INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS EXTRACTIVAS
FLUJO DE FLUIDOS
Práctica 5: BOMBAS CENTRIFUGAS Y SUS CURVAS
CARACTERISTICAS
Alumno: MORENO GARCÍA AISLINN GABRIELA
Equipo: # Equipo: #6
Grupo: 2IM44
TURNO MATUTINO
3 de !"#$ de 2%&'
&(%( INTR &(%( INTRO ODUCC UCCIO ION N &(& DEFINICION Las Bombas centrífugas también llamadas Rotodinámicas, son siempre rotativas y son un tipo de bo bomb mba a hi hidr dráu áulilica ca que transforma la energía la energía mecá me cáni nica ca de un impulsor. na bomba centrífuga es una máquina que consiste de un con!unto de paletas rotatorias encerradas dentro de una ca!a o cárter, o una cubierta o cora"a. e denominan así porque la cota de presi$n que creanes ampliamente atribuible a la acci$n centrífuga. Las Las pale paletas tas impar imparten ten ener energí gía a al %uido %uido por por la fuer" fuer"a a de esta esta misma misma acci$n. &s aquella máquina que incrementa la energía de velocidad del %uido %uido median mediante te un eleme elemento nto rotan rotante, te, aprov aprovech echan ando do la acci$ acci$n n de la fuer"a centrífuga, y transformándola transformándola a energía potencial a consecuencia consecuencia del cambio de secci$n transversal por donde circula el %uido en la parte estática, la cual tiene forma de voluta y'o difusor.
(.). CLASIFICACI)N *um *umero ero pasos
de Bombas de un solo paso. on aquellas en las cuales la car carga diná dinámi mica ca tota totall es desa desarrrolla ollada da por por un solo solo impulsor. Bombas de varios pasos. on aquellas en las cuales la carga carga dinám dinámica ica total total es desar desarro roll llada ada por por más más de un impulsor.
+ipo succi$n
de Bombas de succi$n simple. on aquellas provistas de uno o más impulsores de succi$n simple. Bombas de succi$n doble. on aquellas provistas de uno o más impulsores de succi$n doble.
osici$ osici$n n de Bom Bombas hori"o ri"on ntale ales. on aquellas llas la %echa cuya posici$n de la %echa, normalmente es hori"ontal. -plicaciones Riego en general, istemas de incendio, -ire acondicionado. Bomba Bombas s verti vertical cales. es. on on aquel aquellas las cuya cuya posic posici$n i$n de la %echa, normalmente es vertical +ipo
de Las bombas bombas pueden tener uno o dos impulsores impulsores
impulsor +ipo carca"a
abiertos, semiabiertos o cerrados. de Bombas con carca"a bipartida La carca"a de la bomba puede estar bipartida hori"ontal o verticalmente sobre la línea de centros de la bomba, o en cualquier otra direcci$n radial. Bombas de voluta on aquellas cuya carca"a está construida en forma de espiral o de voluta. Bombas de carca"a circular on aquellas cuya carca"a está construida de secci$n transversal constante, concéntrica con el impulsor. Bombas de difusor. on aquellas provistas de un difusor
/ateriales de construcci$ n
Las bombas centrífugas, pueden fabricarse de casi todos los metales comunes conocidos o de sus aleaciones, así como de porcelana, vidrio, cerámica, materiales sintéticos y otros.
+ipo de %u!o
0lu!o radial en el caso de los %u!os ba!os y altas presiones, la acci$n del rotor de la bombas es en gran medida radial. 0lu!o a1ial desarrollan su columna por la acci$n de impulse o elevaci$n de las paletas sobre el líquido. 0lu!o mi1to las bombas de %u!o mi1to desarrolla su columna parcialmente por 0 centrifuga y parcialmente por el impulsor de los álabes sobre el líquido. &l diámetro, de descarga de los impulsores es mayor que el de entrada.
