Practica #11 Banco Para Prueba de Bombas

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LA LAGUNA

Practica #11 Obtención de Curvas Características en Bombas Hidráulicas en Banco para Prueba de Bombas Laboratorio de Ingeniería Química Estudiante de Ingeniería

Irving Amaya Castro Profesor:

Ing. Susana Margarita García Delgado 12/05/2011

El objetivo que se desea alcanzar es servir como equipo didáctico para una mejor compresión acerca del desempeño de las bombas del líquido. Obtención de curvas características en bombas hidráulicas.

Practica #11

OBTENCION DE CURVAS CARACTERISTICAS EN BOMBAS HIDRAULICAS

Contenido Introducción ............................................................................................................................. 3 •

Bombas de desplazamiento positivo o volumétrico ............................................................. 3 •

Bombas Volumétricas......................................................................................................... 3

•

Bombas de Embolo ............................................................................................................. 4

•

Bombas Rotativas ............................................................................................................... 4

•

Bombas dinámicas o de energía cinética ............................................................................... 5 •

Bombas Centrífugas............................................................................................................ 6

•

CAVITACIÓN ............................................................................................................................ 6

•

Banco para Prueba de Bombas .............................................................................................. 7 Objetivo ..................................................................................................................................... 8 Material y Equipo .................................................................................................................... 8 Procedimientos ........................................................................................................................ 8 Imágenes, Diagramas y Flujos de Proceso .......................................................................... 9 Datos ........................................................................................................................................ 12 Cálculos.................................................................................................................................... 13

•

Prueba 1 ............................................................................................................................... 13

•

Prueba 2 ............................................................................................................................... 14

•

Prueba 3 ............................................................................................................................... 15

•

Prueba 4 ............................................................................................................................... 16 Conclusiones y Observaciones ........................................................................................... 19 Bibliografía ............................................................................................................................. 20

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Practica #11

OBTENCION DE CURVAS CARACTERISTICAS EN BOMBAS HIDRAULICAS

Introducción Una bomba es un dispositivo empleado para elevar, transferir o comprimir líquidos y gases, son máquinas que realizan un trabajo para mantener un líquido en movimiento. Consiguiendo así aumentar la presión o energía cinética del fluido. Es una máquina generadora que transforma la energía (generalmente energía mecánica) con la que es accionada en energía hidráulica del fluido incompresible que mueve. El fluido incompresible puede ser líquido o una mezcla de líquidos y sólidos como puede ser el hormigón antes de fraguar o la pasta de papel. Al incrementar la energía del fluido, se aumenta su presión, su velocidad o su altura, todas ellas relacionadas según el principio de Bernoulli. En general, una bomba se utiliza para incrementar la presión de un líquido añadiendo energía al sistema hidráulico, para mover el fluido de una zona de menor presión o altitud a otra de mayor presión o altitud. La principal clasificación de las bombas según el funcionamiento en que se base: Bombas de desplazamiento positivo o volumétrico

En las que el principio de funcionamiento está basado en la hidroestática, de modo que el aumento de presión se realiza por el empuje de las paredes de las cámaras que varían su volumen. En esta categoría se encuentran por ejemplo las alternativas, rotativas y las neumáticas, pudiendo decir a modo de síntesis que son bombas de pistón, cuyo funcionamiento básico consiste en recorrer un cilindro con un vástago •

Bombas Volumétricas

En la bomba volumétrica el desplazamiento del líquido se realiza mediante un proceso, en el que se verifica el desalojo periódico del líquido contenido en unas cámaras de trabajo, mediante un dispositivo que las desplaza, que es un órgano de trabajo, (pistón,engranaje, etc), con unos espacios que comunican, periódicamente, la cavidad de recepción del Instituto Tecnológico de la Laguna | Torreón, Coahuila.

