1. “CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA”
 CURSO: LABORATORIO DE INGENIERÍA DE ALIMENTOS I
 ALUMNA: MARTÍNEZ SALDAÑA YURICO ELIZABETH
 PROFESOR: M.SC. GUILLERMO A. LINARES LUJÁN
 CICLO: VI
TRUJILLO-PERÚ
2011

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LABORATORIO Nº04: DETERMINACIÓN DE CURVAS CARACTERISTICAS DE
BOMBAS
I. OBJETIVOS
Conocer y aprender el manejo de encendido de una bomba.
Determinar las relaciones entre las siguientes características:
- Caudal (Q).
- Carga Total (HB).
- Eficiencia Total (nt).
- Potencia Eléctrica consumida (HPe).
II.- FUNDAMENTOS TEORICO
Las bombas son dispositivos que se encargan de transferir energía a la corriente del
fluido impulsándolo, desde un estado de baja presión estática a otro de mayor presión.
Están compuestas por un elemento rotatorio denominado impulsor, el cual se encuentra
dentro de una carcasa llamada voluta. Inicialmente la energía es transmitida como
energía mecánica a través de un eje, para posteriormente convertirse en energía
hidráulica. El fluido entra axialmente a través del ojo del impulsor, pasando por los
canales de éste y suministrándosele energía cinética mediante los alabes que se
encuentran en el impulsor para posteriormente descargar el fluido en la voluta, el cual se
expande gradualmente, disminuyendo la energía cinética adquirida para convertirse en
presión estática.
Parámetros para la selección de una bomba.
Cuando se seleciona una bomba para una aplicación particular, se deben considerar los
siguiente factores:
La naturaleza del líquido que se va a bombear.
La capacidad requerida (velocidad de flujo de volumen).
Las condiciones en el lado de succión (entrada) de la bomba.
Las condiciones en el lado de la descarga (salida) de la bomba.
La cabeza total de la bomba (el término h a de la ecuación de la energía).
El tipo de sistema al que la bomba está entregando el fluido.
El tipo de la fuente de alimentación (motor eléctrico, motor de diesel, turbina de
vapor, etcétera).
Limitaciones de espacio, peso y posición.
Condiciones ambientales.
Costo de la operación de la bomba.
Códigos de estándares que rigen a las bombas.
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La naturaleza del fluido está caracterizada por su temperatura en las condiciones de
bombeo, gravedad espescífica, viscosidad, tendencia a generar corrosión o erosión en la
diferentes partes de la bomba y presión de vapor a la temperatura de bombeo. El
término presión de vapor se utiliza para definir la presión en la superficie libre de un
fluido debido a la formación de un vapor. La presión de eleva conforme la temperatúta
del líquido se eleva, y es esencial que la presión a la entrada de la bomba permanezca
arriba de la presión de vapor del fluido.
Tipos de bombas
Los tipos de bombas comunmente utilizados para la entrega de fluídos puden
clasificarse como
De engranaje
Rotatorias De paleta
De tornillo
Desplazamieto De cavidad progresiva positivo
De lóbulo o álabe
De pistón
Reciprocas De inmención
De diafragma
De flujo radial (centrífuga)
Cinéticas De flujo axial (de impulsor)
De flujo mixto
De propulsión o tipo eyector
Bombas de desplazamiento positivo:
Las bombas de desplazamiento positivo entregan una cantidad fija de fluido en
cada revolución del rotor de la bomba. Por lo tanto,excepto por resbalamientos
pequeos debido al pasa libre entre el rotor y la estructura, la entrega o capacidad
de la bomba no se ve afectada por los cambios en la presión que ésta debe
desarrollar. La mayoría de las bombas de desplazamieto positivo pueden
manejar líquidos con altas viscosidades.
En la figura Nº01 se muestra una curva característica de funcionamiento para
una bomba Rotatoria de Desplazamiento Positivo.
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Figura 1: Curva característica de funcionamiento para una bomba Rotatoria
de Desplazamiento Positivo.
