LABORATORIO DE INGENIERA QUMICA I U.N.M.S.M.

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

(Universidad del Per, DECANA DE AMRICA)

FACULTAD DE QUMICA E INGENIERA QUMICA

LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS

LABORATORIO DE INGENIERA QUMICA I

BOMBAS CENTRFUGAS

PROFESOR:Ing. Ral Germn Pizarro Cabrera.

GRUPO:A

INTEGRANTES:Chinchay Vega, George Eddie08070147Lpez Quispe, Luis Alberto08070085Meza Apolinario, Mihail Marino08070149Tarmeo Yarleque, Diana Isabel08070038

HORARIO:Mircoles, 2:00 p.m. - 8:00 p.m.

FECHA DE REALIZACIN DE PRCTICA:18 de abril del 2012.

FECHA DE ENTREGA DE INFORME:25 de abril del 2012

CIUDAD UNIVERSITARIA, ABRIL DEL 2012

LABORATORIO DE INGENIERA QUMICA I U.N.M.S.M.

BOMBAS CENTRFUGAS - Grupo APgina 5

TABLA DE CONTENIDO

1. RESUMEN32. INTRODUCCION43. DISCUSIN HISTRICA64. PRINCIPIOS TEORICOS85. DETALLES EXPERIMENTALES215.1. DESCRIPCIN DEL EQUIPO215.2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL235.3. TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES256. RESULTADOS297. DISCUSION DE RESULTADOS338. CONCLUSIONES349. RECOMENDACIONES3510. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS3611. APNDICE3711.1. MTODO DE CLCULO3711.2 GRFICOS4711.3. ANEXOS49

1.RESUMEN

La prctica BOMBAS CENTRIFUGAS tiene como principal objetivo determinar las curvas caractersticas de la bomba.Para la prctica se utilizo una bomba centrifuga (marca Hidrostal, tipo 32-125-0.5 de 0.5HP, 60Hz y 3450RPM), la cual estaba acoplada a un sistema de tuberas: zona de succin (Dimetro de 2) y zona de descarga (Dimetro de 1.5), por estas el fluido (Agua) circulaba.Se tomaron caudales diferentes (5 mediciones) los cuales varan entre 1.49L/s y 3.33L/s en tres casos diferentes: primero se mantiene constante el valor de la succin a 6 pulg Hg para lo cual se abri por completo al vlvula de la tubera de succin.En el segundo caso se mantiene constante el valor de descarga a 5.5 psi para lo cual se abre completamente la vlvula de descarga. Y en el ltimo caso se vara tanto la descarga como la succin.El caudal fue hallado midiendo la ascensin del agua en un tiempo determinado.El NPSH requerido fue calculado mediante una grafica con tendencia polinmica con datos del fabricante.Los resultados obtenidos en cada una de estas etapas sirvieron para la construccin de las curvas caractersticas (Graficas N 4). Para la grafica N4 se observa una eficiencia mxima aproximada de 32% para un caudal de 2.35 L/s. Se infiere que la carga es inversamente proporcional con el caudal. Comparando los NPSH se concluye que en la bomba no ocurre el fenmeno de la cavitacin debido a que los NPSH disponible > NPSH requerido.La potencia de freno (BHP) es mayor a la potencia til (HPH), esto puede verificarse en las grafica N 1, 2,3 Y 4.

2.INTRODUCCIN

La industria qumica es la que presenta problemas de bombeo ms complejos y la que requiere bombas para manejar sustancias de diferente naturaleza.Las materias primas en estado lquido generalmente son abastecidas en carros tanque de donde deben bombearse a travs de las diferentes partes del sistema de tubera. Dichos lquidos tienen distinta composicin qumica, corrosiva, viscosidad, consistencia por lo cual se requiere usar diferentes tipos de bombas.Las bombas centrifugas se usan en las plantas qumicas para manejar aproximadamente el 90 % de los liquido corrosivos. La razn de esto, es la ventaja que presentan las bombas centrifugas de trabajar con holguras ms amplios, lo cual es una ventaja cuando se usan aleaciones inoxidables.Los principales materiales usados en las bombas para la industria qumica son acero inoxidable, vidrio, plstico, grafito, acero, bronce, fierro, hule duro, porcelana y una gran cantidad de otros materiales resistentes a la corrosin y a la abrasin. Adems se requiere que la instalacin y mantenimiento del equipo sea fciles y su operacin confiable.Los lquidos que se manejan abarcan cidos bases, sales, sales, acetato, hidrocarbonos, cloruros, almidones, aceites, etc.Las bombas para la industria qumica se construyen en varios diseos especiales. En cuanto al problema de las fugas en los estoperos estos se resuelven con bombas provistas de sellos mecnicos de materiales especiales para resistir la abrasin o la erosin. Tambin se han diseado bombas de las llamadas de cero fugas que son de movimiento magntico. El extremo motriz y el lado magntico. El extremo motriz y el lado en contacto con el lquido estn separados por un diafragma no magntico y el lquido bombeado sirve como lubricante de la bomba este diseo es especial para lquidos peligroso txicos odorferos extremadamente calientes o fros o altamente corrosivo.Tambin se usan bombas con motores de cierre hermtico similares a las empleadas en las plantas nucleares.En lo que se refiere al problema que presentan los lquidos muy abrasivos y que, tal vez es el mayor problema que existe en una bomba, se ha recurrido a recubrimientos de sustancias sintticas que pueden ser reemplazadas peridicamente.Existen diseos especiales para bombear metales fundidos y para manejar sustancias con slidos en suspensin, tales como pulpas qumicas, residuos de zinc, dolomitas, bauxitas, etc.Dentro del campo de las bombas rotatorias son muy conocidas las bombas de tornillo simple, para gran variedad de productos custicos, cidos, colorantes, solventes, jabones, ltex, resinas, etc.Las bombas de Volumen Controlado, de medicin y de dosificacin se usan en procesos qumicos y metalrgicos para inyectar pequeas cantidades de lquidos.Para gastos mayores, las bombas de diafragma de diferentes diseos tienen gran aceptacin.Las bombas de Diafragma accionadas por aire tienen gran demanda en las plantas qumicas y metalrgicas para manejar lodos licores cidos, productos cristalinos, etc.Las bombas Reciprocantes mayores son generalmente unidas del tipo de embolo, construidas de aleaciones especiales, porcelanas, hule duro etc. algunas bombas estn provistas de cilindros resistentes al acido, de porcelana y tienen mbolos del mismo material. Las aplicaciones incluyen el manejo de cidos, pinturas, abrasivos, etc.

