MANUAL DE BOMBAS CENTRIFUGAS (autorizado).pdf

INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE CIUDAD SERDAN

MANUAL DE PRACTICAS DE BOMBAS HIDRAULICAS

LABORATORIO DE MAQUINAS HIDRAULICAS ING. JOSE RUBEN PEREZ GONZALEZ PROFESOR DE MAQUINAS DE FLUIDOS INCOMPRESIBLES

DIVISION DE INGENIERIA MECANICA

ING. JOSE RUBEN PEREZ GONZALEZ

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Manual de Prácticas

Ilustracion de un banco de pruebas de bombas centrifugas

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Ilustración práctica en un banco de pruebas con dos bombas centrifugas

INTRODUCCIÓN Al igual que una gran variedad de máquinas, como las maquinas herramienta, las bombas han desempeñado un papel muy importante en la vida del hombre. Su uso y aplicación cada día cobran mayor importancia en todos los campos industriales llenando cada vez más un sin número de necesidades en los diferentes procesos de producción. El bombeo de líquidos es cada vez más complejo debido por otro lado a los avances tecnológicos y por otro lado a las grandes concentraciones urbanas del país. En la transmisión de potencia y automatización, las bombas de desplazamiento positivo juegan un papel importante en ese campo. En el bombeo de líquidos puede presentarse, como un caso particular, el bombeo del agua potable vital para el ser humano. ING. JOSE RUBEN PEREZ GONZALEZ

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El ingeniero mecánico en el desarrollo de su profesión frecuentemente se encuentra con este tipo de problemas, en donde hay que solucionar y dar mantenimiento a las bombas rotodinamicas o de desplazamiento positivo. Dada la importancia de estas máquinas en cualquier proceso industrial, en esta práctica aprenderemos a construir sus curvas características y a aplicar las leyes de semejanza para tener un análisis completo y se comentará acerca de la selección de estos equipos. Es importante mencionar que alrededor de tales máquinas se encuentran una serie de conceptos muy importantes que el alumno recordará tales como presiones total, estática y dinámica, ecuación de la energía y conservación de la cantidad de movimiento y flujo incompresible, entre otros. El funcionamiento de una bomba centrífuga puede analizarse sobre la base de la ecuación de la energía, tomando el caso simplificado en el cual el fluido de trabajo es incompresible, la ecuación puede escribirse como: 𝑊1 - mℎ1 = m (

𝑝2 − 𝑝1 𝜌

)

Esta ecuación establece que el trabajo realizado sobre el fluido por la bomba, ignorando la energía cinética y la diferencia en nivel entre la entrada y la salida de la bomba, es igual a la potencia de entrada menos pérdidas. La potencia hidráulica (algunas veces llamada potencia en caballos de agua) de la bomba está dada por: 𝑊2 - mℎ2 = m (

𝑝2 − 𝑝1 𝜌

)

La eficiencia total de la bomba es: .



W2 .

W1

Donde W1 es la potencia mecánica entregada a la bomba

El flujo volumétrico se calcula como: 𝒬= ING. JOSE RUBEN PEREZ GONZALEZ

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜

=

𝑉 𝑡

en

lt/seg Página 4

EL OBJETIVO DE LAS PRACTICAS DE BOMBAS CENTRIFUGAS

Que el alumno conozca la operación de bombas de flujo radial, así como los criterios de selección para obtener soluciones óptimas de problemas a los que se puede enfrentar en su vida profesional. Antes de entrar de lleno al aspecto práctico de las bombas hidráulicas, recordaremos los siguientes conceptos: Maquina: Conjunto de mecanismos que sirven para transformar energía, siempre y cuando una de las energías puestas en juego sea energía mecánica; y que tenga movimiento relativo y armónico entre sus partes. Por tanto maquina es un transformador de energía.

Las maquinas se clasifican en grupos: máquinas de fluido, maquinas herramienta, maquinas eléctricas, etc. Las maquinas hidráulicas pertenecen a un grupo muy importante, que se llama máquinas de fluido. Máquinas de fluido: Son aquellas maquinas en que el fluido, proporciona la energía que absorbe la máquina, o bien aquellas en que el fluido es el receptor de energía. En toda máquina de fluido hay un intercambio entre energía de fluido y energía mecánica. Las máquinas de fluido se clasifican en máquinas hidráulicas y maquinas térmicas. Maquina hidráulica. Es aquella en que el fluido que intercambia su energía no varía sensiblemente de densidad en su paso a través de la máquina, por lo cual en el diseño y estudio de la misma se hace la hipótesis de que el volumen es constante. Maquina térmica. Es aquella en que el fluido a su paso a través de la maquina varia sensiblemente, de densidad y volumen especifico, el cual en el diseño y estudio de la maquina ya no puede suponerse constantes.