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Practica #11

OBTENCION DE CURVAS CARACTERISTICAS EN BOMBAS HIDRAULICAS

líquido o cámara de aspiración, con la cavidad de descarga o cámara de impulsión, pudiendo tener una o varias cámaras de trabajo. El funcionamiento consiste en el paso periódico de determinadas porciones de líquido, desde la cavidad de aspiración, a la de descarga de la bomba, con un aumento de presión; el paso del líquido por la bomba volumétrica, a diferencia del paso por los álabes de una bomba centrífuga, es siempre más o menos irregular, por lo que en general, el caudal se considerará como el valor medio del caudal trasegado •

Bombas de Embolo

En las bombas de émbolo el líquido es desalojado de las cámaras de trabajo por el movimiento alternativo de un pistón, mediante un mecanismo biela manivela, aunque también se pueden utilizar otros mecanismos, como levas, excéntricas, etc. En las bombas de émbolo más usuales existen válvulas de aspiración y de impulsión que regulan el movimiento del líquido a través de la cámara de trabajo que, mientras se está llenando, la válvula de aspiración permanece abierta y la de impulsión cerrada, invirtiéndose la posición de las válvulas durante el desalojo o impulsión del líquido; estas válvulas sólo se abren por la acción del gradiente de presiones, y se cierran por su propio peso o por la acción de algún mecanismo con muelle. Según el número de cámaras de trabajo se dividen en bombas de simple efecto, z = 1, y de doble efecto, z = 2.

Esquema de Bomba de embolo de simple efecto •

Bombas Rotativas

Las bombas rotativas pertenecen a una clase de bombas volumétricas que en la actualidad tienen una amplia gama de aplicaciones en la construcción de maquinaria; las diversas bombas que componen este grupo se diferencian sustancialmente en su diseño y construcción, pero tienen muchas características comunes, como la traslación de las cámaras de trabajo desde la cavidad de admisión de la bomba hasta la de impulsión, o el Instituto Tecnológico de la Laguna | Torreón, Coahuila.

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Practica #11

OBTENCION DE CURVAS CARACTERISTICAS EN BOMBAS HIDRAULICAS

movimiento absoluto giratorio, o el más complicado de avance y giro de los elementos móviles.

Bombas dinámicas o de energía cinética

En este tipo de bombas la energía es comunicada al fluido por un elemento rotativo que imprime al líquido el mismo movimiento de rotación, transformándose luego, parte en energía y parte en presión. El caudal a una determinada velocidad de rotación depende de la resistencia al movimiento en la línea de descarga Fundamentalmente consisten en un rodete que gira acoplado a un motor. Entre ellas se sitúan las regenerativas, las especiales, las periféricas o de turbinas y una de las más importantes, las centrífugas

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Practica #11 •

OBTENCION DE CURVAS CARACTERISTICAS EN BOMBAS HIDRAULICAS Bombas Centrífugas

Las bombas centrífugas tienen un rotor de paletas giratorio sumergido en el líquido. El líquido entra en la bomba cerca del eje del rotor, y las paletas lo arrastran hacia sus extremos a alta presión. El rotor también proporciona al líquido una velocidad relativamente alta que puede transformarse en presión en una parte estacionaria de la bomba, conocida como difusor. En bombas de alta presión pueden emplearse varios rotores en serie, y los difusores posteriores a cada rotor pueden contener aletas de guía para reducir poco a poco la velocidad del líquido. En las bombas de baja presión, el difusor suele ser un canal en espiral cuya superficie transversal aumenta de forma gradual para reducir la velocidad. El rotor debe ser cebado antes de empezar a funcionar, es decir, debe estar rodeado de líquido cuando se arranca la bomba. Esto puede lograrse colocando una válvula de retención en el conducto de succión, que mantiene el líquido en la bomba cuando el rotor no gira. Si esta válvula pierde, puede ser necesario cebar la bomba introduciendo líquido desde una fuente externa, como el depósito de salida. Por lo general, las bombas centrífugas tienen una válvula en el conducto de salida para controlar el flujo y la presión. Cavitación

Este fenómeno sucede cuando un líquido se mueve por una región (tubería) donde la presión del líquido es menor que la tensión de vapor, lo que hace que el líquido hierba y Instituto Tecnológico de la Laguna | Torreón, Coahuila.