3. DISCUSIN HISTRICA

Desde la creacin el hombre ha estado empeado en multiplicar su fuerza fsica. Inicialmente se asocio con otros para aplicar cada uno su fuerza individual a un solo objeto. Posteriormente un ilustre desconocido invent la rueda y otros la palanca y la cua. Con estos medios mecnicos se facilitaron enormemente las labores. Pronto estos elementos se combinaron y evolucionaron hasta convertirse en ingenios mecnicos muy diversos, que fueron utilizados en la construccin de los pueblos, en las guerras y en la preparacin de la tierra.

Tambin el hombre al lado del desarrollo de los dispositivos mecnicos, empez desde muy temprano la experimentacin de la utilizacin de recursos naturales tan abundantes como el agua y el viento. Inicialmente se movilizo en los lagos y ros utilizando los troncos de madera que flotaban. Ms adelante la navegacin se hizo a ve la aprovechando la fuerza de los vientos.

La rueda hidrulica y el molino de viento Son prembulos de mucho inters para la historia de los sistemas con potencia fluida, pues familiarizaron al hombre con las posibilidades d los fluidos para generar y transmitir energa y le ensearon en forma emprica los rudimentos de la Hidromecnica y sus propiedades.La primera bomba construida por el hombre fue la jeringa y se debe a los antiguos egipcios, quienes la utilizaron para embalsamar las momias. Ctesibius en el siglo II A.C., la convirti en una bomba de doble efecto.En la segunda mitad del siglo XV, Leonardo Da Vinci en su escrito sobre flujo de agua y estructuras para ros, estableci sus experiencias y observaciones en la construccin de instalaciones hidrulicas ejecutadas principalmente en Miln y Florencia.Galileo en 1612 elaboro el primer estudio sistemtico de los fundamentos de la Hidrosttica.Un alumno de Galileo, Torriceli, enunci en 1643 la ley del flujo libre de lquidos a travs de orificios. Construyo el barmetro para la medicin de la presin atmosfrica.

Blaise Pascal, aunque vivi nicamente hasta la edad de 39 aos, fue uno de los grandes cientficos y matemticos del siglo XVII. Fue responsable de muchos descubrimientos importantes, pero en relacin con la mecnica de fluidos son notables los siguientes: La formulacin en 1650 de la ley de la distribucin de la presin en un lquido contenido en un recipiente. Se conoce esta, como ley de Pascal. La comprobacin de que la potencia del vaco se debe al peso de la atmsfera y no a un "horror natural" como se crey por ms de 2000 aos antes de su poca.Leonhard Euler, 1707-1783, tambin suizo, desarrollo las ecuaciones diferenciales generales del flujo para los llamados fluidos ideales (no viscosos). Esto marco El principio de los mtodos tericos de anlisis en la Mecnica de Fluidos. A Euler se le debe tambin la ecuacin general del trabajo para todas las maquinas hidrulicas rotodinamicas (turbinas, bombas centrifugas, ventiladores, etc.), adems de los fundamentos de la teora de la flotacin.En 1930 se empezaron a construir las bombas de paletas de alta presin y se introdujeron los sellos de caucho sinttico. Diez aos despus los servomecanismos electrohidrulicos ampliaron el campo de aplicacin de la oleohidrulica (rama de la hidrulica que utiliza aceite mineral como fluido). Desde los aos sesenta el esfuerzo investigativo de la industria y las entidades de formacin profesional ha conducido hasta los sofisticados circuitos de la fludica.

4.PRINCIPIOS TERICOS.

VACUOMETROInstrumento medidor de presin tarado para valores inferiores a la presin atmosfrica. Se trata, pues, de un manmetro adecuado para medidas negativas de presiones relativas. [1]

MANOMETROEl manmetro es un instrumento utilizado para la medicin de la presin en los fluidos, generalmente determinando la diferencia de la presin entre el fluido y la presin local.Hay que tener en cuenta que la mayora de los manmetros miden la diferencia entre la presin del fluido y la presin atmosfrica local, entonces hay que sumar sta ltima al valor indicado por el manmetro para hallar la presin absoluta. Cuando se obtiene una medida negativa en el manmetro es debida a un vaco parcial. [2]

BOMBASUna bomba es una mquina hidrulica generadora que transforma la energa mecnica proveniente de un motor elctrico con la que es accionada en energa hidrulica el cual se lo transfiere al fluido. El fluido puede ser un lquido incomprensible como agua lquida, etc. o una mezcla de lquidos y slidos como puede ser el hormign antes de fraguar o la pasta de papel. Al incrementar la energa del fluido, se aumenta su presin, su velocidad o su altura (nivel), todas ellas relacionadas segn el principio de Bernoulli.

