Bomba

Universidad Militar Nueva Granada

Laboratorio de Hidráulica I

BOMBA
PUMP
Gómez, Gonzalo; Galarza, Rodrigo; Rodríguez, Oscar
u1101344@unimilitar.edu.co; u1101342@unimilitar.edu.co; u1101163@unimilitar.edu.co;
Universidad Militar Nueva Granda
Estudiantes Ing. civil
Bogotá D.C.
RESUMEN
El objetivo de esta práctica es estudiar el comportamiento de una bomba y las características
de ella en relación al transporte de un fluido a través de esta, determinando las relaciones que
permiten cuantificar parámetros propios de la bomba como la eficiencia, la potencia, la cabeza
total de la bomba, la velocidad específica y la cabeza neta de succión, con el fin de dibujar e
interpretar las curvas representativas de la bomba. El sistema para efectuar la práctica consiste
en una bomba centrifuga de flujo radial que transportaba agua dese un tanque hasta el
vertedero, se tomaron las presiones a la succión y descarga de la bomba con ayuda de
manómetros ubicados a la entrada y salida de esta, este procedimiento se realizó para dos
frecuencias distintas de la bomba como también se midió su geometría, todo esto con el fin
determinar los caudales de entrada y salida, y a partir de estos establecer los parámetros
mencionados anteriormente que son función del caudal en circulación. Las curvas calculadas
nos permiten predecir el comportamiento de la bomba en la instalación e incluso establecer el
tipo de flujo que maneja la bomba, que en este caso confirma que es radial. Lo primero que se
comprobó al calcular y analizar la carga total en el sistema de bombeo fue que el caudal a la
salida es menor que el de la entrada de bombeo, esto afectado en función de la altura.
Respecto a la eficiencia se estableció que este parámetro es más alto para valores pequeños de
caudal y descargas altas, al igual que se pierde eficiencia por las pérdidas que ocurren por la
conversión de energía cinética en energía de presión, por ultimo respecto a la frecuencia se
identificó que el caudal disminuye a medida que se disminuyen las rpm, esto por la relación
de continuidad.
PALABRAS CLAVE
Bomba, caudal, eficiencia, potencia, fuerza centrífuga.
ABSTRACT
The purpose of this lab is to study the behavior of a pump and the characteristics of it in
relation to the transport of fluid through this, determining relationships to quantify specific
parameters such as pump efficiency, power, total head the pump specific speed and net
suction head in order to draw and interpret pump representative curves. The system for
making practically consists of a radial flow centrifugal pump carrying water tank to give
yourself a landfill, were taken to the suction and pressure pump discharge using gauges
located at the entrance and exit of this, this procedure was performed for two different pump
frequencies are also measured as its geometry, all this in order to determine the input and
output flows, and from these setting the aforementioned parameters which are a function of



flow rate in circulation. The calculated curves allow us to predict the behavior of the pump
installation and even set the flow type pump handles, which in this case confirms that it is
radial. The first thing was checked to calculate and analyze the total load on the pumping
system was that the flow at the outlet is less than the pump inlet, this affected depending on
the height. Regarding efficiency was established that this parameter is higher for small values
of flow and high discharges , as efficiency is lost for the losses that occur in the conversion of
kinetic energy into pressure energy , finally regarding the frequency identified that the flow
decreases as the rpm is reduced , this continuity relationship .
KEYWORDS
Pump, flow, efficiency, power, centrifugal force.
INTRODUCCIÓN
El presente informe pretende dar a conocer las características de un bomba centrifuga y cómo
actúa suministrando energía a un fluido incompresible, esto mediante un ensayo de
laboratorio. El ensayo consiste en suministrar energía a través de la bomba en una red de
tubería y tomar lecturas de carga y descarga para cinco caudales tomados. Adicional a esto se
toman los datos para dos diferentes potencias de la bomba: 2300 rpm y 3450 rpm.
Una bomba es una máquina hidráulica generadora que transforma la energía 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. El propósito de este ensayo es conocer
las características de una bomba centrifuga utilizada para efectuar el transporte o
proporcionar potencia hidráulica, a través de todo el sistema de tuberías hasta la llegada del
flujo al vertedero. A medida que se aumenta la energía de la bomba hacia el fluido, aumenta
su presión, su velocidad o su altura. La bomba principalmente se requiere para aumentar la
presión del fluido de una menor hasta una altitud o mayor presión. Cabe resaltar que al
implementar una bomba en una red de tuberías no se alteran las características del fluido.
El uso de sistemas de bombeo es especialmente importante en el transporte de fluidos, por lo
que es necesario establecer los parámetros que nos permiten identificar las características
apropiadas de las bombas para que se adapten a una instalación generando la mayor
productividad posible en el sistema.