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Practica #11

OBTENCION DE CURVAS CARACTERISTICAS EN BOMBAS HIDRAULICAS

se formen burbujas de vapor en su seno. Estas burbujas de vapor son arrastradas con el líquido hasta una región donde se alcanza una presión más elevada y allí desaparecen violentamente, provocando que el líquido se introduzca a alta intensidad en áreas reducidas. Estas sobrepresiones que se producen pueden sobrepasar la resistencia a la tracción del material y arrancar partículas del metal dándole una apariencia esponjosa (picado de los álabes del impulsor). Cuando estas burbujas de vapor llegan a la zona de alta presión desaparecen, ocasionando ruido y vibración, pudiendo llegar a producir averías en rodamientos, rotura del eje y otros fallos, ya que el material esta desgastado. En resumen la cavitación es la formación de burbujas de vapor o de gas en el seno de un líquido, causada por las variaciones que este experimenta en su presión, y cuyas consecuencias son: Disminución de la capacidad de bombeo. Disminución del rendimiento de la bomba. Banco para Prueba de Bombas

El banco de pruebas cubre tanto el campo de las bombas centrífugas como el de las de desplazamiento positivo, e incluye toda la instrumentación necesaria para medir las transformaciones de energía y eficiencias que se dan en el proceso de bombeo. Ofrece los medios necesarios para hacer el ensayo elemental y completo de cada una de las bombas y así obtener las curvas características de operación. Las curvas características indican cual es el desempeño de la bomba en cuanto CT o H, altura disponible total, potencia de accionamiento (Pa) y rendimiento o eficiencia total, cuando el caudal Q se varia cerrando la válvula de descarga desde la apertura completa hasta el cierre completo. Para cada ensayo se obtiene H, Pa y ntotal. En los gráficos se toma Q como abscisa y como ordenadas H, Pa y ntotal. A la operación descrita previamente se le da el nombre de ensayo elemental y se lleva a cabo sin variar la velocidad de la bomba.

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Practica #11

OBTENCION DE CURVAS CARACTERISTICAS EN BOMBAS HIDRAULICAS

Objetivo Servir como equipo didáctico para una mejor compresión acerca del desempeño de las bombas del líquido. Obtención de curvas características en bombas hidráulicas.

Material y Equipo Banco para Prueba de Bombas

Procedimientos 1. Seleccionar la bomba a usar. Abra la válvula de succión y descarga de la bomba que se va a utilizar (totalmente) 2. La conexión rápida del manómetro de succión general debe ser colocada en la toma de presión de la succión de la bomba seleccionada. La bomba centrífuga 2 dispone de su propio manómetro de succión, conectado permanentemente. 3. Ajuste la banda dentada entre la bomba escogida y su motor. La base del motor tiene un mecanismo tensor que permite ajustar la banda girando las tuercas de apriete manual del mismo a lo largo del tornillo sin fin. Una vez que se obtiene la tensión adecuada, apretar ambas tuercas para fijar la base en esa posición. 4. Cerrar perfectamente las puertas de acceso a las bombas y motores. 5. Revise que el interruptor del motor esté en apagado y coloque el control de velocidad del motor en mínimo. 6. Cierre los interruptores: general y el del motor (dar energía). 7. Ajuste a cero el Torquímetro correspondiente girando la perilla adyacente a este indicador (el motor no debe estar girando) 8. Ponga agua en el depósito de alimentación y cuide de mantener en el, un nivel mínimo, descargando los tanques de aforo para evitar que estos se derramen o bien con ayuda de la línea. Una vez que se establece el flujo, el aparato queda listo para realizar el experimento. 9. Para realizar el experimento se fija la velocidad del motor en un determinado valor (Ejemplo: la centrífuga 1 en 1100rpm, centrífuga 2 en 1600rpm, bomba de turbina 14 rpm, bomba de engranes en 1066rpm, bomba de pistones 1750rpm). Entonces el gasto Q se controla con la válvula de descarga llevándolo a un gasto mínimo y de ahí al gasto máximo en incrementos, correspondientes a una mayor abertura de la válvula de descarga. 10. Para cada incremento mida los siguientes parámetros: • Presión en el manómetro de succión (MS) • Presión en el manómetro de descarga (MD) • Gasto Q con el depósito de aforo y un cronómetro (de 10 a 40 litros, tomando el tiempo respectivo) revise que los tiempos y los datos tomados sean lógicos, en caso contrario repita las pruebas, según sea necesario. Instituto Tecnológico de la Laguna | Torreón, Coahuila.

