Guía de Laboratorio No. 4 - Selección de Bombas PDF

Preview

Summary

Universidad Tecnológica de Panamá Facultad de Ingeniería Mecánica Licenciatura en Ingeniería en MantenimientoLaboratorio de Sistemas de Bombeo Código de Asignatura: 4569Informe de Laboratorio 3 Curva Característica de Una Instalación HidráulicaGrupoCesar Almanza 9- 745 - Esaí Cano 8- 819 - Edelis Ma...

Description

Universidad Tecnológica de Panamá Facultad de Ingeniería Mecánica Licenciatura en Ingeniería en Mantenimiento

Laboratorio de Sistemas de Bombeo Código de Asignatura: 4569

Informe de Laboratorio 3 Curva Característica de Una Instalación Hidráulica Grupo Cesar Almanza Esaí Cano Edelis Martínez Luis Valiente

9-745-2095 8-819-1289 8-875-957 8-880-640

Grupo: 1LX-241

Profesor: Daniel Navarro Alain

Sábado 20 de junio de 2020

Introducción En este laboratorio tenemos la oportunidad de estudiar la metodología para seleccionar las bombas adecuadas para nuestros sistemas, ya que como sabemos estos equipos nos permiten desplazar un fluido con un caudal y carga específico de un punto a otro con el fin de suplir una necesidad tales como extraer agua de un pozo, transportar un fluido de un punto a otro e incluso proteger una casa o establecimiento con un sistema contra incendio. Por tanto, con este laboratorio se busca aplicar los conocimientos adquiridos por medio del material de la clase. En cada uno de los cinco casos se trabaja con la información recabada del laboratorio #2, donde ingresamos caudal y la carga obtenidas para crear la curva que nos permite estudiar la mejor opción de bomba en los catálogos, de acuerdo con la eficiencia y potencia. También, se pretende analizar el comportamiento de las bombas en la curva de diseño para estimar el diámetro a utilizar. Además, con las curvas realizadas en Excel buscamos apreciar los puntos de intersección.

Marco Teórico Las bombas son artefactos utilizados para impulsar fluidos. Estas, transforman la energía mecánica en cantidad de movimiento (momentum) generando una diferencia de presión positiva sobre el fluido lo que hace que se mueva. Existen diferentes tipos de bombas, como son las centrífugas, de desplazamiento positivo, peristálticas, de efecto regenerativo, etc. cada una con diferentes características dependiendo de la necesidad que se tenga. Una información importante al momento de seleccionar una bomba es contar con la curva característica de la bomba, básicamente se trata de un gráfico que muestra la altura hidráulica que es capaz de levantar la bomba (eje “Y”) dependiendo del caudal de trabajo (eje “X”). Para determinar cuál es el punto de operación (caudal) real que impulsará la bomba es necesario contrastar la gráfica de la curva de la bomba con la curva del sistema hidráulico donde se utilizará la bomba, está última curva depende netamente de la geometría del sistema, es decir, de los largos de cañería y accesorios que este tenga. Se llama punto de operación a la intersección de estas dos curvas y leyendo en el eje X cual es el caudal de trabajo para el sistema en cuestión.

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁ FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Departamento de Energía y Ambiente Laboratorio de Turbomáquinas Guía de Laboratorio No. 4 SELECCIÓN DE BOMBAS OBJETIVOS: Seleccionar una bomba centrífuga a partir de las condiciones de diseño de carga y caudal requerido por una instalación hidráulica. Manejar catálogos comerciales y otras herramientas de utilidad dadas por los fabricantes para la selección de bombas disponibles en el mercado. METODOLOGÍA: Se utilizarán catálogos comerciales, así como otras herramientas disponibles para la selección de bombas centrífugas, de acuerdo a las condicione de diseño de carga y caudal, para los sistemas descritos en la Guía de Laboratorio No. 2. El proceso de selección se mostrará en la sección de resultados del informe correspondiente utilizando el siguiente procedimiento: 1. Para cada sistema seleccione una bomba que satisfaga las condiciones de carga y caudal utilizando los catálogos comerciales u otras herramientas de selección que se indican en cada caso. 2. Muestre la página del catálogo con las curvas características de la bomba seleccionada. 3. De la curva característica H-Q de la bomba seleccionada, extraiga diferentes puntos para volverla graficar y mostrar la curva de la bomba y la curva del sistema en un mismo gráfico, utilizando PSIM o Excel, donde se observe el punto de operación del sistema (intersección de la curva de la bomba y la curva del sistema). 4. Para cada sistema indique la carga (H), caudal (Q), eficiencia (η) y potencia requerida (BHP) en el punto de operación. También, la marca o fabricante, serie o familia y modelo, así como la velocidad de giro (N, rpm), el diámetro del impulsor y el número de etapas según sea el caso.