1. BOMBAS
Una bomba hidráulica es una máquina generadora que transforma la energía (generalmente
energía mecánica) con la que es accionada en energía 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.(1)



1.1.BOMBAS ROTODINAMICAS
Las bombas rotodinámicas se clasifican de acuerdo a la forma de sus rotores (impulsores) en:
Bombas centrífugas (flujo radial) Presenta una presión relativamente alta con
un caudal bajo
Bombas de flujo axial: generan un caudal alto con una baja presión Bombas de
flujo mixto: tienen características que semejan algo intermedio a los dos casos
Los tipos de bombas pueden ser definidos en forma más explícita utilizando un parámetro
dimensional llamado "Velocidad Específica" (Ns):

Ecuación 1
Dónde:
Q = Caudal en galones americanos por minuto (gpm).
H = Altura total de la bomba en pies.
N = Velocidad rotacional en revoluciones por minuto (rpm)
La expresión para velocidad específica se encuentra teniendo en cuenta consideraciones de
similaridad dinámica, en conjunto con técnicas de análisis dimensional.
En la siguiente tabla ( Tabla 1) se muestra una clasificación general de las bombas
rotodinámicas, tomando como criterio la velocidad específica.
TIPO DE BOMBA
CENTRIFUGA
FLUJO MIXTO
FLUJO AXIAL

RANGO DE Ns
500 a 2000
2000 a 7000
7000 a 15000

Tabla 1
Los rangos anteriores se deben interpretar como una guía rápida para establecer qué tipo de
flujo es el más probable en una determinada bomba. Para un diseño de bomba dado, la
velocidad específica puede cambiarse si se aumenta o disminuye la velocidad de rotación de
la bomba. Los valores típicos de ésta están dados por las velocidades de los motores, las
cuales son: 450, 900, 1800 y 3600 rpm.
Para seleccionar la velocidad del motor que mejor se adapte a una bomba dada, se deben
balancear dos factores opuestos: Una alta velocidad de rotación implica problemas de
desgaste en los cojinetes de ejes y problemas de cavitación y transientes hidráulicos. Una
velocidad alta produce una velocidad específica alta (ver ecuación 4.1) y para valores de Ns
menores a 2000 (Bombas rotodinámicas centrífugas rápidas) se logra un aumento en la
eficiencia.(2)



2. LÍNEA DE GRADIENTE HIDRÁULICO EN SISTEMAS BOMBA-TUBERÍA
La presencia de bombas en sistemas de tuberías afectan las líneas de energía total y de
gradiente hidráulico del flujo.
Las bombas son máquinas hidráulicas cuyo objetivo es convertir energía mecánica de rotación
en energía cinética o potencial del fluido dentro del sistema. El efecto es añadir energía por
unidad de peso (altura de velocidad o altura de presión) al flujo.
El aumento se refleja en la altura manométrica en cada punto, con lo cual se afecta la forma y
pendiente de las líneas de energía total y de gradiente hidráulico.

Ilustración 1
Una bomba colocada en un sistema de tubería simple. La bomba añade energía al flujo y por
consiguiente eleva las líneas de energía total y de gradiente hidráulico como lo muestra la
Ilustración 1.

3. CURVAS DE UN SISTEMA BOMBA-TUBERÍA
Usualmente estas curvas se obtienen en laboratorio. Las curvas de altura total contra caudal y
contra eficiencia son suministradas por los fabricantes de las bombas. La primera de éstas (Q
vs. Hm) se conoce como la curva de la bomba.