En general, una bomba se utiliza para incrementar la presin de un lquido aadiendo energa al sistema hidrulico, para mover el fluido de una zona de menor presin, nivel o velocidad a otra de mayor presin, mayor nivel o mayor velocidad. Tambin las bombas son equipos mecnicos que comunican al fluido suficiente cantidad de energa que les permite vencer la resistencia de las tuberas y accesorios a la circulacin.

BOMBAS CENTRIFUGASLas bombas centrfugas mueven un cierto volumen de lquido entre dos niveles; son mquinas hidrulicas que transforman un trabajo mecnico en otro de tipo hidrulico. En su forma ms simple, la bomba centrifuga consiste en un impulsor rotando dentro de una carcasa. El fluido entra a la bomba cerca del centro del impulsor rotatorio y es enviado hacia fuera por la accin centrifuga. La energa cintica del fluido aumenta desde el centro del impulsor hasta las puntas de las aspas del impulsor. Esta energa de velocidad se convierte en una presin a medida que el fluido sale del impulsor y entra a la espiral o difusor. [4]Las ventajas primordiales de una bomba centrifuga son la sencillez, el bajo costo inicial, el flujo uniforme (sin pulsaciones), el pequeo espacio necesario para su instalacin, los costos bajos de mantenimiento, el funcionamiento silencioso y su capacidad de adaptacin para su empleo con una unidad motriz de motor elctrico o de turbina.[4]

Imagen de bomba centrifuga

PARTES DE UNA BOMBA CENTRIFUGA:

Impulsor: Es el corazn de la bomba centrfuga. Recibe el lquido y le imparte una velocidad de la cual depende la carga producida por la bomba.En un impulsor de simple succin el liquido entra por un solo extremo, el de doble succin tiene entrada por ambos extremos y una salida comn.El impulsor de simple succin es ms prctico y usado, debido a razones de manufactura y a que simplifica considerablemente la forma de la carcasa. Sin embargo, para grandes gastos, es preferible usar un impulsor de doble succin, ya que para la misma carga maneja doble gasto.

Carcasa: Es la parte exterior protectora de la bomba, es decir es la cmara donde gira el impulsor.La carcasa es La funcin de la carcasa en una bomba centrifuga es convertir la energa de velocidad impartida al liquido por el impulsor en energa de presin. Esto se lleva a cabo mediante reduccin de la velocidad por un aumento gradual del rea. Existen dos tipos de carcasa principalmente:

*La carcasa tipo voluta: Es llamada as por su forma de espiral. Su rea es incrementada a lo largo de los 360 que rodean al impulsor hasta llegar a la garganta de la carcasa donde se conecta con la descarga. Debido a que la voluta no es simtrica, existe un desbalanceo de presiones, lo cual origina una fuerza radial muy apreciable sobre todo si la bomba trabaja con gastos alejados y menores al gasto de mxima eficiencia.*La carcasa tipo difusor: consiste en una serie de aspas fijas que adems de hacer el cambio de energa de velocidad a presin, guan el lquido de un impulsor a otro. Su aplicacin ms importante es en las bombas de pozo profundo que son bombas de varios pasos con impulsores en serie.

Carcasa tipo difusorCarcasa tipo voluta

Anillos de desgaste: Los anillos de desgaste proporcionan un sello contra fugas (que es fcil y rpido de sustituir), entre el impulsor y la carcasa. Un sello que no tiene piezas sustituibles se utiliza slo en bombas muy pequeas y poco costosas. Hay diversos tipos de diseo de anillos de desgaste y la seleccin del ms adecuado depende del lquido que se maneje, la presin diferencial a travs del sello contra fugas, la velocidad de superficie y el diseo particular de bomba.

Tipos de anillos de desgaste Estoperos, empaques y sellos: La funcin de estos es evitar el flujo hacia fuera, del lquido bombeado a travs del orificio por donde pasa la flecha de la bomba y el flujo de aire hacia el interior de la bomba.

Flechas: La flecha de una bomba centrfuga es el eje de todos los elementos que giran en ella, transmitiendo adems el movimiento que le imparte la flecha del motor.Las flechas generalmente son de acero, modificndose nicamente el contenido de carbono, segn la resistencia que se necesite.

Cojinetes: El objeto de los cojinetes es soportar la flecha de todo el rotor en un alineamiento correcto en relacin con las partes estacionarias. Por medio de un correcto diseo soportan las cargas radiales y axiales existentes en la bomba. Los soportes pueden ser en forma de bujes de material suave, con aceite a presin que centra la flecha o bien los baleros comunes y corrientes, que pueden ser de bolas en sus variantes de una hilera, dos hileras, autoalineables, etc.; o bien pueden ser del tipo de rodillos. [5]

Cojinetes

FUNCIONAMIENTO DE UNA BOMBA CENTRIFUGA:

En la Figura se representa esquemticamente cmo fluye el lquido a travs de una bomba centrfuga. El lquido entra axialmente por la conexin de succin en el punto a. En el centro del rodete el lquido se dispersa axialmente y entra en los canales limitados por los labes en el punto 1. Fluye a travs del rodete, lo abandona por la periferia del mismo en el punto 2, es recogido en la voluta y descarga de la bomba por el punto b.El funcionamiento de la bomba se analiza considerando separadamente las tres partes del recorrido total: primeramente el flujo desde el punto a hasta el punto 1; segundo, el flujo a travs del rodete desde el punto 1 hasta el punto 2; y tercero, el flujo a travs de la voluta desde el punto 2 hasta el punto b.

