UNIVERSIDAD NACIONAL AUT8NOMA DE M9:ICO ACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ZARAGOZA
PEÑALOZA RIVERA LUIS ANTONIO
INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO LABORATORIO Y TALLER TALLER DE PROYECTOS
GRUPO 4652 2017-2
PRCTICA P1-6!" A#$%&'&' ( )*+*,&#./&# )* %.' /,.' /.,./+*,3'+&/.' )* .' 20 DE EBRERO DE 2017
I#+,)//&# En este informe se presentan, discuten y concluyen los resultados obtenidos de la práctica realizada en la planta piloto de la FES Zaragoza denominada “Análisis y determinación de las curvas características de bombas El bombeo de un fluido fluido en fase lí!uida lí!uida es una operación unitaria unitaria muy básica y com"n en la #ngeniería #ngeniería $uímica, ya !ue por medio de este proceso se traslada usualmente agua o alguna solución acuosa de un e!ui e!uipo po a otro otro de acue acuerd rdo o con con las las nece necesi sida dade dess !ue !ue se teng tengan an %a base base fund fundam amen enta tall del del funcionamiento de la bomba centrífuga, siendo la utilizada en este caso, es el de conocer su uso óptimo de energía, así como el de conocer sus límites para evitar llegar a ellos da&ándolas indeseablemente 'on el concepto de !ue las variaciones variaciones en la manera de conectar las bombas (serie o paralelo) paralelo) tienen como como consecu consecuenc encia ia diferen diferentes tes alterna alternativ tivas as !ue permit permiten en mayor mayor caudal caudal o cabeza cabezal,l, se procedi procedió ó a determ determina inarr las curvas curvas caracte caracterís rístic ticas as de las bombas bombas indivi individua duales les,, en serie serie y en parale paralelo lo *uestr *uestras as presiones se midieron diferentes manómetros, así como los caudales en sus rotámetros
O;*+& • • •
'onocer los distintos tipos de bombas !ue +ay en la planta piloto btener las curvas características de una bomba centrífuga btener las curvas características de un arreglo en serie y un arreglo en paralelo de dos bombas centrífugas 'omparar el comportamiento e-perimental de las bombas con el !ue indican los fabricantes
M.,/ +*,&/ En las las plant plantas as !uím !uímic icas as,, por por las las nece necesi sida dade dess de los los proce proceso soss !ue !ue se llev llevan an a cabo cabo en ella ellas, s, frecuentemente se re!uiere del transporte de diversos materiales “como los fluidos., a distintos lugares y en gran gran vari varied edad ad de tipo tiposs de flu/ flu/os os,, por por lo !ue !ue es nece necesar sario io util utiliz izar ar cier cierto toss disp dispos osititiv ivos os !ue proporcionen la energía necesaria para transportar a los diversos materiales 0ara los lí!uidos se usan las las bomb bombas as,, para para los los gases gases los los comp compre resor sores, es, vent ventililad adore oress y soplad soplador ores es y para para los los sólid sólidos os los trans transpor porta tado dore ress mecá mecáni nico cos s %os flui fluido doss lí!u lí!uid idos os y gases gases se trans transpor porta tan n a trav trav1s 1s de tube tuberí rías as y accesorios de control y cambio de dirección, en la soportería correspondiente 2odo e!uipo !ue mueve a un fluido agrega energía a 1ste El incremento de energía se usa para3 aumentar la presión a un recipiente, aumentar su velocidad o para llevar el fluido de una altura a otra mayor Al seleccionar una bomba para un traba/o o fin específico, el ingeniero debe tomar en cuenta algunos factores, como los !ue se enumeran a continuación3 a) *aturaleza del fluido a transportar, por e/emplo3 corrosividad, incrustación, to-icidad, temperatura, punto de inflamació inflamación, n, presión de vapor, vapor, viscosidad, viscosidad, densidad densidad (4) o gravedad específica específica (ɣ o Sp 5r), 5r), sólidos en suspensión, etc, b) 6ango de capacidad o caudal del e!uipo y capacidad re!uerida de la bomba en la descarga, c) 'ondiciones de potencia o cabeza en la succión y en la descarga, d) 2ipo de servicio3 continuo o intermitente,
