Practica 2 Liq 2 203fr

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MEXICO Facultad de Química Laboratorio de Ingeniería Química II Experimento No. 2 y 2A Descarga de Tanques y Operación en Serie de Bombas Centrifugas con Características Diferentes Profesora: Ileana Rodríguez Castañeda Integrantes: Cortes Aguirre Carlos (31331521-7) López Lorenzo Oscar Alejandro (31110737-3) Pantoja Vázquez Edgar Vicente (31308076-2) Fecha de realización: 19/02/2018 Fecha de entrega: 05/03/2018

1. Problema. Guión 2: 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. Guión 2A: Los datos eléctricos de las placas de los motores de las tres bombas instaladas en el módulo de bombeo [Figura 1] son 0.75, 1.0 y 1.5 HP. Estas se pueden interconectar entre sí, para operar a dos de ellas en serie, encuentre las alternativas posibles y seleccione la que opere con mayor eficiencia, cuando en el sistema hidráulico se requiere un flujo de 35 L/min y una cabeza total de 41 m. 2. Introducción. La importancia que tienen actualmente las bombas en la industria, es muy grande, la mayoría de procesos que se realizan es necesario transportar materia a diferentes puntos de la empresa para llevar a cabo procesos. Esta técnica no es nueva y lleva años siendo utilizada, en la actualidad se han convertido en elementos indispensables para la industria, que sin ellas, estaría paralizada. Una bomba es una máquina hidráulica generadora que transforma la energía (generalmente energía mecánica) con la que es accionada en energía hidráulica del fluido incompresible que mueve. El fluido incompresible puede ser líquido o una mezcla de líquidos y sólidos como puede ser el hormigón antes de fraguar o la pasta de papel. Al incrementar la energía del fluido, se aumenta su presión, su velocidad o su altura, todas ellas relacionadas según el principio de Bernoulli. En general, una bomba se utiliza para incrementar la presión de un líquido añadiendo energía al sistema hidráulico, para mover el fluido de una zona de menor presión o altitud a otra de mayor presión o altitud. Existe una ambigüedad en la utilización del término bomba, ya que generalmente es utilizado para referirse a las máquinas de fluido que transfieren energía, o bombean fluidos incompresibles, y por lo tanto no alteran la densidad de su fluido de trabajo, a diferencia de otras máquinas como lo son los compresores, cuyo campo de aplicación es la neumática y no la hidráulica. Pero también es común encontrar el término bomba para referirse a máquinas que bombean otro tipo de fluidos, así como lo son las bombas de vacío o las bombas de aire. El funcionamiento de una bomba centrifuga (una de las más utilizadas) no es difícil de entender ya que básicamente consiste de un movimiento rotativo dentro de una carcasa desarrollado por un impulsor, este movimiento imprime una cierta velocidad aun liquido que entra por una brida y lo impulsa para salir por otra gracias a la energía de presión que se genera por el movimiento de las alabes. Los impulsores que generan dicha circulación de fluidos se clasifican en abiertos y

cerrados. El objetivo de dichos impulsores además de circular fluido, es evitar la recirculación de fluidos que ocasionan desgaste y fallas dentro de la bomba. Los impulsores de tipo abierto se utilizan para la transportación de elementos sólidos y proporcionan la ventaja de tener una recirculación restringida y por un mayor rendimiento. Considerando la condición que señala que a menor recirculación, obtendremos un mayor rendimiento. Los impulsores de tipo cerrado, utilizan anillos de desgaste para evitar la recirculación, desafortunadamente disminuyen su rendimiento a medida que se van desgastando por lo que es necesario supervisarlos constantemente y reemplazarlos a su debido tiempo para obtener un amplio rendimiento de la bomba.

3. Tablas y resultados.

Guión 2.

No. de dato 1 2 3 4 5 6

No. de dato 1 2 3 4 5 6

Tabla 1. DATOS EXPERIMENTALES Bomba: 3A Marca: WEG HP: 0.75 Presión de Presión de Flujo Potencia RPM succión PS descarga PD Volumétrico Q eléctrica PE (kg/cm2) (kg/cm2) (L/min) (W) 0.045 1.5 79 717 3455.2 0.045 1.6 69 685 3463.4 0.06 1.7 63 650 3472.3 0.06 1.8 45 601 3493.3 0.06 1.9 28 546 3503.3 0.06 2.1 9 468 3521.4 Tabla 2. DATOS EXPERIMENTALES Bomba: 2B Marca: WEG HP: 1.00 Presión de Presión de Flujo Potencia RPM succión PS descarga PD Volumétrico Q eléctrica PE (lb/in2) (kg/cm2) (L/min) (W) 0.070 1.6 80 705 3511.8 0.070 1.7 74 681 3510.1 0.065 1.8 62 646 3516.9 0.060 1.9 48 586 3523.1 0.060 2.0 14 495 3541.7 0.055 2.1 9 442 3548.8