CURVAS CARACTERISTICAS DE UNA BOMBAPara la adecuada utilizacin de una bomba centrifuga resulta necesario conocer la variacin de determinadas magnitudes como la presin de descarga, la potencia consumida y el rendimiento obtenido para cada valor del caudal. Estas variaciones se suelen expresar de forma grfica para cada tipo de bombas lo que constituyen las denominadas curvas caractersticas de la bomba centrifuga.Las cuales nos muestran la interrelacin de la presin de descarga o carga (H), capacidad o caudal (Q), eficiencia () y entrada de potencia (P).

Curva carga-caudal (H-Q): Es decreciente, debido a que si el caudal aumenta, la velocidad por el interior aumenta, originando que el fluido este menos tiempo en contacto con los alabes comunicando menos energa cintica, entonces la carga total adquirida es menor. Curva Potencia-caudal (P-Q): Es sensiblemente ascendiente, al impulsar un caudal del lquido mayor, entonces, es necesario que la energa del eje sea mayor, pero se verifica que la potencia realmente aprovechada tiene un mximo. Curva Eficiencia-caudal (-Q): El rendimiento es la relacin entre la potencia comunicada al fluido y la potencia al freno. Esta curva tambin tiene un caudal ptimo, o mximo. [6]

NPSH PARA UNA BOMBA CENTRIFUGA

El NPSH (Net Positive Suction Head) o altura neta positiva de aspiracin es el trmino empleado para determinar las caractersticas que se deben dar a la aspiracin de la bomba, siendo la diferencia entre la presin del lquido a bombear referido al eje del impulsor (plano de referencia) y la presin de vapor del lquido a la temperatura de bombeo, referida a metros.Puede interpretarse como la altura de equilibrio de presin que nos dice cuntos metros debe tener la altura de presin en la lnea de aspiracin por encima de la presin de vapor del lquido para que no pueda producirse la vaporizacin del mismo, asegurndose as el perfecto trabajo de la bomba.Se puede hablar de dos tipos de NPSH:

NPSH disponible. NPSH requerido.

El NPSH disponible es una particularidad de la instalacin y se define como la energa que tiene un lquido en la toma de aspiracin de la bomba (independientemente del tipo de sta), por encima de la energa del lquido, debido a su presin de vapor.El NPSH requerido es una caracterstica de la bomba. Se determina por prueba o clculo y es aquella energa necesaria para llenar la parte de aspiracin y vencer las perdidas por rozamiento y el aumento de velocidad desde la conexin de aspiracin de la bomba hasta el punto en que se aade ms energa. El NPSH requerido vara segn el diseo de la bomba, tamao de sta y condiciones de servicio, siendo un dato a facilitar por el fabricante de la bomba que lo determina mediante ensayos llevados a cabo con bombas geomtricamente similares que funcionan a velocidad constante y caudal calibrados, pero variando las alturas de aspiracin.

CAVITACIONCuando un liquido entra por el ojo del rotor de una bomba centrifuga, su velocidad aumenta, y por tanto la presin disminuye. En el caso e de lquidos calientes o cargas de aspiracin baja, esta disminucin puede originar la vaporizacin del lquido. Este fenmeno es conocido con el nombre de cavitacin. La cavitacin se define como la vaporizacin local de un lquido debido a las reducciones locales de presin, por la accin dinmica del fluido. Este fenmeno esta caracterizado por la formacin de burbujas de vapor en el interior o en las proximidades de una vena fluida. La condicin fsica ms general para que ocurra la cavitacin es cuando la presin en ese punto baja al valor de la presin de vaporizacin.Para que una bomba no Cavite se debe cumplir:

Una disminucin de presin local se produce debido a las condiciones dinmicas: Un incremento en la velocidad Como resultado de separaciones y contracciones del flujo, fenmeno que se presenta al bombear lquidos viscosas.

Signos de existencia de cavitacin:

La cavitacin se manifiesta de diversas maneras, de las cuales las ms importantes son: Ruidos y vibracin. Una cada de curvas de capacidad- carga y la de eficiencia. Desgaste de las aspas del impulsor.

*Ruido y vibracin: El ruido se debe al choque brusco de las burbujas de vapor cuando estas llegan a las zonas de alta presin, y es ms fuerte en bombas de mayor tamao.Cuando existe cavitacin esta se puede remediar introduciendo pequeas cantidades de aire en la succin de la bomba de una manera similar a los tubos de aireamiento usados en una tubera.El aire acta como amortiguador adems de que aumenta la presin en el punto donde hay cavitacin. Sin embargo, este procedimiento no es usado. *Cada de curvas de capacidad- carga y la de eficiencia: La forma que adopta una curva al llegar al punto de cavitacin vara con la velocidad especfica de la bomba en cuestin. Con bombas de baja velocidad especifica las curvas de capacidad-carga, eficiencia y potencia se quiebran y caen bruscamente al llegar al punto de cavitacin.En bombas de media velocidad especfica el cambio es menos brusco y en bombas de alta velocidad especfica es un cambio gradual sin que pueda fijarse un punto preciso en que la curva se quiebre.

*Desgaste del impulsor: Si un impulsor se pesa antes y despus de haberse sometido al fenmeno de cavitacin, se encuentra que ha habido una disminucin de peso.