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MAQUINAS HIDRAULICAS BOMBAS

Definición. Bomba es una maquina hidráulica que absorbe energía mecánica y restituye energía hidráulica al líquido que la atraviesa. Campo de aplicación. Las bombas se emplean para impulsar toda clase de líquidos: agua, aceites de lubricación, combustibles, ácidos, líquidos alimenticios, cerveza, leche, yogurt, etc. (Estas últimas constituyen el grupo de las bombas sanitarias, las cuales son muy importantes). También se emplean las bombas para líquidos espesos con sólidos en suspensión como pastas de papel, melazas, fangos, desperdicios, etc.

EVALUACION DEL LABORATORIO

La calificación de cada práctica se obtiene en la forma siguiente: 1. El alumno debe estar presente en la sesión práctica. 2. El alumno debe entregar el reporte con la solución del contenido de la práctica en archivo virtual y engargolado, cumpliendo con los siguientes requisitos:  Debe elaborarse en hojas blancas tamaño carta.  Debe estar escrito en forma legible y sin faltas de ortografía ( en procesador).  Si se requieren gráficos, diagramas o dibujos, estos deben realizarse con cuidado en procesador electrónico.  Si se requieren cálculos, deben incluirse las operaciones y los resultados en procesador; estos deben darse con la aproximación de tres decimales. 3. El alumno debe presentar el examen correspondiente. Es requisito indispensable cumplir con los tres puntos anteriores, de lo contrario la calificación se convertirá en cero.

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La calificación del laboratorio se obtiene promediando la calificación de todas las prácticas aprobadas. Para acreditar el laboratorio se requiere de una calificación mínima de 70%. CONTENIDO DEL REPORTE

La forma de entregar el reporte a partir de la fecha de realización en un transcurso de quince días debe reunir el siguiente contenido: 1) 2) 3) 4) 5)

Nombre del Instituto. Nombre de la asignatura. Talleres de Ingeniería Mecánica. División: Maquinas Hidráulicas En la parte inferior, datos de; alumno, profesor, grupo y fecha de entrega. 6) Un dibujo representativo referido a la materia en la portada. Todos los puntos mencionados son exclusivos para la portada.

Lo que se debe reportar es: a) b) c) d) e) f) g)

Introducción teórica Tabla de datos Cálculos Graficas Tabla de resultados Conclusiones Bibliografía INDICE DE PRÁCTICAS

PRACTICA No. 1: CONOCIMIENTO DEL BANCO DE PRUEBAS PRACTICA No. 2: INDEPENDIENTEMENTE

OPERACIÓN

DE

BOMBAS

TRABAJANDO

PRACTICA No. 3: BOMBAS EN SERIE PRACTICA No. 4: BOMBAS EN PARALELO

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BIBLIOGRAFIA 1.- MECANICA DE FLUIDOS AUTOR: FRANK M. WHITE ED. MCGRAW-HILL 2.- MECANICA DE FLUIDOS Y MAQUINAS HIDRAULICAS AUTOR: CLAUDIO MATAIX ED. HARLA 3.- SEMINARIO DE TURBOMAQUINAS HIDRAULICAS ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA (ESIME) DEL IPN 4.- MAGISTER TECHNOLOGY 5.- BOMBAS, SELECCIÓN, USO Y MANTENIMIENTO AUTOR. KENNETH J. ED. MCGRAW-HILL PRACTICA No. 1 CONOCIMIENTO DEL BANCO DE PRUEBAS OBJETIVO. Al término de esta práctica, el alumno será capaz de identificar físicamente el banco de pruebas y sus componentes, y tendrá los conocimientos del funcionamiento de cada una de ellas (En particular, para poder comprender posteriormente la operación en conjunto y las características generales de operación).

