MT06-BOMBAS+EN+SERIE+Y+PARALELO

GUA DE PRCTICA LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I

Cd. FRP-PQ-GP-LOUI-MT06

Rev. 01 06.02.11

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ASUNTO BOMBAS EN SERIE Y PARALELO

TIPO DE DOCUMENTO: Manual de operacin

Manual de mantenimiento

Manual de seguridad

Procedimiento

Material de evaluacin

Trabajo dirigido

Instructivo de trabajo

Gua de prctica

Gua Terica

Otro: _________________ Este documento es: Controlado No controlado

GUA DE PRCTICA DE LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I

BOMBAS EN SERIE Y PARALELO

Vlido a partir del 06 de febrero de 2011

Lugar del archivo: Original: Centro de documentacin

DISTRIBUCIN DE COPIAS: Firma

Fecha Cargo Recibida copia controlada Devuelta copia obsoleta

DISEO Y MONTAJE ORIGINAL: AUTOR:

ELABORADO POR: FAJARDO C. FECHA: MARZO 2007

REVISADO POR: COMISIN MATERIAL INSTRUCCIONAL FECHA: MARZO 2008

APROBADO POR: ANA VIDOVIC FECHA:



Rev. 06.02.11

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INDICE

1. OBJETIVOS 3

1.1. Objetivo General 3

1.2. Objetivos Especficos 3

1.3. Objetivos del Informe de Sntesis 3

2. PLAN DE TRABAJO 4

3. REVISIN BIBLIOGRFICA 4

3.1. Generalidades 4

3.2. Curvas caractersticas de una Bomba Centrfuga 5

3.3. Curva de demanda del sistema 5

3.4. Punto de operacin 6

3.5. Funcionamiento de bombas en serie 8

3.6. Funcionamiento de bombas en paralelo 9

4. DESCRIPCIN DE LA INSTALACIN 10

5. MEDIDAS E IMPLEMENTOS DE SEGURIDAD 11

6. MTODO EXPERIMENTAL 11

7. PREINFORME 11

8. BIBLIOGRAFA 12

Anexo 1 Datos nominales proporcionados por el fabricante de las bombas. 13

Anexo 2 Resumen de las normas ISA para el trazado de diagramas de flujo en el departamento de procesos

qumicos. 14



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1. OBJETIVOS

1.1. Objetivo General

Realizar el estudio del funcionamiento de un sistema de bombas operando en serie y en paralelo.

1.2. Objetivos Especficos

Elaborar la curva caracterstica experimental, carga en funcin del caudal, Hexp= f(Qexp), de cada

bomba funcionando de forma individual.

Elaborar la curva caracterstica, carga en funcin del caudal Hnom= f (Qnom), de la bomba con los

datos nominales de carga en funcin de caudal suministrados por el fabricante.

Comparar cada curva caracterstica H=f(Q) experimental con la realizada con los datos del fabricante.

Elaborar las curvas experimentales de la carga en funcin del caudal H=f(Q) para los funcionamientos

en serie y en paralelo. Comparar ambos tipos de funcionamiento.

Construir, a partir de los resultados experimentales de los funcionamientos individuales, las curvas de

la carga en funcin del caudal para los funcionamientos en serie y en paralelo. Comparar estas

curvas con las anteriores.

1.3. Objetivos del Informe de Sntesis

El grupo asignado a realizar el informe de sntesis de este trabajo prctico estudiar la reproducibilidad de

los resultados obtenidos en cada experiencia, para ello, debe cumplir con los siguientes objetivos:

Reportar en un mismo grfico los puntos experimentales obtenidos en cada experiencia para el

funcionamiento individual de las bombas.


funcionamiento operando en serie con las bombas.


funcionamiento operando en paralelo con las bombas.

Estudiar la dispersin de los resultados experimentales con el uso de la desviacin estndar y

comentar sobre la reproducibilidad.



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2. PLAN DE TRABAJO

En concordancia con el estudio de reproducibilidad de resultados sobre la instalacin, todos los grupos

realizarn experiencias de manera de recabar la informacin necesaria para el trazado de las curvas

caractersticas ya mencionadas, tomando en cuenta las limitaciones del equipo.

3. REVISIN BIBLIOGRFICA

3.1. Generalidades

Una bomba es una mquina que transforma energa mecnica en energa hidrulica, la cual es entregada

a un lquido para que ste presente una mayor presin a la salida de la misma y pueda ser transportado hasta un

punto deseado. El motor de la bomba transforma energa elctrica en energa mecnica.