Medios Para Evitar O Reducir La Cavitacin

Tener un conocimiento completo de las caractersticas del fenmeno en la bomba. Conocimiento de las condiciones de succin existentes en el sistema. Las condiciones pueden mejorar, eligiendo un tubo de succin de mayor dimetro, reduciendo su longitud y eliminando costos, as como todo aquello que pueda ocasionar prdidas de carga. Una revisin completa de todas las secciones de la cabeza de succin, impulsora y carcasa por donde va a pasar el lquido, cuidando de que no existan obstrucciones. [7]

DEFINICIONES GENERALESVelocidad especfica: es la velocidad en revoluciones por minuto a la cual una bomba terica geomtricamente similar a la bomba real operara a su eficiencia ptima si se suministrara para suministrar 1 gal/min contra una carga total de 1 ft. Sirve como ndice conveniente del tipo de bomba real, usando la capacidad y carga obtenidas en el punto de eficiencia mxima. Ns=Donde:Ns= velocidad especfica (rpm)n= velocidad real de la bomba (rpm)H= carga total por etapas (pie)Q= capacidad de la bomba (gal/min) a una velocidad n y carga total z.

Velocidad: puesto que la mayor parte de los lquidos son prcticamente incompresibles, existe una relacin definida entre la cantidad que fluye por un punto dado en un tiempo determinado y la velocidad de flujo. Esta relacin se expresa como sigue:

Q=Av

En unidades SI es como sigue:v= velocidad promedio de flujo (m/s)Q= cantidad de flujo (m3/h)A=rea de la seccin (m2)[8]Carga esttica de descargaEs la distancia vertical, en metros, del eje central de la bomba al punto de entrega libre del lquido.

Carga esttica de succinEs la distancia vertical, en metros, del nivel de suministro del lquido al eje central de la bomba, encontrndose la bomba arriba del nivel de suministro. Las distancias horizontales no se consideran como parte de la elevacin de succin esttica, por lo que respecta a elevacin

Carga de friccinSe mide en metros de lquido, y es la columna equivalente necesaria para vencer la resistencia de las tuberas, vlvulas y aditamentos del sistema de bombeo. La columna de friccin existe tanto en el extremo de succin como el de descarga de una bomba, y vara con la velocidad del lquido, tamao del tubo, condicin interior del tubo, tipo de tubo y naturaleza del lquido que se maneja.La resistencia de los aditamentos de los tubos generalmente se expresa en funcin de la longitud equivalente de tubo recto de la misma dimensin del accesorio.

Carga de velocidadUn lquido que se mueve en un tubo a cualquier velocidad, posee una energa cintica debido a su movimiento. La columna de velocidad es la distancia de cada necesaria para que un lquido adquiera una velocidad dada, y viene dada en la formula:

Carga dinmica total: (H)Es la energa absorbida por el lquido; es la que necesita para vencer la altura esttica total ms las perdidas en las tuberas y accesorios del sistema.Para el esquema utilizado, haciendo un balance de energa entre el vacumetro de succin (punto 1) y el manmetro descarga (punto 2) adems tomando como punto de referencia la altura de la bomba, se tiene:

Como Z1 = 0:

Donde:H: Carga total (m)P1 : presin absoluta de succin (kgf/m2)P2 : presin absoluta de descarga (kgf/m2)Z2: altura hacia el punto 2 (m)V1 : velocidad de succin (m/s)V2: velocidad de descarga (m/s): peso especfico del fluido (kgf/m3)g: aceleracin de la gravedad (m/s2)

Potencia de freno: (BHP)Es la potencia necesaria para vencer todas las perdidas y proporcionar al fluido la energa deseada. Estas prdidas incluyen rozamiento originado por el paso del fluido turbulencia y rozamiento mecnico.

Donde el coseno del ngulo de fase () es 0.74 para monofsicoPotencia til: (HPH)Es la potencia necesaria para impulsar el caudal Q a una altura H.

Donde:HPH: ( Kw)Q: caudal (m3/s) : peso especifico del fluido (kgf/m3)H: carga hidrosttica (m)

Eficiencia de bomba ():Es la relacin entre la potencia til y la potencia de freno.

Leyes de afinidad: las relaciones que permiten predecir el rendimiento de una bomba a una velocidad que no sea la de caracterstica conocida de la bomba, se llaman leyes de afinidad. Cuando se cambia la velocidad: La capacidad Q en cualquier punto dado de la caracterstica de la bomba vara directamente con la velocidad n. La carga H vara en razn directa al cuadrado de la velocidad. Los caballos al freno P varan en razn directa al cuadrado de la velocidad.

Para una bomba conocida (1) y para una alguna otra velocidad (2)

Tubera de succin: El perfecto funcionamiento de la bomba depende en gran parte del buen trazado de la tubera de aspiracin. Esta debe ser absolutamente HERMETICA, y debe montarse siempre en posicin ASCENDENTE hacia la bomba.Es necesario montar la vlvula de pie o cebolleta en el extremo de la tubera de aspiracin a una profundidad conveniente para que en el punto de nivel ms bajo del agua, sea imposible la aspiracin de aire.

Tubera de descarga: Para la medida de la tubera de impulsin tampoco debe de servir de gua el dimetro nominal de la impulsin de la bomba, y para la eleccin del dimetro de la tubera adecuada debe consultar la tabla de prdidas de carga y tuberas recomendadas.Es necesario el montaje de una vlvula de compuerta a la salida de la bomba para regular el caudal al valor deseado y evitar, en un caso dado la sobrecarga de motor de accionamiento. [9]

5. DETALLES EXPERIMENTALES

5.1. EQUIPO

Una bomba centrifuga modelo 32-125-0.5 M; 3450 RPM; potencia 0.5 HP. HIDROSTAL. Vacumetro de 0 a 30 pulg. de Hg. Manmetro tipo reloj de 0 30 psia. Termmetro Cronometro Vlvula de compuerta Vlvula globo Cinta mtrica de 150 cm. Tanque de hierro galvanizado para medir flujo

Una bomba centrifuga modelo 32-125-0.5 M; 3450 RPM; potencia 0.5 HP. HIDROSTAL.

