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GUÍA DE PRÁCTICA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I

Cód. FRP-PQ-GP-LOUI-MT06

Rev. 01 06.02.11

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ASUNTO BOMBAS EN SERIE Y PARALELO

TIPO DE DOCUMENTO: Manual de operación

Manual de mantenimiento

Manual de seguridad

Procedimiento

Material de evaluación

Trabajo dirigido

Instructivo de trabajo

Guía de práctica

Guía Teórica

Otro: _________________ Este documento es: Controlado No controlado

GUÍA DE PRÁCTICA DE LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I

BOMBAS EN SERIE Y PARALELO

Válido a partir del 06 de febrero de 2011

Lugar del archivo: Original: Centro de documentación

DISTRIBUCIÓN DE COPIAS: Firma

Fecha Cargo Recibida copia controlada Devuelta copia obsoleta

DISEÑO Y MONTAJE ORIGINAL: AUTOR:

ELABORADO POR: FAJARDO C. FECHA: MARZO 2007

REVISADO POR: COMISIÓN MATERIAL INSTRUCCIONAL FECHA: MARZO 2008

APROBADO POR: ANA VIDOVIC FECHA:



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INDICE

1. OBJETIVOS 3

1.1. Objetivo General 3

1.2. Objetivos Específicos 3

1.3. Objetivos del Informe de Síntesis 3

2. PLAN DE TRABAJO 4

3. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 4

3.1. Generalidades 4

3.2. Curvas características de una Bomba Centrífuga 5

3.3. Curva de demanda del sistema 5

3.4. Punto de operación 6

3.5. Funcionamiento de bombas en serie 8

3.6. Funcionamiento de bombas en paralelo 9

4. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN 10

5. MEDIDAS E IMPLEMENTOS DE SEGURIDAD 11

6. MÉTODO EXPERIMENTAL 11

7. PREINFORME 11

8. BIBLIOGRAFÍA 12

Anexo 1 Datos nominales proporcionados por el fabricante de las bombas. 13

Anexo 2 Resumen de las normas ISA para el trazado de diagramas de flujo en el departamento de procesos

químicos. 14



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1. OBJETIVOS

1.1. Objetivo General

Realizar el estudio del funcionamiento de un sistema de bombas operando en serie y en paralelo.

1.2. Objetivos Específicos

Elaborar la curva característica experimental, carga en función del caudal, Hexp= f(Qexp), de cada

bomba funcionando de forma individual.

Elaborar la curva característica, carga en función del caudal Hnom= f (Qnom), de la bomba con los

datos nominales de carga en función de caudal suministrados por el fabricante.

Comparar cada curva característica H=f(Q) experimental con la realizada con los datos del fabricante.

Elaborar las curvas experimentales de la carga en función del caudal H=f(Q) para los funcionamientos

en serie y en paralelo. Comparar ambos tipos de funcionamiento.

Construir, a partir de los resultados experimentales de los funcionamientos individuales, las curvas de

la carga en función del caudal para los funcionamientos en serie y en paralelo. Comparar estas

curvas con las anteriores.

1.3. Objetivos del Informe de Síntesis

El grupo asignado a realizar el informe de síntesis de este trabajo práctico estudiará la reproducibilidad de

los resultados obtenidos en cada experiencia, para ello, debe cumplir con los siguientes objetivos:

Reportar en un mismo gráfico los puntos experimentales obtenidos en cada experiencia para el

funcionamiento individual de las bombas.


funcionamiento operando en serie con las bombas.


funcionamiento operando en paralelo con las bombas.

Estudiar la dispersión de los resultados experimentales con el uso de la desviación estándar y

comentar sobre la reproducibilidad.



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2. PLAN DE TRABAJO

En concordancia con el estudio de reproducibilidad de resultados sobre la instalación, todos los grupos

realizarán experiencias de manera de recabar la información necesaria para el trazado de las curvas

características ya mencionadas, tomando en cuenta las limitaciones del equipo.

3. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA

3.1. Generalidades

Una bomba es una máquina que transforma energía mecánica en energía hidráulica, la cual es entregada

a un líquido para que éste presente una mayor presión a la salida de la misma y pueda ser transportado hasta un

punto deseado. El motor de la bomba transforma energía eléctrica en energía mecánica.

En la industria química se trabaja con una gran variedad de líquidos con propiedades físicas y químicas

diferentes, al igual que las condiciones de temperaturas y presión; por lo tanto, ha sido necesario construir

diferentes tipos de bombas dependiendo de las condiciones de utilización. Entre estos tipos de bombas se

distinguen: las alternativas o de pistón, las rotativas o de engranajes y las centrífugas; siendo estas últimas las

más utilizadas, en especial, por su bajo costo.

