UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Ingeniería de alimentos I
PRACTICA: DETERMINACION DETERMINACION DE CURVAS CARACTERISTICAS CARACTERISTICAS DE BOMBAS CENTRIFUGAS
CURSO: INGENIERIA DE ALIMENTOS I ALUMNO: MINCHOLA GUTIERREZ ROSMER EDGAR DOCENTE: ING. JESÚS ALEXANDER SÁNCHEZ GONZÁLEZ CICLO: VI
TRUJILLO – PERÚ 2010
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Ingeniería de alimentos I
DETERMINACION DE CURVAS CARACTERISTICAS DE BOMBAS CENTRIFUGAS I.
INTRODUCCION
El transpor transporte te de fluidos es una operación operación unitaria unitaria de gran importa importancia ncia dentro de los procesos procesos industria industriales, les, es necesar necesario io familia familiarizar rizarse se con el funcion funcionami amiento ento,, selecció selección, n, elementos constructivos y problemas operativos de los equipos de transporte. Existen seis formas para transportar un fluido a través de un ducto, las cuales son por: 1. Fuerza centrífuga. 2. Desplazamiento volumétrico. 3. Impulso mecánico. 4. Transferencia de momentum por otro fluido. 5. Fuerza electromecánica. 6. Gravedad.
1. Fuerza centrífuga: Cons Consist iste e en produ producir cir energ energía ía cinéti cinética, ca, que que provi provien ene e de una una fuerz fuerza a centr centrífu ífuga ga,, para para convertirse parcialmente en energía por presión con las características siguientes: a) La descarga es relativamente constante y libre de pulsaciones de presión. b) El diseño mecánico permite manejar grandes capacidades. c) Ofrece una operación eficiente en un gran rango de presiones y capacidades. d) La presión de descarga es función de la densidad del fluido.
2. Desplazamiento volumétrico o positivo: Consiste en causar la descarga parcial o total de un fluido de un recipiente por medio de un segundo segundo fluido fluido o por medio de medios medios mecánicos. mecánicos. En este grupo se encuent encuentran ran incluidas las bombas reciprocantes y de diafragma. Sus características son: a) Desarrollan altas presiones de descarga. b) La descarga es generalmente pulsante, a menos que se utilice un equipo auxiliar para evitarlo. c) No manejan grandes gastos. d) Son extremadamente eficientes para el manejo de gastos bajos. e) Poco recomendables para el manejo de fluidos viscosos.
3. Impulso mecánico. Dentro de esta clasificación se encuentran las bombas rotatorias, de engranes, lóbulos, cuchillas, bombas y ventiladores de flujo axial etc.
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4. Transferencia de momento por otro fluido: Consiste en la aceleración de un fluido con el fin de transferir su momentum a otro. Por medio de este principio se desarrollan desarrollan los equipos equipos para manejar líquidos corrosivos y para desaloj desalojar ar otros otros equipos equipos.. Ejemplos Ejemplos de éstos éstos son los sprays a presión, presión, algunos algunos pozos pozos petroleros, las aspersoras agrícolas, los eductores de líquido y los eyectores de vapor.
5-. Fuerza electromecánica: Cuando el fluido es un buen conductor de electricidad, como sería el caso de los metales fundidos, es posible aplicar un campo electromagnético alrededor de la tubería con el objeto de crear una fuerza que impulse al fluido. Para el diseño y selección de un sistema de bombeo se deben tomar en cuenta los factores siguientes:
Del proceso: . La capacidad. . La presión de succión. . La presión de descarga. . La temperatura de operación.
Del fluido: . Viscosidad. . Densidad. . Corrosividad.
Mecánicos: . Tipo de accionador (eléctrico o de vapor) . Descarga radial o tangencial. Una Una bomb bomba a es un dispo disposit sitivo ivo que que incre increme menta nta la energ energía ía mecá mecánic nica a del del fluido fluido para para trasladarlo de un punto a otro que puede estar en condiciones diferentes de altura y presión. En este este tipo tipo de mecan mecanism ismos os las las carac caracter teríst ística icas s opera operativ tivas as son impor importan tantes tes para para la selección y comportamiento operativo para cubrir las necesidades de un proceso. Estas se pueden resumir en tres relaciones: . Flujo volumétrico y cabeza (energía proporcionada al fluido) . Flujo volumétrico y potencia. . Flujo volumétrico y eficiencia mecánica. Estas relaciones son proporcionadas por los diagramas llamados “curvas de bombas", que contienen las curvas de cabeza vs. Flujo volumétrico (H vs Q), potencia al freno vs flujo volumétrico (BHP vs. Q) y eficiencia vs flujo volumétrico (η vs Q)
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II.