&(3( PARTES( •
•
•
2arcasa &s la parte e1terior protectora de la bomba y cumple la funci$n de convertir la energía de velocidad impartida al líquido por el impulsor en energía de presi$n. &sto se lleva a cabo mediante reducci$n de la velocidad por un aumento gradual del área. 3mpulsores &s el cora"$n de la bomba centrífuga. Recibe el líquido y le imparte una velocidad de la cual depende la carga producida por la bomba. -nillos de desgaste 2umplen la funci$n de ser un elemento fácil y barato de remover en aquellas partes en donde debido a las
•
•
•
•
cerradas holguras entre el impulsor y la carcasa, el desgaste es casi seguro, evitando así la necesidad de cambiar estos elementos y quitar solo los anillos. &stoperas, empaques y sellos la funci$n de estos elementos es evitar el %u!o hacia fuera del líquido bombeado a través del ori4cio por donde pasa la %echa de la bomba y el %u!o de aire hacia el interior de la bomba. 0lecha &s el e!e de todos los elementos que giran en la bomba centrífuga, transmitiendo además el movimiento que imparte la %echa del motor. 2o!inetes irven de soporte a la %echa de todo el rotor en un alineamiento correcto en relaci$n con las partes estacionarias. oportan las cargas radiales y a1iales e1istentes en la bomba. Bases irven de soporte a la bomba, sosteniendo el peso de toda ella.
&(4( FUNCIONAMIENTO( &l %u!o entra a la bomba a través del centro u o!o del rodete y el %uido gana energía a medida que las paletas del rodete lo transportan hacia afuera en direcci$n radial. &sta aceleraci$n produce un apreciable aumento de energía de presi$n y cinética, lo cual es debido a la forma de caracol de la voluta para generar un incremento gradual en el área de %u!o de tal manera que la energía cinética a la salida del rodete se convierte en cabe"a de presi$n.
&('( ARREGLOS EN SERIE Y PARALELO( S#*+e,- e" Se.#e ara
cualquier
lectura
en
la
operaci$n (. La válvula de compuerta antes de la bomba de doble impulsor deberá permanecer totalmente cerrada.
). La válvula de globo después de la descarga de la bomba de un impulsor deberá permanecer totalmente cerrada. 5. La válvula de globo que interconecta ambas bombas deberá permanecer totalmente abierta. 6. La válvula de compuerta antes de la alimentaci$n de la bomba de un impulsor deberá permanecer totalmente abierta. 7. La válvula de globo después de la descarga de la bomba de doble impulsor hace variar el gasto de cero al total de acuerdo al valor que se requiere en la e1perimentaci$n. &sta válvula es la generadora de los cambios en todas las variables. 8. +odas las válvulas del ha" de tubos deberán permanecer totalmente abiertas.
S#*+e,- e" P-.-/e/$* ara cualquier lectura en la operaci$n (. Las válvulas de compuerta instaladas antes de la alimentaci$n de cada bomba deberán permanecer abiertas. ). La válvula de globo que interconecta la descarga de la bomba de un impulsor y la alimentaci$n a la bomba de doble impulsor deberá permanecer totalmente abierta. 5. Las válvulas de globo instaladas en las descargas de cada bomba deberán permanecer totalmente abiertas. 6. Las válvulas de globo instaladas en el ha" de tubos pueden ser variadas desde el cierre hasta la abertura total. 7. +odas las válvulas del ha" de tubos deberán permanecer totalmente abiertas.
