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• Gabriel Lopez Escobar

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INSTITUTO TECNOLOGICO DE OAXACA

LABORATORIO INTEGRAL: I PRACTICA NO.-6 “BOMBAS CENTRIFUGAS ACOPLADAS POR SEPARADO, CONECTADAS EN SERIE Y CONECTADAS EN PARALELO.”

Mariela Mendez Rivera. GRUPO: U

M.C ANGEL GILDARDO CASTAÑEDA LOPEZ

OBJETIVO DE LA PRÁCTICA: Adiestrar al alumno en el conocimiento y operación de las bombas centrífugas acopladas en serie y en paralelo, para la obtención de sus curvas características.

RESUMEN Esta práctica tiene como objetivo adiestrar al alumno en el conocimiento y operación de las bobas centrifugas acopladas en serie y en paralelo, para la obtención de sus curvas características.

SISTESIS DE LA TEORIA Una bomba centrifuga es un dispositivo que convierte energía mecánica en energía de presión potencial y cinética es conveniente recordar que desarrollan su presión al aplicar una fuerza centrífuga en el líquido que pasa a través de ellas. Las partes más importantes de una boba centrifuga son: a) b) c) d) e)

Impulsor Flecha Baleros Carcaza Sello o empaque

Considerando que el impulsor es el elemento móvil que proporciona la energía al fluido, conviene subrayar que existen tres tipos de ellos. a) Impulsor cerrado b) Impulsor abierto c) Impulsor semi abierto Hay algunos tipos especiales y el principal es el impulso de flujo mixto. CAPACIDAD: puede definirse como la rapidez con que pasa el flujo de un líquido a través de una bomba y generalmente se expresa en litros/ min. O galones/min. CARGA: se define como el trabajo desarrollado por unidad de masa y es común expresarla en metros de fluidos. La carga desarrollada por una bomba es independiente del líquido que maneje y es, por lo tanto, la misma para cualquier fluido que pase a través de ellas a una velocidad de rotación dada. POTENCIA: es la rapidez con que se realiza un trabajo y puede expresarle en

kg−m joule ; ; Hp etc. seg seg

Respecto a una bomba centrifuga accionada por un motor, se tiene una potencia disponible en la flecha, la cual va siendo empleada por partes hasta tener una potencia entregada o suministrada al fluido. La relación entre la carga desarrollada por una bomba, es decir, el trabajo realizado sobre el líquido a la carga que teóricamente deberá realizar, constituye la eficiencia hidráulica. Las pérdidas por fricción y las turbulencias constituyen principalmente, diferencia entre ambos valores. Esta eficiencia puede expresarse en función de una potencia hidráulica, la potencia empleada en pérdidas hidráulicas y la utilizada en pérdidas mecánicas.

Una bomba se utiliza para utilizar la energía mecánica de un fluido y para mantener el flujo, por lo que una bomba ideal opera sin fricción y, por lo tanto, su eficiencia es 100%; sin embargo, una bomba real tiene una eficiencia menor, definid por la siguiente expresión:

η=

W SL´ PB = W SB P SB

Donde: WSL=Energía suministrada al fluido WSB= Energía suministrada a la bomba

PB = potencia desarrollada por la bomba o potencia hidráulica. PSB =potencia suministrada a la bomba La potencia de la bomba PB se puede determinar con un balance de energía o con la siguiente expresión:

PB =ρ Gv h

g gc

Donde: ρ = densidad del fluido, kg/lt. Gv= gasto volumétrico, lt/seg. h= Altura del líquido, m. g= aceleración de la gravedad, m/seg2 gc=factor constante gravitacional, kg-m/ La ecuación (2) también puede escribirse: PB=ρ Gv

P g Pe gc

En donde: P= presión ejercida por el fluido, Pe= peso específico del fluido

⃗ kg ¿ c m2

⃗ kg ¿

La potencia suministrada a la bomba se determina considerando la ley de Ohm: PSB= El FP Dónde: E=Caída de potencial (voltaje) en volts I= intensidad de corriente, amperes Fp=factor de potencia = 0.85-1.00 Para el caso especial de esa práctica, se puede considerar el factor de potencia como 0.9 La potencia suministrada a la bomba también se puede determinar con la siguiente ecuación:

PB =

ρGv h g /g c 75

Para aumentar la presión de un fluido, frecuentemente se utiliza en la industria bombas acopladas en serie. En este acoplamiento se aprovecha la energía de cada una de las bombas que integran el sistema sin que el fluido que se maneja sufra alguna variación; la presión que se le pueda proporcionar al fluido utilizando este sistema depende directamente de las características físicas y químicas del mismo. Cuando se desea aumentar el volumen de un líquido que se va a transportar de un punto a otro, se utilizan bombas acopladas en paralelo, por lo que en este tipo de acoplamiento las bombas operan independientemente unas de otras. EQUIPO UTILIZADO Se cuenta con un equipo para la obtención de curvas características de bombas, compuesto de las siguientes partes: 1. Dos bombas centrífugas similares, accionadas por motores de 1 hp 2. Un tanque teoriesférico (T-1). Con tubo indicador de nivel (IN-1) 3. Una báscula de plataforma(BA-1) con capacidad DE 1400 kg 4. Un voltímetro-amperímetro de gancho 5. Un vacuo-manómetro, indicador de la presión de succión de las bombas 6. Dos manómetros para la indicación de la presión de descarga de las bombas 7. Un cronómetro PROCEDIMIENTO En el desarrollo de la práctica se requiere obtener el gasto volumétrico, las presiones de succión y descarga de la bomba, el voltaje aplicado al motor y la corriente que circula dentro de él, para las dos bombas por separado, conectadas en serie, y conectadas en paralelo.

a)

Bomba B-1

1) Comprobar que todas las válvulas del equipo estén cerradas 2) Abrir completamente la válvula V-1 de alimentación general de agua 3) Abrir la válvula de la línea de succión V-1 4) Abrir la válvula V-2 para llenar el tanque T-1 5) Medir el voltaje en el Switch general 6) Abrir completamente las válvulas V-4 y V-5 y arrancar la bomba empleando el arrancador SB1 7) Medir la corriente, colocando el amperímetro en la línea de alimentación de corriente a B-1. 8) Medir la presión de succión en el manómetro IP-2 9) Medir la presión de descarga en el manómetro IP-4 operando la válvula V-5 10) Medir el gasto másico, tomando el tiempo en que pasa determinada cantidad de agua en el tanque T-2 instalado.

11) Parar la bomba y cerrar las válvulas

b)

Bomba B-2

1) Abrir completamente las válvulas V-3, V-5 y V-7 2) Arrancar la bomba empleando el arrancador SB2 y medir la corriente, colocando el amperímetro en la línea de alimentación de corriente a B-2. 3) Medir la presión de succión en el manómetro IP-2 operando la válvula V-6 4) Medir la presión de descarga en el manómetro IP-3 operando la válvula V-7 5) Medir el gasto másico, tomando el tiempo en que pasa determinada cantidad de agua en el tanque T-2 instalado. 6) Parar la bomba y cerrar las válvulas

c)

Bombas en serie

En este sistema la bomba B-2 succiona directamente del tanque T-2 y la descarga se conecta a la succión de la bomba B-1, la que a su vez descarga en la línea general. 1) Cerrar la válvula V-6 de la succión de la bomba B-1 y abrir V-8 para comunicar la descarga de B-2 con esta succión. 2) Abrir completamente la válvula V-5 y arrancar las dos bombas. 3) Medir el amperaje en las líneas de corriente de las dos bombas 4) Medir la presión de succión de la bomba B-2 operando la válvula V-6 (manómetro IP-2) 5) Medir la presión de la bomba B2 en el manómetro IP-3 6) Medir la presión de descarga de la bomba B-1 en el manómetro IP-4 7) Medir el gasto másico, tomando el tiempo en que pasa determinada cantidad de agua en el tanque T-2 instalado. 8) Parar las bombas y cerrar las válvulas

d)

Bombas en paralelo

En este sistema las succiones de las bombas son independientes y descargan a una misma línea general.

1)

Cerrar la válvula V-8, y abrir V-6 y V-7

2)

Abrir completamente la válvula V-5 y arrancar las dos bombas.

3)

Medir el amperaje en las líneas de corriente de las dos bombas.