Ilustración 2: Esquema de las curvas de la bomba y de eficiencia de la bomba.
4. LIMITACIONES EN LA ALTURA DE SUCCIÓN
En el caso de bombas el fenómeno de cavitación puede ocurrir tanto en la tubería de succión
como en los alabes del impulsor. Esto es particularmente grave en el caso de bombas
localizadas por encima del nivel de succión. La cavitación, en el caso de bombas, además de
producir daños físicos y ruidos molestos puede llegar a reducir notablemente el caudal
descargado.
Con el fin evitar todos estos efectos es necesario "impedir" que la presión a la entrada de la
bomba sea menor que un cierto límite el cual a su vez es influido por una posterior reducción
adicional de presión en el impulsor.(3)
Si Ps es la presión a la entrada de la bomba, entonces Pabs :

Ecuación 2
Representa la altura absoluta a la entrada "por encima de la presión de vapor pv". Este
término se conoce como altura Neta Positiva de Succión o NPSH (del inglés Net Positive
Suction Head):

Ecuación 3



Dónde:
pa = presión atmosférica
pv = presión de vapor
Hs = altura " manométrica " de succión
Esta última altura está definida de acuerdo con la siguiente ecuación:

Ecuación 4
La NPSH que requiere una bomba específica es un dato usualmente suministrado por el
fabricante. En caso de que este no exista tiene que ser encontrado en condiciones de
laboratorio.
En los últimos años las bombas sumergibles se han vuelto muy populares especialmente en
los rangos de caudales bajos y medios. Esta solución elimina el cálculo de la NPSH ya que los
problemas de cavitación se eliminan o reducen notablemente. Similarmente se eliminan
problemas de enfriamiento de los cojinetes, rodamientos y motor de la bomba.(4)

Ilustración 3: Esquema de la tubería de succión en un sistema bomba-tubería con el fin
de ilustrar la NPSH
MATERIALES Y METODOLOGÍA
La instalación para el ensayo consta de un tanque que provee el agua a través de la tubería, la
tubería de succión del agua de 2” con reducción a 1 ½”, un manómetro con su escala en
Kgf/cm^2, para las lecturas de la salida y otras para la entrada, la válvula de succión y por
supuesto la bomba centrifuga de un impulsor cerrado con un motor eléctrico de 2.4 H.P de
potencia, voltaje de 220 V, frecuencia máxima de 60 ciclos, velocidad de 3450 R.P.M., la
tubería de descargue es de 1 ½” y expansión al vertedero de 2”, el caudal es controlado por
una válvula, adicional a esto la bomba requiere de un cheque de 2” con el fin de que el agua



no se regrese a la bomba, la descarga del agua es en un vertedero triangular con ángulo de
escotadura de 90° y la ecuación del caudal para este es Q = 0,0111 H ^ 268 (lps), la bomba
tiene un tablero digital de control para encenderlo y graduar su velocidad entre otras
funciones.
Los datos tomados en la práctica fueron las presiones a la entrada y a la salida de la bomba, la
altura del tanque y del vertedero, para dos velocidades distintas para hallar el caudal como
primera medida.
ANALISIS DE RESULTADOS
Los datos tomados en la práctica fueron las presiones a la entrada y a la salida de la bomba, la
altura del tanque y del vertedero, para dos velocidades distintas para hallar el caudal como
primera medida con la Ecuación 5:

Ecuación 5
Caudal
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

Caudal
(m^3/s)
0,285138
0,299180
0,304555
0,308172
0,317332
0,324781
0,332339
0,340007
0,345829
0,347784
0,345829
0,351714
0,355672

Caudal
(m^3/s)
0,295630
0,315487
0,326661
0,336159
0,308172
0,351714
0,357661
0,361661
0,363671
0,367712
0,338080
0,373827
0,392552

Caudal
(m^3/s)
0,371782
0,369744
0,363671
0,355672
0,351714
0,345829
0,336159
0,326661
0,306360
0,293865
0,388342
0,382079
0,351714

Caudal
(m^3/s)
0,313648
0,328547
0,336159
0,349746
0,357661
0,359657
0,361661
0,365688
0,367712
0,369744
0,347784
0,361661
0,390443

Caudal
(m^3/s)
0,215283
0,240820
0,271516
0,304555
0,321043
0,351714
0,353689
0,359657
0,365688
0,371782
0,293865
0,304555
0,322909

Caudal
(m^3/s)
0,306360
0,311816
0,315487
0,319184
0,324781
0,330440
0,336159
0,341941
0,347784
0,353689
0,313648
0,317332
0,373827

Tabla 2
Se calculó la cabeza total de la bomba a partir de la Ecuación 6.