Vacumetro de 0 a 30 pulg. de Hg.

Manmetro tipo reloj de 0 a 30 psia.

Vlvula de Compuerta

Vlvula tipo globo

5.2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Para llevar a cabo la presente prctica primero se hace un reconocimiento del equipo, partes y conexiones elctricas.

2. El trabajo se divide en tres casos: primero se mantiene constante el valor de la succin para lo cual se abri por completo al vlvula de la tubera de succin luego se abri la vlvula de descarga y sta es la que se va manipulando para diferentes medidas.

3. En el segundo caso se mantiene constante el valor de descarga para lo cual se abre completamente la vlvula de descarga y se manipula la vlvula de succin para diferentes medidas.

4. Y en el ltimo caso se vara tanto la descarga como la succin proporcionando diferentes caudales de operacin de la bomba.

5. En cada uno de los casos se toma cinco medidas y en cada una de estas se procede a anotar las lecturas del manmetro, del vacumetro y del tablero de energa elctrica.

6. Para determinar el caudal se cierra la vlvula inferior de descarga luego se procede a medir el tiempo que tarda en subir el nivel de agua 5 cm en el tanque de descarga.

7. Por ltimo se determina las medidas de las dimensiones del tanque de descarga y de todas las tuberas.

5.3. TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES

TABLA 1: CONDICIONES EXPERIMENTALES

Temperatura(C)Presin(mmHg)

22756

TABLA 2: DATOS TERICOS DEL AGUA

(Kg/m3)(Kg/ms)Pv (Pa)

997.770.000952623.44

TABLA 3: CARACTERSTICAS DE LA TUBERA

DimetrosRugosidad

TuberaNominal(pulg)Interno(m)Relativa(/D)

Succin2.00.05252.8571x10-3

Descarga1.50.040893.6684x10-3

TABLA 4: CARACTERSTICAS DEL TANQUE DE DESCARGA

Ancho del Tanque(m)0.6

Altura del Tanque(m)0.6

Profundidad (h)(m)0.6

TABLA 5: CARACTERSTICAS DE LA BOMBA (MARCA: HIDROSTAL-TIPO 32-125-0.5)

Potencia(HP)Velocidad(rpm)Frecuencia(Hz)

0.5345060

TABLA 6: DATOS OBTENIDOS PARA DESCARGA CONSTANTE (PSI)=5.5

MEDIDASSUCCION Pulg..Hg.T(C)AMPERIMETRO(A)CAUDALP(Kw)A(A)V(v)

H(cm)t(s)

13.0224.955.1430155220

105.7

155.4

24.0224.855.4420150220

105.8

155.7

35.0224.555.9410150220

106.0

156.0

46.0224.656.1400150220

106.2

156.1

58.0224.756.7370145220

106.7

156.5

TABLA 7: DATOS OBTENIDOS PARA SUCCION CONSTANTE (PULG. HG.)=6.0

MEDIDASSUCCION PSIT(C)AMPERIMETRO(A)CAUDALP(Kw)A(A)V(v)

H(cm)t(s)

66.0224.455.1430155220

105.7

155.4

77.0224.155.4420150220

105.8

155.7

88.0224.255.9410150220

106.0

156.0

99.0224.056.1400150220

106.2

156.1

1010.0224.056.7370145220

106.7

156.5

TABLA 8: DATOS OBTENIDOS VARIANDO DESCARGA Y SUCCION

MEDIDASSUCCION pulg.Hg.DESCARGA(PSI)T(C)AMPERIMETRO(A)CAUDALP(Kw)A(A)V(v)

H(cm)t(s)

113.2

6.022.55.355.2415150220

105.1

155.3

124.8

7.0224.556.7400145220

106.8

156.6

134.0

9.0224.457.4370140220

107.4

157.2

142.8

12.0234.059.4320125220

109.4

159.5

1510.0

7.30233.9512.2300120220

1012.1

1511.9

6. RESULTADOS

TABLA 9: CAUDALES OBTENIDOS

MEDIDACAUDAL (m3/s)CAUDAL (L/s)