Una bomba centrífuga está constituida, principalmente, por

un rodete con álabes, que impulsan al líquido, alojado en una

carcasa. El rodete o impulsor está fijado a un eje que gira,

mientras que la carcasa se mantiene fija.

El líquido entra por la tubería de succión, en donde se tiene

la menor presión y sale por la tubería de descarga a una mayor

presión. En la figura 1 se representa un corte de una bomba

centrifuga con impulsor cerrado.

Figura 1: Representación de una bomba centrífuga.

Tubería de succión

Tubería de

descarga

Carcaza



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Ventajas Desventajas

Son de bajo costo. Se obtienen presiones relativamente bajas.

Trabaja con caudal elevado y homogéneo. El rendimiento es bajo si el líquido es viscoso.

Se pueden utilizar con líquidos con

suspensiones.

El rendimiento es elevado sólo para un

intervalo pequeño de caudal.

3.2. Curvas características de una Bomba Centrífuga

El funcionamiento de una bomba centrífuga se representa por tres curvas características, las cuales son la

carga (H), la potencia al freno (N) y el rendimiento ( ) en función del caudal (Q), para una velocidad de rotación

del motor constante (n). Los fabricantes de las bombas dan estas curvas, basadas en el agua, superpuestas en

una sola hoja. En la figura 2, se muestran la forma que tiene cada una de las curvas mencionadas para una

bomba centrifuga radial, también se muestra el punto de máximo rendimiento (PMR), para esta bomba.

Figura 2: Curvas características de una bomba centrífuga a una velocidad de rotación constante.

3.3. Curva de demanda del sistema

La curva de demanda del sistema es la gráfica de la carga necesaria en función del caudal para el sistema

considerado. Es importante diferenciar esta curva de la anterior: en la curva característica se grafica la carga

disponible de la bomba, la cual disminuye con el caudal; mientras que en la curva de demanda, la carga necesaria

aumenta con el caudal.

PRM

H

Q(l/s)

H(m)



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La curva de demanda del sistema se construye aplicando la ecuación de Bernoulli al sistema considerado,

entre los puntos E y S, como se muestra en la figura 3, y despejando la carga necesaria para varios valores de

caudal.

Toda instalación tiene una válvula de regulación de caudal; si se cambia la apertura de esta válvula, se

estará modificando su pérdida de carga y por ende también la curva del sistema, pudiéndose graficar una curva

del sistema para cada posición de la válvula de regulación, en la figura 3, se tiene una curva (a) con la válvula de

regulación totalmente abierta y una curva (b) con la válvula de regulación parcialmente abierta. Se puede observar

que, a medida que se cierra la válvula, aumenta la carga necesaria, esto se debe al aumento de la pérdida de

carga.

Figura 3: Curvas de demanda del sistema para la instalación mostrada.

3.4. Punto de operación

Se ha visto que la curva característica de una bomba proporciona la carga disponible, mientras que la

curva de demanda del sistema representa la carga necesaria; por lo tanto, el punto de operación corresponde a la

intersección de ambas curvas, que es cuando se igualan las dos cargas. En la figura 4 se puede observar los

puntos operacionales para los casos considerados anteriormente, el QA corresponde al caudal de operación

cuando el sistema tiene la válvula de regulación totalmente abierta, mientras que el QB es el caudal de operación

cuando la válvula está parcialmente abierta. Se puede observar que al cerrar la válvula, evidentemente, el caudal

es menor.

ZS -

ZE

Patm

Patm

E

S

H

Z=ZS - ZE

Q

(b) Curva del sistema con

la válvula parcialmente

abierta

H’= p+ Z+f.ctte’.Q2

(a) Curva del sistema con

la válvula totalmente

abierta

H= p Z+f.ctte.Q2



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Figura 4: Obtención gráfica de los puntos de operación.

Como se dijo al principio, una de las desventajas de las bombas centrífugas es que se obtiene un

rendimiento elevado solo para un rango pequeño de caudal, por lo tanto es importante verificar que el punto de

operación se encuentre dentro de este rango; siendo el caudal óptimo aquél que corresponde al punto de máximo

rendimiento PMR (ver figura 5).