∆Ppo placa (inHg) 3.02 2.25 1.69 0.97 0.44 0.004

∆Ppo placa (inHg) 3.15 2.65 1.92 1.19 0.13 -0.023

No. de dato 1 2 3 4 5 6

Tabla 3. DATOS EXPERIMENTALES Bomba: 1C Marca: WEG HP: 1.50 Presión de Presión de Flujo Potencia RPM succión PS descarga PD Volumétrico Q eléctrica PE (lb/in2) (kg/cm2) (L/min) (W) 0.05 1.6 109 975 3499.6 0.05 1.7 101 959 3494.1 0.03 1.8 92 928 3497.4 0.01 2.0 73 863 3505.4 0.00 2.4 47 760 3517.9 0.1 2.4 12 584 3542.5

∆Ppo placa (inHg) 5.50 4.85 4.05 2.62 1.11 -0.024

Guión 2A. Tabla 4. Datos experimentales de dos bombas operando en serie en el arreglo No. 1 Bomba: 3A HP: 0.75 con Bomba: 2B HP: 0.75 No. de Presión de Presión de Flujo Potencia RPM ∆Ppo placa dato succión PS descarga PD Volumétrico Q eléctrica PE (kg/cm2) (kg/cm2) (L/min) (W) (inHg) 1 0.045 2.7 90 1470 3496.1 3.97 2 0.045 3.0 77 1390 3504.6 2.89 3 0.06 3.4 59 1260 3517.3 1.71 4 0.06 3.7 30 1070 3531.4 0.52 5 0.06 4.1 9 893 3549.4 -0.04 Tabla 5. Datos experimentales de dos bombas operando en serie en el arreglo No. 2 Bomba: 3A HP: 0.75 con Bomba: 1C HP: 0.75 No. de Presión de Presión de Flujo Potencia RPM ∆Ppo placa dato succión PS descarga PD Volumétrico Q eléctrica PE (kg/cm2) (kg/cm2) (L/min) (W) (inHg) 1 0.045 2.1 122 1880 3468.6 6.93 2 0.045 2.7 101 1760 3478.1 4.88 3 0.06 3.4 76 1580 3490.1 2.81 4 0.06 4 33 1260 3516.7 0.61 5 0.06 4.4 9 997 3538.4 -0.024 Tabla 6. Datos experimentales de dos bombas operando en serie en el arreglo No. 3 Bomba: 2B HP: 0.75 con Bomba: 1C HP: 0.75 No. de Presión de Presión de Flujo Potencia RPM ∆Ppo placa dato succión PS descarga PD Volumétrico Q eléctrica PE (kg/cm2) (kg/cm2) (L/min) (W) (inHg) 1 0.05 2.2 130 1900 3466.9 7.75 2 0.05 2.6 119 1830 3471.6 6.58 3 0.03 3.2 94 1670 3483.2 4.25 4 0.01 3.8 65 1480 3498.8 2.12 5 0 4.4 9 1010 3536.7 -0.041

4. Cuestionario. 1. Con los datos experimentales de las tablas 2, 3 y 4 calcular para cada bomba: a) La cabeza total. Bomba 3A No. de dato Cabeza (m) 1 14.545 2 15.544 3 16.394 4 17.394 5 18.394 6 20.393

Bomba 2B No. de dato Cabeza (m) 1 15.967 2 16.966 3 17.968 4 18.970 5 19.969 6 20.971

Bomba 1C No. de dato Cabeza (m) 1 15.975 2 16.974 3 17.982 4 19.989 5 21.992 6 23.952

Bomba 2B No. de dato Capacidad (m3/seg) 1 0.0013 2 0.0012 3 0.0010 4 0.0008 5 0.0002 6 0.0001

Bomba 1C No. de dato Capacidad (m3/seg) 1 0.00182 2 0.00168 3 0.00153 4 0.00122 5 0.00078 6 0.0002

Bomba 2B No. de dato PH (W) 1 208.845 2 205.277 3 182.142 4 148.874 5 45.710 6 30.859

Bomba 1C No. de dato PH (W) 1 284.693 2 280.306 3 270.484 4 238.581 5 169.001 6 46.994

Bomba 2B No. de dato PE (W) 1 705 2 681 3 646 4 586 5 495 6 442

Bomba 1C No. de dato PE (W) 1 975 2 959 3 928 4 863 5 760 6 584

b) La capacidad. Bomba 3A No. de dato Capacidad (m3/seg) 1 0.00132 2 0.00115 3 0.00105 4 0.00075 5 0.00047 6 0.00015 c) La potencia Hidráulica. Bomba 3A No. de dato PH (W) 1 187.871 2 175.367 3 168.871 4 127.977 5 84.206 6 30.008 d) La potencia eléctrica. Bomba 3A No. de dato PE (W) 1 717 2 685 3 650 4 601 5 546 6 468

e) El % de eficiencia de la bomba. Bomba 3A No. de dato Ƞ (%) 1 26.202 2 25.601 3 25.980 4 21.294 5 15.422 6 6.412