2(%( DESARROLLO EXPERIMENTAL 2(& D#-0.-,- de 1!$
2(2 D#-0.-,- de 8/$:!e 2(2(&
D#-0.-,-
A/ #"##$ de /3.4+#- e/ ,-e*+.$ "$* 5#*$ !"de,$*+.-#6" de $,$ 7!"#$"- /8$,8- e" *e.#e 9 e" 3-.-/e/$
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!"- ;e= .e0#*+.-d$ /$* d-+$*> *e #e..-" /-* ;-/;!/-* 9 *e ;-#- e/ +-":!e -+,$*7e.#$(
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Se .e0#*+.-" /$* ;-/$.e* de /$* ,-"$,e+.$* 3-./-* 3.e*#$"e*> e" -d#"+e.;-/$ de +#e,3$(
2(3 T-8/- de d-+$* e@e.#,e"+-/e* 2(3(& T-8/- de d-+$* de /- 8$,8- & PS1 (Kgf / cm 2 )
PD1 (Kgf / cm2 )
TIEMPO (s)
MASA (Kg)
1
9
).7
9
9
2
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(()
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3
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4
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9.(58
)
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(:
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CORRIDA
2(3(2 T-8/- de d-+$* e" *e.#e PS1 (Kgf / cm 2 )
PD2 (Kgf / cm2 )
TIEMPO (s)
MASA (Kg)
1
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9
2
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(.:
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7
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(.:
<
)7
2(3(3 T-8/- de d-+$* e" -.-/e/$ CORRIDA
PS1 Kgf / cm2
PD1 Kgf / cm2
PS2 Kgf / cm2
PD2 Kgf / cm2
TIEMPO s
MASA Kg
1
9
).6
9
).6
9
9
2
9.9;(8
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9.9<<)
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3
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9.55<<
(.87
(9
)7
2(4( Se!e"#- de -/!/$ 2(4(& P-.- /- 8$,8- & G-*+$ ,-*-
Gm=
m θ
Gm1=0
Gm2=
25 Kg 112 s
Gm4 =¿ 9.7)9;
Kg s
Gm5=¿ 9.:7:7
Kg s
Gm7=¿ (.6:97
Kg s
C--#d-d de /- 8$,8-
Kg s
= 9.))5)
Q=
Gm3=¿ 9.5:5(
Kg s
Gm6=¿ (.(<96
Kg s
Gm ρ
Kg s Q 2= Kg 0.9997 L 0.2232
Q 1= 0
= 9.))5)
L s
Q3=¿ 9.5:5)
L s Q4 = 9.7)9<
L s
Q5=¿ 9.:7:: Q 7=¿ (.6:9<
L s
Q6=¿ (.(<9:
L s
P.e*#" *!,#"#*+.-d- $. /- 8$,8- #".e,e"+$ de .e*#" e" e/ /:!#d$ ∆ P= Pd − Ps
∆ P1=( 2.5− 0)
∆ P3=¿ ).)
Kgf cm
Kgf cm
Kgf = ).7
2
2
cm
2
∆ P2=¿ ).6
Kgf cm
2
L s
Kgf
∆ P4 =¿ ).9:);
∆ P5=¿ (.;86
2
cm
Kgf cm
∆ P6=¿
2
Kgf (.799<
cm
2
Kgf
∆ P7=¿ (.(5)(
cm
2
Kgf
∆P H = C-.0- *!,#"#*+.-d- $. /- 8$,8W
2.5
> = 9.99(
cm
3
Kgf 2
cm H 1= Kgf = )799 cm = )7 m 0.001 3 cm
H 2=¿ )6 m
H 3=¿
)) m
H 4 =¿ )9.:); m
H 5=¿ (;.86 m
H 6=¿ (7.99< m
H 7=¿ ((.5)
m
P=GmH
P$+e"#- 5#d.!/#- de*-..$//-d- $. /- 8$,8-
9.81
Kg P2=0.2232 ( 24 m ) s
P1=0
P3=¿ ;.)9;)
(6.((<;
Kgf m−s
g gc
m 2
s Kg−m 9.81 2 Kgf − s
Kgf m −s
= 7.578;
Kgf m −s
P4 =¿ (9.:<7(
P5=¿
Kgf m −s
P6=¿ (:.;88:
Kgf m−s
P7=¿ (8.868
Kgf m −s
P$+e"#- de /- 8$,8- e" -8-//$* de 7!e.=- P
P ( HP )=
P 76.039
?