OBJETIVOS •
Conocer los principios de operación de algunos tipos de bombas.
•
Elaborar las curvas características de una bomba centrífuga.
•
III.
Analizar las variables que determinan el desempeño de un sistema de bombeo y sus interrelaciones.
MARCO TEORICO
DEFINICION Las bombas son equipos mecánicos que sirven para elevar los líquidos y conducirlos de un lugar a otro, o lo que es lo mismo, comunicarles comunicarles cierta cantidad de energía (carga) (carga) que les permita vencer la resistencia de las tuberías a la circulación, así como, la carga que representa la diferencia de nivel entre el lugar de donde se toma el líquido y el lugar a donde se pretende llevar. Los líquidos circulan del lugar de mayor energía al lugar de menor energía; el suministrarle energ energía ía la bomb bomba a al líquid líquido o tiene tiene el obje objeto to de produ producir cir el gradie gradiente nte nece necesar sario io para para establecer la circulación y vencer las resistencias.
CARGA DE BOMBEO Carga de bombeo o carga dinámica total es la carga total contra la cual debe operar una bomba, o sea, la energía por unidad de peso de líquido que debe suministrarle la bomba al mismo para que pueda realizar el trabajo que se pretende. Como sabemos, el movimiento del liquido a través de la tubería da origen a fricción, que resulta en una pérdida de energía, por consiguiente dicha fricción tiene que ser vencida por la bomba, además de la carga estática representada por la diferencia de nivel. Por consiguiente, la carga dinámica total se obtiene sumando los cuatro factores siguientes:
a) La diferencia de nivel, que se conoce como carga estática o carga a elevación b) Las pérdidas de carga debidas a la fricción en las tuberías y accesorios c) La carga a velocidad d) La carga a presión
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La carga estática estática (h), está representada por la diferencia de nivel entre la superficie del líquido donde tiene que tomarlo la bomba y la superficie del liquido en el lugar de descarga véase la figura siguiente:
Perdidas por fricción (hf), las pérdidas de carga representan las pérdidas de energía como consecuencia de la resistencia que presentan las tuberías y accesorios a la circulación del líquido.
La carga de velocidad, está representada por el término V 2/2g, generalmen generalmente, te, en la mayoría de los casos no se la toma en cuenta, porque su valor es muy pequeño: pequeño: a no ser en casos especiales en que la velocidad es muy alta (y por consiguiente la fricción es alta también), o la carga total es muy pequeña y el volumen de agua bombeado es muy grande.
La carga a presión P/γ P/γ, está representada por la presión existente en la superficie del líquido y se expresa por la longitud de la columna de liquido, equivalente a la presión existente. Si la presión dentro del tanque se eleva hasta un punto fijo máximo, dicha presión será la que se usará para encontrar la carga a presión máxima contra la cual deberá operar la bomba. Esta carga a presión en pies o metros, deberá añadirse a la carga estática, la carga debida a la fricción y la carga a velocidad, velocidad, para determinar la carga dinámica total o carga total contra la que trabajará la bomba. POTENCIA DE LOS SISTEMAS DE BOMBEO
El conjunto elevador (moto-bomba) deberá vencer la diferencia de nivel entre los dos puntos, más las pérdidas de carga en todo el trayecto (pérdidas por fricción a lo largo de la tubería y pérdidas locales debidas a las piezas y accesorios).
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POTENCIA (HP)= (Q.HT. γ)/(76.ξ) Donde:
Q = Caudal (l/s) HT = Altura manométrica o carga dinámica total (m) γ = Peso unitario del agua (1000 kg/m3) ξ = Eficiencia (70 %)
EFICIENCIA MECÁNICA : Es la eficiencia relacionada con las pérdidas de energía útil, debidas al rozamiento en el cojinete, prensa prensa-estopas -estopas y el rozamiento del fluido en los espacios entre la cubierta del rodete y la carcasa de la máquina, llamado rozamiento del disco y se define para una bomba centrifuga como:
EFICIENCIA HIDRÁULICA: Se define en términos de la relación entre el trabajo específico ideal de la máquina y el real del rodete, el trabajo específico ideal de la máquina se calcula basado en las condiciones totales o estáticas .
