto se repitió un total de 3 veces.

Operación de dos bombas centrífugas conectadas en paralelo.

1. Se verificó la temperatura del sistema mediante el termómetro.

2. Se encendieron las Bombas 5 y 10 mediante el interruptor conectándolas en paralelo abriendo las válvulas 3, 7, 6, 11, 12 (a la mitad ) y 13, ésta última para controlar el caudal circulante y cerrando las válvulas 9 para trabajar con ambas bombas.

Page 15: Practica Laboratorio

3. Se le tomo una foto al contador, en un intervalo de 5 min se procedió a realizar las lecturas correspondiente de presiones de descarga y de succión a través de los Manómetros.

4. Se anotaron los datos obtenidos en forma tabular, y al transcurrir los 5 min, se tomó otra foto de la medición del contador, de esta manera se podrá determinar el volumen que transcurrió en ese periodo de tiempo.

5. Se cerró un poco la válvula 13, para que disminuyera el caudal y se volvió a realizar el procedimiento previamente expuesto.

6. Esto se repitió un total de 3 veces.

7. Es necesario acotar que durante todo el procedimiento se tenía que observar el nivel de vidrio de cada uno de los tanques, de manera que ninguno de ellos descendiera lo suficiente como que para el otro ascendiera y pudiéndose el mismo desbordar, de esta manera se controlaba el flujo al tanque 2 con la válvula 12.

Datos Experimentales

Page 16: Practica Laboratorio

Para una bomba:

Lo (m3) L1 (m3) T (min) Ps Pd

651,6376 651,8029 5 1 26

651,8053 651,9698 5 1 26

651,9722 652,1294 5 1 26

Para bombas en serie:

Lo (m3) L1 (m3) T (min) Ps Pd

652,1390 652,3258 5 1 31

652,3279 652,5115 5 1 32

652,5156 652,6993 5 1 33

Para bombas en paralelo:

Lo (m3) L1 (m3) T (min) Ps Pd

652,6953 652,7221 5 1 40

652,7235 652,7504 5 1 40

652,7511 652,7782 5 1 41

Page 17: Practica Laboratorio

Apendice

Cálculo del Caudal

Para una bomba.

Para bombas en serie.

Para bombas en paralelo.

Cálculo del área

Page 18: Practica Laboratorio

Área de succión

= 5,07x10-4m2

Área de descarga

= 2,85x10-4m2

Cálculo de la velocidad

Para una bomba

Para bombas en serie

Page 19: Practica Laboratorio

Para bombas en paralelo

Cálculo de TDH

Para una bomba

Page 20: Practica Laboratorio

Para bombas en serie

Para bombas en paralelo

Page 21: Practica Laboratorio

Cálculo para las curvas teóricas Configuración en Serie

Configuración en Paralelo