ANTECEDENTES TEORICOS BANCO DE PRUEBAS

Se llama banco de pruebas donde se llevan los ensayos de las bombas y la obtención de sus curvas características en un laboratorio. FUNCIONES

El ensayo elemental de una bomba es aquel en que, manteniéndose constante el número de revoluciones “n” se varia el caudal Q y se obtiene experimentalmente las curvas H1 = f1Q; Pa = f2Q y ηtot = f3Q. Estas curvas y en particular la curva H1 = f1Q, se llaman curvas características. ENSAYO COMPLETO DE UNA BOMBA

Es un conjunto de ensayos elementales, caracterizado cada uno por un numero de revoluciones distinto: consta de varias (cinco a ocho) curvas H –

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Q y de varias de ηtot – Q. Al conjunto de todas las curvas se denomina curvas en concha. ELEMENTOS ESENCIALES DE UN BANCO DE ENSAYO DE BOMBAS

Grupo de accionamiento a velocidad variable. En los laboratorios de Hidráulica se utiliza para ello el motor de corriente continua, motor de corriente alterna con transmisión hidráulica o mecánica, o un motor de combustión interna. Medidor de par. Los procedimientos más utilizados en el motor de C.C., basculante, en que se mide (con balanza) el par de reacción. Contrarrevoluciones. Para medir η con el par y las r.p.m., se calcula Pa. Manómetro y vacuòmetro. A la salida y entrada de la bomba para medir la diferencia de presiones necesarias para el cálculo de H. Medidor de caudal. Los procedimientos más utilizados son: tanques gravimétricos (medición de caudal por peso), tanques volumétricos (medición de caudal por volumen), Venturi, toberas, diafragmas y rotámetros, etc. OTROS TIPOS DE ENSAYOS EN LA INDUSTRIA

Los constructores de máquinas hidráulicas que desarrollan nuevos tipos de laboratorios de ensayo de modelos, en particular el costo de una turbina hidráulica de gran potencia absorben los gastos de construcción y experimentación de un modelo cuyo ensayo corrobora o ratifica el diseño. En los ensayos de máquinas hidráulicas la fuerza preponderante es la viscosidad. Los ensayos a velocidades tan elevadas en el laboratorio serian costosos y prácticamente irrealizables. En los ensayos de turbinas hidráulicas se tropieza con la dificultad de ensayar la turbina modelo bajo el salto requerido por la igualdad del número de Reynolds en el modelo y prototipo. En los ensayos de máquinas hidráulicas se hace la hipótesis que la semejanza geométrica implica la semejanza mecánica. En el ensayo de turbinas se ha utilizado la siguiente formula con buenos resultados. ηtot = η𝑚 [1−(− ηT mod )( 1 )] η𝑚

ℰ 0.314

𝒟𝑜𝑛𝑑𝑒: η𝑡𝑜𝑡 = Rendimiento total del prototipo ηT mod = 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑑𝑒𝑙𝑜 ING. JOSE RUBEN PEREZ GONZALEZ

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𝜂𝑚 = 𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑚𝑒𝑐𝑎𝑛𝑖𝑐𝑜, 𝑠𝑢𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 𝑖𝑔𝑢𝑎𝑙 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑑𝑒𝑙𝑜 𝑦 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑝𝑟𝑜𝑡𝑜𝑡𝑖𝑝𝑜 ℰ = 𝑒𝑠𝑐𝑎𝑙𝑎,

𝑝𝑟𝑜𝑡𝑜𝑡𝑖𝑝𝑜 𝑚𝑜𝑑𝑒𝑙𝑜

En el ensayo de bombas se ha utilizado la siguiente formula con buenos resultados. 𝜂´ 𝜂1 = 1 − (1 − 𝜂1´ )( 1 ) 𝜂2 DESARROLLO MATERIAL Y EQUIPO A UTILIZAR

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Banco de pruebas de bombas centrífugas. Extensión eléctrica. Accesorios del banco de bombas.

SECUENCIA DE OPERACIONES

Atender a la explicación del profesor, sobre el banco de pruebas sus componentes y funcionamiento. CUESTIONARIO

Obtenga la siguiente información: 1. Datos de la instrumentación del banco de pruebas 2. Instrumentación eléctrica. 3. Datos de placa de motores y bombas del banco de pruebas. 4. Utilizando la simbología correspondiente, realice un plano en vista de planta e isométrico del banco de pruebas, sistema de tuberías y componentes adicionales, represente mediante una tabla los símbolos escribiendo correctamente su nombre.

Nota: Para entregar resultados, todo el análisis mediante cálculos se realizaran en unidades del Sistema Internacional (SI).

