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Facultad de Ingeniería Laboratorio de Procesos
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Universidad de Magallanes Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Química
Laboratorio de Procesos Sistemas de bombas y curvas características
Paulina Barrientos
Javier Menz
Danilo Raddatz
13 de abril 2013
Sistemas de bombas y curvas características
1
Resumen
Objetivos Elaborar la curva característica Altura v.s caudal para dos bombas individuales y sus posteriores
conexiones en serie y paralelo. Concluir la más eficiente.
Teoría Cabeza o carga de carga de la bomba: se realiza un balance energético entre la succión y la
descarga de la bomba.
Conexión en serie:
Balance de materia
Balance de energía mecánica
Conexión en paralelo:
Balance de materia
Balance de energía mecánica
Conclusiones Debido a las condiciones de la bomba 2 el sistema más eficiente es la conexión en serie lo cual se
ve reflejado en el gráfico 5. La conexión en paralelo refleja a la bomba 1 trabajando sola, el bajo
aporte de la bomba 2 se debe a su insignificante presión de descarga. La causa posible es la falta
de mantenimiento del equipo que incluso emite ruidos durante toda la experiencia evidenciando
una posible erosión en su interior. Sin embargo, pese a los inconvenientes la tendencia es que a
mayor caudal, menor es la altura de descarga.
H: altura de cabeza
Pd: presión de descarga
Ps: presión de succión
𝜌: densidad del fluido
Q1: caudal bomba1
Q2: caudal bomba2
Qt: caudal total
H1: altura bomba 1
H2: altura bomba 2
Ht: altura total
Sistemas de bombas y curvas características
2
Í ndice
Contenido Resumen
1 Introducción___________________________________________________________________3
2 Objetivos_____________________________________________________________________4
3 Teoría
3.1 Bomba centrífuga__________________________________________________________5
3.2 Cabeza o carga de la bomba__________________________________________________6
3.3 Arreglo en serie____________________________________________________________6
3.4 Arreglo en paralelo_________________________________________________________7
3.5 Curvas características_______________________________________________________9
4 Procedimiento experimental_____________________________________________________10
5 Datos y resultados_____________________________________________________________12
Gráfico1
Gráfico 2
Gráfico 3
Gráfico 4
Gráfico 5
6 Discusión____________________________________________________________________15
7 Conclusión___________________________________________________________________17
8 Anexos______________________________________________________________________18
Tabla 1
Tabla 2
Tabla 3
Tabla 4
Sistemas de bombas y curvas características
3
1. Íntroduccio n
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 este laboratorio el líquido a transportar es agua y las bombas utilizadas son centrífugas. Se
analizará la curva característica Altura v.s caudal para las bombas individuales, conectadas en serie
y paralelo.
Sistemas de bombas y curvas características
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2. Objetivos
Elaborar la curva característica experimental, altura de cabeza en función del caudal H(Q),
para dos bombas.
Elaborar la curva característica experimental, altura de cabeza en función del caudal H(Q),
para un sistema de bombas en serie y en paralelo.
Sistemas de bombas y curvas características
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3. Teorí a
3.1 Bomba centrífuga Una bomba es un dispositivo que incrementa la energía mecánica del fluido para trasladarlo de un
punto a otro que puede estar en condiciones diferentes de altura y presión. En este tipo de
mecanismos las características operativas son importantes para la selección y comportamiento
operativo para cubrir las necesidades del proceso.
El funcionamiento de una bomba centrífuga consiste en aumentar por la acción centrífuga la
energía mecánica del líquido, este entra a través de la conexión de succión concéntrica al eje del
elemento giratorio de alta velocidad llamada impulsor (o rotor), el cual será provisto de aspas
radiales inherentes con el mismo. El líquido fluye hacia fuera por el interior de los espacios que
existe entre las aspas y deja el impulsor a una velocidad considerablemente mayor con respecto a
la de la entrada del mismo. En una bomba que funciona de forma apropiada el espacio entre las
aspas esta por completo lleno de líquido que fluye sin cavitación.
3.2 Cabeza o carga de la bomba (H)
Si se considera que la bomba transfiere energía al fluido, se puede hacer un balance energético
entre la succión y la descarga de la bomba esto se ve representado por la siguiente ecuación:
(
) (
)
Donde:
v : velocidad del fluido
z : Altura o nivel.