1 HP =76.039
Kgf −m s
5.3568
PHP1=0
PHP2=
PHP3= 0.1079 HP
Kgf −m s
=
0.0704 HP
76.039
PHP4 =¿
0.1419 HP
PHP7= ¿
0.2189 HP
PHP5= 0.1856 HP PHP6=¿
0.2349 HP
2(4(2 P-.- e/ -..e0/$ de 8$,8-* e" *e.#e G-*+$ ,-*-
Gm=
Gm1=0
Gm4 =¿ (.<)59
m θ
Gm2=
Kg s
Gm7=¿ ).:::;
C--#d-d de /- 8$,8-
25 Kg
= (.)7
20 s
Kg s
Gm5=¿ ).):);
Kg s
L s
Gm6=¿ ).7
Kg s
Kg s
Kg s
Q=
Gm ρ
Kg s Q 2= Kg 0.9997 L 0.2232
Q 1= 0
Gm3=¿ (.888:
= (.)795
L s
Q3=¿ (.88:(
Q4 = (.<)58
L s
Q5=¿ ).):56 Q 7=¿ ).::;8
Kgf cm
2
Kgf = 6.;
∆ P3=¿ ).<65;
Kgf
∆ P4 =¿ ).8<;)
Kgf
∆ P6=¿ ).5)76
∆ P7=¿ ).5)76
cm
cm
Q6=¿ ).799:
L s
L s
P.e*#" *!,#"#*+.-d- $. /- 8$,8∆ P1=( 0 + 4.8)
L s
2
(
∆ P= Pd 2−(− Ps 1 )
)
= Pd 1 + Ps 2
∆ P2=¿ 5.7<<(
Kgf
∆ P5=¿ ).8)76
Kgf
cm
2
2
2
cm
cm
2
Kgf cm
2
Kgf cm
2
∆P H = C-.0- *!,#"#*+.-d- $. /- 8$,8W
> = 9.99(
Kgf cm
3
4.8
Kgf 2
cm H 1= Kgf = 6;99 cm = 6; m 0.001 3 cm
H 2=¿ 57.<<( m
H 3=¿
)<.65; m
H 4 =¿ )8.<;) m
H 5=¿ )8.)76 m
H 6=¿ )5.)76 m
H 7=¿ )5.)76
m
P$+e"#- 5#d.!/#- de*-..$//-d- $. /- 8$,8-
P=GmH
g gc
9.81
Kg P2=1.25 ( 35.991 m) s
P1=0
P3=¿ 6<.9855
7<.88;(
m 2
s Kg−m = 66.<;;: 9.81 2 Kgf −s
Kgf m −s
P4 =¿ 7(.;;;6
Kgf m −s
Kgf m−s
P7=¿ 86.7<66
Kgf m −s
Kgf m −s
P6=¿ 7;.(579
Kgf m −s
P5=¿
BOMBAS CENTRIFUGAS Y SUS CURVAS CARACTERISTICAS
P$+e"#- de /- 8$,8- e" -8-//$* de 7!e.=- P
?