e) %ugar de operación de la bomba3 espacio disponible, espacio re!uerido, a prueba de agua y +umedad, f) 7ise&o
B* )* %3<&)' Es un e!uipo de proceso no es un accesorio, sirve para transportar fluidos a diferentes puntos del proceso E-isten diferentes tipos de bombas •
Bombas reciprocantes
Este tipo de bombas se adiciona al fluido por medio de un pistón o 1mbolo y tambi1n puede ser una bomba de tipo diafragma y !ue puede ser accionada por una má!uina de vapor o por un motor el1ctrico la cantidad de fluido dependerá del volumen del cilindro y el n"me n"mero ro de vece vecess en !ue !ue se muev mueve e el pist pistón ón 1mbo 1mbolo lo o diaf diafra ragm gma a son son propulsadas por un cig8e&al o manivela con mecanismo para a/ustar la carrera de ida y vuelta del pistón 1mbolo o diafragma Aplicaciones3
9ane/a flfluidos vi viscosos de desde pa pastas ag aguadas, gr grava, gr grava co con ce cemento +asta mante!uillas Altas presiones a flu/os pe!ue&os y medios El gasto puede ser controlado mediante la velocidad a carrera de ida y vuelta del 1mbolo, pistón o diafragma Adaptable a ser operada mediante vapor, aire o motor el1ctrico por lo !ue puede instalarse en zonas peligrosas %arga duración 0ueden mane/ar lí!uidos con alta cantidad de grasas Se usan para lavar e!uipo 7escarga agua presiones de :;;; a <;;;; psig %as bombas de acción directa se usan para mane/ar gastos de =; a =>;; 509 0resión de descarga de ; a =;;;; psig
7esventa/as3
•
5asto intermitente con pulsaciones Son pesadas y ocupan muc+o espacio 0roducen muc+o ruido Son caras Acción directa, necesita vapor 6e!uieren válvula de seguridad Bombas diafragma o dosificadoras
2ienen un diafragma fle-ible con un lado en contacto directo con el lí!uido de proceso El diafragma puede puede ser plano plano o config configurad urado o corruga corrugado do y act"a act"a como como pistón pistón de despla desplazam zamien iento to limita limitado do %os e-tremos del lí!uido, válvulas mecanismo de a/uste carrera son los principales componentes de la bomba de diafragma son de cero fugas con insensibilidad del caudal a cambios de presión, gran precisión de a/uste de flu/o Aplicaciones3
0ueden mane/ar lí!uidos con gran cantidad de sólidos 9ane/an lí!uidos tó-icos o lí!uidos muy costosos 0uede traba/ar en seco por un periodo grande de tiempo ?san válvulas c+ec@
7esventa/as3
•
7escarga pulsante oluminosas 9ane/an gastos desde B a <;; galCmin 9ane/an presiones de descarga desde ; a D>;; psig *o se usa para viscosidades mayores a D>;; psig
Bombas rotatorias
Es una bomba de desplazamiento positivo y consiste en una cámara (carcasa) donde se encuentra un rotor !ue puede ser engranes e-c1ntricos, donde se encuentra un rotor !ue puede ser engranes e-c1ntricos, accionadas por la acción relativa de un e/e o árbol de propulsión, álabes, aspas, 1mbolos o elementos similares *o tiene válvulas separadas para descarga o succión Aplicaciones3
9ane/o de lí!uidos de cual!uier viscosidad 0rocesos !uímicos 9ane/o de alimentos 7escargas mínimas ombas para cargar carros tan!ues 0rotección contra incendios 2ransmisiones +idráulicas de potencia %ubricación a presión 0intura Enfriamiento para má!uinas +erramientas ombeo de petróleo (líneas, oleoductos) 6efinerías 9ane/o de grasas 5ases licuados Aceites calientes
7esventa/as3 •
%os lí!uidos contienen substancias abrasivas o corrosivas pueden causar un desgaste prematuro en las partes con tolerancias muy pe!ue&as Estas bombas no se deben usar donde pudieran !uedarse girando en seco Bombas centrífugas
2ransforman la energía cin1tica debido a la fuerza centrífuga en energía de presión Entrega un volumen variado de fluido con diferentes cargas para una velocidad constante
