LAB N° 1 BOMBAS EN SERIE DOCENTE: Ing. Eliseo Paez Apolinario
PERIODO ACADÉMICO: 2018-I
ALUMNO:
Valente Mayhuire Junior
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Para entrar en este tema un poco más a fondo, es importante conocer que es una bomba, para que sirve y cuál ha sido su utilidad en la industria; por ello remontaremos a descubrir el origen etimológico de las dos palabras que le dan forma. En concreto, es el siguiente:
Bomba es una palabra que procede de la francesa “bombe” y de la italiana “bomba”. No obstante, esas derivan de una latina, de “bombus”, que puede traducirse como “sonido fuerte e intenso”. Hidráulica, por otra parte, se trata de un término que deriva del griego “hydraulikos” que significaba “órgano musical”. Palabra esa que es el resultado de la suma del sustantivo “hydor”, que es sinónimo de “agua”, y del sustantivo “aulos”, que es equivalente a “flauta”.
El término bomba puede utilizarse de diversas maneras. En esta oportunidad nos quedaremos con su acepción como el dispositivo que permite impulsar un líquido en una cierta dirección. Hidráulico, por su parte, es aquello que se desplaza por la acción de un fluido o la energía que se genera a partir del movimiento del agua. Una bomba hidráulica es una máquina que sirve como medio para el transporte de un fluido al convertir energía mecánica en energía fluida o hidráulica, es decir las bombas agregan energía al fluido.
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Conocer el funcionamiento de las bombas hidráulicas. Determinar los parámetros para el uso de bombas en serie.
Utilizar nuestros conocimientos teóricos para demostrar el comportamiento
físico de las bombas hidráulicas en serie.
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2.- TABLA DE DATOS
3.- CARACTERÍSTICAS DE LOS EQUIPOS .-
DEFINICIÓN Es una máquina para elevar el agua u otro líquido y darle impulso en una dete rminada dirección. Las bombas son dispositivos que se encargan de transferir energía a la corriente del fluido impulsándolo, desde un estado de baja presión estática a otro de mayor presión. Están compuestas por un elemento rotatorio 25 denominado impulsor, el cual se encuentra dentro de una carcasa llamada voluta. Inicialmente la energía es transmitida como energía mecánica a través de un eje, para posteriormente convertirse en energía hidráulica. El fluido entra axialmente a través del ojo del impulsor, pasando por los canales de éste y suministrándosele energía cinética mediante los álabes que se encuentran en el impulsor para posteriormente descargar el fluido en la voluta, el cual se expande gradualmente, disminuyendo la energía cinética adquirida para convertirse en presión estática.
Fig. 1 Bomba Hidráulica
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CLASIFICACIÓN Según el principio de funcionamiento
Bombas de desplazamiento positivo o volumétrico.-son aquellas máquinas cuyo principio de funcionamiento está basado en la hidrostática, de modo que el aumento de presión se realiza por el empuje de las paredes de las cámaras que varían su volumen. A su vez este tipo de bombas pueden subdividirse en: Bombas de émbolo alternativo, Bombas volumétricas rotativas o rotoestáti cas.
Bombas rotodinámicas.-son aquellas máquinas cuyo principio de funcionamiento está basado en el intercambio de cantidad de movimiento entre el rodete y el fluido, aplicando la hidrodinámica. En este tipo de máquinas el flujo del fluido es continuo. Estas turbomáquinas hidráulicas generadoras pueden subdividirse en: Radiales o centrífugas, diagonales o helicocentrífugas y axiales.
Según el tipo de accionamiento
Electrobombas.
Bombas de accionamiento hidráulico, como la bomba de ariete o la noria.
Bombas manuales, como la bomba de balancín.
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FUNCIONAMIENTO 1. Curva característica de la bomba. Teniendo la información de los datos de placa de l a bomba, se deben consultar los catálogos o información técnica del fabricante para obtener las curvas características de la bomba centrífuga; dichas curvas son aquellas que relacionan las variables que intervienen en el funcionamiento de la misma. La figura Nº 02, muestra las curvas características de una bomba. Las curvas características de las bombas presentan datos similares independientemente del fabricante y en general incluyen: La curva de carga vs. Caudal (trazada para diferentes diámetros de impulsor y a velocidad constante), la curva de NPSH vs. Caudal, la curva de eficiencia vs caudal (o curvas de isoeficiencia), y la curva de potencia vs. Caudal. En caso de no contar con la información técnica del fabricante de la bomba que se desea evaluar, se podrán utilizar curvas de referencia que contengan características similares de la bomba, es decir: diámetro y tipo de impulsor, velocidad, tamaño, etc.