EFICIENCIA TOTAL: Redefine en términos de la relación entre la potencia eléctrica suministrada a la máquina y la potencia hidráulica entregada por ésta.
CURVA DE LA BOMBA: Las prestaciones de una bomba centrífuga se pueden evidenciar gráficamente por medio de una curva característica que, normalmente, tiene datos relativos a la altura geodésica total, a la potencia efectiva del motor (BHP), a la eficiencia, al NPSHr y al nivel positivo, informaciones indicadas en relación con la capacidad de la bomba. Cada bomba centrífuga se caracteriza por su particular curva característica, que es la relación entre su caudal y su altura de elevación. Esta representación gráfica, o sea, la trasposición de esta relación en un gráfico cartesiano, es la mejor manera para conocer qué qué cauda caudall se pued puede e obten obtener er a una una dete determi rmina nada da altur altura a de eleva elevació ción n y viceve viceversa rsa.. En este caso específico, la curva consiste en una línea que parte de un punto (equivalente a cero caudal /máxima altura de elevación) y que llega hasta el final de la curva con la reducción de la altura de elevación aumentando el caudal. Está claro que, para modificar esta representación, contribuyen otros elementos como la velocidad, la potencia del motor o el diámetro del rodete. Hay que considerar, además,
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Ingeniería de alimentos I que las prestaciones de una bomba no se pueden conocer sin saber todos los detalles del sistema en el que tendrá que funcionar. La curva de prestaciones prestaciones de cada bomba cambia en el momento que cambia la velocidad velocidad y se explica con las siguientes leyes: 1. la calidad calidad del del líquido líquido trasladado trasladado cambia cambia en relación relación con con la velocidad velocidad 2. la altura altura de elevació elevación n varía en relació relación n con el cuadrado cuadrado de la velocid velocidad ad 3. la potencia potencia consum consumida ida varía varía en relación relación con con el cubo de la velocid velocidad ad La canti cantida dad d de líquid líquido o bomb bombea eado do y la pote potenci ncia a abso absorbi rbida da son, son, aprox aproxima imada dame mente nte,, proporci proporciona onales. les. La descarga descarga de una bomba bomba centrífug centrífuga a con velocida velocidad d constant constante e puede puede variar de cero caudal (todo cerrado o válvula cerrada), hasta un máximo que depende del proyecto y de las condiciones de trabajo. Por ejemplo, si se duplica la cantidad de fluido bombeado se duplica la velocidad y todas las demás condiciones permanecen iguales, mientras que la altura de elevación aumenta 4 veces y la potencia consumida 8 veces con respecto a las condiciones iniciales. La potencia absorbida por la bomba puede localizarse en el punto donde la curva de la potencia se encuentra con la curva de la bomba en el punto de trabajo. Pero esto no indica todavía la medida requerida del motor. Existen distintas maneras para determinar la potencia de los motores de alimentación de la bomba: •
•
•
•
se puede elegir el motor adecuado a la velocidad de accionamiento o al margen de funcionamiento (el mejor método y el menos costoso cuando las condiciones de trabajo de la bomba no cambian tanto). se pued puede e leer leer la poten potencia cia al final final de la curva curva (la soluc solución ión más frecue frecuente nte que garantiza una potencia adecuada en casi todas las condiciones de ejercicio). se puede leer la potencia que corresponde al punto de trabajo sumando el 010% (sistema usado generalmente sólo en las refinerías o en otras aplicaciones donde no hay variaciones en las características de la instalación). usando las curvas, todas las condiciones operativas pueden ser consideradas (el mejor mejor método método donde donde están están present presentes es efectos efectos sifones, sifones, grandes grandes variacio variaciones nes en altura geodésica, largas tuberías para llenar)
Las prestacion prestaciones es de una bomba, bomba, y en especial especial de las bombas bombas rotodinám rotodinámicas icas,, están están ilustradas con una curva tal que evidencia perfectamente la relación entre el líquido en movimiento por unidad de tiempo y el aumento de la presión. Pero las curvas referidas a las distintas categorías de bombas tienen características muy diferent diferentes. es. Por ejemplo, ejemplo, las bombas bombas volumét volumétricas ricas presentan presentan un volumen volumen de caudal caudal independiente de la diferencia de presión (y la curva respectiva es, casi siempre, una línea
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Ingeniería de alimentos I vertical), mientras que las bombas centrífugas tienen una curva de prestación que, como ya hemos visto, aumentando la altura de elevación opone la disminución del caudal y viceversa. La curva de las bombas periféricas, en cambio, tienen una marcha que al medio de estas dos categorías de bombas. Una regla general para comprender las fuerzas desarrolladas por una bomba centrífuga es la siguiente: una bomba no crea presión sino que aporta sólo caudal. La presión es nada más que la medida de la resistencia del caudal.