En la industria qumica se trabaja con una gran variedad de lquidos con propiedades fsicas y qumicas

diferentes, al igual que las condiciones de temperaturas y presin; por lo tanto, ha sido necesario construir

diferentes tipos de bombas dependiendo de las condiciones de utilizacin. Entre estos tipos de bombas se

distinguen: las alternativas o de pistn, las rotativas o de engranajes y las centrfugas; siendo estas ltimas las

ms utilizadas, en especial, por su bajo costo.

Una bomba centrfuga est constituida, principalmente, por

un rodete con labes, que impulsan al lquido, alojado en una

carcasa. El rodete o impulsor est fijado a un eje que gira,

mientras que la carcasa se mantiene fija.

El lquido entra por la tubera de succin, en donde se tiene

la menor presin y sale por la tubera de descarga a una mayor

presin. En la figura 1 se representa un corte de una bomba

centrifuga con impulsor cerrado.

Figura 1: Representacin de una bomba centrfuga.

Tubera de succin

Tubera de

descarga

Carcaza



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Ventajas Desventajas

Son de bajo costo. Se obtienen presiones relativamente bajas.

Trabaja con caudal elevado y homogneo. El rendimiento es bajo si el lquido es viscoso.

Se pueden utilizar con lquidos con

suspensiones.

El rendimiento es elevado slo para un

intervalo pequeo de caudal.

3.2. Curvas caractersticas de una Bomba Centrfuga

El funcionamiento de una bomba centrfuga se representa por tres curvas caractersticas, las cuales son la

carga (H), la potencia al freno (N) y el rendimiento ( ) en funcin del caudal (Q), para una velocidad de rotacin

del motor constante (n). Los fabricantes de las bombas dan estas curvas, basadas en el agua, superpuestas en

una sola hoja. En la figura 2, se muestran la forma que tiene cada una de las curvas mencionadas para una

bomba centrifuga radial, tambin se muestra el punto de mximo rendimiento (PMR), para esta bomba.

Figura 2: Curvas caractersticas de una bomba centrfuga a una velocidad de rotacin constante.

3.3. Curva de demanda del sistema

La curva de demanda del sistema es la grfica de la carga necesaria en funcin del caudal para el sistema

considerado. Es importante diferenciar esta curva de la anterior: en la curva caracterstica se grafica la carga

disponible de la bomba, la cual disminuye con el caudal; mientras que en la curva de demanda, la carga necesaria

aumenta con el caudal.

PRM

H

Q(l/s)

H(m)



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La curva de demanda del sistema se construye aplicando la ecuacin de Bernoulli al sistema considerado,

entre los puntos E y S, como se muestra en la figura 3, y despejando la carga necesaria para varios valores de

caudal.

Toda instalacin tiene una vlvula de regulacin de caudal; si se cambia la apertura de esta vlvula, se

estar modificando su prdida de carga y por ende tambin la curva del sistema, pudindose graficar una curva

del sistema para cada posicin de la vlvula de regulacin, en la figura 3, se tiene una curva (a) con la vlvula de

regulacin totalmente abierta y una curva (b) con la vlvula de regulacin parcialmente abierta. Se puede observar

que, a medida que se cierra la vlvula, aumenta la carga necesaria, esto se debe al aumento de la prdida de

carga.

Figura 3: Curvas de demanda del sistema para la instalacin mostrada.

3.4. Punto de operacin

Se ha visto que la curva caracterstica de una bomba proporciona la carga disponible, mientras que la

curva de demanda del sistema representa la carga necesaria; por lo tanto, el punto de operacin corresponde a la

interseccin de ambas curvas, que es cuando se igualan las dos cargas. En la figura 4 se puede observar los

puntos operacionales para los casos considerados anteriormente, el QA corresponde al caudal de operacin

cuando el sistema tiene la vlvula de regulacin totalmente abierta, mientras que el QB es el caudal de operacin

cuando la vlvula est parcialmente abierta. Se puede observar que al cerrar la vlvula, evidentemente, el caudal

es menor.

ZS -

ZE

Patm

Patm

E

S

H

Z=ZS - ZE

Q

(b) Curva del sistema con

la vlvula parcialmente

abierta

H= p+ Z+f.ctte.Q2

(a) Curva del sistema con

la vlvula totalmente

abierta

H= p Z+f.ctte.Q2



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Figura 4: Obtencin grfica de los puntos de operacin.

Como se dijo al principio, una de las desventajas de las bombas centrfugas es que se obtiene un

rendimiento elevado solo para un rango pequeo de caudal, por lo tanto es importante verificar que el punto de

operacin se encuentre dentro de este rango; siendo el caudal ptimo aqul que corresponde al punto de mximo

rendimiento PMR (ver figura 5).