Bombas cinéticas
Las bombas cinéticas adicionan energía al fluido acelerándolo a través de la
acción de un impulsor giratorio. En una Bomba centrifuga de flujo radial,la
bomba de tipo cinético más común. El fluido se alimenta hacia el centro del
impulsor y después de lanza hacia fuera a través de las paletas. Al dejar el
impulsor, el fluido pasa a través de una voluta en forma de espiral en donde es
frenado en forma gradual, provocado que parte de la energía cinética se
convierteen presión de fluido.
El tipo de impulsor de una bomba (flujo axial) depende de la acción
hidrodinámica de las hojas impulsoras para levantar y aceleraral fluido en forma
axial, a lo largo de una trayectoria paralela al eje del impulsor. La bomba de flujo
mezclado incorpora algunas acciones de ambos tipos de bombas, la centrífuga
y la de impulsor.
Datos de Funcionamietos de bombas centrífugas: Debido a que las bombas
centrífugas no son de desplazamiento positivo, existe una gran dependencia
entre la capacidad y la presión que debe desarrollar la bomba. Esto hace que su
funcionamiento sea de alguna forma más complejo.
En realidad, a un valor de corte en la cabeza, el flujo se detiene en forma total
cuando toda la energía de entrada de la bomba se utiliza para mantener la
cabeza. Por supuesto, la cabeza típica de operación está muy debajo de la
cabeza de corte, por lo que se puede lograr una gran capacidad.
La eficiencia y la potencia que se requieren son factores importantes en el buen
funcionamieto de una bomba. La figura Nº02 muestra una evaluación del
funcionamiento de una bomba más completa, cabeza superpuesta, eficiencias y
curvas de potencia y la gráfica de las tres versus la capcidad. La operación
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normal debe estar en la vecindad del pico de la curva de eficiencia, con
eficiencias dentro del intervalo del 60 al 80 por ciento como valores típicos en las
bombas centrífugas (Mott,1996).
Figura 2. Curvas de funcionamieto para una bomba centrifuga.
Para el calculo de la altura manómetrica escribimos la ecuación de Bernoulli entre las
secciones 1 y 2 de la figura 3.
Figura 3. Sistema experimental para la obtención de curvas características de
bombas centrífugas.
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Ecuación de Bernoulli
P1 V12 P2 V22
Z1 Hm Hr ext Z2
2g 2g
Donde:
Hr-ext = 0 ,Pérdidad exteriores de la bomba se asumen que soncero por
ser tramos de tuberías muy pequeños.
Delmismo modo que en el caso de la figura 3, donde P1=0, pero si el
depósito de aspiración y de impulsión no están a la atmosférica, esto no se
cumple.
V1 = 0, se mantiene constante.
Por tanto la fórmula general se reduce a :
P2 V22
HB (z2 Z1 )
2g
P2 V22
Donde:
2g
Es la presión total, se mide en la columna de mercurio directamente en el
manómetro.
Z2 Z1
Esta es la diferencia de alturas entre los puntos considerados, se directamente
Bomba Centrifuga
Una bomba centrífuga es una máquina que consiste de un conjunto de paletas rotatorias
encerradas dentro de una caja o cárter, o una cubierta o coraza. Se denominan así
porque la cota de presión que crean es ampliamente atribuible a la acción centrífuga.
Las paletas imparten energía al fluido por la fuerza de esta misma acción. Así,
despojada de todos los refinamientos, una bomba centrífuga tiene dos partes
principales: (1) Un elemento giratorio, incluyendo un impulsor y una flecha, y (2) un
elemento estacionario, compuesto por una cubierta, estoperas y chumaceras. En la
figura 1, se muestra una bomba centrífuga
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7. “CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA” 2011
Figura 4.