Fig. 2 Curvas características de una bomba
2. Curva de operación del sistema La curva del sistema queda definida por la carga estática total y las pérdidas de presión en el sistema de bombeo (carga dinámica), es decir por la carga total.
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3. Carga Estática Total La carga estática total se determina conociendo la altura geométrica del nivel del líquido entre los recipientes de succión y descarga y la línea de centros de la bomba, así como las presiones en esos mismos puntos. = + +
−
Donde: Hest: HD: HS: PD: PS: :
Carga estática total o altura geodésica. Altura de descarga. Altura de succión. Presión en el recipiente de descarga. Presión en el recipiente de succión. Peso específico del fluido
4. Carga Dinámica Total La carga dinámica total representa las pérdidas de presión, las cuales se originan por la fricción del fluido en las tuberías, válvulas, accesorios y otros componentes como pueden ser intercambiadores de calor u otros. Estas pérdidas varían proporcionalmente con el cuadrado de la velocidad del caudal. También varían de acuerdo con el tamaño, tipo y condiciones de las superficies de tubos y accesorios y las características del líquido bombeado. Hdin = Hfp + Hfs Donde: Hfp : pérdidas de carga en las tuberías. Hfs : pérdidas en los accesorios. Cálculo de Pérdidas de carga en Tuberías: Las pérdidas de carga en tuberías también se llama pérdidas primarias, se determinan mediante la ecuación de Darcy-Weisbach:
=
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=
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Donde: Q: hfp: D:
Caudal (m3 /s). pérdida de carga en tuberías (m). diámetro de la tubería (m). LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA
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L: g: f: V: π:
longitud de la tubería (m). aceleración de la gravedad (m/s2 ). factor de fricción (adimensional). velocidad del fluido (m/s). constante adimensional (3.1416).
El cálculo del factor de fricción “f” se realiza mediante el diagrama de Moody o las ecuaciones de Colebrook-White o Karman-Prandtl o Poiseuille, que dependen del número de Reynolds (Re) y la rugosidad relativa ( /D). Donde es la rugosidad absoluta que depende del tipo de material de las tuberías.
=
Cálculo de Pérdidas de Carga en Accesorios: Estas se determinan mediante la siguiente ecuación: =
2
=
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Dónde: hfs: V: Q: D: g: k:
pérdida de carga en accesorios (m). velocidad del fluido (m/s). Caudal (m3 /s). diámetro de la tubería (m). aceleración de la gravedad (m/s2 ). coeficiente de resistencia (adimensional)
El factor “k” es adimensional y su valor depende del tipo de accesorio y diámetro del mismo; que define la pérdida de altura de velocidad en un accesorio. Generalmente los fabricantes proporcionan su factor k, de lo contrario se debe elaborar experimentalmente un gráfico para diferentes caudales. Curva de carga por fricción.- es la curva representada por la ecuación siguiente.
=
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( + ) 4
5. Carga Total del Sistema Es la carga que el sistema debe operar con la bomba. HTotal = Hest + Hdin LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA
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= ± +
−
+
8
( + Σ) 4
Si se considera que la velocidad en la succión es igual a la de descarga de la bomba, el segundo componente de la ecuación anterior es igual a cero. Así mismo, si las presiones en la succión y descarga están a las condiciones de ambiente, estas se desprecian.
MÉTODO ALTERNATIVO PARA DETERMINAR LA EFICIENCIA DE LA BOMBA En caso de no contar con las curvas caracterís ticas de la bomba, se puede determinar la eficiencia de la bomba mediante el siguiente procedimiento: Determinar la potencia demandada por la bomba o la entregada por el motor, mediante la ecuación:
= . Donde: Pdb: Pm: ηm :
Potencia Demandada por la Bomba (hp o kW) Potencia del motor (medida) eficiencia del motor
Establecer la potencia hidráulica de la bomba mediante la siguiente ecuación:
ℎ = Donde: Ph: Q: ρ: g:
Potencia hidráulica (kW) caudal (m3 /s) H: carga total (m) densidad del fluido (1 000 kg/m3 ) aceleración de la gravedad (9,81 m/s2 ) LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA
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De tal manera que la eficiencia de la bomba b queda definida como:
=
Si se conoce la eficiencia de la bomba y la potencia hidráulica se puede determinar la potencia requerida por la bomba o la entregada por el motor, mediante la ecuación:
=
CAVITACIÓN DE LAS BOMBAS La cavitación es un fenómeno muy común, pero es el menos comprendido de todos los problemas de bombeo. Tiene distintos significados para diferentes personas. Algunos la definen como el ruido de golpeteo o traqueteo que se produce en una bomba. Otros la llaman “patinaje” debido a que la presión de la bomba decrece y el caudal se torna errático. Cuando se produce cavitación, la bomba no solamente no cumple con su servicio básico de bombear un líquido sino que también experimenta daños internos, fallas de los sellos, rodamientos, etc. En resumen, la cavitación es una condición anormal que puede producir pérdidas de producción, daños al equipo y lo peor de todo, lesiones al personal. Los profesionales de la planta deben estar capacitados para detectar rápidamente los signos de cavitación, identificar correctamente su tipo y la causa que la produzca para así poder eliminarla o atenuarla. Una comprensión correcta de los conceptos envueltos es clave para el diagnóstico y corrección de cualquier problema de bombeo relacionado con cavitación. El parámetro que controla la cavitación es la altura de succión positiva neta (NPSH) que puede ser la disponible y la requerida que debe cumplir con la siguiente condición para que no Cavite la bomba.