Bomba 2B No. de dato Ƞ (%) 1 29.623 2 30.143 3 28.195 4 25.405 5 9.234 6 6.982

Bomba 1C No. de dato Ƞ (%) 1 29.199 2 29.229 3 29.147 4 27.646 5 22.237 6 8.047

2. Con los resultados del punto anterior, construir a para cada bomba las siguientes gráficas de curvas características: (En la misma hoja)

a) Capacidad en [LPM] vs Cabeza total en [m].

H vs Q

y = -0.0005x2 - 0.0274x + 24.331 R² = 0.9998

30

y = -0.0601x + 21.342 R² = 0.9415

25

y = -0.0782x + 20.928 R² = 0.9844

H [m]

20

Bomba 3A Bomba 2B

15

Bomba 1C Linear (Bomba 3A)

10

Linear (Bomba 2B) Poly. (Bomba 1C)

5 0 0

20

40

60 Q [LPM]

80

100

120

b) Capacidad en [LPM] vs Potencia eléctrica en [W]. y = -0.0152x2 + 5.8936x + 515.66 R² = 0.9998

Pe vs Q 1200

y = 3.4708x + 441.68 R² = 0.9952

1000

y = 3.4627x + 426.87 R² = 0.9871

Pe [W]

800

Bomba 3A Bomba 2B

600

Bomba 1C Linear (Bomba 3A)

400

Linear (Bomba 2B) Poly. (Bomba 1C)

200 0 0

20

40

60 Q [LPM]

80

100

120

c) Capacidad [LPM] vs Eficiencia de bomba.

n vs Q

y = -0.0029x2 + 0.5711x + 1.6877 R² = 0.9996

35

y = 0.3415x + 5.2607 R² = 0.9492

30 y = 0.2861x + 6.1812 R² = 0.9299

n [%]

25

Bomba 3A

20

Bomba 2B

15

Bomba 1C 10 5 0 0

20

40

60 Q [LPM]

80

100

120

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.

Como podemos ver, la que está más cercana a lo que nos pide, es la bomba de 1.0 HP, pero por desgracia, esta no llega al número, quedando en 18.5. Por lo que se opta en utilizar la bomba de 1.5 HP, ya que cumple con las características que se le pide de 60 L/min y una cabeza de 19 m. Haciendo regresión lineal para calcular la energía requerida y el % de eficiencia, nos da de: Consumo de energía: 814.556 W Eficiencia: 25.514% 4. Escribir comentarios y conclusiones sobre la experimentación y resultados.

Cómo podemos observar, los datos de esta práctica nos conducen a saber el requerimiento de saber seleccionar una bomba, ya que esto nos dará la oportunidad de que al escogerla, tendremos la mayor eficiencia posible, el menor gasto de potencia y con esto, bajar y economizar los gastos de la empresa, que requiera el uso de bombas centrifugas.

-Guión

2A-

1. Con la información contenida en las tablas de datos experimentales, hacer los cálculos necesarios para obtener en cada arreglo: a) La cabeza en [m]

Bomba 3A-2B No. de dato Cabeza (m) 1 26.541 2 29.540 3 33.389 4 36.388 5 40.386

Bomba 3A-1C No. de dato Cabeza (m) 1 20.543 2 26.541 3 33.389 4 39.387 5 43.385

Bomba 2B-1C No. de dato Cabeza (m) 1 21.493 2 25.491 3 31.689 4 37.887 5 43.985

b) La capacidad (flujo volumétrico) en [L/min]

Bomba 3A-2B No. de dato Capacidad (L/min) 1 90 2 77 3 59 4 30 5 9

Bomba 3A-1C No. de dato Capacidad (L/min) 1 122 2 101 3 76 4 33 5 9

Bomba 2B-1C No. de dato Capacidad (L/min) 1 130 2 119 3 94 4 65 5 9

c) La potencia Hidráulica en [kgfm/kg],

Bomba 3A-2B No. de dato PH (kgfm/kg) 1 39.824 2 37.921 3 32.842 4 18.199 5 6.060

Bomba 3A-1C No. de dato PH (kgfm/kg) 1 41.783 2 44.691 3 42.305 4 21.669 5 6.510

Bomba 2B-1C No. de dato PH (kgfm/kg) 1 46.582 2 50.573 3 49.662 4 41.057 5 6.600

d) La potencia eléctrica en [W]

Bomba 3A-2B No. de dato PE (W) 1 1470 2 1390 3 1260 4 1070 5 893

Bomba 3A-1C No. de dato PE (W) 1 1880 2 1760 3 1580 4 1260 5 997

Bomba 2B-1C No. de dato PE (W) 1 1900 2 1830 3 1670 4 1480 5 1010

Bomba 2B No. de dato Eficiencia (%) 1 21.796 2 24.902 3 26.259 4 16.866 5 6.403

Bomba 2B-1C No. de dato Eficiencia (%) 1 24.043 2 27.102 3 29.164 4 27.206 5 6.408

e) El % de eficiencia.

