INFORME FINAL BOMBAS, Apuntes de Ingeniería Química

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INFORME DE

RESULTADOS

Asignatura:

Título: BOMBAS

Autor: Fernando Garrido Marcos

Grupo: Grupo C

Fecha de la experimentación:

Fecha del informe: mercoledì luglio 25, 2018 2015-05-23T10:17:00Z

ÍNDICE

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2. OBJETIVOS

El objetivo principal de la práctica es familiarizarnos con las bombas centrífugas, identificando las ventajas y las desventajas que nos ofrecen, así como poder determinar en qué casos deberíamos de utilizarlas y de qué manera. Cada experimento se enfoca a un determinado objetivo:

• El experimento en una sola bomba se realizará con la finalidad de comprobar la importancia de la potencia suministrada por la bomba en el proceso. Se realizará, por tanto, dos experimentos en una sola bomba pero a diferente potencia de la bomba.
• El experimento en paralelo, así como el experimento en serie se realizan para comprobar el funcionamiento de las bobas centrífugas en tales modos y su mejora o no con respecto a otros modos de funcionamiento.
• Ser realizarán las curvas características con el fin de compararlas entre sí y ver los resultados para poder establecer las comparaciones expuestas anteriormente.

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3. Fundamento teórico

Una bomba hidráulica es una turbomáquina consumidora de energía mecánica, específicamente utilizada para elevar líquidos. En cuanto a la base de funcionamiento, las bombas se clasifican en

• Bombas de desplazamiento
• Bombas de intercambio de cantidad de movimiento Las primeras tienen un contorno móvil de volumen variable, que obliga al fluido a avanzar a través de la máquina. Un sistema consiste en colocar en el contorno dos válvulas, una entrada y otra de salida, que cierran y abren alternativamente; la primera permite la entrada de fluido al recinto y la segunda permite la salida. Este tipo de bombas se utiliza sobre todo para el bombeo de líquidos muy viscosos o de mezclas de sólidos y líquidos. Las bombas de intercambio de cantidad de movimiento, forman parte de las turbomáquinas. Atendiendo a la dirección del flujo a la salida del rodete pueden subdividirse en:
• Bombas centrífugas (salida perpendicular al eje)
• Bombas hélice (flujo paralelo al eje)
• Bombas helicocentrífugas (flujo mixto)

En esta práctica utilizaremos las bombas centrífugas por lo que nos centraremos en ellas.

Figura : Esquema de una bomba centrífuga

El flujo llega al rodete o impulsor a través de un conducto perpendicular a él. Entra con una velocidad absoluta c 1 que puede tener componente axial c (^) a1, componente radial c (^) r1 y, cuando hay rotación del flujo en el conducto de acceso, también componente tangencial c (^) u1. A la salida solo se tiene componente radial y componente tangencial.

A la resultante de las componentes ca y c (^) r se le llama velocidad meridiana c (^) m y se define como:

[1] El flujo a su paso por el rodete gana energía tanto de presión como de velocidad. Sale pues del mismo y descarga en la cámara espiral, llamada también voluta o caracol, con una presión p 2 y una velocidad c 2 mayores que la de entrada. Esta velocidad c 2 se ha de transformar también en presión a lo largo de

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Se denominará también potencia P del flujo a la potencia que corresponde al salto de energía o a la altura manométrica que sufre el caudal Q a su paso por la máquina:

[5] La potencia exterior en el eje Pe es la potencia medida exteriormente en el eje, y recibe otros nombres como potencia efectiva y potencia al freno. Para medir el rendimiento global una bomba centrífuga se deben de obtener los valores de la potencia del flujo y de la potencia de frenado, estableciéndose como:

[6]

Acoplamiento de bombas a la red – Bombas en serie y en paralelo

• Bombas en paralelo: El caudal total será la suma de los caudales de cada bomba. La altura manométrica para la bomba será la misma.
• Bombas en serie: Este acoplamiento es menos frecuenta aunque resulta interesante cuando se necesitan grandes aumentos de presión o cuando hay una limitación del diámetro. El caudal de la bomba es el mismo pero la altura manométrica resultante será la suma de las altura manométricas de cada una de las bombas Medidores volumétricos Para medir el caudal volumétrico del experimento utilizaremos un diafragma colocado en la instalación para a través de los datos obtenidos calcular el volumen por unidad de tiempo que bombeamos. Debido a los datos que nos proporciona el programa, suponemos que las péridas volumétricas son despreciables. Entonces:

[7] Figura 2 : Curvas características

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4. Material Y EQUIPOS EMPLEADOS y

PROCEDimiento

Figuras 3 y 4: Planta y alzado de la instalación FM

Puesta en marcha:

• Comprobamos que el depósito tiene suficiente agua para realizar la práctica. Para ello debemos de observar la marca de nivel del depósito.
• Todas las válvulas, tanto las de corte, como la de regulación deben de estar abiertas.
• El potenciómetro de los motores se encuentran al 0%.
• Se enciende el ordenador y se inicia el software de adquisición de datos de la unidad FM21. Funcionamiento con una sola bomba
• Seleccionamos el modo de operación single en la pantalla del software.

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Tabla 2: Datos obtenidos en una bomba al 80%

EXPERIMENTO TRES: BOMBAS CENTRÍFUGAS EN SERIE

Este experimento se realiza para comprobar las ventajas o los inconvenientes que tiene la colocación de las bombas centrífugas en serie. El procedimiento experimental de esta práctica sigue los pasos de lo anteriormente expuesto en el funcionamiento de dos bombas en serie. Es importante recordar que en estos casos la altura manométrica total será igual a la suma manométrica de las n (en nuestro caso dos) bombas que se empleen. Los datos experimentales de la práctica son:

Tabla 3:Datos obtenidos para dos bombas en serie

Presión orificio (kPa)

Presión M (kPa)

Presión M (kPa)

Densidad (kg/ m3)

Diametro (m)

Cd Potencia M (W)

Pote

9,810 25,674 37,061 998,0 0,024 0,61 248,54 2 9,382 30,078 34,160 997,8 0,024 0,61 249,02 2 8,528 33,945 31,797 997,9 0,024 0,61 246,09 2 6,665 36,738 21,914 997,8 0,024 0,61 241,21 2 6,716 38,457 20,195 997,8 0,024 0,61 238,77 2 6,853 40,820 21,699 997,8 0,024 0,61 236,82 2 6,870 41,787 22,559 997,8 0,024 0,61 242,68 2 3,503 57,686 3,867 997,8 0,024 0,61 216,55 2 3,931 58,008 4,297 997,8 0,024 0,61 218,26 2 3,811 58,330 3,760 997,8 0,024 0,61 217,53 2 0,461 86,152 0,000 997,6 0,024 0,61 133,30 1 0,205 89,268 0,000 997,6 0,024 0,61 131,10 1 0,342 87,656 0,000 997,0 0,024 0,61 132,81 1

EXPERIMENTO CUATRO: BOMBAS CENTRÍFUGAS EN PARALELO

El experimento de bombas en paralelo sirve, al igual que el de bombas en serie, para ver las ventajas y desventajas que nos proporciona este modelo. El modo de proceder se encuentra también en el procedimiento mencionado anteriormente. Es importante recordar que en este caso, el caudal total será la suma de los caudales que emplea cada una de las bombas. Los datos obtenidos experimentalmente son: Tabla 4: datos obtenidos en dos bombas en paralelo

Presión orificio (kPa)

Presión M (kPa)

Presión M (kPa)

Densidad (kg/ m3)

Diametro(m) Cd Potencia M (W)

Pote

25,686 74,014 78,848 997,631 0,024 0,610 235,596 2 22,097 74,229 78,096 997,399 0,024 0,610 228,271 2 22,046 72,295 78,955 997,535 0,024 0,610 227,783 2 14,526 71,113 74,766 997,486 0,024 0,610 214,111 2 14,919 71,221 75,840 997,510 0,024 0,610 214,844 2 14,680 71,436 75,947 997,386 0,024 0,610 213,379 2 15,347 71,328 74,873 997,486 0,024 0,610 212,646 2 15,347 71,328 74,873 997,486 0,024 0,610 212,646 2 7,297 71,973 72,832 997,374 0,024 0,610 191,406 1 7,742 72,402 74,766 997,424 0,024 0,610 191,406 1 8,647 71,113 74,551 997,461 0,024 0,610 194,336 1