P : Presión del fluido.
ρ : Densidad del fluido.
g : Constante de gravedad.
Hd: Cabeza o carga de descarga.
Hs: Cabeza o carga de succión
Sistemas de bombas y curvas características
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Si en la ecuación anterior, despreciamos las diferencias tanto de alturas como de velocidades
entre la succión y la descarga, se obtiene la ecuación (2) asumiendo que la densidad del líquido no
cambia.
3.3 Arreglo en Serie
Cuando en una instalación existente se requiera de un incremento en la carga y una sola bomba
no sea suficiente para desarrollarla, se hace necesario el uso de dos o más bombas con la misma
capacidad.
Figura 3.1: Arreglo en serie de dos bombas.
Balance de Materia:
Donde:
Q1= Flujo de Bomba 1
Q2= Flujo de Bomba 2
QT= Flujo Total
Balance de Energía Mecánica:
Sistemas de bombas y curvas características
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Donde:
HT= Cabeza total del sistema
H1= Cabeza de la Bomba 1
H2= Cabeza de la Bomba 2
3.4 Arreglo en Paralelo
Cuando los requerimientos de bombeo son variables o cuando la descarga de dos o más bombas
están conectadas a la misma tubería se hace necesario la conexión en paralelo.
La operación de ambas bombas solo puede llevarse a cabo en la zona de las curvas en las que
existe igualdad de carga, ya que en zonas de diferentes cargas, la operación será solamente para
una de ellas.
Figura 3.2: Arreglo en paralelo de dos bombas.
Balance de Materia:
Donde:
Q1= Flujo de Bomba 1
Q2= Flujo de Bomba 2
QT= Flujo Total
Sistemas de bombas y curvas características
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Balance de Energía Mecánica:
Donde:
HT= Cabeza total del sistema
H1= Cabeza de la Bomba 1
H2= Cabeza de la Bomba 2
3.5 Curvas características de bombas centrífugas
Grafico 3.3: Curva característica de dos bombas centrífugas operando en serie.
Grafico 3.4: Curva característica de dos bombas centrífugas operando en paralelo.
Sistemas de bombas y curvas características
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4. Procedimiento experimental
4.1 Equipos 1 Tanque
2 bombas centrifugas
2 manómetros absolutos.
1 rotámetro
4.2 Procedimiento 1. Llenar el tanque de agua hasta cierto punto.
2. Medir la altura del agua dentro del tanque.
3. Cerrar las respectivas válvulas para utilizar cada bomba por separado, en serie y en paralelo
4. Establecer un caudal por medio del rotámetro, abriendo o cerrando la válvula de descarga al
tanque.
5. Medir presión de succión y presión de descarga al caudal seleccionado.
6. Realizar el paso 4 para distintos caudales.
Sistemas de bombas y curvas características
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5. Datos y resultados
Gráfico 1: Curva característica experimental bomba 1
Gráfico 2: Curva característica experimental bomba 2
0
2
4
6
8
10
12
0 5 10 15 20
Alt
ura
m
Caudal (lt/min)
Curva característica experimental Bomba 1
-5
-4
-3
-2
-1
0
0 5 10 15 20
Alt
ura
m
Caudal (lt/min)
Curva característica experimental Bomba 2
Sistemas de bombas y curvas características
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Gráfico 3: Curva característica experimental sistema en serie
Gráfico 4: Curva característica experimental sistema en paralelo
0
5
10
15
20
0 5 10 15 20
Alt
ura
m
Caudal lt/min
Curva característica experimental sistema en serie
Curva característicaexperimental sistemaen serie
0
1
2
3
4
5
0 5 10 15 20
Alt
ura
m
Caudal lt/min
Curva característica experimental sistema en paralelo
Curva característicaexperimental sistemaen paralelo
Sistemas de bombas y curvas características
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Gráfico 5: Comparación de curvas características experimentales y teóricas
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
0 5 10 15 20
Alt
ura
m
Caudal lt/min
bomba 1
bomba 2
paralelo
serie
Sistemas de bombas y curvas características
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6. Discusio n
La altura H es la diferencia entre la cabeza de descarga y de succión calculadas a través de un
balance de energía mecánica.