Figura 5: Punto de operacin (Q y H) y ptimo (Q0 y H0)

QA

HA

Z

Curva caracterstica de la bomba

Vlvula totalmente abierta

Punto de operacin

HB

QB

Vlvula parcialmente abierta

H

Q

Punto de operacin

Qptimo

Hptimo

Carga de la bomba

PMR

Carga del sistema

Q

H

mx

Q

H

Curva de rendimiento

Punto de operacin



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Durante la manipulacin de esta prctica, se trabaja con una bomba y varios sistemas. Cada sistema

corresponde a una apertura diferente de la vlvula, obtenindose varios puntos operacionales; la unin de estos

puntos nos permite obtener la curva caracterstica de la bomba (ver figura 6).

Figura 6: Obtencin experimental de la curva caracterstica de la bomba.

3.5. Funcionamiento de bombas en serie

Se dice que dos bombas funcionan en serie cuando la totalidad del lquido que sale de una bomba entra

en la siguiente, como se representa en la figura 8.

QT=QA=QBQA QB=QA

HA HT=HA+HB

Bomba A Bomba B

Figura 8: Esquema del funcionamiento de bombas en serie.

Se puede observar que el caudal que circula por cada bomba es el mismo, mientras que la carga total

recibida por el lquido es la suma de las cargas entregadas por las bombas:

QT = QA = QB HT = HA + HB

Curva caracterstica de la bomba

Q1

H1

Z

H2

Q2

H

QQ3Q4

H3

Cada curva

corresponde a

una apertura

diferente de la

vlvula



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A partir de las ecuaciones anteriores se puede obtener la curva caracterstica para el funcionamiento en

serie (ver figura 9).

Figura 9: Curva caracterstica para el funcionamiento en serie.

Esta curva caracterstica se puede construir de forma terica a partir de los valores de cada bomba

funcionando individualmente o experimentalmente midiendo en la instalacin el aumento de presin ocasionado

por el funcionamiento de ambas bombas en serie.

3.6. Funcionamiento de bombas en paralelo

Se dice que dos bombas funcionan en paralelo cuando el caudal total de lquido que circula en el sistema

se divide en dos partes, entrando cada una de ellas a una bomba y luego se vuelven a unir; como se representa

en la figura 10.

QT=QA+QB

QA

HT=HA=HB

HA

HB

Bomba A

Bomba B

QB

Figura 10: Esquema del funcionamiento de bombas en paralelo.

HA

HB

HT=HA+HB Bomba A y B en serie

Bomba A

Bomba B

QT Q

H



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Se puede observar que el caudal total es la suma de los caudales que circulan por las bombas,

efectundose esta divisin de caudal de tal forma que la carga entregada por cada bomba sea la misma:

QT = QA + QB

HT = HA = HB

A partir de las ecuaciones anteriores se puede obtener la curva caracterstica para el funcionamiento en

paralelo (ver figura 11).

Figura 11: Curva caracterstica para el funcionamiento en paralelo.

Esta curva caracterstica se puede construir de forma terica a partir de los valores de cada bomba

funcionando individualmente o experimentalmente midiendo en la instalacin el aumento de presin ocasionado

por el funcionamiento de ambas bombas en paralelo.

Haciendo un aparte en el estudio de la mecnica de los fluidos, encontramos un concepto estadstico que

debe manejarse y comprenderse bien (sobre todo en lo referente al Informe de Sntesis) y se refiere al significado

de la palabra reproducibilidad, el cual representa la mxima variacin permisible en los resultados obtenidos en la

aplicacin de un mtodo de anlisis determinado, aplicado por diferentes operadores en laboratorios diferentes y

en fechas diferentes. Es conveniente entonces, que el estudiante conozca y maneje algunas herramientas bsicas

de estadsticas como son la media aritmtica y la desviacin estndar de un conjunto de datos y/o resultados

numricos.

4. DESCRIPCIN DE LA INSTALACIN

La instalacin est constituida por:

Un tanque.

Dos bombas centrfugas de 1/2 Hp; Marca: Mardal; Tipo: Centrfuga de un impulsor; Modelo: MAR 2.

QQT=QA+QB

Bomba B

QA

H

QB

Bomba A

HT

Bomba A y B en

paralelo



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Un indicador de flujo tipo vrtice.

Dos transmisores de diferencial de presin.

Vlvulas de paso rpido y de regulacin de caudal.

5. MEDIDAS E IMPLEMENTOS DE SEGURIDAD

Verificar que el nivel de agua en el tanque sea suficiente para realizar la experiencia.

No haga operar las bombas en vaco ni con restriccin total de flujo.

No cerrar en ningn momento la vlvula de descarga del sistema.

6. MTODO EXPERIMENTAL

6.1. Verificar que se cumplan todas las medidas de seguridad.

6.2. Conectar el sistema para trabajar solamente con la bomba A. Variar el flujo y medir la diferencia de

presin correspondiente.

