OPERACIONES UNITARIAS I

CONSTRUCCIÓN DE LA CURVA DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA

Universidad Nacional de San JuanEscuela IndustrialDomingo Faustino Sarmiento

- Construcción de la Curva de una Bomba -Visita a la Facultad de Ingeniería

CURSO: 3º Industria de Procesos

ALUMNOS: - Verónica BARRIONUEVO - Analía FALCÓN - Juan Francisco SILVA

PROFESORA: Mariana FLORES

FECHA: 03-06-11

PRÁCTICA DE OPERACIONES UNITARIAS I

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OPERACIONES UNITARIAS I

CONSTRUCCIÓN DE LA CURVA DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA

INTRODUCCIÓN TEÓRICA

Bombas Centrífugas

Una bomba centrífuga es un tipo de bomba hidráulica dinámica que transforma la energía mecánica de un impulsor rotatorio llamado rodete en energía cinética y potencial requeridas. El fluido entra por el centro del rodete, que dispone de unos álabes para conducir el fluido, y por efecto de la fuerza centrífuga es impulsado hacia el exterior, donde es recogido por la carcasa o cuerpo de la bomba, que por el contorno su forma lo conduce hacia las tubuladuras de salida o hacia el siguiente rodete.

Rendimiento de una bomba

El rendimiento de la bomba es suministrado por el fabricante mediante la curva rendimiento-caudal. Esta curva se asemeja también a una curva definida por ecuación de segundo grado sin término constante. Para la determinación del rendimiento hay que efectuar un análisis cualitativo de las pérdidas existentes en bombas. Tenemos las perdidas hidráulicas (fricción o choque) antes mencionadas además de las pérdidas por fugas y las mecánicas.

Golpe de Ariete El golpe de ariete se refiere a las fluctuaciones causadas por un repentino incremento o disminución de la velocidad del flujo; este incremento momentáneo de presión ocurre en un sistema de agua cuando hay un cambio repentino de dirección o velocidad del agua. Cuando una válvula de rápido cierre cierra repentinamente, detiene el paso del agua que está fluyendo en las tuberías, y la energía de presión es transferida a la válvula y a la pared de la tubería. Estas fluctuaciones de presión pueden ser lo suficientemente severas como para romper la tubería de agua. Los problemas potenciales del golpe de ariete pueden ser considerados al evaluarse el diseño de las tuberías y cuando se realiza un análisis detallado de las oscilaciones de presión, en muchos casos para evitar malos funcionamientos costosos en el sistema de distribución. Cualquier cambio mayor en el diseño del sistema principal o cambio en la operación (tales como aumento en la demanda de los niveles de flujo) deben incluir la consideración de los problemas potenciales de golpe de ariete.

Cavitación

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Se conoce con el nombre de cavitación al fenómeno que se produce cuando en un punto de una corriente líquida, la presión se hace inferior a la tensión de vapor correspondiente a la temperatura que se encuentra el líquido, el descenso de la presión, origina que el liquido se comience a vaporizar. En algunos casos dependiendo de las condiciones de circulación se formará un émbolo de vapor, que llegará en ocasiones a obstruir por completo la circulación: en otros, las cavidades serán pequeñas, ocupadas por burbujas de vapor, que arrastrará la corriente y que al llegar a lugares que exista una presión mayor, colapsarán, acompañando este colapso con esfuerzos de compresión súbitos de gran intensidad. En las bombas centrifugas, el lugar de menos presión se encuentra a la entrada del impelente, pero la presión aumenta inmediatamente después, en cuanto el liquido entra a los conductos que forman los alabes del impelente, y si se ha producido la evaporación del liquido porque la presión a la entrada lo permite, se producirá el colapso de las burbujas sobre las paredes, con el efecto consiguiente. Estos efectos reducen la eficiencia de la bomba, llegando a su inutilización y su operación costosa, de ahí la importancia de evitar que se produzca este fenómeno. Para evitar la cavitación en toda instalación de bombeo se procurará que el valor de la presión absoluta obtenida no sea inferior a la necesaria para producir la aceleración del líquido y sea superior a la tensión del vapor del líquido impulsado a la temperatura existente.