Las bombas centrífugas son turbomáquinas rotodinámicas que transfieren energía a un
líquido mediante la acción de un elemento en rotación denominado rodete, que impulsa
al fluido a circular a través de unos canales delimitados por álabes de modo que el fluido
entra en la dirección axial y sale en la dirección radial. El fluido que sale del rodete es
recogido por una conducción de sección creciente, denominada voluta, que va rodeando
la salida del rodete, dirigiendo finalmente el fluido hacia el conducto de impulsión a
través de un tramo difusor. 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.
La representación gráfica de la energía específica, la potencia consumida y el
rendimiento de la bomba en función del caudal se denominan curvas características de
la bomba. Estas curvas constituyen la información básica necesaria para predecir las
magnitudes de operación de la bomba en un circuito dado, y por lo tanto suelen ser
aportadas por los fabricantes en sus catálogos y demás documentación técnica.
En esta práctica se obtendrán las curvas características de funcionamiento de una
bomba centrífuga accionada a velocidad constante. Los ensayos se llevarán a cabo en
el banco de ensayo de bombas disponible en el laboratorio del Área de Mecánica de
Fluidos. Los objetivos concretos de la práctica son pues:
a. Funcionamiento de una bomba centrifuga
El flujo entra a la bomba a través del centro o ojo del rodete y el fluido gana energía a
medida que las paletas del rodete lo transportan hacia fuera en dirección radial. Esta
aceleración produce un apreciable aumento de energía de presión y cinética, lo cual es
debido a la forma de caracol de la voluta para generar un incremento gradual en el área
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8. “CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA” 2011
de flujo de tal manera que la energía cinética a la salida del rodete se convierte en
cabeza de presión a la salida.
Figura 5. Funcionamiento de una Bomba Centrifuga.
b. Partes de una bomba centrífuga
Carcasa. Es la parte exterior protectora de la bomba y cumple la función de
convertir la energía de velocidad impartida al líquido por el impulsor en energía de
presión. Esto se lleva a cabo mediante reducción de la velocidad por un aumento
gradual del área.
Figura 6. Carcasa de bomba centrifuga
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Impulsores. Es el corazón de la bomba centrífuga. Recibe el líquido y le imparte una
velocidad de la cual depende la carga producida por la bomba.
Figura 7. Impulsores de bomba centrífuga
Anillos de desgaste. Cumplen la función de ser un elemento fácil y barato de
remover en aquellas partes en donde debido a las cerradas holguras entre el
impulsor y la carcasa, el desgaste es casi seguro, evitando así la necesidad de
cambiar estos elementos y quitar solo los anillos.
Figura 8. Anillos de Desgaste de una bomba centrífuga
Estoperas, empaques y sellos. la función de estos elementos es evitar el flujo hacia
fuera del líquido bombeado a través del orificio por donde pasa la flecha de la bomba
y el flujo de aire hacia el interior de la bomba.
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Figura 9. Estoperas, Empaques y Sellos de comba cEntrifuga.
Flecha. Es el eje de todos los elementos que giran en la bomba centrífuga,
transmitiendo además el movimiento que imparte la flecha del motor.
Figura 10. Flecha de Bomba Centrifuga
Cojinetes. Sirven de soporte a la flecha de todo el rotor en un alineamiento correcto
en relación con las partes estacionarias. Soportan las cargas radiales y axiales
existentes en la bomba.
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Figura 11. Cojinete de Bomba Centrifuga.
Bases. Sirven de soporte a la bomba, sosteniendo el peso de toda ella.
Curvas características
Antes de que un sistema de bombeo pueda ser diseñado o seleccionado debe definirse
claramente su aplicación. Así sea una simple línea de recirculación o un gran oleoducto,
los requerimientos de todas la aplicaciones son siempre los mismos, es decir, trasladar
líquidos desde un punto a otro. Entonces, esto obliga a que la bomba y el sistema
tengan iguales características para que este diseño sea óptimo.
