CURVAS CARACTERÍSTICAS [GUIÓN 2]

LABORATORIO DE INGENIERÍA QUÍMICA II

FACULTAD DE QUÍMICA - UNAM

GUIÓN 2 DETERMINACIÓN DE CURVAS CARACTERÍSTICAS DE BOMBAS CENTRIFUGAS PROBLEMA Operar de manera individual las bomba de ¾, 1 y 1.5 HP, instaladas en el módulo de bombeo [Figura 1] y con la información resultante construir para cada una las curvas características [gráficas]: Capacidad [flujo volumétrico] vs Columna [cabeza], Capacidad [flujo volumétrico] vs Potencia eléctrica y Capacidad [flujo volumétrico] vs Eficiencia; para seleccionar la bomba que satisfaga un flujo volumétrico de 60 L/min y una cabeza de 19 metros en el sistema hidráulico e indicar la eficiencia y la potencia con que opera en ese punto.

Figura 1. Módulo de bombeo.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL MATERIAL REQUERIDO 





Analizador de calidad de energía energía eléctrica eléctrica AEMC modelo 3910 3910 o 8030 Estroboscopio DT-900 Agua a temperatura temperatura ambiente ambiente

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SERVICIOS 

Corriente eléctrica.

MEDIDAS DE HIGIENE Y SEGURIDAD 

Evitar derrames de agua en elementos e instalaciones eléctricas y áreas de trabajo.



Mantener el interruptor de electricidad principal [Figura 2] apagado (hacia abajo) antes de colocar el vatímetro.

Figura 2. Interruptor de electricidad principal.

DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO El equipo está integrado por un sistema de bombeo [módulo de bombeo] acoplado a un sistema de tuberías conectadas a dos intercambiadores de calor con una salida principal a la azotea del LIQ y una salida lateral. Véase las figuras 3, 4 y el DTI en el anexo.

Figura 3. Sistema de bombeo.

Figura 4. Acoplamiento de tubería de PVC:

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Las partes principales que constituyen el sistema de bombeo [módulo de bombeo] se describen en la ficha técnica de la tabla 1.

TABLA 1. Ficha técnica del “Modulo de bombeo múltiple” [MBM] Componentes Bomba centrifuga

Bomba centrifuga

Bomba centrifuga 2 Tanques contenedores Estructuras Manómetros Rotametro Tuberías 2 Transmisores de presión manométrica con conexiones múltiples

Especificaciones Marca: Weg. Modelo: MSL MJ Motor eléctrico monofásico de: ¾ de HP, 60 Hz. 110 Voltios RPM:3370 Diámetro en la Succión: 1 ¼ de pulgada Diámetro en la Descarga: 1.0 pulgada Marca: Weg. Modelo: MSL MJ Motor eléctrico monofásico de: 1.0 de HP, 60 Hz. 110 Voltios RPM:3490 Diámetro en la Succión: 1 ¼ de pulgada Diámetro en la Descarga: 1.0 pulgada Marca: Weg. Modelo: MSL MJ 3910 Motor eléctrico monofásico de: 1 1/2 de HP, 60 Hz. 110 Voltios RPM: 3410 Diámetro en la Succión: 1 ¼ de pulgada Diámetro en la Descarga: 1.0 pulgada Material de construcción: Polietileno Capacidad: 120 Litros(el de alimentación con indicador de nivel) De aluminio para soportar Bombas y accesorios de hierro para soportar Tanques contenedores 6 Manómetros de diferentes marcas y rangos de medición Con rango de 0 a 250 L/min. Para Succión: Diámetro nominal 1-1/4 pulgada de cobre Para descarga: Diámetro nominal 1.0 pulgada de cobre Marca Rosemount

CARACTERÍSTICAS DEL EQUIPO Las 3 bombas que lo integran pueden operar de forma individual, en arreglos en serie, paralelo o mixtos. Trayectorias: el fluido en el sistema puede circular por:    

las tuberías únicamente las tuberías y el intercambiador de calor horizontal las tuberías y el intercambiador de calor inclinado las tuberías y los dos intercambiadores de calor

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DESARROLLO EXPERIMENTAL

1. Asegúrese de que no hay corriente eléctrica en el panel de control bajando el interruptor eléctrico. [Figura 2].

2. Abrir las tapas del tablero de control [Figura 5] y el gabinete auxiliar e instalar el analizador de calidad de energía como se indica en la [Figura 6] (Consultar el montaje del vatímetro digital 3910 en el anexo).