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Practica #11

• • • •

OBTENCION DE CURVAS CARACTERISTICAS EN BOMBAS HIDRAULICAS

Par demandado T con el Torquímetro Velocidad angular (w) con el tacómetro Voltaje (V) Amperaje (A)

Imágenes, Diagramas y Flujos de Proceso En el banco para pruebas de bombas del laboratorio de pesados se cuenta con: • • • • • • • •

Bomba (tipo voluta) centrífuga 1 Bomba (tipo voluta) centrífuga 2 Bomba tipo turbina (60 psi=4.2 kg/cm2) Bomba rotatoria de engranes (90 psi=6.3kg/cm2) Bomba reciprocante de pistón (270 psi=19kg/cm2) Motor de ¾ HP velocidad variable hasta un máximo de 1800rpm Motor ¾ HP Mecanismos tensores para facilitar el cambio y ajuste de tensión de las bandas.

Los cuales se controlan mediante: • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

Válvulas de succión Múltiple de sección Válvula de alivio Válvula de descarga Líneas de alivio Depósito de alimentación (74lts) Válvula de succión del depósito de la bomba centrífuga 1 Dos válvulas de descarga, una para cada bomba centrífuga Depósito de aforo (divido en 2 secciones) cada uno con su válvula de drenado Mirilla de nivel Escala de la lectura Amperímetros Voltímetro Torquímetro Tacómetro Panel Interruptor general Interruptor de emergencia (on-off) Gabinete Conexión de energía eléctrica

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OBTENCION DE CURVAS CARACTERISTICAS EN BOMBAS HIDRAULICAS

Torquímetro Ajuste 0, con motor en paro Tacómetro siempre encendido Paro/marcha Control de velocidad Amperímetro Voltímetro

Manómetros de descarga y succión

Válvulas de descarga y líneas de alivio

Válvulas de succión

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OBTENCION DE CURVAS CARACTERISTICAS EN BOMBAS HIDRAULICAS

Válvulas de drenado del depósito de aforo 1 y 2

Mirilla de nivel sección 1

Mirilla de nivel sección 2

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OBTENCION DE CURVAS CARACTERISTICAS EN BOMBAS HIDRAULICAS

Datos A. B. C. D. E. F. G. H. I.

Nº de prueba Grado de abertura de la válvula de descarga Volumen (lo que subió en el cubo de descarga) Tiempo (seg) Voltaje (volts) Amperaje (Amper) Presión de succión “Ms” (psi) Torque T (Kg cm) Tacómetro “W” (rpm)

A

B

C (cm)

D (seg)

E (volts)

F (amp)

G (mmHg)

H (Kgf cm)

I (rpm)

1

90°

10

21:37

126.5

2.3

10

-3.7

1200

2

70°

10

23:71

123.8

2.1

8

-38.8

1205

3

50°

10

27:36

124.2

2.12

5.5

-23.8

1207

4

30°

10

51:79

124.5

2.08

0.5

-32.4

1210

0.10

80

0.80

25

0.25

0.80

0.25

0.02

!

20

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OBTENCION DE CURVAS CARACTERISTICAS EN BOMBAS HIDRAULICAS

Cálculos Prueba 1 !

0.02 21.37

2

1 9.4589 & 10'( 034

*+,,-./

0.00131

0+,,-./

0.7220

5

2

1 9.4589 & 10'( 034

630,7847

0.00056

630,7847

R

Kg 1359,5057m 2=0

K997.07 Kg3 L m

é

RU

·V·

R7

Z

)

)

1.6890

5

)

;< = ;> EF< = EF> A C D< = D> C A ?· F· AB AB

:

:

!