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'apac 'apacid idad ad re! re!uer uerid ida a 'arga 'arga de descar descarga ga en pies pies del del lí!ui lí!uido do 'ond 'ondic icio ione ness de succ succió ión n 6ecirculación 6ecirculación o transferen transferencia cia ombas de relevo relevo %í!uido o solución a bombear, dr, p, contiene sólidos en suspensión, cualidades abras abrasiv ivas as si +ay piedr piedra, a, por por cien ciento to por por peso, peso, temp tempera eratu tura ra de bomb bombeo eo,, pres presió ión n de vapor vapor a temperatura de bombeo G 9ateriales 9ateriales de construcci construcción ón Fierro Fierro fundido, fundido, acero ino-idab ino-idable le D
& 2ipo volta/e bomba && 'icla/e de operación &&& tras actividades deseadas
trifásico rpm tipo de corriente H0
I %ugar %ugar donde donde se inst instal alará ará la bomb bomba a 'asa de bomb bombas as o de compres compresor ores es,, donde donde el ruid ruido o no se escuc+a en la parte de afuera, se ponen aislantes de ruido J 'osto, se considera considera el costo costo fi/o fi/o !ue es precio precio total total del e!uipo e!uipo En el sistema analizado se tiene ya un gasto, ver en la curva de las bombas y selecciona la bomba !ue se desea 'on el gasto en la gráfica, ver la cabeza total !ue la mane/a y compara con la !ue se mane/a y la compara con la !ue se necesita en el proceso y ver si es mayor o menor Si3 H gráf gráfic ica a K H re! re!ue ueri rida da en el proce proceso so *o se compra, ir a otra bomba
H grá gráfifica ca L H re!u re!uer erid ida a en en el el pro proces ceso o Se compra (depende de M<, M=, MD, etc)
Se calcula el *0SH re!uerido (calculado en el sistema) y se compara con el *0SH disponible (propio de la bomba) *0SH7 L *0SH6 Nsta siempre tiene !ue ser mayor para !ue la bomba traba/e correctamente, si no e-iste bomba, el *0SH re!uerido del sistema se puede a/ustar a la bomba !ue funcione 'on respecto a la eficiencia se pide !ue la eficiencia de la bomba sea alta, esto significa !ue se aprovec+a toda la energía, por eso no conviene !ue se traba/e con eficiencias ba/as %a eficiencia es correcta si traba/a en las condiciones en las !ue fue pedido
M*)&),*' )* >%; %a medición medición de flu/o flu/o es una función función importante importante dentro dentro de cual!uier cual!uier organización organización !ue emplee emplee fluidos fluidos para para realizar realizar sus operacion operaciones es regulares regulares Se refiere refiere a la capacidad capacidad de medir medir la velocida velocidad, d, el flu/o flu/o volum1trico o el flu/o másico de cual!uier lí!uido lí!uido o gas
M*)&/&# )*% #&*%
%os tan!ues de almacenamiento a granel son parte integrales de muc+os sistemas de flu/o de fluidos, y con frecuencia es necesario vigilar vigilar el nivel !ue el fluido alcanza en ellos ellos
D*'/,&?/&# )*% *)&), )* #&*% @+&? >%+.), %a fuerza de flotación !ue act"a sobre un flotador +ace !ue este se eleve o descienda conforme el nivel del fluido cambia %a posición del flotador act"a sobre un interruptor o puede transmitirse una se&al a ubicación remota Es com"n !ue los flotadores se utilicen para detectar el límite superior o el límite inferior del nivel
M.+*,&.%
Fle-ómetro 'ascos
E<&?
ombas A y 2an!ues de almacenamiento A y 6otámetros
S*,&/&'
Electricidad Agua
M*+)%=3. En primera instancia se alinearon las tuberías de tal manera !ue del tan!ue A se transportara el agua al tan!ue tan!ue , mediant mediante e su respect respectiva iva bomba bomba A, los rotámet rotámetros ros estaban estaban calibr calibrado adoss previam previament ente, e, se manipuló a diferentes flu/os volum1tricos, con un rango apro-imado de = a
M*,&. )* /$%/%" 2ubería de acero comercial '7 B;
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Fórmulas para el cálculo de las pérdidas por fricción (H fs ) ) POR E !E"O#O #E $% & •
0ara los accesorios3
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E#+,.). .% +.#<* S.%&). )*% +.#<* V$%% V$%%.. )* /?* /?*,+ ,+.. ++.% ++.%*#+ *#+** .&*,+. V$%%. )* =% ++.%*#+* .&*,+. T** 2 T** C) )* F0 T,. ,*/+