Bombas individuales
El gráfico 1 representa la curva característica H(Q) de la bomba 1, se verifica que a pesar de los
datos experimentales ésta posee un comportamiento semejante al de las curvas H(Q) de
bibliografía. Luego, la tendencia de esta curva es: a mayor caudal, menor altura de descarga.
Por otro lado, el gráfico 2 que representa la curva característica de H(Q) de la bomba 2 no posee la
tendencia mencionada anteriormente. Vemos alturas negativas, lo cual es imposible debido a que
ésta posee dimensión de longitud y siempre es positiva.
Sucede que en esta bomba la presión de succión es mayor que la de descarga, lo cual significa que
la bomba 2 no cumple la función de aumentar la energía del fluido y éste no posee la fuerza para
avanzar. La causa probable de este defecto es una falta de mantenimiento de la bomba, esto se ve
demostrado en los pocos datos de caudal encontrados y en el constante ruido que posee debida a
la presumible erosión en su interior.
Sistema de bombas en serie
Pese al poco aporte de la bomba 2, el sistema funciona en serie porque la totalidad del líquido que
sale de una bomba entra en la siguiente. Esto se confirma al analizar el gráfico 5, donde vemos
que la altura resultante (curva morada) a un caudal aproximadamente igual (en ciertos puntos del
gráfico), es igual a la suma de la altura de la bomba 1 (curva azul ) más la altura de la bomba 2
(curva rojo).
Sistema 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.
Sin embargo, esto no ocurrió experimentalmente. El sistema funcionó como si sólo trabajase la
bomba y la bomba 2 aportó una disminución en la altura de cabeza (gráfico 5).
Teóricamente lo que debiese haber ocurrido es que a una misma altura el caudal del sistema fuese
la suma de los de la bomba 1 y 2.
Sistemas de bombas y curvas características
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7. Conclusio n
Concluimos que con las condiciones trabajadas en este laboratorio el sistema más eficiente de
bombas es la conexión en serie. Sólo ésta evidencia lo que la teoría dice: a igual caudal, la altura
resultante es la suma de la correspondiente a las bombas individuales (gráfico 3).
La bomba 2 posee un desperfecto y la presión de succión es mayor que la de descarga. Entrega
alturas negativas cuyo análisis es imposible, porque la altura posee dimensión de longitud y esta
siempre es positiva.
La conexión en paralelo evidencia a la bomba 1 trabajando sola. Es insignificante el aporte de la
bomba 2 debido a la poca presión de descarga que posee.
Sistemas de bombas y curvas características
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8. Anexos
Tabla 1: datos de caudal, presión y altura de la bomba 1
Q (lt/min) P1 (mmHg) P1 (Pa) P2 (bar) P2 (Pa) H (m)
10 760 101325,227 2 200000 10,0688544 12 745 99325,3873 1,8 180000 8,23210334 14 690 91992,6406 1,5 150000 5,91911831 16 560 74660,6938 1 100000 2,58564349 18 430 57328,747 0,6 60000 0,27257683
Tabla 2: datos de caudal, presión y altura de la bomba 2
Q (lt/min) P1 (mmHg) P1 (Pa) P2 (bar) P2 (Pa) H (m)
12 760 101325,227 0,69 69000 -3,298492 14 690 91992,6406 0,6 60000 -3,264555
15,5 600 79993,6005 0,4 40000 -4,080979
Tabla 3: datos de caudal, presión y altura para un sistema en paralelo
Q (lt⁄min) P1 (mmHg) P1 (Pa) P2 (bar) P2 (Pa) H (m)
18 340 45329,707 0,5 50000 0,47656051 16 470 62661,6537 0,9 90000 2,78962717 14 600 79993,6005 1,1 110000 3,0618775 12 730 97325,5473 1,3184 131840 3,52188293
10,5 760 101325,227 1,45 145000 4,45660946
Tabla 4: datos de caudal, presión y altura para un sistema en serie
Q (lt⁄min) P1 (mmHg) P1 (Pa) P2 (bar) P2 (Pa) H (m)
18 270 35997,1202 0,9 90000 5,51049794 16 405 53995,6803 1,5 150000 9,79635915 14 575 76660,5338 2 200000 12,5856598 12 730 97325,5473 2,5 250000 15,5790258 11 760 101325,227 2,6 260000 16,1913033
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