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PRACTICA No. 2: OPERACION DE BOMBAS TRABAJANDO INDEPENDIENTEMENTE

OBJETIVO: Obtener las curvas de comportamiento de una bomba

centrifuga de flujo radial. ANTECEDENTES TEORICOS

En una bomba centrifuga, el líquido es forzado a entrar por la presión atmosférica u otra presión, a un conjunto de aspas o alabes rotatorias que contribuye un impulsor que descarga el líquido a una presión superior y a una velocidad más alta en su periferia. La mayor parte de la energía de velocidad convertida en energía de presión por medio de una voluta o por un conjunto de aspas difusoras estacionarias que rodean la periferia del impulsor. A las bombas con impulsor de caracol se les llama bombas de voluta; a las que tienen aspas de difusión se les llama bombas de difusor. A estas últimas se les llamo bombas – turbina; pero este nombre se aplica en la actualidad específicamente a las bombas verticales de difusor para pozos profundos, llamándoseles bombas - turbinas verticales. Los elementos esenciales de una bomba centrifuga son 1) el elemento rotatorio de que consta el eje y el impulsor, y 2) el elemento estacionario, que consta de la carcasa, la caja prensa estopas y los cojinetes. Las bombas centrifugas se dividen en otras categorías, varias de las cuales se refieren al impulsor. Primero los impulsores se clasifican de acuerdo a la dirección del flujo mayor, en relación con el eje de rotación. Las bombas centrifugas pueden tener: a) impulsores de flujo radial, b) impulsores de flujo axial, c) impulsores de flujo mixto, los cuales combinan los principios de flujo axial y radial. Además, los impulsores se clasifican de acuerdo con la distancia de posición de flujo en: 1) de succión simple, con una sola admisión en un lado, y 2) de succión doble, en el que el agua fluye al impulsor simétricamente desde ambos lados. De acuerdo con su construcción mecánica, son de las siguientes categorías: 1) cerrados con cubiertas o paredes laterales que cubren las vías del agua, 2) abiertos con cubiertas, 3) semiabiertos o semicerrados. Si la bomba desarrolla su carga o elevación por un solo impulsor se le llama bomba de una etapa. Cuando se usan dos o más impulsores operados en serie a la unidad se llama bomba de etapas múltiples, por el diseño mecánico de la carcasa, se clasifican además en axialmente partida o radialmente partida; el eje de rotación es el que determina que la bomba sea ING. JOSE RUBEN PEREZ GONZALEZ

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de eje horizontal, de eje vertical u ocasionalmente de eje inclinado. Por lo general a estas unidades se les llama simplemente unidades horizontales o verticales. De acuerdo con la ubicación de la succión, las bombas centrifugas son clasificadas: 1) de succión por el fondo, y 2) de succión por la parte superior. Algunas bombas operan con líquido conducido a la unidad por tubería. Otras bombas por lo general las de tipo vertical, se sumergen en su abastecimiento de succión. Por tanto las bombas verticales se llaman del tipo pozo seco o húmedo. El rendimiento de una bomba centrifuga generalmente se describe como resultado de sus características de: 1) régimen de flujo o capacidad Q (metros cúbicos/hora); 2) incremento de energía contenida en el fluido bombeado, o carga H (mca); 3) potencia de entrada o consumo P; 4) eficiencia η la razón entre el trabajo útil desarrollado y la potencia de entrada; 5) velocidad de rotación 𝒩 en r.p.m. Ya que todos los parámetros indicados son mutuamente interdependientes, se acostumbra representar el rendimiento de una bomba centrifuga por medio de curvas características. Cuando sea posible dentro de ciertos límites, el diseño de bombas puede regular la forma de estas curvas para ajustarse a las necesidades de una aplicación particular que es una función de la capacidad de diseño, carga y velocidad; por lo tanto una unidad de producción normalizada se determina por experimentación y no está sujeta a modificación. Puesto que el rendimiento real de una bomba centrifuga se determina en gran parte por medios experimentales, es muy deseable utilizar los resultados de ensayos pasados como base para predecir el rendimiento de diseños futuros. El propósito de una bomba centrifuga en cualquier sistema de manejo de fluido, y ya que es una maquina dinámica, la bomba depende por completo de los cambios en las relaciones de velocidad para proporcionar la energía. Las posibilidades de aplicación de una ya construida de distintos gastos y alturas de elevación pueden establecerse determinando sus curvas características que darán valor para cada gasto Q, los valores de H, η y BHP. Se emplea muy a menudo el agua para construir mediante pruebas sucesivas las curvas de funcionamiento de las bombas. Con el empleo de estas curvas es posible determinar la carga total y la capacidad. Para trazar esta curva se procederá de la siguiente manera: ING. JOSE RUBEN PEREZ GONZALEZ