Sistema No. 1: → Sistema No. 1 (b) en la Guía de Laboratorio No. 2 Se planea utilizar una bomba sumergible de pozo profundo, como se muestra en la figura 1, para extraer 14 gal/min de agua a 70°F desde un pozo subterráneo y llevarla hasta un tanque de presión a 40 psig a través de una tubería de acero comercial con diámetro nominal de 1-½ in calibre 40 y de 400 ft de longitud. Los accesorios a colocarse en la tubería de impulsión incluyen un codo estándar de 90°, una válvula check (de tipo oscilante con asiento a 90°) y una válvula de bola completamente abierta. Note que al tratarse de una bomba sumergible, ésta succiona agua directamente del depósito, por lo que no existe una tubería de succión. a.- Seleccione una bomba que satisfaga las condiciones de diseño del sistema anteriormente descrito bajo las siguientes especificaciones: Tipo: Bomba Sumergible de Pozo Catálogo: Grundfos, Serie SP

Figura 1. Esquema del sistema propuesto No. 1*

Sistema No. 2: → Sistema No. 2 (b) en la Guía de Laboratorio No. 2 Se desea emplear una bomba para extraer agua a 70°F de un río para llenar un tanque de distribución a presión atmosférica. Las tuberías de succión y descarga serán de acero comercial y tendrán una longitud de 10 ft y 225 ft respectivamente. Las cotas de elevación y los diámetros nominales de las tuberías se muestran en la figura 2. En la tubería de succión se colocará una válvula de pie (tipo vástago de disco con filtro) y un codo estándar de 90°; mientras que en la tubería de descarga se instalarán dos codos estándar de 45°, una válvula de retención de tipo oscilante con asiento a 90° y una válvula de globo totalmente abierta. El caudal de diseño requerido para la instalación es de 100 gal/min. a.- Seleccione una bomba que satisfaga las condiciones de diseño del sistema anteriormente descrito bajo las siguientes especificaciones: Tipo: Bomba En línea Vertical Catálogo: Bell & Gossett, Serie e-80 Sistema No. 3: → Sistema No. 3 (a) en la Guía de Laboratorio No. 2 Una bomba entregará 525 L/min de agua a 25°C a un tanque elevado de procesamiento industrial desde un tanque de almacenamiento subterráneo, como se muestra en la figura 3. En la tubería de succión, con entrada al tanque de bordes cuadrados, se instalarán dos codos estándar de 90°, mientras que, en la tubería de impulsión, un codo estándar de 90° y una válvula de compuerta que trabajará totalmente abierta durante la operación normal del sistema. La tubería de succión y descarga, ambas de acero comercial, medirán 9 m y 15 m y tendrán tamaños DN65 y DN50 (calibre 40), respectivamente. a.- Seleccione una bomba que satisfaga las condiciones de diseño del sistema anteriormente descrito bajo las siguientes especificaciones: Tipo: Bomba Multietapa En-Línea Vertical Catálogo: Goulds Water Technology, Serie e-SV

Figura 2. Esquema del sistema propuesto No. 2.*

Sistema No. 4: → Sistema No. 4 (a) en la Guía de Laboratorio No. 2 Un sistema para mover agua entre dos depósitos a presión atmosférica, como el que se muestra en la figura 4, tiene las siguientes especificaciones: Tubería de Succión: Diámetro Nominal: 4 in Longitud: 10 ft Accesorios: - 1 codo estándar de 90° - 1 válvula de pie tipo vástago de disco c/filtro

Tubería de Descarga: Diámetro Nominal: 3 in Longitud: 600 ft Accesorios: - 2 codos estándar de 90° - 1 válvula de compuerta 100% abierta

El material considerado para las tuberías es acero comercial calibre 40. El caudal de bombeo deseado es de 400 gal/min y se estima que la temperatura del agua estará aproximadamente a 85°F. a.- Seleccione una bomba que satisfaga las condiciones de diseño del sistema anteriormente descrito bajo las siguientes especificaciones: Tipo: Bomba Centrífuga sobre Bancada Catálogo: Bell & Gossett, Serie e-1532