1 HP =76.039
P ( HP )=
P 76.039
Kgf −m s
44.9887
PHP1=0
PHP2=
PHP3= 0.6452 HP
Kgf −m s =
0.5916 HP
76.039
PHP4 =¿
0.6823 HP
PHP7= ¿
0.8494 HP
PHP5= 0.7847 HP PHP6=¿
0.7645 HP
2(4(2 P-.- e/ -..e0/$ de 8$,8-* e" -.-/e/$ @asto masa
Gm=
Gm2=
Gm1=0
Gm4 =¿ (.5(7: Kg s
m θ
Kg s
Gm7=¿ ).7
C--#d-d de /- 8$,8-
25 Kg
= 9.65(9
Kg s
Gm5=¿ (.78)7
Kg s
58 s
Kg s
Gm6=¿ (.:;7:
Kg s Q=
Gm ρ
Kg s Q 2= Kg 0.9997 L 0.4310
Q 1= 0
Gm3=¿ (
= 9.65((
L s
Q3=¿
L (.9995 s (8
BOMBAS CENTRIFUGAS Y SUS CURVAS CARACTERISTICAS
Q4 = (.5(8(
L s
L s
Q5=¿ (.78)<
L s
Q6=¿ (.:;8)
L s
Q 7=¿ ).799:
P.e*#" *!,#"#*+.-d- $. /- 8$,8-
(
∆ P= ( Pd− (− Ps ) ) = Pd + Ps =
∆ P1=
(
+
2.4 2.4 2
+
)
2
Kgf 2
cm
∆ P7=¿ (.<)(:
2
Kgf = ).6
2
cm
∆ P3=¿ ).9557
+
2
+ Kgf
0 0
∆ P4 =¿ ).9(7(
Pd 1 + Pd 2 Ps 1 + Ps 2
cm
) ∆ P2=¿ ).(<96
2
Kgf cm
2
Kgf cm
2
∆ P5=¿ (.<<)5
Kgf cm
2
∆ P6=¿ (.<8<7
Kgf cm
2
Kgf cm
2
∆P = H C-.0- *!,#"#*+.-d- $. /- 8$,8W
> = 9.99(
Kgf cm
3
2.4
Kgf 2
cm H 1= Kgf = )699 cm = )6 m 0.001 3 cm
H 2=¿ )(.<96 m
H 3=¿
)9.557 m
H 4 =¿ )9.(7( m
H 5=¿ (<.<)5 m
H 6=¿ (<.8<7 m
H 7=¿ (<.)(:
m
(:
BOMBAS CENTRIFUGAS Y SUS CURVAS CARACTERISTICAS
P=GmH
P$+e"#- 5#d.!/#- de*-..$//-d- $. /- 8$,8-
9.81
Kg P2=0.4310 ( 21.904 m ) s
P1=0
P3=¿ )9.557
5(.()<8
Kgf m−s
g gc
m 2
s Kg−m = <.66(5 9.81 2 Kgf − s
P4 =¿ )8.7(66
Kgf m −s
P7=¿ 6;.96)7
Kgf m −s
Kgf m− s
P5=¿
Kgf m −s
P6=¿ 57.(8<8
Kgf m−s
P$+e"#- de /- 8$,8- e" -8-//$* de 7!e.=- P 1 HP =76.039
P ( HP )=
P 76.039
Kgf −m s
9.4413
PHP1=0
PHP2=
PHP3= 0.2674 HP
Kgf − m s =
0.1241 HP
76.039
PHP4 =¿
0.3486 HP
PHP7= ¿
0.6318 HP
PHP5= 0.4093 HP PHP6=¿
0.4625 HP
2(' T-8/- de .e*!/+-d$* 2('(&( P-.- /- 8$,8- & Corrida
Gasto masa (K!s"
Capacidad (#" l!s
p$ suministrad a (K!cm2"
Cara suministrad a (m"
Pot%ncia d%sarollada K&'m!s
Pot%ncia d%sarrollada (P"
(;
BOMBAS CENTRIFUGAS Y SUS CURVAS CARACTERISTICAS
1
9
9
).7
)7
9
9
2
9.))5)(6)<
9.))5))9<;
).6
)6
7.57:(6);8
9.9:967)7:
3
9.5:5(5655
9.5:5(677)
).)