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1. El gasto Q se determinara por medio de recipientes de medición, vertederos, u orificios calibrados. 2. La altura total de elevación H, fijándose la altura de succión por medio de un vacuòmetro y la altura de descarga por medio de un manómetro. 3. La potencia 𝓟 por medio de un dinamómetro o por la potencia que alcanza el motor eléctrico de accionamiento tomando en consideración su rendimiento. 4. El número de revoluciones por minuto 𝓝 se obtiene por medio de un tacómetro o por medio de un contador de revoluciones. 5. El rendimiento se obtiene despejando η de la fórmula de la potencia. La curva 𝓗 − 𝓠 muestra la relación entre la capacidad de la bomba y, a la carga total se llama curva de carga – capacidad. Con frecuencia se clasifican las bombas basándose en las formas de su curva de carga – capacidad. La curva eficiencia – capacidad muestra la relación entre la capacidad y la eficiencia pero comúnmente se le llama curva de eficiencia. La figura ilustra la instalación de una bomba centrifuga

Instalación de una bomba centrifuga

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DESARROLLO MATERIAL Y EQUIPO A UTILIZAR

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Banco de pruebas de bombas centrífugas. Extensión eléctrica. Accesorios del banco de bombas. Cronometro Tacómetro o contador de revoluciones

SECUENCIA DE OPERACIONES

Bajo la supervisión del profesor, utilice el equipo de bombeo y proceda como sigue:

Q (ℓ/seg)

ϸman (kg/cm2)

TABLA DE DATOS 𝒩 Р I (r.p.m.) (Watts) (Amp)

Tiempo t (seg)

Fluido

Agua a 20 oC

Para construir las curvas características de la bomba se realiza el siguiente procedimiento para un solo valor de velocidad angular del motor de la bomba: 1.

Verifique que el tanque de las bombas tiene suficiente agua.

2. Se abre completamente la válvula de descarga. 3. Encienda la bomba. 4. Abra lentamente la válvula de succión. 5. Esperar cinco minutos a que las condiciones del sistema sean estables. 6. Se toman las siguientes mediciones:    

Presión de succión, kg/cm2. Presión de descarga, en kg/cm2. Velocidad de la bomba rpm. Lectura de flujo (volumen, tiempo). 7. Esperar un minuto sin modificar las condiciones de operación del sistema y volver a tomar las mediciones del punto (6). Repetir este pasó hasta que se tengan, por lo menos, cinco mediciones.

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8. De los valores medidos para cada parámetro indicado en el punto (6), se obtiene el promedio. Este promedio es el valor que se utilizará para realizar los cálculos necesarios. 9. Calcular la eficiencia de la máquina para los valores medidos. A continuación se presentan las siguientes expresiones matemáticas que pueden ser de utilidad para realizar este cálculo. V 2 V 2 P P  W2    Q'  2  1  sal  ent  2     2

Q´ 4Q´  A D 2 ent Q´ 4Q´ Vsal  V2   A D 2 sal Pent  Patm  Psucc Psal  Patm  Pdesc Vent  V1 

Q  Volumen / tiempo W2 HT   H 2 0 Q'  W2    W1 

  100  

gH T N 2D2 Q  ND 3 W2  ND 5



Donde: Wf = [W] N = [rpm] Q = [litros / segundo] Hvent = [mmHg] Q’ = [m3/ segundo] HT = [mH2O]

 = eficiencia

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10. Modificar la apertura de la válvula de descarga. Repetir los incisos (6) a (9). Repetir por lo menos seis veces hasta que el gasto sea igual a cero (cuando la válvula esté completamente cerrada). CUESTIONARIO 1. Investigue las aplicaciones de las bombas en todo su desarrollo industrial. 2. Calcular la eficiencia de la bomba 3. Calcule el NPSHD para la bomba 4. Calcular. HE 𝑉 5. Calcular Q Aforar : 𝑄 = 𝑡 6. Incluya en el informe las características de la bomba, de los manómetros, de las tuberías y conexiones en general, además del esquema general del aparato. 7. Realice en vista de planta el sistema hidráulico utilizando la simbología. correspondiente, identifique la trayectoria del fluido remarcando con color. 8. Anexe todas las tablas (de preferencia del manual Crane) de datos utilizadas en cálculos.