La manera de conocer tales características se realiza con la ayuda de las curvas
características de la bomba, las cuales han sido obtenidas mediante ensayos realizados
en un banco de pruebas el cual posee la instrumentación necesaria para medir el
caudal, velocidad de giro, momento de torsión aplicado y la diferencia de presión entre la
succión y la descarga de la bomba, con el fin de poder predecir el comportamiento de la
bomba y obtener el mejor punto de operación el cual se conoce como PME, variando
desde una capacidad igual a cero hasta un máximo, dependiendo del diseño y succión
de la, bomba.
Generalmente este tipo de curvas se obtienen para velocidad constante, un diámetro del
impulsor específico y un tamaño determinado de carcasa, realizando la representación
gráfica de la carga hidráulica (curva de estrangulamiento), potencia absorbida y
eficiencia adiabática contra la capacidad de la bomba.
Estas curvas son suministradas por los proveedores de bombas, de tal manera que el
usuario pueda trabajar según los requerimientos de la instalación sin salir de los
intervalos de funcionamiento óptimo, además de predecir que ocurrirá al variar el caudal
manejado, sirviendo como una gran herramienta de análisis y de compresión del
funcionamiento del equipo.
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12. “CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA” 2011
Figura 12. Curva característica de Bomba
III. MATERIALES Y METODOLOGÍA
Materiales:
Bombas.
Manómetro en U (Hg).
Amperimétro.
Voltimétro.
Medidor de Caudal.
Agua.
Valdez de plástico.
Regla graduada.
Método:
Para la realización de la siguiente práctica se siguiente metodología:
1. Se detemina diferentes alturas manómetricas partiendo de la altura máxima
con la llave completamente cerrada(caudal cero).
2. Luego para diferentes alturas de la llave calculamos la diferencia de alturas
manómetricas y (Z2 -Z1).
3. Medimos el voltaje de la corriente eléctrica para cada medición de acuerdo a la
apertura de la llave.
4. Medimos la intensidad de corriente(ampraje) de al bomba.
5. Se realizan los cálculos correspondientes para encontrar la eficiencia, potencia,
de la bomba.
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IV. RESULTADOS Y DISCUSIONES
TABLA 1. DATOS PARA ENCONTRAR LA CURVA DE LA BOMBA
H (cm) H (m.c.a) V (L) V (m3) Q(m3/s)
6.0 0.81552632 1.943 0.001943 0.0003886
6.5 0.88348684 1.932 0.001932 0.0003864
7.0 0.95144737 1.753 0.001753 0.0003506
7.5 1.01940789 1.420 0.00142 0.000284
9.0 1.22328947 1.036 0.001036 0.0002072
9.8 1.33202632 0.230 0.00023 0.000046
9.8 1.33202632 0.094 0.000094 0.0000188
10.0 1.35921053 0.000 0 0
Caudal VS H bomba
1.6
1.4
H (m.c.a)
1.2
1
0.8
0.6 y = -3E+06x2 - 54.61x + 1.335
0.4 R² = 0.983
0.2
0
0 0.00005 0.0001 0.00015 0.0002 0.00025 0.0003 0.00035 0.0004 0.00045
Q (m3/s)
Figura 13. Q (m3/s) vs H (m.c.a).
V. DISCUSIONES
Según Cuba (2008), la característica principal de una bomba centrifuga es convertir la
energía de una fuente de movimiento (motor) primero en velocidad (energía cinética) y
después en energía de presión. El rol de una bomba es el aporte de energía al liquido
bombeado (energía transformada luego en caudal y altura de elevación), según las
características constructivas de la bomba misma y en relación con las necesidades
especificas de la instalación. Es así que de este modo en nuestra práctica de Bombas
vemos que el rodete es el verdadero corazón de la bomba que convierte la energía del
motor en energía cinética, esto se ve cuando el liquido entra del cuerpo de la bomba
proyectando el fluido a la zona externa del cuerpo bomba debido a la fuerza centrifuga
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producido por la velocidad del rodete. El liquido en este caso el agua que utilizamos
almacena energía potencial que se transforma en caudal y altura de elevación o energía
cinética, este al mismo tiempo provoca una depresión capaz de aspirar el fluido que se
debe bombear. Conectando después la bomba con la tubería de descarga, el líquido se
encanalará fácilmente, llegando fuera de la bomba.