9.4589 & 10'(

C M. NO P C

126.5

2.3

0.72202 = 1.6890F 1 2 · K9.81034 QL

290.95 T

K9.4589 & 10'( m )segL 997.07 9.81 1.4346 m !

·W

.

^U

1.4346

0.3628 [

1200 rpm

RU & 100 R7

13.2729 T 45.5908

13.2729 T

45.5908 T

& 100

29.11%

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OBTENCION DE CURVAS CARACTERISTICAS EN BOMBAS HIDRAULICAS Prueba 2 !

0.02 23.71

2

1 8.4352 & 10'( 034

*+,,-./

0.00131

0+,,-./

0.6439

5

2

1 8.4352 & 10'( 034

630,7847

0.00056

630,7847

R

Kg 1087,6045m 2=0

K997.07 Kg3 L m

é

RU

·V·

R7

Z

K8.4352 & 10'(

.

!

)

2.1

)

0.72202 = 1.6890F

RU & 100 R7

1.1619

1 2 · K9.81034 QL

259.98 T

L 997.07 9.81 1.1619 m

3.805 [

^U

)

1.5062

5

C M. NO P C

123.8

·W

)

;< = ;> EF< = EF> C D = D C < > A A ?· F· AB AB

:

:

!

8.4352 & 10'(

1200 rpm

9.5870 T

478.1626

9.5870 T

478.1626 T

& 100

2.00 %

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OBTENCION DE CURVAS CARACTERISTICAS EN BOMBAS HIDRAULICAS Prueba 3 !

0.02 27.3

7.3099 & 10'(

2

1 7.3099 & 10'( 034

*+,,-./

0.00131

0+,,-./

0.5580

5

2

1 7.3099 & 10'( 034

630,7847

0.00056

630,7847

R

Kg 747,7281m 2=0

K997.07 Kg3 L m

é

RU

·V·

R7

Z

K7.3099 & 10'(

.

^U

)

1.3053

5

C M. NO P C

124.2

·W

)

)

;< = ;> EF< = EF> A C D< = D> C A ?· F· AB AB

:

:

!

!

)

2.12

2

0.5580 = 1.3053

F

0.8689

1 2 · K9.81034 QL

263.304 T

L 997.07 9.81 0.8689 m

2.3340 [

1207 rpm

RU & 100 R7

6.2130 T

295.0098

6.2130 T

295.0098 T

& 100

2.10 %

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Practica #11

OBTENCION DE CURVAS CARACTERISTICAS EN BOMBAS HIDRAULICAS Prueba 4 !

0.02 51.79

2

1 3.8617 & 10'( 034

*+,,-./

0.00131

0+,,-./

0.2947

5

2

1 3.8617 & 10'( 034

630,7847

0.00056

630,7847

R

Kg 67,9753m 2=0

K997.07 Kg3 L m

é

RU

·V·

R7

Z

C 0.19

124.5

·W

K3.8617 & 10'(

.

!

)

3.1774 [

^U

)

)

0.6895

5

)

;< = ;> EF< = EF> C D = D C < > A A ?· F· AB AB

:

:

!

3.8617 & 10'(

RU & 100 R7

C

2.08

0.72202 = 1.6890F 1 2 · K9.81034 QL

0.1393

258.96 T

L 997.07 9.81 0.1393 m

1210 rpm

0.5263 T

402.6109

0.5263 T

402.6109 T

& 100

0.1307 %

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Practica #11

A. B. C. D. E. F. G. H. I. J. K. L. M. N. O. P.

`

1 2 3 4

OBTENCION DE CURVAS CARACTERISTICAS EN BOMBAS HIDRAULICAS

Numero de prueba Grado de abertura de la válvula de descarga Flujo Volumétrico Gasto Tiempo Voltaje Amperaje Presión de succión “Ms” Presión de Descarga “Md” Carga Total de la Bomba “H” Potencia Eléctrica “Pe” Potencia Hidráulica “Ph” Potencia de accionamiento del eje “Pa” Eficiencia Hidráulica de la Bomba “^U ” Torque “T” Tacómetro “w”

