UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL

Escuela Profesional de Ingeniería Química

Laboratorio de Operaciones Unitarias IPI 135 B

Laboratorio de Bombas Profesora: Ing. Magali Vivas Cuellar

Alumnos integrantes del grupo de trabajo:Ccasa Yola, Catherine Alejandra 20101419A

Escalante Prado, Luis Alberto 20110122H

Flores Estrada, Fabrizio Alexander 20114049C

Rodriguez Zambrano, Karen Sylvana 20100408F

Lima, 19/06/2015

1) Objetivos

Determinar la curva de operación de la bomba

Conocer la diferencia entre bombas en serie y bombas en paralelo en forma experimental

2) Fundamento Teórico

Bombas: Son dispositivos que permiten impulsar el fluido (liquido) a través de un sistema de tuberías. Sus funciones son

Impulsar el líquido de una posición Z1 hasta una posición Z2. Elevar la presión P1 del líquido hasta la presión P2. Elevar la velocidad del líquido desde V1 hasta un valor de V2. Tiene que vencer las perdidas mayores que es debido a la fricción del líquido con las

paredes de la tubería y vencer las perdidas menores que es debido al cambio de dirección generado por accesorios como valvular, codos.

Para realizar el balance de energía en un sistema de flujo con bombas, se va mostrar el siguiente grafico

Vamos a tomar los puntos a’ y b’ para realizar el balance de energía empleando la ecuación de Bernoulli

Considerando que es un fluido incompresible entonces la densidad en estos puntos va ser igual al líquido que se encuentra en el deposito

Pa 'ρ× g

+V a '

2

2×g+Za '+hbomba=

Pb 'ρ×g

+V b '

2

2×g+Zb '+∑ h f

Fig 1 Sistema de flujo con bombas

Donde

Pa’: Presión en el punto a’ en Pascal

Ρ: Densidad del líquido en Kg/m3

g: aceleración de la gravedad en m/s2

Va’: Velocidad en el punto a’ en m/s

Za’: Altura desde el nivel de referencia hasta el punto a’ en m

Pb’: Presión en el punto b’ en Pascal

Vb’: Velocidad en el punto b’ en m/s

Zb’: Altura desde el nivel de referencia hasta el punto b’ en m

hbomba: Carga total sobre la bomba o Carga dinámica total (TDH) en m

∑hf: Sumatoria de las perdidas menores más las pérdidas mayores en m

La potencia de una bomba se determina con la siguiente expresión

Pbomba=hbomba× ρliquido× g×Q

Donde

hbomba: Carga total sobre la bomba o Carga dinámica total (TDH) en m

ρliquido: Densidad del líquido en Kg/m3

g: aceleración de la gravedad en m/s2

Q: Flujo volumétrico del líquido en m3/s

Pbomba: Potencia de la bomba en W

Parámetros involucrados en la selección de las bombas

Naturaleza del líquido con el cual va trabajar la bomba: Aquí se toma en cuenta las propiedades físicas del líquido como viscosidad, temperatura, densidad, etc.

Capacidad de la bomba a la cual tiene que funcionar La presión de succión de la bomba en la entrada La presión de descarga de la bomba a la salida Carga total sobre la bomba Tipo de sistema donde la bomba impulsa al liquido Condiciones ambientales Costo de operación de la bomba Costo de adquisición de la bomba y sus instalaciones

Clasificación de las Bombas

Bombas de Desplazamiento Positivo

Características

Operan con líquidos viscosos Apropiada para presiones altas y máximas Operan a una velocidad rotativa menor que las dinámicas

Bombas rotativas: Estas bombas dependiendo del elemento rotativo que emplean pueden ser de engranaje, tornillo, alabes y lóbulos. Una desventaja de este tipo de bomba es debido a sus partes móviles que se encuentran en espacios reducidos por lo cual podría presentar problemas de obstrucción, además no convendría emplear líquido con presencia de solidos duros debido a que afectaría más los problemas de obstrucción. Las bombas de engranaje y tornillo se emplean más en las refinerías para dispensar gasolina de los tanques.

En este grafico nos damos cuenta que para este tipo de bombas la succión y descarga se encuentran en un mismo nivel.

Bombas reciprocantes: Es un tipo de bomba de desplazamiento positivo que no posee límite de presión, puede trabajar con líquidos que contienen sólidos, con fluidos de alta viscosidad. Pueden ser de tipo Pistón, diafragma y embolo. Este tipo de bombas no es empleado mucho.

Bombas Cinéticas

Se caracterizan porque agregan energía al fluido cuando lo aceleran con la rotación del impulsor o rodete generando un incremento en la presión de descarga y además la velocidad.

Fig 2 Tipos de bombas rotatorias

Fig3 Partes de una bomba reciprocante

Bombas Centrifugas: Este tipo de bombas emplean la fuerza centrífuga que es generado por el impulsor generando así el aumento la velocidad del líquido y su presión en la salida (descarga). Uno de sus componentes importantes es el rodete o el impulsor.

