ANÁLISIS DE RESULTADOS

Si se parte de un balance de energía desde el tanque de succión ubicado en el cuarto de calderas hasta el tanque de descarga en el laboratorio de Ingeniería Química se tiene la siguiente Ecuación:

HT=z+H f+v2

2g()

Donde:HT Cabeza total, mz Diferencia de alturas entre el nivel del

agua en el tanque de succión y la salida de la tubería de descarga, m

H f Pérdidas por fricción en la tubería, mv Velocidad en la tubería, m/s

De esta manera es que se analizó el experimento en el laboratorio tomando como presiones de descarga y succión las manométricas, y por estar abiertas a la atmósfera se toman como 0 Pa. En el Cuadro1 se muestran los valores de velocidad de descarga, pérdidas por fricción y cabezas totales del sistema.Cuadro1. Resultados de velocidad del flujo en la tubería, perdidas por fricción y cabeza total del sistema.

Corrida Velocidad(m/s)

Perdidas por fricción (m)

Cabeza total (m)

1 0.962 2.77 8.202 1.76 8.59 1.983 1.07 3.39 7.374 1.20 4.16 6.615 1.47 6.12 4.656 1.43 5.81 4.867 1.29 4.81 5.868 1.34 5.16 5.41

Con los resultados del cuadro1, se logra notar como los valores de velocidad en la tubería entre un flujo y otro son muy similares y estos valores rondan entre los 0.96 m/s y 1.76 m/s, sin embargo aunque se trato de mantener los flujos en ascenso se nota que hubo variaciones en los mismos y como la velocidad varia directamente proporcional al flujo, se dan dichas desviaciones; estas se muestran en el cuadro2 junto con los valores de Reynolds, donde los valores de flujo fluctúan entre 0.00019 m3/s hasta un máximo de 0.00034 m3/s, de esta manera se logra realizar la grafica de flujo volumétrico contra la cabeza total del sistema, en la figura se logra apreciar con mayor detalle cada uno de los puntos, que representan una tendencia decreciente.

Cuadro2. Resultados de flujo volumétrico y Reynolds obtenidos.

0.00015 0.00020 0.00025 0.00030 0.000350.001.002.003.004.005.006.007.008.009.00

Flujo volumétrico (m3/s)

Cabe

za T

otal

(m)

Figura1. Curva de representación de flujo volumétrico contra cabeza total del sistema.

Se logra apreciar en la figura que se muestra una tendencia decreciente en cuanto al aumento del flujo volumétrico, disminuye la cabeza total del sistema, ya que según la ecuación se nota que al aumentar la velocidad, la cual varia proporcionalmente al flujo disminuye la cabeza total. Por ejemplo a un flujo de 0.00019 m3/s, se tiene una cabeza de 8.20 m, y para un flujo de 0.00034 m3/s se tiene 1.89 m como cabeza total. Ahora bien, según la teoría y la figura1, dichos resultados concuerdan ya que se nota disminución de la cabeza al aumentar el flujo, ya que las pérdidas de fricción disminuyen al abrir las válvulas por mencionar un ejemplo y por ende los valores de Hf van disminuyendo continuamente y por eso es que la grafica expuesta tiende a disminuir.

Para el caso de la curva de la potencia eléctrica y flujo volumétrico, este se observa en la figura2 usando los datos del cuadro3, y para la potencia entregada al fluido se tiene la figura3; como se logra apreciar en el cuadro3 se tienen los datos de potencia eléctrica y la entregada al fluido, ya considerando

Flujo volumétrico

(m3/s)

Reynolds

0.00019 16967.740.00034 31025.400.00021 18916.300.00023 21082.940.00029 25912.420.00028 25205.390.00025 22793.330.00026 23651.17

el flujo volumétrico, es notable como es sumamente mayor la potencia eléctrica a la entregada al fluido lo cual es muy cierto pues la bomba no trabaja a un 100%, sino que tiene una eficiencia que de igual forma es calculada y se observa en la primer columna del mismo cuadro , siendo estos valores muy pequeños entre 6.66 W y 15.16W, dando como resultado eficiencias menores del 1.2%.