Figura 5. Tablero de control.

Figura 6. Gabinete auxiliar.

3. Alineación de las bombas: Interconectar la succión de la bomba a operar, con el contenedor de agua [Tomar como referencia la Figura 7]. Para la alineación de la bomba a operar, consultar la Tabla 1. “Alineación de las válvulas” en el anexo.

Figura 7. Succión de las bombas.

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4. Activar el interruptor principal de corriente eléctrica [Figura 2], subiendo el del panel y el del gabinete de control (colocar la perilla en la posición on y jalar el botón de paro de emergencia, estos se encuentran en la tapa del panel de control). 5. Una vez alineada la bomba a operar, interconectar la toma de presión en la entrada y salida de la placa de orificio del sistema Manifold accionando las válvulas correspondientes [Figura 8], asegúrese que la línea no contenga burbujas de aire.

Figura 8. Placa de orificio.

6. Arranque: Una vez alineada la bomba a operar y haber llenado el tanque contenedor de agua (en caso de estar vacío), en el tablero de control oprima el botón de arranque que corresponda a la bomba seleccionada y proceda a la apertura de la válvula (V-13). (Se recomienda iniciar con la bomba de 0.75 HP, continuar con la de 1 HP y finalizar con la de 1.5 HP).

7. Manejo del equipo para la obtención de la información experimental: a) Medición del flujo volumétrico. Ya alineado y puesto en operación el sistema de bombeo, la medición del flujo de agua es función de la caída de presión de la entrada y salida de la placa de orificio, que se mide en los transmisores indicados en la [Figura 9]. Para evaluar el flujo volumétrico, consultar en el anexo la gráfica ΔP vs. Q. Hacer las mediciones variando la apertura de la válvula en las posiciones que correspondan a las presiones de descarga marcadas en la tabla de “información experimental”.

b) Medición eléctrica. Para cada flujo, el valor de la potencia eléctrica que consume la bomba en operación, se lee en el analizador de energía eléctrica en Watts, ver Montaje del vatímetro digital 39 en la sección (Toma de datos) en el anexo. GUIÓN II

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Figura 9. Transmisores de presión.


Figura 10. Manómetro.

c) Medición de las presiones de succión y descarga de las bombas. Estas variables se toman directamente en los manómetros [Figura 10] instalados en l a succión y descarga de cada bomba [consultar Figura 1], anotándose en las tablas 2, 3 y 4 los datos experimentales según la bomba con que se trabaje.

d) Medición de revoluciones por minuto [RPM]. Estas se llevarán a cabo con el estroboscopio DT-900 véase manual de uso en el anexo.

8. Paro del equipo: Una vez terminado el registro de mediciones, en el tablero de control presione el botón de paro de emergencia y gire la perilla en la posición off. Baje interruptor principal de corriente eléctrica [Figura 2].