4)

Medir la presión de succión de la bomba B-2 operando la válvula V-6 (manómetro IP-2)

5)

Medir la presión de descarga de la bomba B-1 (manómetro IP-4)

6)

Medir la presión de descarga de la bomba B-1 (manómetro IP-3)

7)

Parar las bombas y cerrar las válvulas

8)

Vaciar el tanque T-2 DATOS Y CÁLCULOS

1. Calculo del gasto masa de agua

Gm=

W Θ

Gm: Gasto masa [=] Kg/s W: Peso del agua [=] Kg Θ: Tiempo [=] s

Gm Gv= ρ

2. Calculo del gasto volumetrico

Gv: Gasto volumétrico [=] l/s Gm: gasto masa [=] Kg/s

ρ: Densidad [=] Kg/l

3. Calculo de potencia suministrada a la bomba PSB=E I FP PSB: Potencia suministrada a la bomba [=]volts/amp E: Caída de potencia(voltaje) [=] volts I: Intensidad de corriente [=] amperes Fp: Factor de potencia [=] 0.9 (para este caso)

4. CÁLCULO DE LA ALTURA DE PROPORCIONADA POR LA BOMBA h=

P∗g Pe∗gc

h: altura del líquido [=] m P: presión ejercida por el fluido Pe: peso específico [=] m3/Kg

5. CALCULO DE LA POTENCIA DESAROLLADA POR LA BOMBA P B=ρGv

P∗g Pe∗gc

PB: Potencia hidráulica

6. CÁLCULO DE LA EFICIENCIA HIDRÁULICA n=

PB PSB

CONCLUSIÓN Fue posible identificar, observar y obtener el conocimiento necesario para la operación de las bombas centrifugas del laboratorio de ingeniería química de la institución, operándolas de diversas maneras, tanto de manera individual, como en serie y paralelo, en la cual, su eficiencia será medida a través del flujo volumétrico obtenido para cada arreglo. Con respecto al gasto masa de agua, resultados expresados en la tabla 1, se observa que varían dependiendo del tipo de arreglo, en el cual, la bomba 1 y la bomba 2, cuando trabajan por separado, mantienen un gasto similar, lo mismo ocurre con los arreglos en serie y paralelo, sus gastos son similares, pero mayores a cuando se trabajan las bombas por separado, esto se debe a que existe, para los arreglos, un mayor flujo de líquido. En el caso de los gastos volumétricos, se observa que para las bombas 1 y 2, trabajando por separado, tiene un gasto volumétrico similar (1L y 1.308L respectivamente), mientras que, para el arreglo en serie se tiene un flujo mayor al de las bombas por separado (1.17L), y obteniendo un flujo mayor a los anteriores cuando se tiene un arreglo en paralelo (1.904L). Se observa que la potencia que se debe suministrar a las bombas conectadas en serie es mayor, comparada con la potencia que se suministra a las bombas conectadas en paralelo o individualmente, puesto que la potencia desarrollada por las bombas durante los experimentos, el arreglo en serie tuvo una mayor potencia, esto hace que se proporcione una mayor energía cinética al fluido y por lo tanto es capaz de llevarlo a una mayor distancia. Se observa también, en la tabla anterior, que la altura de las bombas, varían respecto al arreglo en el que se encuentren, cuando se encuentran conectadas en serie son capaces de ofrecer una mayor longitud de alcance, considerada la altura máxima de alcance que tiene este arreglo, mientras para el transporte del fluido con un arreglo en paralelo, se obtiene un mayor volumen, comparado con el arreglo en serie y las bombas 1y 2, cuando trabajan por separado, mayor a todos los flujos de los arreglos antes mencionados. En la eficiencia de las bombas se observó una mayor eficiencia en las bombas en serie y las bombas en paralelo, mientras que la menor potencia se contiene en la bomba 1, pues se obtiene una eficiencia de lo cual demuestra que la eficiencia de las bombas aumenta cuando trabajan en conjunto. Con esto, podemos concluir que el tipo de arreglo en el cual las bombas se encuentran depende de si lo que se desea es tener un mayor alcance del fluido, se recomienda utilizar un arreglo en serie, pero si lo que se desea es obtener un mayor volumen en menor tiempo, conviene utilizar un arreglo de bombas en paralelo, además de que el flujo del fluido se ve afectado por diversos factores, tales como la rugosidad en las tuberías, la densidad y viscosidad del fluido, entre otros.

BIBLIOGRAFÍA:   

George Granger Brown, George Martin Brown, Julius Thomas Banchero, 1965, Operaciones Básicas de la Ingeniería Química, Editorial Marín Cengel, Y. “Transferencia de calor y masa”. Cuarta edición Editorial Mc-Graw Hill STREETER, Víctor L. Mecánica de los Fluidos. McGraw Hill. 8va. Edición.