En la figura2 se logra observar una gran dispersión de los resultados, pues estos varían de una forma discontinua, tanto en ascenso como en descenso, ya que el valor de corriente a como aumentaba pues podía disminuir, y al mantenerse constante el voltaje solo dependía de la variación en la corriente y se da el valor de potencia eléctrica. Es importante recalcar que se considera un sistema monofásico y por ende el factor de potencia es 1.

Cuadro3. Datos de potencia eléctrica y entregada al fluido, junto con la eficiencia de la bomba.

Eficiencia (%)

Potencia eléctrica

(W)

Potencia entregada

(W)1,1 1368,5 15,130,4 1502,2 6,661,2 1276,8 15,161,0 1486,8 15,151,1 1229,6 13,091,1 1180,0 13,311,2 1239,0 14,510,9 1534,0 13,90

Figura2. Curva de potencia eléctrica de la bomba contra el flujo volumétrico de la tubería.

Por el contrario en la figura 3, se logra observar una tendencia clara en descenso, lo cual no concuerda con la teoría, ya que si el fluido aumenta es necesario entregar más potencia al fluido pues es mayor la cantidad de fluido con la que se trabaja. Por ejemplo para el menor flujo de 0.00019 m3/s, la

0.00015 0.00020 0.00025 0.00030 0.00035 0.000400

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

Flujo volumetrico (m3/s)

Pote

ncia

Ele

ctric

a (W

)

potencia entregada es de 15.13 W, y para un flujo de 0.00034 m3/s, se tiene un valor de 13.90 W, datos que evidentemente no coinciden con la teoría, el comportamiento a esperarse no se dio porque para fines prácticos se toman valores fijos de factores de fricción mas que todo en los accesorios, y por eso se introduce un error en los cálculos dando como resultado una tendencia contraria a la esperada en la teoría. En la figura 4, se refleja como la potencia va en ascenso hasta estabilizarse, sin embargo hasta este punto se tiene lo siguiente, el manómetro se succión antes de la bomba, como se puede apreciar en los datos experimentales prácticamente no variaba entre una medición y otra, lo cual es un claro indicador que entre un flujo y el otro no cambiaba significativamente la presión manométrica de succión dando como resultado que la velocidad entre una medida y otra no variara tanto y así poder tomarse para efectos de pérdidas de fricción , una velocidad igual en toda la tubería.

0.00019 0.00024 0.00029 0.000345.00

7.00

9.00

11.00

13.00

15.00

17.00

19.00

Flujo volumétrico (m3/s)

Pote

ncia

sum

inis

trad

a (W

)

Figura3. Curva de potencia entregada al fluido contra el flujo volumétrico de la tubería.

Figura4. Curvas características de las bombas centrífugas (McCabe, 2007)

Una vez realizado este análisis de potencia eléctrica y potencia entregada al fluido lo mas conveniente es observar cómo se comporta la eficiencia de la bomba en este laboratorio, los datos se reflejan en la figura 5.

0.00015 0.00020 0.00025 0.00030 0.000350.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

Flujo volumetrico (m3/s)

Efici

enci

a (%

)

Figura 5. Eficiencia de la bomba en función del flujo volumétrico, para los datos obtenidos en el laboratorio.

A partir de la Figura 5 se observa que los resultados para la eficiencia están muy dispersos y no siguen un patrón con respecto al flujo volumétrico que transporta la bomba, siendo el valor más alto de eficiencia de 1.2 % para un flujo volumétrico de 0.000 25 m3/s, lo cual no concuerda del todo con la teórica ya que como se observa en la Figura 10 la eficiencia de la bomba incrementa hasta un flujo máximo y posteriormente a esto empieza a disminuir, en este caso la diferencia de la gráfica obtenida con respecto a la que debería ser se puede atribuir a que no se trabajó con un rango de flujos adecuados para obtener toda la línea de la gráfica teórica, lo cual es provocado a que el diámetro de la tubería que se utiliza en el laboratorio por lo que no se permite que pase una gran cantidad de caudal hacia la bomba limitando así el rango de flujos volumétricos utilizados en esta sección, es por ello que se obtiene solo una parte de la línea de tendencia para la eficiencia y así se logra apreciar que la bomba no ha llegado a su flujo máximo que puede trasportar sin tener una gran caída de la eficiencia de la misma.