IV.
MATERIALES Y METODOS A. MATERIALES E INSTRUMENTOS Para la realización de la experiencia se necesitan instrumento tales como: •
Recipiente graduado para tomar un volumen de agua.
•
Un cronómetro.
•
Medidor de presión
Como materiales usamos: El agua como fluido a temperatura ambiente.
B. METODOLOGIA Se proced procederá erá a abrir abrir la llave llave del del sistem sistema a con con la final finalida idad d de ver las difer diferen entes tes variaciones de presión así como el caudal; con estos datos se realizara un análisis y representación del caudal (Q), la potencia útil ( η) y la carga dinámica de la bomba (H).
V.
RESULTADOS
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Ingeniería de alimentos I v(m3)
t(s)
∆H(mmH g)
Q(m3/s)
∆H(m)
0,00117
3
10
0,00039
0,13595
0,00111
3
14
0,00037
0,19033
0,001383
3,9
22
0,001494
4,3
30
0,001428
4,3
35
0,001496
4,8
40
0,00042
1,4
68
0,000554
1,9
72
0,000528
1,8
90
0,000554
2,1
100
0,000354 62 0,000347 44 0,000332 09 0,000311 67 0,0003 0,000291 58 0,000293 33 0,000263 81
0,29909 0,40785 0,475825 0,5438 0,92446 0,97884 1,22355 1,3595
η
5,35561E05 7,11334E05 8,24102E05 9,9862E-05 0,0001113 59 0,0001069 98 0,0006002 99 0,0004551 98 0,0006042 22 0,0005175 31
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VI.
DISCUSIONES •
•
•
•
VII.
La bomba tiene pérdidas por las erosiones sufridas por el uso, eso hace que esta bomba baje su eficiencia En la gráfica de altura de bombeo vs caudal se puede apreciar que la altura de bomb bombeo eo dismi disminu nuye ye en forma forma parab paraból ólica ica pero pero cont contrar rario io al de una una instal instalac ación ión adec adecua uada da,, esto esto se debe debe a las las tube tuberí rías as,, porq porque ue en nues nuestr tro o caso caso los los dato datos s supuestos de medida de tuberías nos muestran que el diámetro de la tubería de aspiración aspiración es menor que el de la tubería de descarga lo cual no debe ser así, si no más aun al contrario.
En nuestras graficas no se encuentran las curvas de la altura del sistema debido a que la altura geodésica es pequeña. El agua que fluye por el sistema de bombeo esta con impurezas y algunas sólidas el cual daña el interior de la bomba.
CONCLUSIONES •
Una bomba centrífuga es un tipo de bomba de bomba hidráulica que transforma la energía energía mecánic mecánica a de un impulso impulsorr rotatorio rotatorio en energía energías s cinética cinéticas s y potencia potenciales les requeridas. Aunque la fuerza centrífuga producida depende tanto de la velocidad en la periferia del impulsor como de la densidad del líquido.
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VIII.
BIBLIOGRAFIA MOTT, MOTT, ROBERT ROBERT L. mecánic mecánica a de fluidos fluidos aplicad aplicada. a. Edición Edición Prentice Prentice− − Hall cuarta cuarta edición. México 1996. Azevedo N., J. M. y Acosta A., G. Manual de Hidráulica. Sexta edición. Harla, S. A. de C.V. México, 1976. Sotelo A., G., Hidráulica general. Volumen I, Editorial LIMUSA S.A. Sexta edición, México, 1982. Streeter Streeter,, V., Wylie, B and Bedford, Bedford, K. Mecánica Mecánica de Fluidos Fluidos.. 9Ed. 9Ed. McGraw McGraw Hill. Hill. Bogotá, 2000. ASSUREIRA, Estela. Apuntes de Mecánica de Fluidos. Lima. Pontificia Universidad Católica del Perú, 2008. 117 p. MOTT, Robert. Mecánica de fluidos aplicada. 4ª. Ed. México: Prentice-Hall, 1996. 580 p. ISBN 968-880-542-4