a

def bc i fgh

j klm

> mnA

o pqklm

r sPt

: tmu

v tmu

90%

0.9458

20

21:37

126.5

2.3

1,9337

0

1.4346

70%

0.8435

20

23:71

123.8

2.1

1,5469

0

1.1619

50%

0.7309

20

27:36

124.2

2.12

1,0635

0

0.8689

30%

0.3861

20

51:79

124.5

2.08

0,0967

0

0.1393

w PBs

x ysllm 290.95 259.98 263.304 258.96

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z ysllm

{ ysllm

| %

} xA~ BP

; •tP

13.2729

45.5908

29.11

-3.7

1200

9.5870

478.1626

2.00

-38.8

1205

6.2130

295.0098

2.10

-23.8

1207

0.5263

402.6109

0.13

-32.4

1210

OBTENCION DE CURVAS CARACTERISTICAS EN BOMBAS OMBAS HIDRAULICAS

Practica #11

Curva Caracteristica de Presion Bomba Centrifuga 1 a 1205 rpm 1.6 1.4

Presion (mca)

1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Gasto (lts/min)

Curva Caracteristica de Potencia Bomba Centrifuga 1 a 1200 rpm

Potencia de Accionamiento (W)

600

500

400

300

200

100

0 0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Gasto /lts/min)

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OBTENCION DE CURVAS CARACTERISTICAS EN BOMBAS OMBAS HIDRAULICAS

Practica #11

Curva Caracteristica de Eficiencia Bomba Centrifuga 1 a 2100 rpm 35 30

Eficiencia

25 20 15

Series1

10 5 0 0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Gasto (lts/min)

Conclusiones y Observaciones La utilización de bombas hidráulicas, centrifugas, de vacío, compresores, etc., es una operación fundamental en el trabajo de los ingenieros químicos. Con el banco de pruebas de bombas se puede apreciar el funcionamiento, mantenimiento y la información práctica necesaria relacionada con el mecanismo de funcionamiento de bombas.

Se observaron los fenómenos que ocurren a diferentes presiones y vacio vacio,, y del cómo se puede transportar un flujo de un punto a otro e un proceso, apreciando las velocidades del flujo, el tiempo transcurrido para transportar un determinado volumen, las presiones en la succión y en la descarga del fluido, las distancias entre el punto de succión y en punto de entrega del liquido, todo esto utilizando la ecuación de Bernoulli. Se tuvo un grado de complejidad importante para el manejo de las unidades para los diferentes parámetros que se midieron, todo esto con la finalidad de que puedan resolverse los análisis dimensionales. En el transcurso de la practica hubo confusión con respecto a la toma de medidas correspondientes en el manómetro de descarga, ya que al indicar una presión inicial de cero, se supuso que las presiones en las diferentes pruebas serian igual a cero y no era asi ya que conforme se realizaban las pruebas fue variando la presión de descarga, pero para los análisis correspondientes en el desarrollo de la practica se tomo como presión = 0 en la descarga.

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Practica #11

OBTENCION DE CURVAS CARACTERISTICAS EN BOMBAS HIDRAULICAS

Bibliografía Manual de prácticas de laboratorio de pesados Sistemas Oleo hidráulicos Departamento de Diseño Hidráulico • http://www.fing.edu.uy/iimpi/academica/grado/sistoleo/teorico/04Bombas.pdf http://avdiaz.files.wordpress.com/2008/10/tipos-de-bombas.pdf Bombas Agroindustriales de la Laguna • http://bombasymotoresmundiales.com/index.php?gclid=CIWY7JjJ7KwCFQ heTAodaTlndg http://www.bombastorres.com/fichas/fichasproducto/bm.htm Curso de Aguas Máster en ingeniería del agua • http://www.industriascemu.com/DATOS%20TECNICOS%20DE%20BOMBA S/cursodebombas.pdf

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