Nota: Para entregar resultados, todo el análisis mediante cálculos se realizaran en unidades del Sistema Internacional (SI).

PRACTICA No. 3: OPERCION DE BOMBAS EN SERIE OBJETIVO: Determinar las curvas características de un sistema de dos bombas centrifugas operando en serie. CONSIDERACIONES TEORICAS

Para condiciones de servicio de gran capacidad, y alta velocidad o mediana columna de elevación que requieren de un arreglo en serie pueden, conectarse dos bombas en un solo paso de doble succión en serie en una misma placa de soporte con una sola unidad motriz. Esa clase de adaptación es muy común en aplicaciones de abastecimiento de agua para alturas de elevación de 75 a 120 metros. Una adaptación en doble extensión de flecha del motor en medio, moviéndose dos bombas conectadas en serie con tuberías. En un segundo tipo se usa un motor normal que tenga una flecha con doble extensión. Este último arreglo puede ser limitado, lo suficiente porque la flecha de la bomba inmediata al motor debe ser fuerte para transmitir el ING. JOSE RUBEN PEREZ GONZALEZ

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caballaje total de bombeo. Si la presión generada total por esa unidad en serie, es relativamente alta, la cubierta de la segunda bomba puede requerir refuerzo de caballaje o nervios. Cuando un determinado volumen de líquido debe ser entregado a un sistema donde se requiere producir una carga total de descarga muy alta, pueden agruparse bombas en serie, es decir, reside en el de conectar la descarga de la primera, con la succión de la segunda bomba. La característica de un agrupamiento en serie consiste en el hecho de que la carga total de descarga ( 𝐻𝐷𝑇 ) del grupo, es igual a la suma de las cargas totales de descarga particulares de cada una de las bombas. Cuando dos bombas centrifugas de las mismas características de diseño se conectan en serie, la carga total de descarga de una de las bombas se multiplica por dos cuyo producto será el valor del sistema. Si las descargas totales de descarga son diferentes, de cualquier manera, estas cargas se sumaran; pero es de gran importancia que las dos bombas sean de la misma capacidad, es decir que puedan manejar la misma cantidad de líquido en la unidad d tiempo. La figura ilustra las curvas características de dos bombas operando en serie.

H

B Ho

4

1 3 A

Ho

Q 1

2

Curvas características de dos bombas operandoQen serie

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DESARROLLO MATERIAL Y EQUIPO A UTILIZAR

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Banco de pruebas de bombas centrífugas. Extensión eléctrica. Accesorios del banco de bombas. Cronometro Tacómetro o contador de revoluciones

SECUENCIA DE OPERACIONES

Bajo la supervisión del profesor, utilice el equipo de bombeo y proceda como sigue: Se debe poner en marcha la instalación, cebando las bombas si es preciso. Para la toma de datos se debe variar la posición de la válvula de membrana insertada en la tubería de impulsión; para hacer el ensayo en el rango mayor posible, una toma de datos debe ser con la válvula totalmente abierta, y otra con la válvula totalmente cerrada. TABLA DE DATOS Z0 = Z1 = Z2 = Z3 = Q 𝒩1,2 ϸs 1 ϸd 1 ϸd 2 Рabs 1 Рabs 2 Δϸ (ℓ/seg) (bar) (bar) (bar) (bar) (Watts) (Watts) (r.p.m.)

Z4 = η (%) Lecturas t(seg)

Para construir las curvas características del sistema de bombas en serie se realiza el siguiente procedimiento: 1. Verifique que el tanque de las bombas tiene suficiente agua. 2. Se abre completamente la válvula de descarga. 3. Encienda la bomba. 4. Abra lentamente la válvula de succión. 5. Esperar cinco minutos a que las condiciones del sistema sean estables. 6. Se toman las siguientes mediciones:   

Presión de succión, kg/cm2. Presión de descarga, en kg/cm2. Velocidad de la bomba rpm.

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

Lectura de flujo (volumen, tiempo).