))
;.)9;<77))
9.(9:<7:(:
4
9.7)9;5555
9.7)9;6;<8
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)9.:);
(9.:<7;555
9.(6(<::7;
5
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9.:7:7<;6<
(.;86
(;.86
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(.(<97((<(
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(.(5)(
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(8.86;7)<6
9.)(;<6:)6
2('(2( P-.- e/ -..e0/$ de 8$,8-* e" *e.#e Corrida
Gasto masa (K!s"
Capacidad (#" l!s
p$ suministrad a (K!cm2"
Cara suministrad a (m"
Pot%ncia d%sarollada K&'m!s
Pot%ncia d%sarrollada (P"
1
9
9
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6;
9
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9.867)5<9:
4
(.<)59:8<)
(.<)58769)
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)8.<;)
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6
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BOMBAS CENTRIFUGAS Y SUS CURVAS CARACTERISTICAS
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BOMBAS CENTRIFUGAS Y SUS CURVAS CARACTERISTICAS
3 A"-/#*#* de .e*!/+-d$( 5.( -nalisis de tabla y de grá4ca ara la tabla ).7.( podemos observer que el @asto de masa es directamente proporcional a la capacidad, mientras la presi$n disminuye con cada corrida, al igual que la potencia desarrollada y la carga suministrada. 2omparando la table y la gra4ca ).7.(, podemos llegar a la conclusion de que el comportamiento resulto como lo esperado debido a que estas arro!an resultados que de4nen una proporcion similar. ara la tabla ).7.) A2one1i$n de bombas en serie, se puede anali"ar que cuando la potencia disminuye, la presi$n disminuye y esto genera un aumento en el gasto de masa al mismo tiempo que un incremento en la capacidad. 2on base en lo dicho anteriormente podemos determinar con la gra4ca ).7.), la que nos muestra una cone1i$n de bombas en serie, que hay una relaci$n entre carga y capacidad, asi mismo observamos que su proporci$n es igual o similar en la table como en la gra4ca. ara la table ).7.5. A2one1i$n de bombas en paralelo, se puede determiner que al haber un decremento en la potencia desarrollada, la carga y presi$n suministrada tambien se disminuyen, sin embargo, el gasto de masa y la capacidad aumentan. )(
BOMBAS CENTRIFUGAS Y SUS CURVAS CARACTERISTICAS
2omo pudimos observer en la gra4ca ).7.5 se muestra la relaci$n de una bomba de cone1ion en paralelo, hay una evidente proporcion en la carga suministrada y la capacidad, así mismo podemos comparar este comportamiento mediante los resultados adquiridos en calculo y que tenemos registrados en la tabla, como los resultados obtenidos en la gra4ca. -l momento de comparar las 5 gra4cas, se puede observer que a pesar de la proporcion similar, realmente la variacion entre las cone1iones radica en la cantidad de carga disminuida y la cantidad de capacidad. &n la tabla ).7.( hay una disminuci$n de carga media para poder encontrar un aumento de capacidad, mientras en la table ).7.) debe e1istir un decremento de carga considerable para poder mostrar un aumento en la capacidad y, 4nalmente, en la table ).7.5 la disminuci$n de carga es minima cuando se empie"a a mostrar la capacidad, pero la capacidad tambien aumenta muy poco.
4 C$"/!*#" 2on base en lo visto en clase, tuvimos los conocimientos bastos para poder desarrollar correctamente esta practica, ya que requeria que nostros aplicaramos de una manera e1perimental todos nuestros conocimientos acerca de la materia C0lu!o de 0luidosD, especi4camente en el tema CBombas 2entrifugas y sus curvas caracteristicas. Eentro de laboratorio pudimos observer y anali"ar el comportamiento de la bomba centrifuga y comparamos las partes teoricas y e1perimentales, para poder for!ar un criterio adecuado a lo que las industrias requieren y buscan en nosotros como futuros ingenieros. Ftra parte importante de la practica fue tener la posibilidad de reali"ar diferentes cone1iones y asi comparar diferentes comportamientos y mediante el analisis determiner que cone1i$n nos serviría en algGn futuro laboral. +ambien hay que considerer los posibles errores operacionales ocurridos en la práctica, como por e!emplo en la anotaci$n de los datos ya que la agu!a del man$metro y de la balan"a oscilaban al momento de la lectura de los datos. -l empe"ar a aumentar la carga la suministrada, la capacidad va disminuyendo, en todos los casos Aen serie y en paralelo esta diferencia se pudo notar gracias al interval determinado que se dio anteriormente. ))
BOMBAS CENTRIFUGAS Y SUS CURVAS CARACTERISTICAS
H lo mencionado anteriormente se puede observer en la gra4ca, ya que en todos los casos, al ir aumentando la capacidad las curvas van disminuyendo de carga.
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