Ecuación 6
Donde
Luegose calculó para cada caudal y a partir de la Ecuación 7.

Ecuación 7

Caudal
(m^3/s)
0,288609
0,309991
0,321043
0,322909
0,324781
0,332339
0,338080
0,341941
0,349746
0,353689
0,285138
0,311816
0,332339

Caudal
(m^3/s)
0,297402
0,304555
0,317332
0,322909
0,328547
0,332339
0,336159
0,340007
0,345829
0,349746
0,269843
0,300965
0,315487



Dónde:

Para la cabeza neta positiva de succión (NPSHD) se calculó para cada caudal y a partir de la

Ecuación 8

Ecuación 9
A partir de los datos obtenidos y los cálculos se logró corroborar como primera instancia que
la bomba que se utilizo era de flujo radia, esto a partir del cálculo de la velocidad especifica.
Respecto a las curvas se identificó que el caudal de salida es menor que el de la entrada (curva
de carga total), y q este parámetro varía con la altura entre la succión y la descarga; en lo que
se deduce respecto a la eficiencia es que este valor es más alto para valores pequeños de
caudal y descargas altas, al igual que se pierde eficiencia por las pérdidas que ocurren por la
conversión de energía cinética en energía de presión.
5
4.5
4

n2 vs Q2

3.5
n2 (W)

3
Series1

2.5

Series2

2

Poly. (Series1)
y = -488.7x2 + 300.0x - 40.94

1.5
1

Poly. (Series2)

y = -322.6x2 + 197.3x - 28.10

0.5
0
0.000000

0.100000

0.200000

0.300000

Q (m3/s)

Grafica 1

0.400000

0.500000



7
6

Ht1 vs Q1
y = 57.12x2 - 54.15x + 17.07

Ht (m)

5
4

2300 rpm
3450 rpm

3

Poly. (2300 rpm)
2

Poly. (3450 rpm)

1
0
0.000000

0.100000

0.200000

0.300000

0.400000

Q (m3/s)

Grafica 2

0.7
0.6

y = 7.448x2 + 0.142x - 0.338

P1 vs Q2

P1 (W)

0.5
0.4

Series1
Series2

0.3

Poly. (Series1)
0.2

Poly. (Series2)

0.1
0
0.000000.050000.100000.150000.200000.250000.300000.350000.400000
0
0
0
0
0
0
0
0
Q (m3/s)

Grafica 3
También se identificó que por la relación de continuidad el caudal disminuye a medida que se
disminuyen las r.p.m.



Del valor de NPSHD se observa que es menor al de la cabeza de velocidad, lo que es ideal
para evitar fenómenos de cavitación en la Bomba.

NPSH 1

NPSH 2

NPSH 3

NPSH 4

NPSH 5

NPSH 6

NPSH 7

NPSH 8

1

2,19883243 2,67825242 4,04253455 3,48844215 1,31021214 3,16239182 2,35819934 2,75857773

2

2,83904051 3,57042278 4,13273356 4,1502135

3

3,08131647 4,06670883 4,40115722 4,48671126 1,56455448 3,57042278 3,81758597 3,65260289

4

3,24363588 4,48671126 4,75420297 5,01555345 3,08131647 3,7349886

5

3,65260289 3,24363588 4,92875188 4,66644384 3,81758597 3,98344004 3,98344004 4,1502135

6

3,98344004 4,92875188 4,9133597

7

4,31795458 4,66644384 4,48671126 4,48992684 4,84163702 4,48671126 4,57148541 4,48671126