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INFORMACIÓN EXPERIMENTAL Tabla 2. DATOS EXPERIMENTALES Bomba No. Marca: HP: 0.75 No. de Dato

Presión de succión

PS

KgF / m2

Presión de descarga

PD

KgF / m2

1

2.10

2

1.90

3

1.80

4

1.70

5

1.60

6

1.50

Flujo volumétrico L/min

Potencia eléctrica

PE

RPM

Presión de Succión

Presión de Descarga

de placa de orificio


Placa

KgF / m2

KgF / m2

KgF / m2

PSpo

W

Δ Ppo

PDpo

Tabla 3. DATOS EXPERIMENTALES Bomba No. Marca: HP: 1.0 No. de Dato


PS

KgF / m2


PD

KgF / m2

1

2.14

2

2.00

3

1.90

4

1.80

5

1.70

6

1.60


Potencia eléctrica

PE W

RPM





Placa

KgF / m2

KgF / m2

KgF / m2

PSpo

Δ Ppo

PDpo

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Tabla 4. DATOS EXPERIMENTALES Bomba No. Marca: HP: 1.5 No. de Dato


PS

KgF / m2


PD

KgF / m2

1

2.40

2

2.20

3

2.00

4

1.80

5

1.70

6

1.60


Potencia eléctrica

PE W

RPM





PSpo

PDpo

KgF / m2

KgF / m2

Δ Ppo Placa

KgF / m2

ACTIVIDADES PREVIAS A LA RESOLUCIÓN DEL CUESTIONARIO

1. Describir el funcionamiento de una bomba centrifuga indicando las partes principales que la constituyen. 2. Con referencia a una bomba centrifuga defina los siguientes conceptos y escriba las ecuaciones correspondientes para calcularlos: a) Columna Total b) Capacidad c) Potencia Hidráulica d) Potencia eléctrica e) Eficiencia de par motor – bomba. 3. Definir que es una carta de curvas características de una bomba centrifuga, como se construye y que utilidad tiene para el Ingeniero Químico en el transporte de líquidos. CUESTIONARIO 1. Con los datos experimentales de las tablas 2, 3 y 4 calcular para cada bomba: a) La cabeza total, b) La capacidad, c) La potencia Hidráulica, d) La potencia eléctrica y e) El % de eficiencia de la bomba. 2. Con los resultados del punto anterior, construir a para cada bomba las siguientes gráficas de curvas características: (En la misma hoja) 2a) Capacidad en [LPM] vs Cabeza total en [m]. 2b) Capacidad en [LPM] vs Potencia eléctrica en [W]. 2c) Capacidad [LPM] vs Eficiencia de bomba. 3. Con las gráficas de las curvas características resultantes del punto anterior, seleccionar la bomba que cumpla con la capacidad y la cabeza que especifica el problema, indicando el consumo de energía en W y el % de eficiencia con que opera. 4. Escribir comentarios y conclusiones sobre la experimentación y resultados . GUIÓN II

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BIBLIOGRAFÍA 1. Tyler G. Hicks, BEM “Bombas su selección y su aplicación”, Compañía Editorial Continental S.A. (1974). 2. Robert L. Mont, “Mecánica de Fluidos Aplicada”, Prentintice Hall Hispanoamericana, S. A. (1996). 3. Antoni Kuszczewski, “Redes Industriales de Tubería, Bombas para Agua, Ventiladores y Compresores, Diseño y Construcción”, Reverte Ediciones, S. A. de C. V. (1999).

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Anexos

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DTI del Sistema Hidráulico

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Tabla 1. Alineación de válvulas

Alineación de las tuberías que interconectan las bombas del módulo de bombeo para operar en el arreglo que se requiera Bomba

A

B

C

Potencia(HP)

0.75

1

1.5

RPM

3370

3490

3410

Conforme al DTI Tipo de arreglo

Unitario

Serie

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Bomba Número correspondiente a operando en el las válvulas que se abren arreglo

Número correspondiente a las válvulas que se cierran

A

3, 9, 12,13, 31

1,2, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 11, 14, 15, 16.

B

4, 10, 12, 13,31

1,2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 11, 14, 15, 16.

C

5, 11, 12, 13,31

1,2, 3, 4, 6, 7, 8, 9, 10, 14, 15, 16.