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5. Resultados experimentales

En todos los casos se debe de calcular el caudal, la altura manométrica, la potencia del flujo y el rendimiento de la bomba. Para ello se emplearan las fórmulas [7], [4], [5] y [6] respectivamente, recordando que para bombas en serie la carga total es la suma de las cargas y que para en paralelo el caudal total es la suma de todos los caudales. EXPERIMENTO UNO: UNA BOMBA 50% Tabla 5: Resultados obtenidos para una bomba 50%

Q(m3/s) Q(l/s)

H(m) P(W) η

6,44E-04 0,644 1,601 10,097 6,

6,32E-04 0,632 1,601 9,905 6,

6,23E-04 0,623 1,766 10,779 7,

5,89E-04 0,589 1,985 11,449 7,

5,95E-04 0,595 1,996 11,641 7,

5,91E-04 0,591 1,996 11,555 7,

4,08E-04 0,408 3,367 13,471 9,

4,21E-04 0,421 3,356 13,840 9,

4,54E-04 0,454 3,224 14,332 10,

4,21E-04 0,421 3,280 13,524 9,

4,36E-04 0,436 3,345 14,293 10,

4,24E-04 0,424 3,389 14,078 10,

2,50E-04 0,250 6,460 15,826 14,

2,28E-04 0,228 6,679 14,938 13,

Gráfico : Curva característica una bomba 50%

EXPERIMENTO DOS: UNA BOMBA AL 80% Tabla 6: Resultados obtenidos una bomba 80%

Q(m3/s) Q(l/s) H(m) P(W) η 0,001 1,140 3,280 36,60 15, 0,001 1,132 3,306 36,63 15, 0,001 1,123 3,313 36,45 15, 0,001 1,087 3,390 36,08 15, 0,001 1,095 3,533 37,88 16, 0,001 1,083 3,665 38,87 16, 0,001 1,058 3,709 38,41 16, 0,001 0,972 4,488 42,69 18, 0,001 0,969 4,422 41,95 18, 0,001 0,994 4,510 43,89 18, 0,001 0,962 4,367 41,14 18, 0,001 0,738 6,167 44,57 21, 0,001 0,735 6,188 44,51 21, 0,001 0,752 6,155 45,34 21,

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Gráfico : Curvas característica una bomba al 80%

EXPERIMENTO 3: DOS BOMBAS EN SERIE AL 80%

Tabla 7: Resultados de dos bombas en serie al 80% Q(l/s) H1 H2 Htotal(m) P(W) η 1,224 2,622 3,786 6,408 76,759 30, 1,197 3,073 3,490 6,563 76,875 30, 1,141 3,468 3,248 6,716 75,004 30, 1,009 3,753 2,239 5,992 59,158 24, 1,013 3,929 2,063 5,992 59,386 24, 1,023 4,170 2,217 6,387 63,942 27, 1,024 4,269 2,305 6,574 65,893 27, 0,731 5,893 0,395 6,288 45,012 20, 0,775 5,926 0,439 6,365 48,261 22, 0,763 5,959 0,384 6,343 47,357 21, 0,265 8,803 0,000 8,803 22,866 17, 0,177 9,121 0,000 9,121 15,795 12, 0,229 8,963 0,000 8,963 20,030 15,

Gráfico Curvas características para dos bombas en serie al 80%

EXPERIMENTO 4:DOS BOMBAS EN PARALELO AL 80%

Tabla 8: Resultados experimentales para dos bombas en paralelo Q1 Q2 Qtotal(m3/s) Q(l/s) H(m) P(W) (^) η