Bomba 3A-2B No. de dato Eficiencia (%) 1 26.568 2 26.755 3 25.562 4 16.680 5 6.655

2. Con los resultados anteriores, construir para cada arreglo las siguientes gráficas. a) Capacidad en [LPM] vs Columna total en [m]. y = -0.0012x2 - 0.024x + 44.289 R² = 0.9994 y = -0.001x2 - 0.0712x + 43.666 R² = 0.9957

H vs Q 50 45

y = -0.1625x + 41.863 R² = 0.9823

40

H [m]

35 30

Bombas 3A y 2B

25

Bombas 3A y 1C

20

Bombas 2B y 1C

15

Linear (Bombas 3A y 2B)

10 5

Poly. (Bombas 3A y 1C)

0

0

50

100

150

Poly. (Bombas 2B y 1C)

Q [L/min]

b) Capacidad en [LPM] vs Potencia eléctrica en [W].

Pe vs Q

y = -0.0231x2 + 10.727x + 912 R² = 0.9987

2000

y = -0.0145x2 + 9.3205x + 928.59 R² = 0.9998

1800 1600

y = 7.0643x + 842.19 R² = 0.9978

Pe [W]

1400 1200

Bombas 3A y 2B

1000 800

Bombas 3A y 1C

600

Bombas 2B y 1C

400

Linear (Bombas 3A y 2B)

200

Poly. (Bombas 3A y 1C)

0 0

50

100 Q [L/min]

150

Poly. (Bombas 2B y 1C)

c) Capacidad [LPM] vs Eficiencia de bomba.

n vs Q

y = -0.0034x2 + 0.623x + 1.085 R² = 0.9994

35

y = -0.0041x2 + 0.6532x + 1.0191 R² = 0.9994

30

y = -0.0034x2 + 0.5813x + 1.4526 R² = 0.9986

n [%]

25 20 15

Bombas 3A y 2B

10

Bombas 3A y 1C

5

Bomba 2B y 1C Poly. (Bombas 3A y 2B)

0 0

50

100

150

Q [L/min]

Poly. (Bombas 3A y 1C) Poly. (Bomba 2B y 1C)

3. Analizar las gráficas resultante del punto anterior indicando:

a) Las bombas que integran el arreglo que da solución al problema planteado. Las bombas que se ajustan a lo pedido en el problema de la práctica, son el grupo de bombas 3A-1C y el grupo de bombas 2B-1C.

b) Los Watts que consume y la eficiencia con que opera el arreglo. De acuerdo con los grupos de bombas, al realizarle regresión lineal, obtenemos resultados más aproximados, los cuales son: Bombas 3A-1C: Potencia: 1259.1475 W

Eficiencia: 18.725

Bombas 2B-1C: Potencia: 1237.045 W

Eficiencia: 18.8586

4. Resultados del problema. -Guión 2Con los resultados obtenidos, nos damos cuenta que requerimos el uso de la bomba 1C, ya que es la única que a un flujo de 60 L/min nos da una cabeza más alta que la solicitada (un poco más, de 20.887 m exactamente).

-Guión 2AAquí, vemos que tenemos 2 posibilidades para el uso de bombas en serie, ya sea el par de bombas 3A-1C o el par de bombas 2B-1C, pero nos tenemos que decidir por un par, el cual se escoge mediante el que tenga una mayor eficiencia y menor gasto de potencia, por lo que escogemos el par de bombas 2B-1C, ya que tiene una mayor eficiencia (una decima mejor) y en potencia gasta menos (aproximadamente 22 watts).

5. Conclusiones. Como podemos observar, el tema de bombas centrifugas es de gran importancia y al aplicar los conocimientos de materias teóricas (ingeniería de fluidos), nos podemos dar cuenta que al realizarse un estudio teórico con las ecuaciones establecidas, podemos acercarnos mucho al valor real y así saber que tipo de bomba colocar, de acuerdo a la potencia que requiera, de igual forma, este trabajo ayuda a la realización de cálculos, obteniendo datos de manera experimental y saber de que parte física del equipo se requiere consultar los datos.

6. Referencias. Valiente, B. A., Problemas de Flujo de Fluidos, México, Ed. Limusa, 1998. Manual de laboratorio de Ingeniería química II.

7. HOJA DE CÁLCULO.