Según Mott (1996), el funcionamiento de la bomba centrífuga depende del momento
inicial del cebado y del modo en el cual se asegura la aspiración del mismo líquido: si la
bomba se coloca a un nivel inferior al de la vena de la que se extrae el líquido, éste entra
espontáneamente en la bomba (de esta manera se obtiene una instalación bajo nivel).
Mientras que si la bomba se coloca sobre el surgente de el cual se desea bombear, el
líquido se aspirará: la bomba (así como la tubería de aspiración) tendrá que cebarse
preventivamente, o sea, llena de líquido (se tratará de una bomba auto cebada). Esto se
comprobó en el laboratorio.
Según Cuba (2008), las prestaciones de una bomba centrífuga se pueden evidenciar
gráficamente por medio de una curva característica que, normalmente, tiene datos
relativos a la altura geodésica total, a la potencia efectiva del motor (BHP), cada bomba
centrífuga se caracteriza por su particular curva característica, que es la relación entre
su caudal y su altura de elevación. Esta representación gráfica, o sea, la trasposición de
esta relación en un gráfico cartesiano, es la mejor manera para conocer qué caudal se
puede obtener a una determinada altura de elevación y viceversa. En la Figura 13 y
Tabla 1, vemos que en este caso específico, la curva consiste en una línea que parte de
un punto (equivalente a cero caudal /máxima altura de elevación) y que llega hasta el
final de la curva con la reducción de la altura de elevación aumentando el caudal. Lo
cual nos dio en la figura 13; de altura de bombeo vs caudal se puede apreciar que la
altura de bombeo disminuye en forma parabólica pero contrario al de una instalación
adecuada, esto se debe a las tuberías, porque en nuestro caso los datos supuestos de
medida de tuberías nos muestran que el diámetro de la tubería de aspiración es menor
que el de la tubería de descarga lo cual no debe ser así, si no más aun al contrario. Está
claro que, para modificar esta representación, contribuyen otros elementos como la
velocidad, la potencia del motor o el diámetro del rodete.
Según Lluis (2005), la altura de elevación de un líquido es el bombeo que sobreentiende
la elevación de un líquido de un nivel más bajo a un nivel más alto. Expresado en metros
de columna de líquido o en bar (presión). Esto lo podemos observar en la figura 13 y la
Tabla 1, donde la altura tuvimos que transformarla a metros por columna (m.c.a). En
este último caso el líquido bombeado no supera ningún desnivel, sino que va erogado
exclusivamente a nivel del suelo a una presión determinada. Símbolo: H. Así a la vez la
curva explicación de las prestaciones de la bomba, representa la curva formada por los
valores de caudal y de altura de elevación, indicados con referencia a un determinado
tipo de rodete diámetro y a un modelo específico de bomba.eso se comprueba en la
figura 13 lo cual queda comprobado.
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VI.- CONCLUSIONES
Se logró conocer el funcionamiento de la bomba centrífuga.
Determinamos las relaciones entre las características del caudal, carga total,
eficiencia total y la potencia eléctrica consumida.
VI. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CUBA, M. (2008). Laboratorio de Termohidraúlica II. Universidad Nacional del Centro del
Perú. Facultad de Ingeniería Mecánica. Perú.
MOTT R. (1996) Mecánica De Fluidos Aplicada 4ta Edición. Editorial PRENTICE HALL
HISPANOAMÉRICA-México.
LLUIS, J. (2005). Bombas, Ventiladores y Compresores. Ediciones CEAC.247 págs.
VI. ANEXOS
Figura 14. ESQUEMA DE POTENCIA PARA UNA BOMBA CENTRÍFUGA
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ECUACIONES POTENCIA ELÉCTRICA:
Figura 15. Curva de la bomba
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