Figura 5: Punto de operación (Q y H) y óptimo (Q0 y H0)

QA

HA

Z

Curva característica de la bomba

Válvula totalmente abierta

Punto de operación

HB

QB

Válvula parcialmente abierta

H

Q

Punto de operación

Qóptimo

Hóptimo

Carga de la bomba

PMR

Carga del sistema

Q

H

máx

Q

H

Curva de rendimiento

Punto de operación



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Durante la manipulación de esta práctica, se trabaja con una bomba y varios sistemas. Cada sistema

corresponde a una apertura diferente de la válvula, obteniéndose varios puntos operacionales; la unión de estos

puntos nos permite obtener la curva característica de la bomba (ver figura 6).

Figura 6: Obtención experimental de la curva característica de la bomba.

3.5. Funcionamiento de bombas en serie

Se dice que dos bombas funcionan en serie cuando la totalidad del líquido que sale de una bomba entra

en la siguiente, como se representa en la figura 8.

QT=QA=QBQA QB=QA

HA HT=HA+HB

Bomba A Bomba B

Figura 8: Esquema del funcionamiento de bombas en serie.

Se puede observar que el caudal que circula por cada bomba es el mismo, mientras que la carga total

recibida por el líquido es la suma de las cargas entregadas por las bombas:

QT = QA = QB HT = HA + HB

Curva característica de la bomba

Q1

H1

Z

H2

Q2

H

QQ3Q4

H3

Cada curva

corresponde a

una apertura

diferente de la

válvula



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A partir de las ecuaciones anteriores se puede obtener la curva característica para el funcionamiento en

serie (ver figura 9).

Figura 9: Curva característica para el funcionamiento en serie.

Esta curva característica se puede construir de forma teórica a partir de los valores de cada bomba

funcionando individualmente o experimentalmente midiendo en la instalación el aumento de presión ocasionado

por el funcionamiento de ambas bombas en serie.

3.6. Funcionamiento de bombas en paralelo

Se dice que dos bombas funcionan en paralelo cuando el caudal total de líquido que circula en el sistema

se divide en dos partes, entrando cada una de ellas a una bomba y luego se vuelven a unir; como se representa

en la figura 10.

QT=QA+QB

QA

HT=HA=HB

HA

HB

Bomba A

Bomba B

QB

Figura 10: Esquema del funcionamiento de bombas en paralelo.

HA

HB

HT=HA+HBBomba A y B en serie

Bomba A

Bomba B

QT Q

H



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Se puede observar que el caudal total es la suma de los caudales que circulan por las bombas,

efectuándose esta división de caudal de tal forma que la carga entregada por cada bomba sea la misma:

QT = QA + QB

HT = HA = HB

A partir de las ecuaciones anteriores se puede obtener la curva característica para el funcionamiento en

paralelo (ver figura 11).

Figura 11: Curva característica para el funcionamiento en paralelo.

Esta curva característica se puede construir de forma teórica a partir de los valores de cada bomba

funcionando individualmente o experimentalmente midiendo en la instalación el aumento de presión ocasionado

por el funcionamiento de ambas bombas en paralelo.

Haciendo un aparte en el estudio de la mecánica de los fluidos, encontramos un concepto estadístico que

debe manejarse y comprenderse bien (sobre todo en lo referente al Informe de Síntesis) y se refiere al significado

de la palabra reproducibilidad, el cual representa la máxima variación permisible en los resultados obtenidos en la

aplicación de un método de análisis determinado, aplicado por diferentes operadores en laboratorios diferentes y

en fechas diferentes. Es conveniente entonces, que el estudiante conozca y maneje algunas herramientas básicas

de estadísticas como son la media aritmética y la desviación estándar de un conjunto de datos y/o resultados

numéricos.

4. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN

La instalación está constituida por:

Un tanque.

Dos bombas centrífugas de 1/2 Hp; Marca: Mardal; Tipo: Centrífuga de un impulsor; Modelo: MAR 2.

QQT=QA+QB

Bomba B

QA

H

QB

Bomba A

HT

Bomba A y B en

paralelo



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Un indicador de flujo tipo vórtice.

Dos transmisores de diferencial de presión.

Válvulas de paso rápido y de regulación de caudal.

5. MEDIDAS E IMPLEMENTOS DE SEGURIDAD

Verificar que el nivel de agua en el tanque sea suficiente para realizar la experiencia.

No haga operar las bombas en vacío ni con restricción total de flujo.

No cerrar en ningún momento la válvula de descarga del sistema.

6. MÉTODO EXPERIMENTAL

6.1. Verificar que se cumplan todas las medidas de seguridad.

6.2. Conectar el sistema para trabajar solamente con la bomba A. Variar el flujo y medir la diferencia de

presión correspondiente.

6.3. Conectar el sistema para trabajar solamente con la bomba B. Variar el flujo y medir la diferencia de

presión correspondiente.