7. Esperar un minuto sin modificar las condiciones de operación del sistema y volver a tomar las mediciones del punto (6). Repetir este pasó hasta que se tengan, por lo menos, cinco mediciones. 8. De los valores medidos para cada parámetro indicado en el punto (6), se obtiene el promedio. Este promedio es el valor que se utilizará para realizar los cálculos necesarios. 9. Calcular la eficiencia de la máquina para los valores medidos. 10. Mediante el manejo de las válvulas de succión y la de control ajuste las bombas a arreglo en serie. Repita el procedimiento del 6 al 10. CUESTIONARIO Conteste correctamente las siguientes preguntas referidas a muchas causas probables de cualquier tipo de mal funcionamiento de las bombas, dificultan y requieren mucho tiempo para el diagnóstico, a menudo se pueden reducir con un estudio cuidadoso de las curvas de rendimiento. 1.

La carga cae con rapidez con un aumento en el caudal pero la carga de corte casi no cambia. ¿Por qué? 2. La bomba produce carga baja y consume menos potencia en toda su gama de funcionamiento, pero no varía su eficiencia. ¿Cuál es la causa? 3. El gasto durante la prueba es menor que el nominal en una cantidad constante con cualquier carga dada. ¿Por qué? 4. La carga, capacidad, eficiencia y potencia son bajos en toda la curva. ¿Cuáles son las causas? 5. Carga y eficiencia reducidas sin cambio en la potencia. ¿A qué causas se deben? 6. Curva de carga y capacidad correcta pero la baja, eficiencia aumenta el consumo de potencia. ¿A qué causas se debe? 7. La curva se interrumpe antes de lo especificado. ¿A qué se debe? 8. Durante una prueba de NPSH, la línea de carga y la NPSH se detienen en forma abrupta en vez de seguir hasta el punto de corte. ¿Por qué? 9. La carga empieza a caer en forma gradual cuando se reduce e1 NPSH en vez de caer en forma abrupta. ¿Qué causas principales nos indica la curva? 10. Los requisitos de NPSH son más altos con todos los caudales. ¿Por qué causas? 11. Describa los efectos de operar dos bombas en serie.

Nota: Para entregar resultados, todo el análisis mediante cálculos se realizaran en unidades del Sistema Internacional (SI).

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PRACTICA No. 4: OPERACIÓN DE BOMBAS EN PARALELO OBJETIVO. Determinar las curvas características de comportamiento de un sistema de bombas operando en paralelo. CONSIDERACIONES TEORICAS

Así como las características de la curva Carga - Capacidad (H - Q) de flujo de una bomba se representa por una curva que indica la reducción de carga al incrementar el flujo, los requerimientos de carga-flujo del sistema al que sirve la bomba pueden ser representados por una curva que muestre las necesidades de aumento de flujo, los requerimientos; esto es una curva de Carga – Sistema. El flujo al cual operara la bomba en este sistema es aquel en el cual la curva de carga flujo de la bomba, intercepta la curva de Carga-Sistema. Cada curva de Carga-Sistema consta de: a) Una carga estática total (que en algunos casos puede ser cero). b) Perdidas por fricción. La carga estática total 𝐻𝑡𝑜𝑡 = 𝐻𝑑 − 𝐻𝑠 + 𝑃𝑑 − 𝑃𝑠 𝑒𝑛 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝐻𝑑 𝑦 𝐻𝑠 son la elevación en la terminación y origen del sistema, respectivamente, y 𝑃𝑑 𝑦 𝑃𝑠 son las presiones manométricas en los mismos puntos, en el caso especial de un sistema de agua potable, en donde 𝑃𝑑 = 𝑃𝑠 = 0, esto es, la presión atmosférica, se debe recordar que la recuperación del sifón no puede exceder de 1 atm (34 pies, menos la presión de vapor al nivel del mar) y esa recuperación no ocurrirá si la pierna del sifón se rompe. Las pérdidas por fricción son: la suma de las pérdidas en la línea, perdidas en los accesorios y cambios en la energía de velocidad a través del sistema. En los sistemas de bombeo complejos, como en la operación de abastecimientos municipales de agua, la carga estática total y los componentes de pérdidas por fricción pueden ser variables, por ejemplo, el primero por cambios en los niveles del recipiente y el último por la combinación particular de líneas en las que se les da servicio en cualquier momento dado. Esto da como resultado los límites superiores y menores de los requerimientos Carga-Sistema, la intersección de esas curvas límites con la curva de Carga-Flujo de la bomba definirá el intervalo de flujo sobre el que se requiere que la bomba opere. Ya que la capacidad en que operara la bomba corresponde a la intersección de la curva Carga-Sistema con la curva de Carga-Flujo de la bomba, ING. JOSE RUBEN PEREZ GONZALEZ