A+B

3, 6, 10, 12, 13,31

1,2, 4, 5, 7,8, 9, 14, 15, 16

A+C

3, 8, 12,11, 13,31

1,2, 4, 5, 6,7, 9, 10 , 14, 15, 16

B+C

4, 7, 11, 12, 13, 31

1,2, 3, 5, 6, 8, 9, 10, 14, 15, 16

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Montaje del vatímetro digital 3910

1 Asegúrese de que no hay corriente eléctrica en el equipo (bombas y panel de control) bajando el interruptor eléctrico. 2 Abra las tapas de panel de control y del gabinete [las llaves se encuentran en el estuche del vatímetro]. 3

Dentro del panel de control encontrara las dos puntas del vatímetro en color rojo y negro, conéctelas indistintamente en las entradas marcadas con el número (8) en el diagrama del vatímetro.

4

Posteriormente acople la pinza al vatímetro en la entrada (9) y rodee al cable (L1) que se encuentra dentro del panel de control con la pinza, procure que el cable esté justo en el centro de la misma con respecto a sus marcas.

5

Sitúe el vatímetro en el soporte que se encuentra dentro del gabinete, bajo el panel de control.

6

En seguida deslice el botón (2) en la modalidad de corriente monofásica 1ϕ.

7

Deslice el botón (1) en la posición (on), se encenderá el display con la información.

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Toma de datos 8

Cuando el sistema tenga energía aparecerán en el display los parámetros a medir, presione el botón (5) que corresponde a la función “Pick” está dará el valor máximo para la potencia activa en [Watts]. Es importante que para cada parámetro cuantificado se presione la función “Pick” al

inicio y al final de cada medición, pues esta función mantiene estático el parámetro. 9

Para desmontar el vatímetro es necesario quitar la corriente eléctrica con el interruptor principal de energía Desmonte la pinza y los cables de color, cierre las puertas del gabinete, panel y coloque el vatímetro en su estuche.

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Gráfica ΔPO (placa de orifico) vs Flujo volumétrico ΔP

vs Q

1.80

1.60

y = 0.0001x2 + 0.0008x - 0.0516 R² = 0.9997

1.40

1.20 ) o i c f i r 1.00 o e d a c a l 0.80 P ( P

Δ

0.60

0.40

0.20

0.00 0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

100.00

120.00

140.00

Q (LPM)

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Manual del ESTROBOSCOPIO DT-900 (PARA MEDIR REVOLUCIONES POR MINUTO)

A jus te de FP M  



La rosca de ajuste sirve para incrementar o disminuir intervalos pequeños de FPM. El botón “x2” duplicar los FPM registrados en el display del equipo. Por ejemplo: si el estroboscopio marca 1000 FPM y presionas “x2”, la velocidad será de 2000 FPM. El botón“÷2” disminuye a la mitad los FPM. Por ejemplo: si el estroboscopio marca 5000 FPM y presionas “ ÷2”, la velocidad será de 2500 FPM.

Ensamble y utilización 







Ensamble la batería con el estroboscopio, y mantenga oprimida el botón “PWR” por un par de segundos para encender el estroboscopio. Situarse a medio metro del motor de la bomba, e identifique una línea (marca) en la flecha del motor de la bomba. Ubicada la marca, de un estimado inicial de las FPM aproximado al indicado en la placa del motor de la bomba, con los botones (x2 y ÷2) de acuerdo a su conveniencia hasta lograr que el objeto en movimiento parezca estar estático, en este instante los FPM leídos serán exactamente iguales a los RPM. Por ejemplo: si son 3050 RPM los leídos en la placa, el estimado sería un número aproximado a 3000 FPM dado con los botones (x2 y 2) para los intervalos grandes y con la perilla los intervalos pequeños. Para apagar el equipo mantenga oprimido el botón PWR, remueva la batería presionando por ambos lados las pestañas, guarde cada pieza en su estuche.

Medida de seguridad: Evite mirar directamente la lámpara cuando se esté usando, puede causar un ataque epiléptico. GUIÓN II

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CURVAS CARACTERÍSTICAS [GUIÓN 2]

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