Informe Curvas De Bombas Centrifugas 4p2n5c

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Ingeniería de alimentos I

PRACTICA: DETERMINACION DE CURVAS 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 transporte de fluidos es una operación unitaria de gran importancia dentro de los procesos industriales, es necesario familiarizarse con el funcionamiento, selección, 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: Consiste en producir energía cinética, que proviene de una fuerza centrífuga, 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 fluido o por medio de medios mecánicos. En este grupo se encuentran 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.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Ingeniería de alimentos I 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 los equipos para manejar líquidos corrosivos y para desalojar otros equipos. Ejemplos de éstos son los sprays a presión, algunos 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 bomba es un dispositivo que incrementa la energía mecánica del fluido para trasladarlo de un punto a otro que puede estar en condiciones diferentes de altura y presión. En este tipo de mecanismos las características operativas son importantes 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)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Ingeniería de alimentos I II.

III.

OBJETIVOS •

Conocer los principios de operación de algunos tipos de bombas.

•

Elaborar las curvas características de una bomba centrífuga.

•

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 cierta cantidad de energía (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 energía la bomba al líquido tiene el objeto de producir el gradiente necesario 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 rios c) La carga a velocidad d) La carga a presión

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Ingeniería de alimentos I La carga 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 rios a la circulación del líquido. La carga de velocidad, está representada por el término V2/2g, generalmente, en la mayoría de los casos no se la toma en cuenta, porque su valor es muy 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, 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, 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 rios).

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Ingeniería de alimentos I 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-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 caudal se puede obtener a una determinada altura de elevación y viceversa. 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 de cada bomba cambia en el momento que cambia la velocidad y se explica con las siguientes leyes: 1. la calidad del líquido trasladado cambia en relación con la velocidad 2. la altura de elevación varía en relación con el cuadrado de la velocidad 3. la potencia consumida varía en relación con el cubo de la velocidad La cantidad de líquido bombeado y la potencia absorbida son, aproximadamente, proporcionales. La descarga de una bomba centrífuga con velocidad constante 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 puede leer la potencia al final de la curva (la solución más frecuente 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 método donde están presentes efectos sifones, grandes variaciones en altura geodésica, largas tuberías para llenar)

Las prestaciones de una bomba, y en especial de las bombas rotodinámicas, 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 diferentes. Por ejemplo, las bombas volumétricas presentan un volumen de 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 procederá a abrir la llave del sistema con la finalidad de ver las diferentes 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 •

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 bombeo disminuye en forma parabólica pero contrario al de una instalación adecuada, esto se debe a las tuberías, porque en nuestro caso los datos supuestos de medida de tuberías nos muestran que el diámetro de la tubería de 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.

VII.

CONCLUSIONES •

Una bomba centrífuga es un tipo de bomba de bomba hidráulica que transforma la energía mecánica de un impulsor rotatorio en energías cinéticas y potenciales requeridas. Aunque la fuerza centrífuga producida depende tanto de la velocidad en la periferia del impulsor como de la densidad del líquido.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO Ingeniería de alimentos I VIII.

BIBLIOGRAFIA MOTT, ROBERT L. mecánica de fluidos aplicada. Edición Prentice− Hall 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, V., Wylie, B and Bedford, K. Mecánica de Fluidos. 9Ed. McGraw 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