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cualquier cambio en la capacidad de la bomba solo puede obtenerse variando una u otra de estas dos curvas. OERACION EN PARALELO

Se dice que una o varias bombas operan en paralelo cuando todas las succiones son independientes y la curva de gasto de operación del conjunto se obtiene sumando los gastos correspondientes a todas las bombas siendo la curva resultante una curva de gastos muy amplia y de pendiente suave. El análisis grafico obtenido para las bombas centrifugas pueden adaptarse a las bombas rotatorias, reciprocantes, periféricas y especiales. La figura representa las curvas características de un sistema de bombas operando en paralelo. H

1

Curva del conjunto

2

3

Ho

Curva de carga del sistema Q A

B

Curvas características de dos bombas centrifugas operando en paralelo

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DESARROLLO MATERIAL Y EQUIPO A UTILIZAR

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SECUENCIA DE OPERACIONES

Bajo la supervisión del profesor, utilice el equipo de bombeo y proceda como sigue: Se debe poner en marcha la instalación, cebando las bombas si es preciso. Para la toma de datos se debe variar la posición de la válvula de membrana insertada en la tubería de impulsión; para hacer el ensayo en el rango mayor posible, una toma de datos debe ser con la válvula totalmente abierta, y otra con la válvula totalmente cerrada. TABLA DE DATOS Z2 = Z2´ = Z2´´ = Z3 = Z3´ = Z3´´ = Z4 = Q 𝒩1,2 ϸs 1 ϸd 1 ϸd 2 Рabs 1 Рabs 2 Δϸ η (%) Lecturas (ℓ/seg) (bar) (bar) (bar) (bar) (Watts) (Watts) (r.p.m.) t(seg) Z0 =

Z1 =

Para construir las curvas características del sistema de bombas en paralelo se realiza el siguiente procedimiento: 1. Verifique que el tanque de las bombas tiene suficiente agua. 2. Se abre completamente la válvula de descarga. 3. Encienda la bomba. 4. Abra lentamente la válvula de succión. 5. Esperar cinco minutos a que las condiciones del sistema sean estables. 6. Se toman las siguientes mediciones:   

Presión de succión, kg/cm2. Presión de descarga, en kg/cm2. Velocidad de la bomba rpm.

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

Lectura de flujo (volumen, tiempo).

7. Esperar un minuto sin modificar las condiciones de operación del sistema y volver a tomar las mediciones del punto (6). Repetir este pasó hasta que se tengan, por lo menos, seis mediciones. 8. De los valores medidos para cada parámetro indicado en el punto (6), se obtiene el promedio. Este promedio es el valor que se utilizará para realizar los cálculos necesarios. 9. Calcular la eficiencia de la máquina para los valores medidos. 10. Mediante el manejo de las válvulas de succión y la de control ajuste las bombas a, arreglo en paralelo. Repita el procedimiento del inciso 6 al 10.

CUESTIONARIO 1.- Describa el funcionamiento de las bombas en paralelo y el funcionamiento de las bombas centrifugas. 2.- Describa el efecto del incremento de la velocidad en el funcionamiento de las bombas centrifugas. 3.- Describir la curva de funcionamiento para las bombas centrifugas en paralelo. 4.- Describir como se relaciona el punto de operación de una bomba centrifuga con la curva del sistema. 5.- Definir la cabeza de succión positiva neta (NPSH) de una bomba y analice su importancia en el funcionamiento de las bombas. 6.- Definir la velocidad específica de una bomba centrifuga y analizar su relación con la elección de una bomba. 7.- Describir la importancia de la presión de vapor del fluido con relación a la NPSH. 8.- ¿Cuáles son los factores que se deben de considerar cuando se selecciona una bomba para una aplicación particular? 9.- ¿Cuáles son los puntos que se deben de especificar después de la selección de la bomba? 10.- Si dos bombas centrifugas idénticas se conectan en paralelo y se operan contra una cierta cabeza, ¿Cómo se compararía la capacidad total con la de una sola bomba operando contra la misma cabeza? 11.- Describa los efectos de operar dos bombas en paralelo. 12.- ¿Para qué punto se calcula la NPSH en un sistema de bombas? ¿Por qué?

ING. JOSE RUBEN PEREZ GONZALEZ

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