7ada en el 'rane 7ada en el 'rane If 2 DB;f 2 B;f 2 G;f 2 D;f 2 L D f 2
( )
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2
•
•
K T T u2 = H fs (1) → ( E E ) 2 gc
0ara las tuberías en serie3 2
2
g ∆ P u2−u1 + + H fs ( 1) → ( E + H fs ( E) → ( 2) Q= ∆ Z + E ) gc ρ 2 gc •
ombas cuando el diámetro interno de la tubería de succión es diferente al diámetro de la tubería de descarga3 •
•
•
[ [
2
] ]
PS =
u g P Z 1 + 1 − 2 − H fs ( 1) →( S) ρ ρ g c ρ 2 g c
P D =
u g P Z 2 + 2 − 2 + H fs ( 1) →( D ) ρ ρ gc ρ 2 gc
∆P
O
2
P D − PS
P D− P S
•
•
−W f =
ρ
ombas en serie 3 H + H 1
2
2
2
2
g ∆ P u2−u 1 K T u2 −W f =¿ ∆ Z + + + g c ρ 2 gc 2 gc •
ombas en paralelo3 2
1 + ¿ Q2
Q¿ 2
2
g ∆ P u2 −u1 K T T u2 −W f =∆ Z + + + g c ρ 2 gc 2 gc
•
0otencia +idráulica3 P H =W fop∗w w =Qop∗ ρ
*ota3 la potencia potencia real no se calculó calculó debido a !ue no se contó con la eficiencia eficiencia a la !ue operan ambas bombas •
Accesorios3
omba A
A//*',& VCTA VGTA CODO F0 TEE 2 TEE TRAMO RECTO ENTRADA SALIDA
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26O
GRICA DE BOMBAS EN PARALELO
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A#$%&'&' )* ,*'%+.)' Al observar la primera gráfica, la “curva de la bomba calculada. es de tipo e-ponencial, conforme aument aumenta a el caudal, caudal, de igual manera, manera, lo +ace la cabeza cabeza de bombeo bombeo En la “curva “curva de bomba., se esperaba !ue al aumentar el flu/o, la cabeza de bombeo fuese en decremento, ya !ue para mane/ar el aumento aumento del flu/o se necesita necesita mayor carga, carga, !ue +ace !ue disminuya disminuya la altura altura y se puede ver en la gráfica 0ara la curva de bombas en serie, el aumento en la cabeza de bombeo es notable, se sabe !ue en las bombas en serie se tiene un caudal adecuado, pero se re!uiere aumentar la altura %a fricción puede cambiar ligeramente, ya !ue el fluido recorre una longitud mayor en el circuito en serie !ue en la operación normal En las bombas colocadas colocadas en paralelo paralelo +ubo un aumento de caudal, caudal, planteamient planteamiento o !ue se esperaba, puesto !ue para este tipo de acomodo, la altura se mantiene constante, pero el flu/o del sistema, es la suma del flu/o de la bomba A, con la bomba
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%os dos ob/etivos se puede concluir !ue se cumplieron, ya !ue se construyó las curvas características de cada curva, tanto de manera individual como en serie y paralelo
En cuanto al arreglo en paralelo no tuvimos los suficientes puntos para poder realizar bien la curva, ya !ue +ubo un punto donde los rotámetros ya no permitieron un aumento en el flu/o
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30
< '6A*E, '6A*E, “Flo of Fluids t+oug+ t+oug+ valves, fittings fittings and pipe. 2ec 2ec+nical +nical 0aper 0aper *o B<;, ?SA =;;J =;;J = Foust, Alan Alan S “0rincipios “0rincipios de peraciones peraciones ?nitarias. ?nitarias. =T edición edición 'E'SAC5rupo 'E'SAC5rupo Editorial Editorial 0atria 0atria 91-ico =;;G pp:>< D Fo-, U 6obert 6obert “#ntroducción “#ntroducción a la 9ecánica 9ecánica de Fluidos. BT edición edición 9cV5ra 9cV5ra Hill 91-ico 91-ico =;;; 0pJ cón, cón, 5arcía 5arcía Woa!uí Woa!uín, n, 5abrie 5abriell 2o/o arreir arreiro o “0roble “0roblemas mas de #ngeni #ngenierí ería a $uímica $uímica.. peraci peracione oness ásicas, 2omo 2omo #, Dra ed, Ed Aguilar, Espa&a : Sissom, Sissom, %eig+to %eig+ton n E, “Element “Elementss of 2ransp 2ransport ort 0+enom 0+enomena. ena.,, 9c5ra 9c5ra Hill, #nc, Poga@us Poga@us+a, +a, %td Wapan, JB J U+ite 9 9 Fran@ “9ecánica “9ecánica de Fluidos Fluidos. . Ga edición edición 9cV5ra 9cV5ra Hill Hill 91-ico 91-ico =;;Ipp=;;I =;;Ipp=;;I 10. Uil@es, Wames , “Fluid 9ec+anics for '+emical Engineers., =Q ed, 0rentice Hall, #nc, ?SA =;;>, p:IB