10.0033333333.333333333

20.0031952663.195266272

30.003016763.016759777

40.0029347832.934782609

50.0027135682.713567839

60.0027979272.797927461

70.0024770642.47706422

80.0023788552.378854626

90.0020454552.045454545

100.001725241.725239617

110.0034615383.461538462

120.0026865672.686567164

130.0024545452.454545455

140.0019081271.908127208

150.0014917131.491712707

TABLA 10: PERDIDAS POR FRICCIN

MedicionesRe succinRe descargafd succinfd descargahf succinhf descarga

184729.4108786.80.03800.04110.026250.4077

281219.9104280.90.03800.04110.02410.3748

376682.598455.10.03810.04120.02150.3344

474598.795779.70.03810.04120.02040.3166

568975.788560.10.03810.04120.01750.2710

671120.091313.30.03810.04120.01860.2879

762964.080841.60.03830.04130.01460.2261

860467.777636.40.03830.04130.01350.2086

951993.066755.60.03850.04140.01000.1546

1043853.656305.00.03870.04150.00720.1104

1189029.3114307.60.03800.04110.02830.4394

1268289.487678.90.03820.04120.01710.2656

1362391.780106.70.03830.04130.01430.2220

1449651.663749.30.03850.04140.00870.1347

1538816.049837.20.03890.04170.00540.0828

TABLA 11: RESULTADOS OBTENIDOS PARA DESCARGA CONSTANTE

MEDIDACAUDAL (L/s)H (m)NPSHREQUERIDO (m)NPSH DISPONIBLE (m)HPH (KW)BHP (KW)%n

13.33336.78763.07889.51760.221460.797727.7614

23.19537.08143.09039.54180.22150.781428.3418

33.01687.36323.11509.57170.21740.732629.6783

42.93487.68103.13029.58480.22060.748929.4623

52.71368.30003.18429.61850.22050.765228.8118

TABLA 12: RESULTADOS OBTENIDOS PARA SUCCIN CONSTANTE

MEDIDACAUDAL (L/s)H (m)NPSH REQUERIDO (m)NPSH DISPONIBLE (m)HPH (KW)BHP (KW)%n

62.79797.98783.16139.60600.21880.716330.5391

72.47718.59483.26359.65160.208390.667529.7678

82.37899.27173.30329.66450.21590.683831.5735

92.04549.89113.46939.70440.19800.651230.4102

101.725310.52623.67539.73710.17770.651227.2955

TABLA 13: RESULTADOS OBTENIDOS EN SUCCIN Y DESCARGA VARIADOS

MEDIDACAUDAL (L/s)H (m)NPSH REQUERIDO (m)NPSH DISPONIBLE (m)HPH (KW)BHP (KW)%n

113.46157.11933.07399.48700.24600.781428.5034

122.68668.15893.19219.62200.21670.748929.5855

132.45459.23663.27229.65460.22360.716331.2120

141.908110.82783.55209.70460.20290.651231.1662

151.49179.94033.85489.74300.14550.634922.9110

7. DISCUSIN DE RESULTADOS

Se observa en todas las graficas del presente informe que la tendencia del rendimiento es aumentar hasta un mximo y luego decaer conforme aumenta el caudal, esto se debe a que la bomba centrifuga le da energa a la masa de agua pero conforme aumente la masa de agua, tendr la misma energa para dar a ms masa de agua, por lo que la carga til ser menor. La bomba est diseada para que a un cierto caudal, el rendimiento sea mximo.

Se observa que las curvas de Carga H (m) vs Caudal (L/s) tienen la misma tendencia que las curvas dadas por el fabricante.Siempre se observa puntos que se alejan a la tendencia, como se dijo antes, esto se debe a los errores sistemticos y errores del operador, las alturas se tomaron con la vista.

Para obtener los datos experimentales nos valimos de equipos de medicin como vacumetro, manmetro, multmetro y cronometro que llevan a errores sistemticos. Este tipo de errores se pueden apreciar en las Graficas N1, 2, 3 y 4, de % vs Caudal Q (L/s) en donde existen puntos que se alejan de la tendencia en la curva.Se observa que para la grafica la eficiencia mxima aproximada es de 32% para un caudal de 2.35 L/s.

Tambin se observa de las graficas que las curvas de Potencia til HPH se encuentran por debajo de las curvas de potencia de freno BHP, adems que estas curvas tienen una tendencia lineal.En todas las Graficas se observa que las curvas de NPSH requerido vs Caudal Q (L/s) siempre se encuentra por debajo de las curvas del NPSH disponible vs Caudal Q (L/s), por lo que las bomba no cavita.

Por ultimo decir que las agujas del vacumetro y del manmetro no se estabilizaban, por lo que se tomo la presin en el medio del rango de oscilacin. Lo que lleva a pequeos errores, que irn creciendo conforme el dato de presin tomado sea utilizado para alguna operacin.

8. CONCLUSIONES

Las curvas caractersticas son la mejor herramienta para representar la operacin de una bomba centrifuga.

El NPSH requerido es una caracterstica de la bomba, es decir se determina a partir de datos del fabricante.

El NPSH disponible debe ser mayor que el NPSH requerido (grficamente el NPSH disponible debe estar encima del NPSH requerido) para que el equipo no Cavite, si en la grafica estos se cruzaran nos mostrara el caudal mnimo a la cual el equipo cavita.

La carga es inversamente proporcional al caudal.

La potencia de freno (BHP) es mayor a la potencia til (HPH); debido a que la potencia til solo es para impulsar el fluido, mientras que la potencia de freno adems de impulsar al caudal debe vencer todo tipo de perdidas existente en el sistema.

El rendimiento de una bomba disminuye con el paso del tiempo debido al constante uso de esta (desgaste).

9. RECOMENDACIONES

Seleccionar la bomba de acuerdo a las caractersticas del tipo de fluido (densidad, viscosidad, salida en suspensin, etc.).

Se recomienda no manipular bruscamente la vlvula de descarga porque puede generar daos en el equipo.

Realizar la prctica empezando con la llave de descarga completamente abierta, para no perturbar la lectura de manmetros.

Se debe evitar la entrada de aire a la bomba centrifuga por lo cual es recomendable apagar el equipo de la siguiente forma; cerrar la descarga, luego la succin y al final se apaga la bomba. Es importantes observar la constancia en las lecturas de los manmetros, para un caudal determinado ya que esto nos garantizar la ausencia de fuga en la instalacin de la bomba.

10. BIBLIOGRAFA

1. http://www.oocities.org/mecanicoweb/kp2.htm (fecha de visita 24/04/2012)2. http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/medidores/manometro/manometro.html (fecha de visita 24/04/2012)3. Alan s. Foust. PRINCIPIOS DE OPERACIONES UNITARIAS. Segunda edicin. Pg. 5864. Perry. MANUAL DEL INGENIERO QUIMICO Sexta Edicin. Captulo VI Pag.8.5. Viejo Zubicaray. BOMBAS: TEORIA, DISEO Y APLICACIONES. Segunda edicin. Pg. 38-48.6. McCabe Warren L. OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA. Cuarta edicin. Pg. 196-2127. Viejo Zubicaray. BOMBAS: TEORIA, DISEO Y APLICACIONES. Segunda edicin. Pg. 89-91.8. Alan s. Foust. PRINCIPIOS DE OPERACIONES UNITARIAS. Segunda edicin. Pg. 590-5939. Ing. Jos Augusto Hueb. PITOMETRA. Manual DTIAPA NC-8programa de la salu de proteccin ambiental HPE Pag 352-378

11. APNDICE

11.1.MTODO DE CLCULO.