6.3. Conectar el sistema para trabajar solamente con la bomba B. Variar el flujo y medir la diferencia de

presin correspondiente.

6.4. Conectar el sistema de bombas para un funcionamiento en serie. Variar el flujo y medir las diferencias de

presin.

6.5. Conectar el sistema de bombas para un funcionamiento en paralelo. Variar el flujo y medir las diferencias

de presin.

7. PREINFORME

Deducir la ecuacin de la carga de la bomba (H) en funcin de la lectura manomtrica ( p/ g).

Elaborar las curvas nominales H=f(Q) (en el anexo se encuentra la tabla dada por el fabricante), as como

tambin las curvas del funcionamiento en serie y paralelo.

Indicar la variable independiente, las variables dependientes y el parmetro.

Indicar y explicar todos los mecanismos de transferencia que estn involucrados en la prctica es decir:

transferencia de calor, transferencia de materia y transporte de cantidad de movimiento (transporte de

fluido) e indicar cul de ellos es el que predomina en la prctica en estudio.



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Elaborar una tabla de los datos experimentales que sern tomados en la prctica, indicando las variables

a medir y sus respectivas unidades.

Elaborar un modelo de clculo detallado para la ejecucin de cada uno de los objetivos propuestos en la

prctica.

Elaborar una tabla para los resultados que se obtendrn en la prctica, en funcin de los objetivos

planteados.

Elaborar el Diagrama de flujo de la instalacin utilizando el software Microsoft office Visio y siguiendo los

lineamientos de la unidad curricular Principios de Procesos Qumicos

Consultar la ficha de seguridad qumica de los reactivos involucrados en la prctica y mencionar cuales

seran las medidas de seguridad en caso de derrames y fugas para estos reactivos.

8. BIBLIOGRAFA

HANDBOOK OF FLUID MECHANICS. USA. McGraw HiII. 1974.

Mott, Robert. MECNICA DE FLUIDOS APLICADA. Prentice Hall. 4 edicin.



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Anexo 1

Datos nominales proporcionados por el fabricante de las bombas.



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Anexo 2

Resumen de las normas ISA para el trazado de diagramas de flujo en el departamento de procesos

qumicos.

CODIFICACIN DE LOS EQUIPOS

LNEAS UTILIZADAS EN DIAGRAMAS DE FLUJO

CODIFICACIN DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIN

Lnea principal del proceso

Lnea secundaria o de servicio

Seal neumtica

Seal electrica

Alimentacin inicial, materia prima

letras que

identifican al equipo

XX A/BZZY

Indican equipos en

paralelo

Nmero asignado al equipocdigo de la instalacin

LNEAS DE SERVICIOS

HW (Hot Water) Suministro de agua caliente

CW (Cool Water) Suministro de agua de enfriamiento

TW (Treatment Water) Suministro de agua desmineralizada

HO (Hot oil) Aceite caliente

SMBOLOS DE DIFERENTES VLVULAS

Vlvula de compuerta

Vlvula de aguja

Vlvula de retencin

Vlvula de alivio

Vlvula de asiento

Vlvula de diafragma

Vlvula de paso rpido

MISCELANEOS

MTO1 Molienda, tamizado y caracterizacin de los slidos.

MTO2 Prdida de carga en tuberas.

MTO3 Medidores de flujo en tuberas.

MTO4 Permeametra, Fluidizacin homognea y sedimentacin.

MTO5 Bomba centrifuga.

MTO6 Bombas en serie y paralelo.

MTO7 Medidores de flujo en canal abierto.

MTO8 Filtracin.

MTO9 Estudio del tiempo de vaciado de un tanque.

TM01 Hidrodinmica de columna.

TM02 Absorcin.

TM03 Destilacin.

TM04 Extraccin Torre pulsada.

TE04 Arrastre con vapor

TE05 Refrigeracin

CDIGO DE LAS INSTALACIONES

MEDIDORES DE FLUJO

(Orifice flowmeter)

Placa de orificio

F

(venturi flowmeter)

Tubo de venturi

F

(turbine flowmeter)

Contador volumtrico

tipo turbina

F

(Rotameter)

Rotametro

FI

F

(Rotameter)

Rotametro (flowmeter)

Flujometro Magntico

(Punto de Anlisis)

Punto de anlisis

AI

01

(Indicador de Presin)

manmetro de Bourdon

PI

01

(Indicador de Temperatura)

Termopar, termometro

TI

01

Indicador de nivel con

tubo de vidrio

Nota

Para la realizacin de los diagramas de flujo de las instalaciones de planta

piloto, utilice los smbolos que proporciona el Microsoft Visio

PManmetro en U

Trampa de vaporEyector

Agitador

Drenaje abierto

Tanque

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