Ventajas

Es un sistema simple Bajo costo inicialmente Flujo uniforme Poco espacio de colocación Bajo costo de mantenimiento Operación silenciosa

Bombas de flujo axial: Se aplica para caudales muy altos y bajos cabezales en servicios de agua y sustancias químicas.

Curva de Operación de una bomba y El punto de Operación de una bomba

Para construir la curva de operación se requieren datos de las carga total sobre la bomba o también llamado Head los cuales están asociados a diferentes caudales. En el grafico a mostrar se ha realizado una prueba en un sistema donde se tiene todas las válvulas abiertas. Este grafico se ha generado tomando diferentes caudales, el cual está asociado a un Head de la bomba cuyo valor de obtiene de la ecuación de Bernoulli. Luego se ha insertado la curva de rendimiento de la bomba obteniéndose

Fig 4 bomba centrifuga

Fig5 Curva de operación y punto de operación

El punto de operación verdadero de la bomba es cuando la curva generada de esta prueba experimental se intersecta con la curva de rendimiento de la bomba. Esto quiere decir que al funcionar la bomba va buscar llegar al valor del caudal obtenido de la intersección.

Vamos a suponer el caso de querer trabajar a un caudal menor al obtenido anteriormente, para ello se cierra algunas válvulas generando así un incremento en la carga total sobre la bomba que es debido al aumento de las pérdidas de carga, esto genera que el punto de operación verdadero de la bomba se desplace hacia la izquierda.

Problemas Operacionales

Cavitación: Este problema se genera cuando la presión se succión de la bomba es muy baja, el cual con lleva a la formación de burbujas. Esto afecta en el rendimiento de la bomba debido a que las burbujas pueden afectar los impulsores de la bomba generando su deterioro, la bomba se hace más ruidosa. Es importante tomar en cuenta las propiedades físicas de presión y temperatura del líquido que ingresa a la bomba, sobre todo su presión de vapor ya que el fluido tiene que ingresar a una condición donde se evite llegar a su presión de vapor.

NPSH

Los fabricantes de bombas prueban cada diseño para determinar el nivel de presión de succión que se requiere para evitar la cavitación y reportan sus resultados como la carga de succión positiva neta requerida (NPSHR) de la bomba en cada condición de capacidad de operación y carga total sobre la bomba, además el diseñador tiene que garantizar que la carga de succión neta positiva disponible (NPSHA) este por arriba de (NPSHR)

El valor del NPSHA depende de la presión de vapor del fluido que se bombea, las pérdidas de energía en el tubo de succión, la ubicación del almacenamiento de fluido y la presión que se aplica sobre este

Bombas en serie: Este ordenamiento de las bombas es para poder elevar el fluido hasta una gran altura, para ello se emplean bombas con iguales caudales pero con diferentes Head. Vamos a analizar un caso al emplear dos bombas en serie

Q=Q1=Q2

H=H 1+H 2

Bombas en paralelo: Este ordenamiento es cuando resulta costosa una bomba de alto caudal por lo cual se utiliza bombas que presentan el mismo Head pero con diferente caudal. Vamos a analizar un caso al emplear dos bombas en paralelo

Q=Q1+Q2

H=H 1=H2

3) Diagrama

4) Hoja de datos

1pulg Cedula 40Di

Área

Fig6 Bombas en serie

Fig 7 Bombas en paralelo

/D :

g

1. Bomba centrifuga convencial

2. Bomba centrifuga autocebante

3. En serie

Voltaje(V)

Temperatura

(ºC)

Tiempo (s)

Bomba centrifuga convencial Bomba centrifuga

autocebantel

Presión (psi)

Tiempo (s)

Intensidad (A)

Voltaje (V)

Temperatura (ºC)

Presión (psi)

Tiempo (s)

Intensidad (A)

Voltaje (V)

Temperatura (ºC)

Presión I (psi)

Intensidad I (A)

Presión I (psi)

Intensidad I (A)

4. En paralelo

Voltaje(V)

Bomba centrifuga convencial Bomba centrifuga autocebantePresión I (psi)

Intensidad I (A)

Tiempo 1(s)

Tiempo 2 (s)

Tiempo 3 (s)

Presión I (psi)

Intensidad I (A)

Tiempo 1(s)

Tiempo 2 (s)

Tiempo 3 (s)

5) Bibliografía Operaciones Unitarias en Ingeniería Química, Mc Cabe –Smith, Cuarta edición Mecánica de Fluidos, Mott Robert, Cuarta edición

Paginas Web

http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.100/2317/Tesis%20Ing.%20Petrolera.pdf?sequence=1

http://www.gunt.de/download/positive%20displacement%20pumps_spanish.pdf