> Donde el NPSHreq es proporcionado por el fabricante y el NPSHdisp es obtenido de la instalación del sistema de bombeo.
= + − − LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA
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SELECCIÓN DE BOMBAS
Tal vez, el mayor problema con que se encuentra un ingeniero, al diseñar un sistema de bombeo, es la elección de la clase, tipo, capacidad, columna y detalles de la bomba o bombas que habrán de usarse en un sistema. Existe variedad de bombas útiles y tantas aplicaci ones posibles para cada una de ellas, que generalmente es difícil reducir el grupo de elección a una unidad específica. Ahora tenemos como objetivo, reducir muchas de las dificultades que se encuentran al seleccionar una bomba. En primer lugar el profesional valorará las condiciones hidráulicas que deberá poseer la bomba; posteriormente se tomará en cuenta las condiciones del líquido; después usando un análisis económico, se podrá llegar a la unidad más económica y adecuada para la planta. Para seleccionar una bomba se debe seguir aproximadamente el siguiente proceso:
Se debe hacer un estudio la instalación de bombeo para determinar l os daros necesarios como el caudal, altura y naturaleza del fluido. Se recurre a las curvas características de su campo de acción y de modelos que depende de la fabricación de bombas en el mercado. Se debe analizar las características de la aspiración. Se debe precisar el material de la bomba según el fluido a trasportar. Recurrir a catálogos específicos del tipo de bomba. Se debe seleccionar el modelo de bomba de las curvas características preparado por los fabricantes en base a las condiciones de servicio Q y H que requieren. Hacer una evaluación económica de comparación para decidir en la selección de la bomba, teniendo en cuenta los costos de compra y operación durante el tiempo de vida estimada. Se debe tomar en cuenta los factores técnicos de las condiciones hidráulicas y topográficas que influyen en la selección de l a bomba.
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5.- CÁLCULOS EN EL SOFTWARE E.E.S. 6.- TABLA DE RESULTADOS
7.- GRÁFICOS
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Llenar el recipiente Aperturar la válvula de alimentación Cerrar la válvula de descarga Tomar el menor caudal de descarga Medir presiones en la alimentación y descarga Medir el caudal que se almacena durante un periodo de tiempo Incrementar el caudal hasta un máximo posible
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H(m)
Q(L/s)
48,50 35,14 25,30 14,06 5,27
PH(w)
0,00 0,51 0,63 0,77 0,80
Pe(w)
0,0 174,1 155,2 105,9 41,4
1049,4 1207,8 1263,9 1336,5 1369,5
n(%)
0,0 14,4 12,3 7,9 3,0
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Se comprueba que cuando se instalan bombas en serie, se logra obtener una
mayor altura. Se comprueba el decrecimiento de la altura en función del aumento del caudal. Se verifica que la eficiencia de las bombas en serie, se encontrará entre las eficiencias independientes de cada bomba.
9.- OBSERVACIONES
Se observó que el rotámetro solo funciona con grandes caudales cosa que dificulta la medición pues se trabajó en el laboratorio con pequeños caudales.
Los materiales del laboratorio están descuidados, por lo que se usaron materiales alternativos para desempeñar las mismas funciones.
10.- RECOMENDACIONES
Comprobar que el tanque de alimentación contenga el suficiente líquido para la experimentación y el tanque de descarga esté vacío; en este caso de la experimentación, fue más conveniente recircular el líquido del tanque de alimentación.
11.-ANEXOS
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