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6. CONCLUSIONES - (^) En el experimento uno y dos podemos comparar el efecto de la difencia de potencia suministrada por la bomba al proceso experimental. A potencias más bajas se establece una altura manométrica menor que a potencias más bajas como podemos observar. Las curvas motrices de H-Q se ajustan a las que encontramos en la bibliografía en ambos casos. Sin embargo las curvas características de P-Q y η-Q del primer experimento no coinciden con la bibliografía ya que la potencia de flujo disminuye a medida que aumenta el caudal y por lo tanto el rendimiento hace lo mismo. Esto puede deberse a que la potencia que suministra la bomba no es suficiente para poder bombear eficazmente ese caudal por lo que a partir de un caudal la potencia del flujo disminuye. - En el experimento en serie nos encontramos con que el caudal bombeado por las dos bombas es el mismo, pero cada una de las bombas produce una pérdida de carga hidráulica diferente. Esto se traduce en que se conseguirá una mayor diferencia de presión para un mismo caudal, como podemos observar en los datos. Esto coincide con lo consultado en la bibliografía [1]. Una vez establecido estos conceptos podemos observar que las curvas características experimentalmente se ajustan a las curvas halladas en la bibliografía. En la toma de datos podemos observar que a un determinado caudal la diferencia de presión en la segunda bomba nos da un valor de cero. Esto puede deberse, posiblemente, a un error en la toma de los datos, o bien a que el sistema no ha sido capaz de bombear el fluido para que pase por la segunda bomba y se pueda establecer una diferencia de presión. - El experimento en paralelo podemos observar a primera vista que, aunque los datos se ajustan a las curvas características halladas en la bibliografía, los valores de los rendimientos son excesivamente altos, llegando a alcanzar un nivel superior al 100%. Por tanto podemos deducir que la toma de datos no ha sido correcta y sería absurdo tomar conclusiones con estos datos. Por ello, para contrastar y poder cumplir con los objetivos que nos hemos propuesto al comienzo de la práctica, emplearé los datos facilitados por el grupo E1:

Tabla 9: Resultados de dos bombas en paralelo del grupo E

Q1 (m3/

s)

Q2 (m3/

s)

Qtotal

(m3/s)

H(m) P(W) η

2,80E-04 2,80E-04 5,60E-04 9,070 49,629 32,

6,22E-04 6,22E-04 1,24E-03 8,729 106,089 59,

1,07E-03 1,07E-03 2,14E-03 7,993 166,915 82,

1,45E-03 1,45E-03 2,91E-03 7,091 201,365 91,

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1,65E-03 1,65E-03 3,30E-03 6,520 210,135 89,

1,82E-03 1,82E-03 3,63E-03 6,201 219,966 91,

1,99E-03 1,99E-03 3,97E-03 5,772 224,136 90,

2,07E-03 2,07E-03 4,13E-03 5,420 218,739 87,

2,12E-03 2,12E-03 4,25E-03 5,365 222,733 88,

2,12E-03 2,12E-03 4,23E-03 5,376 222,413 88,

Gráfico : Curvas características dos bombas en parelo. Datos grupo E Ahora podemos observar que el caudal total en el modelo paralelo es igual a la suma de los caudales de las dos bombas. Sin embargo observamos que la carga total es igual a la carga de cada una de las bombas. Por tanto podemos concluir que es un método mucho más efectivo ya que con una pérdida de carga menor, conseguimos una potencia del flujo mucho más elevada y por tanto un mejor rendimiento. De esta manera podemos concluir comparando entre el modelo en serie y en paralelo, que el primero lo utilizaremos cuando queramos conseguir una diferencia de presión elevada, mientras que el segundo lo utilizaremos cuando queramos una mayor eficiencia en el bombeo con una menor pérdida de carga.

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8. BIbliografía - (^) [1] J.A.Soriano- “Mécanica de Fluidos incompresibles y turbomáquinas hidráulicas” página 549 Para el fundamento teórico:

• J.A.Soriano- “Mécanica de Fluidos incompresibles y turbomáquinas hidráulicas” Capítulos 11 y 12
• Calleja, “Introducción a la ingeniería química” – Capítulo 8
• W.L.McCabe – “Operaciones unitarias en ingeniería química”

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