Figura 4. Esquema del sistema propuesto No. 4.*

Sistema No. 5: → Sistema No. 5 en la Guía de Laboratorio No. 2 Un sistema entrega agua por gravedad desde un tanque de almacenamiento abierto, ubicado sobre una colina, a un estanque de uso agroindustrial. Se desea incrementar el flujo de agua a 2000 gal/min, aproximadamente, por lo que se hace necesario instalar una bomba. La línea de agua en el tanque de almacenamiento se ubica en promedio a una cota de elevación de 346 msnm, la bomba se instalará 4 m por debajo de este nivel, mientras que el estanque se encuentra a una cota de elevación de 310 msnm. Las líneas de succión y de descarga, de acero comercial, mediarán 20 ft y 500 ft, respectivamente, manteniendo ambas el tamaño original de 5 in de diámetro nominal calibre 40. Los accesorios a considerarse en la tubería de succión constan de una válvula de mariposa totalmente abierta y dos codos estándar de 45°; para la tubería de descarga, 6 codos estándar de 45° y una válvula de compuerta totalmente abierta. La entrada de la tubería en el tanque superior se considera de bordes cuadrados. El agua se mantiene a una temperatura promedio de 28°C. a.- Seleccione una bomba que satisfaga las condiciones de diseño del sistema anteriormente descrito bajo las siguientes especificaciones: Tipo: Bomba de Doble Succión Catálogo: Taco, Serie TA

Resultados

Bomba sumergible de pozo. Modelo Grundfos. Serie SPA 3A Caudal de 3.2 L/h y cabeza de aproximadamente 66 m De 57% de eficiencia, potencia de 0.115 kW, y número de rodetes de 10. Su punto de operación estaría en aproximadamente 65 L/h de caudal y una cabeza de 3.4 m

Tipo: Bomba En línea Vertical Catálogo: Bell & Gossett, Serie e-80 Modelo:1.5x1.5x9.5B 3525 RPM Diámetro de 8.5“ Potencia:20HP Eficiencia al 55%

Bomba Multietapa en línea vertical Modelo 33SV Serie 3500 RPM Caudal: 525 L/ Total stage/Reduce Stage: 4/1 De 76% de Eficiencia Full día: 4.1 Hp/ stage Reduce Dia :2.3 Hp/ stage Punto de Operación aproximadamente en 524.8 L/min

En la selección de bomba utilizando el catálogo: Bell &Gossett serie e-1532 Seleccionamos la bomba Modelo 2BD 3550 rpm Eficiencia del 71% 40 hp Diametro de impulsor de 8.5”

Bomba de doble succión. Modelo TA Series, Modelo 1548 Caudal de 2000 Gal/min y cabeza de aproximadamente 250 ft De 17 in de diámetro del impulsor, potencia de 150 BHP, y una eficiencia que esta entre los 78% - 80 %. Su punto de operación estaría en aproximadamente 2030 Gal/min de caudal y una cabeza de 273 ft

Conclusión Luis Valiente: Es interesante saber que como escoger a la bomba correcta para cada aplicación. Elemento de suma importancia en el campo que, gracias a este laboratorio, ha quedado claro en la práctica y explicación impartida por usted. Esaí Cano: En este laboratorio se observa la importancia de estudiar en detalle las curvas de los catálogos versus nuestra necesidad en cuanto al diseño del sistema, ya que entre mayor es la eficiencia y potencia requerida, mayor será el costo de la bomba que se seleccionará en el catálogo comercial. Cesar Almanza: El presente trabajo me ayudo a expandir mis conocimientos en este ámbito ya que desconocía que así se escogían las bombas de una manera teórica estoy seguro de que esto me complementara en mi desarrollo Profesión Edelis Martínez: Al tener la oportunidad de hacer este laboratorio, pude entender la importancia de los cálculos para conocer la curva del sistema, ya que, esto nos permite comparar y seleccionar dentro de los catálogos la mejor opción de bomba disponible en cuanto a la demanda en hp, eficiencia, diámetro y carga a manejar, con la intención de que nuestro sistema funcioné óptimamente con la menor demanda económica posible tanto en mantenimiento como consumo de combustible o energía eléctrica.

Bibliografía Recomendada: Çengel, Y. A., & Cimbala, J. M. (2014). Fluid Mechanics: Fundamentals and Applications (Third edition). New York, USA: McGrawHill. Crane Co. (2013). Flow of Fluids through Valves, Fittings and Pipe (Technical Paper No. 410). Stamford, Connecticut, USA. Mott, R. L., & Untener, J. A. (2015). Mecánica de Fluidos (Séptima edición). Ciudad de México, México: Pearson Education. White, F. M. (2016). Fluid Mechanics (Eighth edition). New York, USA: McGraw-Hill Education. Series e-80 IN-LINE MOUNTED CENTRIFUGAL PUMP PERFORMANCE CURVES – 60 HZ.2020. Bell &Gossett Series e-1532 CLOSED COUPLED CENTRIFUGAL PUMP PERFORMANCE CURVES – 60 HZ. 2020. Bell &Gossett TA Series — Single Stage Double Suction Horizontal Split Case Pump.2012. Taco...