0.00015 0.00020 0.00025 0.00030 0.000358300083500840008450085000855008600086500870008750088000

Flujo volumetrico (m3/s)

Pres

ión

de s

ucci

ón (P

a)

Figura6. Presión de succión manométrica en función del flujo volumétrico.

En la Figura 6 se observa un comportamiento un poco aleatorio en cuanto a la presión se succión para cada flujo utilizado en la práctica, oscilando este valor entre 84 y 88 KPa lo cual no representa un gran cambio de las condiciones de trabajo para la bomba, esto se puede deber a que durante el desarrollo del laboratorio era muy difícil mantener el nivel del tanque de succión a una misma altura en todo momento, ya que se tenía que parar de hacer las mediciones constantemente porque el tanque receptor era muy pequeño y se llenaba muy rápido, debido a esto también la bomba se apagaba a cada momento para que no llevara agua hacia el tanque receptor, debido a esas alturas distintas de la columna de agua dentro del tanque de succión es que se generan diferentes presiones dentro de la tubería de succión ya que se sabe que la presión es una función inversamente proporcional a la altura, por lo que esas variaciones de presión suelen ser frecuentes en este tipo de laboratorios, además con esa serie de datos se observa que la variación del flujo volumétrico a partir de la llave de compuerta no genera una alta caída de presión entre un flujo y otro ya que cuando esta llave esta poco abierta genera una mayor caída de presión en comparación a cuando esta se encuentra completamente abierta.

La figura 7, muestra la curva característica para la bomba utilizada en el laboratorio, estas graficas son muy importantes porque mediante ellas se puede seleccionar el tipo de bomba a utilizar en un trabajo

determinado.

0.00015 0.00020 0.00025 0.00030 0.000355.00

7.00

9.00

11.00

13.00

15.00

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

1.2

Cabeza total

Potencia sumin-istrada al fluido

Eficiencia

Flujo volumétrico ( m3/s)

Figura 7. Curva característica de la bomba utilizada en la práctica de laboratorio.

Incluso estas graficas obtenidas experimentalmente para este laboratorio, se puede escoger a que flujo la bomba tiene un mejor rendimiento desde el punto de vista de potencia entregada al fluido o bien su eficiencia de trabajo.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Se obtuvo que a menor flujo volumétrico mayor sea la cabeza total del sistema, es lo esperado a lo expresado en la teoría y las curvas características de las bombas centrífugas.

La potencia entregada al fluido va en aumento conforme se avanza en los flujos volumétricos según la teoría, esta tendencia no se presento en la práctica realizada.

Las potencias eléctricas son aproximadamente 30 veces mayores a las potencias entregadas al fluido, lo que conlleva a obtener valores de eficiencia muy bajos de la bomba, valores inferiores al 1.2% de eficiencia.

La eficiencia máxima obtenida para la bomba del laboratorio fue de 1.2 % para un flujo volumétrico de 0.00025 m3/s.

La diferencia en la caída de presión cuando la válvula de compuerta está poco abierta a completamente abierta es aproximadamente de 4 kPa.

Es recomendable trabajar con un mayor rango de flujos volumétricos para obtener toda la tendencia de las curvas características de la bomba utilizada en el laboratorio.

Se recomienda colocar algún medidor de flujo situado en la descarga del primer tanque para así conocer con certeza y seguridad la velocidad en la tubería anterior a la bomba y que los cálculos sean más exactos