CASO: Descarga constante. Medida N 1Presin de descarga: 5.5 psiPresin de succin: 3.0 pulgHg.

Z2=1.24 mZ1=0.0 mL2=1.24 mL1=0.3 m(2)(1)NIVEL DE REFERENCIAESQUEMA DEL SISTEMA:

A. DETERMINACIN DEL CAUDAL ENTRE LOS PUNTOS 1 Y 2 (Q):Tiempos para la medida N1:t1 = 5.1st2 = 5.7st3 = 5.4stprom = 5.4s

Reemplazando se tiene:

Q=3.3333x10-3m3/s

B. DETERMINACIN DEL REA DE SUCCIN Y DE DESCARGA:B.1.REA DE SUCCIN., como Dsuccin=0.0525m (ver PAGINA 49)

B.2.REA DE DESCARGA., como Ddescarga=0.04089m (ver PAGINA 49)

C. DETERMINACIN DE LA VELOCIDAD DE SUCCIN Y DESCARGA:C.1.VELOCIDAD DE SUCCION.

Reemplazando se tiene:

C.2.VELOCIDAD DE DESCARGA.

Reemplazando se tiene:

D. DETERMINACIN DEL NUMERO DE REYNOLDS DE LA SUCCIN Y DESCARGA:D.1.REYNOLDS DE SUCCION.

Reemplazando datos:

La densidad () es la del agua a 22C. (Ver PAG.50) al igual que viscosidad () del agua a 22C (Ver PAG.51)

D.2.REYNOLDS DE DESCARGA.

Reemplazando datos:

La densidad () es la del agua a 22C. (Ver PAG. 50) al igual que viscosidad () del agua a 22C (Ver PAG. 51)

E. DETERMINACIN DEL FACTOR DE FRICCIN EN LA SUCCIN Y EN LA DESCARGA:Se calcular el factor de friccin por medio de la ecuacin de Colebrook (rgimen turbulento). Con para el hierro galvanizado de 0.00015.

Como: /Dsuccin (2 pulg) = 9.5238x10-3 /Ddescarga (1 pulg) = 1.2228x10-2Por medio de iteraciones se calcula f:fsuccin= 0.038014fdescarga= 0.041106

F. DETERMINACIN DE LAS PERDIDAS POR FRICCIN DE SUCCIN Y DE DESCARGA:F.1.PERDIDAS POR FRICCION DE SUCCIN.

Reemplazando los valores:

F.2.PERDIDAS POR FRICCION DE DESCARGA:

Reemplazando los valores:

G. DETERMINACIN DE LA PRESIN DE SUCCIN:Se sabe que:Reemplazando datos:

H. DETERMINACIN DE LA PRESIN DE DESCARGA:Se sabe que:Reemplazando datos:

I. DETERMINACIN DE LA CARGA HIDRULICA:Con el balance de energa entre los puntos (1) y (2) se tiene:

Z2=1.24 mZ1=0.0 mL2=1.24 mL1=0.3 m(2)(1)NIVEL DE REFERENCIA

Despejando se obtiene:

Tambin se puede escribir como:

Reemplazando valores, se tiene:

H.DETERMINACIN DE LA POTENCIA DE FRENO (BHP):Como:

Donde el coseno del angulo de fase () es 0.74 para monofsico.Entonces, reemplazando:

J. DETERMINACIN DE LA POTENCIA UTIL (HPH):Como:

Entonces, reemplazando:

K. DETERMINACIN DE LA EFICIENCIA DEL MOTOR ():

L. DETERMINACIN DEL NPSH REQUERIDO POR LA BOMBA:El NPSHrequerido es dado por el fabricante. Para la medida N1 se obtuvo de la grafica:NPSHrequerido=3.0788mM. DETERMINACIN DEL NPSH DISPONIBLE PARA LA BOMBA:Se tiene que:

Donde :Patm: Presin atmosfrica (Pa)Hgs: Desnivel geomtrico de succin (m).hfsuccion: Perdida de carga en la succin (m)Pvapor: Presin de vapor del liquido. (Pa)

Los accesorios presentes son:1 codo 90Vlvula de compuerta abiertaReemplazando valores para calcular :

Reemplazando en la ecuacin para calcular :

Para que una bomba no Cavite se debe cumplir:

Por lo tanto observamos que la bomba para esta medida no cavita.

11.2.GRFICOS

11.3.ANEXOS.

FUENTE: Alan s. Foust. PRINCIPIOS DE OPERACIONES UNITARIAS. Segunda Edicin. Pag.721.

FUENTE: Jhon A. Dean. LANGS HANDBOOK OF CHEMISTRY. Quinceava Edicion. Pag. 5.134.

FUENTE: Alan s. Foust. PRINCIPIOS DE OPERACIONES UNITARIAS. Segunda Edicin. Pag.714.

FUENTE: Alan s. Foust. PRINCIPIOS DE OPERACIONES UNITARIAS. Segunda Edicin. Pag.730.

FUENTE: Walter L. Badger. INTRODUCCIN A LA INGENIERA QUMICA. Pag. 47.