8

4,65653138 4,48992684 4,06670883 4,31203904 4,57835375 4,74185513 4,74185513 4,65653138

9

4,9133597

0,0619276

3,40665488 3,32505484 3,08131647
3,9004011

3,9004011

4,57835375 4,92875188 4,23396009 4,31795458 4,31795458

4,40115722 3,16239182 4,22256644 4,31203904 4,99955238 5,01555345 4,9133597

10 4,99955238 4,22256644 2,59805828 4,13273356 4,04253455 4,84163702 4,84163702 5,01555345
11 4,9133597

4,57148541 3,30706074 4,99955238 2,59805828 3,48844215 2,19883243 1,48552008

12 4,92875188 3,95196356 3,58584302 4,48992684 3,08131647 3,65260289 3,40665488 2,91964705
13 4,75420297 3,11912227 4,92875188 3,21330376 3,9004011

3,95196356 4,31795458 3,57042278

Tabla 3
ANALISIS ESTADISTICO
Podemos darnos cuenta que los datos tienen una gran varianza en los últimos caudales
tomados a 2300 rpm. Suponemos que es debido a que se presenta mayor cavitación en esos
piezómetros lo que causa que los valores sean muy variados.

PROMEDIO
30,81875
30,64375
30,3875
30,025
29,5625
29,40625
29,0875
28,725
28,275
27,825

MEDIANA
29,9
29,75
30,2
30,65
30,25
30,2
29,9
30,75
31,2
32,85

DESVIACION
ESTANDAR
15,012449
15,79582091
16,48748515
17,20319738
17,73425593
18,51505581
19,0117113
19,59573083
20,2321691
20,99461836

VARIANZA
211,2877734
233,9137109
254,8473438
277,453125
294,8473438
321,3818359
338,8548438
359,993125
383,756875
413,225625

Q MAX
48,8
48,7
48,4
48
48,1
48,2
48,3
48,5
48,6
48,8

Q MIN
3
4
5
7
8
7
6
5
3,2
1,6


39,8625
37,4
35,7625

43,15
42,55
41,95

10,07484491 95,15859375
11,7014529
128,36625
14,26561717 190,7885938


49,6
49,3
49,8

10
15
10

Tabla 4
RECOMENDACIONES
Recomendamos que en la teoría se explicara más el tema y se vieran los temas al mismo
tiempo para ir par a par laboratorio con clase teórica.
En tanto las guías de laboratorio, se recomienda que sean más explicitas en tanto a la teoría ya
que exponen variables que no explican previamente como sacaron. Por último se recomienda
que el esquema del laboratorio en AutoCAD contenga la localización de los piezómetros para
un análisis oportuno en las casas.
CONCLUSIONES
La energía específica (es decir, la energía por unidad de volumen, masa o peso de fluido) que
una bomba dada es capaz de transmitir al fluido depende del caudal circulante, el cual puede
variar entre 0 y un cierto caudal máximo. También la energía consumida por la bomba (la que
absorbe del motor de accionamiento) y el rendimiento (relación entre la energía entregada al
fluido y la energía consumida) son función del caudal en circulación.
Se concluye que las pérdidas que genera el sistema son tan pequeñas en comparación con el
comportamiento del fluido en el sistema, que se consideran nulas o cero, es decir, no se
cuentan puesto que no afectan significativamente el resultado esperado por el sistema.
Pudimos darnos cuenta que el NPSH requerido es un parámetro de la bomba y lo debe dar el
fabricante. Pero es deber del ingeniero calcular cual valor necesita para esa variable y escoger
una bomba que no rinda al límite, sino por el contrario tenga una altura neta de succión más
alta de lo que necesitamos para asi prevenir cualquier imprevisto.
Bibliografía
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de Noviembre de 2013.] http://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_hidr%C3%A1ulica.
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3. GruposBombeo. uclm. Mexico : s.n., 2002, Vol. 3.
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Fluidos Fundamentos y Aplicaciones. s.l. : Capitulo 14. .
5. Azevedo N., J. M. y Acosta.Ingeniería hidráulica en México. Mexico D.F. : s.n., 1976.
Volumen 13.

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