NPSH (Net Positive Sucetion Head)

Por definición el NPSH es la altura total de carga a la entrada de la bomba, medida con relación al plano de referencias, aumentada de la altura correspondiente a la presión atmosférica y disminuida de la altura debida a la tensión de vapor del líquido.

Hay que tener presente dos conceptos:

NPSH (Requerido): Presión absoluta mínima en el oído del impulsor que garantiza un flujo sano en el interior de la bomba. Es un dato básico característico de cada tipo de bomba, variable según el modelo y tamaño y condiciones de servicio, por tanto es un dato que facilitan los fabricantes.

NPSH (Disponible): Presión absoluta total en el oído del impulsor como resultado final de la aspiración especifica de las condiciones de la instalación. Es función de la instalación e independiente del tipo de bomba.

El conocimiento del NPSH disponible por el instalador es fundamental para la elección adecuada de la bomba y evitar así posibles fracasos.

Para aumentar el NPSH podemos adoptar cualquiera de las siguientes opciones:

• Aumentar el diámetro de la tubería de aspiración.• En bombas verticales aumentar la sumergencia.• Disminuir la altura geométrica de aspiración.• Cambio a una bomba mayor a menor velocidad, etc.

PRÁCTICA

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CONSTRUCCIÓN DE LA CURVA DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA

Objetivo de la Práctica: Elaborar la curva característica de una bomba centrifuga.

Materiales y Herramientas: - Cronómetro - Tanque (contiene el agua, es el mismo para succión y descarga) - Manómetros - Balde - Cinta métrica

Metodología: La experiencia consiste en realizar mediciones simultáneas de caudal y de presiones a la entrada y a la salida de la bomba mediante manómetros. Se realizan 5 mediciones de las variables antes mencionadas. Cada medición tiene distintas aperturas de la válvula de salida de la bomba: 100%, 75%, 50%, 25% y 0%. Cada medición es el resultado del promedio de 3 (tres) valores tomados consecutivamente de cada una de las variables. La válvula ubicada en la tubería de descarga en del tipo válvula de globo.

Desarrollo: Se procede a tomar con el balde la cantidad de agua que entrega la bomba en un cierto tiempo, que es medido a su vez con el cronómetro. En el mismo instante, se anotan los valores correspondientes a la presión de entrada y salida de la bomba. Luego se mide la altura de agua obtenida en el balde. La operación se repite para todos los porcentajes de apertura de la válvula de salida: 100%, 75%, 50%, 25% y 0%; 3 (tres) veces para cada uno.

Nota: La bomba se encuentra en carga, es decir, debajo del nivel del líquido.

Las unidades de las variables detectadas son:Tiempo = [segundos]Longitud = [centímetros]Presión de entrada = [pulgadas de mercurio]Presión de salida = [bar] Los datos recogidos son volcados en la siguiente tabla:

% Apertura de válvula

Muestra Nº Altura de agua enel balde = [cm]

Pentrada = [pgHg] Psalida = [bar] Tiempo = [seg]

%1001 20,5 5 0,4 6,102 16,5 5 0,4 4,613 16,5 5 0,4 4,59

%751 12 5 0,8 3,402 17 5 0,8 5,023 16,5 5 0,8 5,10

%501 14,5 5 1,4 4,752 14 5 1,4 4,663 14 5 1,4 4,68

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%251 12 2 1,8 5,82 16 2 1,8 6,613 15 2 1,8 5,98

%01 0 0 3,2 02 0 0 3,2 03 0 0 3,2 0

Nota: El valor del diámetro del balde es = 26,5cm 0,265m/2 = 0,1325m (radio)

Conversiones de unidades:

[segundo] [hora][centímetro] [metro][pulgadas de mercurio] [pascal][bar] [pascal]

Con las unidades convertidas

se proceden a sacar los cálculos correspondientes:

Cálculo del Caudal:

Q=m3

h

%100

1 π ∙ (0,1325m )2 ∙0,205m(6,10 /3600 )h

=6,6728m3

h2 π ∙ (0,1325m )2 ∙0,165m

(4,61/3600 )h=7,1066m

3

h

3 π ∙ (0,1325m )2 ∙0,165m(4,59/3600 )h

=7,1376m3

h

Promedio=(1+2+3 )3

=6 ,9723 m3

h

%75

1 π ∙ (0,1325m )2 ∙0,120m(3,40 /3600 )h

=7,0078m3

h2 π ∙ (0,1325m )2 ∙0,170m

(5,02/3600 )h=6,7240m

3

h

3 π ∙ (0,1325m )2 ∙0,165m(5,10 /3600 )h

=6,4238m3

h

Promedio=(1+2+3 )3

=6 ,7185m3

hPágina 5

3600 seg 1h 100cm 1m 1bar 1x105Pa1seg 2,77x10-4h 1pg Hg 3386,37Pa

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%50

1 π ∙ (0,1325m )2 ∙0,145m(4,75/3600 )h

=6,0611m3

h2 π ∙ (0,1325m )2 ∙0,140m

(4,66/3600 )h=5,9652m

3

h

3 π ∙ (0,1325m )2 ∙0,140m(4,37/3600 )h

=5,9397m3

h

Promedio=(1+2+3 )3

=5,9886 m3

h

%25

1 π ∙ (0,1325m )2 ∙0,120m(5,80 /3600 )h

=4,1080 m3

h2 π ∙ (0,1325m )2 ∙0,160m

(6,61/3600 )h=4,8062m

3

h

3 π ∙ (0,1325m )2 ∙0,150m(5,98 /3600 )h

=4,9805 m3

h

Promedio=(1+2+3 )3

=4,6315 m3

h

%0

1 π ∙ (0,1325m )2 ∙0,0m(0,0/3600 )h

=0,0m3

h2 π ∙ (0,1325m )2 ∙0,0m

(0,0/3600 )h=0,0m

3

h

3 π ∙ (0,1325m )2 ∙0,0m(0,0/3600 )h

=0,0m3

h

Promedio=(1+2+3 )3

=0,0 m3

h

Calculo de la Carga - H sist :

Unidades:

ρ densidad del agua = [1000kg/m3]g aceleración de la gravedad = [9,8 m/s2]Hsist [metros]

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∆ Pρ∙ g

= Nm2∙

1Kgm3∙ms2

= Kg ∙ms2

∙s2

Kg=[m ]

%100 ∆ Pρ∙ g

= Ps−Peρ ∙g

=40000 Pa−16931,89 Pa

1000Kg

m3∙9,8

m

s2

=2,35m

%75 ∆ Pρ∙ g

= Ps−Peρ ∙g

=80000 Pa−16931,89 Pa

1000Kg

m3∙9,8

m

s2

=6,43m

%50 ∆ Pρ∙ g

= Ps−Peρ ∙g

=140000 Pa−16931,89 Pa

1000Kg

m3∙9,8

m

s2

=12,55m

%25 ∆ Pρ∙ g

= Ps−Peρ ∙g

=180000 Pa−6772,76 Pa

1000Kg

m3∙9,8

m

s2

=17,67m

%0 ∆ P

ρ∙ g= Ps−Pe

ρ ∙g=320000 Pa−0 Pa

1000Kg

m3∙9,8

m

s2

=32,65m

Los valores obtenidos correspondientes al caudal y carga son volcados en la siguiente tabla:

%0 %25 %50 %75 %100X =[m3/h] 0 4,6315 5,9986 6,7185 6,9723Y =[m] 32,6 17,67 12,55 6,43 2,35

Con los datos se construye la curva correspondiente a la bomba:

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0 1 2 3 4 5 6 7 80

5

10

15

20

25

30

3532.65

17.67

12.55

6.432.35

Curva de la Bomba

Caudal [m3/h]

H sis

t

[m

]

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