6.4. Conectar el sistema de bombas para un funcionamiento en serie. Variar el flujo y medir las diferencias de

presión.

6.5. Conectar el sistema de bombas para un funcionamiento en paralelo. Variar el flujo y medir las diferencias

de presión.

7. PREINFORME

Deducir la ecuación de la carga de la bomba (H) en función de la lectura manométrica ( p/ g).

Elaborar las curvas nominales H=f(Q) (en el anexo se encuentra la tabla dada por el fabricante), así como

también las curvas del funcionamiento en serie y paralelo.

Indicar la variable independiente, las variables dependientes y el parámetro.

Indicar y explicar todos los mecanismos de transferencia que están involucrados en la práctica es decir:

transferencia de calor, transferencia de materia y transporte de cantidad de movimiento (transporte de

fluido) e indicar cuál de ellos es el que predomina en la práctica en estudio.



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Elaborar una tabla de los datos experimentales que serán tomados en la práctica, indicando las variables

a medir y sus respectivas unidades.

Elaborar un modelo de cálculo detallado para la ejecución de cada uno de los objetivos propuestos en la

práctica.

Elaborar una tabla para los resultados que se obtendrán en la práctica, en función de los objetivos

planteados.

Elaborar el Diagrama de flujo de la instalación utilizando el software Microsoft office Visio y siguiendo los

lineamientos de la unidad curricular Principios de Procesos Químicos

Consultar la ficha de seguridad química de los reactivos involucrados en la práctica y mencionar cuales

serían las medidas de seguridad en caso de derrames y fugas para estos reactivos.

8. BIBLIOGRAFÍA

HANDBOOK OF FLUID MECHANICS. USA. McGraw HiII. 1974.

Mott, Robert. MECÁNICA DE FLUIDOS APLICADA. Prentice Hall. 4° edición.



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Anexo 1

Datos nominales proporcionados por el fabricante de las bombas.



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Anexo 2

Resumen de las normas ISA para el trazado de diagramas de flujo en el departamento de procesos

químicos.

CODIFICACIÓN DE LOS EQUIPOS

LÍNEAS UTILIZADAS EN DIAGRAMAS DE FLUJO

CODIFICACIÓN DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

Línea principal del proceso

Línea secundaria o de servicio

Señal neumática

Señal electrica

Alimentación inicial, materia prima

letras que

identifican al equipo

XX A/BZZY

Indican equipos en

paralelo

Número asignado al equipocódigo de la instalación

LÍNEAS DE SERVICIOS

HW (Hot Water) Suministro de agua caliente

CW (Cool Water) Suministro de agua de enfriamiento

TW (Treatment Water) Suministro de agua desmineralizada

HO (Hot oil) Aceite caliente

SÍMBOLOS DE DIFERENTES VÁLVULAS

Válvula de compuerta

Válvula de aguja

Válvula de retención

Válvula de alivio

Válvula de asiento

Válvula de diafragma

Válvula de paso rápido

MISCELANEOS

MTO1 Molienda, tamizado y caracterización de los sólidos.

MTO2 Pérdida de carga en tuberías.

MTO3 Medidores de flujo en tuberías.

MTO4 Permeametría, Fluidización homogénea y sedimentación.

MTO5 Bomba centrifuga.

MTO6 Bombas en serie y paralelo.

MTO7 Medidores de flujo en canal abierto.

MTO8 Filtración.

MTO9 Estudio del tiempo de vaciado de un tanque.

TM01 Hidrodinámica de columna.

TM02 Absorción.

TM03 Destilación.

TM04 Extracción Torre pulsada.

TE04 Arrastre con vapor

TE05 Refrigeración

CÓDIGO DE LAS INSTALACIONES

MEDIDORES DE FLUJO

(Orifice flowmeter)

Placa de orificio

F

(venturi flowmeter)

Tubo de venturi

F

(turbine flowmeter)

Contador volumétrico

tipo turbina

F

(Rotameter)

Rotametro

FI

F

(Rotameter)

Rotametro (flowmeter)

Flujometro Magnético

(Punto de Análisis)

Punto de análisis

AI

01

(Indicador de Presión)

manómetro de Bourdon

PI

01

(Indicador de Temperatura)

Termopar, termometro

TI

01

Indicador de nivel con

tubo de vidrio

Nota

Para la realización de los diagramas de flujo de las instalaciones de planta

piloto, utilice los símbolos que proporciona el Microsoft Visio

PManómetro en U

Trampa de vaporEyector

Agitador

Drenaje abierto

Tanque

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