Universidad del Valle de GuatemalaDepartamento de Ing. CivilHidráulica I04/03/2011

CALCULO DE BOMBA

Juan Carlos Peláez – 07172

INTRODUCCIÓN

La elaboración de este proyecto consiste en encontrar lo que sería la bomba óptima para una vivienda. En este caso, se utilizo la casa de cada uno de los estudiantes, ya que resulta más fácil de esta manera realizar las mediciones respectivas así como encontrar los datos de la bomba ya instalada. Muchas veces, las casas no están bien diseñadas o mejor dicho están sobre diseñadas, ya que las bombas que encontramos usualmente duplican o hasta triplican la cantidad de hp necesaria para la vivienda.

Es importante no solo tener el concepto y la teoría de cómo calcular una bomba, pero es aun más importante tener el criterio de ingeniero para poder decidir si se diera el caso de que los resultados presentan un caballaje demasiado alto para la bomba, poder tomar la decisión de cuál es la correcta ya que el dinero es un factor determinante hoy en dia.

OBJETIVOS

Conocer los rangos en los que opera una bomba casera

Poder calcular la potencia requerida para un caudal dado

Optimizar una bomba para el caudal de una casa promedio

MATERIALES UTILIZADOS Cinta Metrica

Excel

DIAGRAMA DE FLUJO

MARCO TEÓRICO

PLANTEAMIENTO DE LAS ECUACIONES PARA ENCONTRAR

LA POTENCIA DE UNA BOMBA

Diagrama de la elaboración del modelo.

Comparar los resultados teoricos con la bomba ya existente.

Conclusiones de los resultados obtenidos, lecciones aprendidas y

recomendaciones para futuras referencias.

Realizar las mediciones respectivas para encontrar los

perímetros de la casa.

Encontrar las perdidas usando la ecuación de Hazen - Williams

Encontrar la potencia de la bomba con los datos previamente

encontrados

Fin de la Práctica

Potencia de una Bomba Hidraulica

La potencia teórica de una bomba hidráulica es:

En donde:γ es el peso específico del fluidoQ es el caudalhb es la ganancia de carga en la bomba

Esta expresión puede deducirse fácilmente de la expresión general de la potencia:

La potencia real de una bomba es:

En donde:η es el rendimiento de la bombaPb es la potencia teórica de la bomba

Bomba Hidraulica

Una bomba hidráulica es una máquina generadora que transforma la energía (generalmente energía mecánica) 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 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.

Existe una ambigüedad en la utilización del término bomba, ya que generalmente es utilizado para referirse a las máquinas de fluido que transfieren energía, o bombean fluidos incompresibles, y por lo tanto no alteran la densidad de su fluido de trabajo, a diferencia de otras máquinas como lo son los compresores, cuyo campo de aplicación es la neumática y no la hidráulica. Pero también es común encontrar el término bomba para referirse a máquinas que bombean otro tipo de fluidos, así como lo son las bombas de vacío o las bombas de aire.

Tipos de bombas

Según el principio de funcionamientoLa principal clasificación de las bombas según el funcionamiento en que se base:

Bombas de desplazamiento positivo o volumétricas, en las que el principio de funcionamiento está basado en la hidroestática, de modo que el aumento de presión se realiza por el empuje de las paredes de las cámaras que varían su volumen. En este tipo de bombas, en cada ciclo el órgano propulsor genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada, por lo que también se denominan bombas volumétricas. En caso de poder variar el volumen máximo de la cilindrada se habla de bombas de volumen variable. Si ese volumen no se puede variar, entonces se dice que la bomba es de volumen fijo. A su vez este tipo de bombas pueden subdividirse en

Bombas de émbolo alternativo, en las que existe uno o varios compartimentos fijos, pero de volumen variable, por la acción de un émbolo o de una membrana. En estas máquinas, el movimiento del fluido es discontinuo y los procesos de carga y descarga se realizan por válvulas que abren y cierran alternativamente. Algunos ejemplos de este tipo de bombas son la bomba alternativa de pistón, la bomba rotativa de pistones o la bomba pistones de accionamiento axial.

Bombas volumétricas rotativas o rotoestáticas, en las que una masa fluida es confinada en uno o varios compartimentos que se desplazan desde la zona de entrada (de baja presión) hasta la zona de salida (de alta presión) de la máquina. Algunos ejemplos de este tipo de máquinas son la bomba de paletas, la bomba de lóbulos, la bomba de engranajes, la bomba de tornillo o la bomba peristáltica.

Bombas rotodinámicas, en las que el principio de funcionamiento está basado en el intercambio de cantidad de movimiento entre la máquina y el fluido, aplicando la hidrodinámica. En este tipo de bombas hay uno o varios rodetes con álabes que giran generando un campo de presiones en el fluido. En este tipo de máquinas el flujo del fluido es continuo. Estas turbomáquinas hidráulicas generadoras pueden subdividirse en:

Radiales o centrífugas, cuando el movimiento del fluido sigue una trayectoria perpendicular al eje del rodete impulsor.

Axiales, cuando el fluido pasa por los canales de los álabes siguiendo una trayectoria contenida en un cilindro.

Diagonales o helicocentrífugas cuando la trayectoria del fluido se realiza en otra dirección entre las anteriores, es decir, en un cono coaxial con el eje del rodete.

Según el tipo de accionamiento

Bomba de lóbulos dobles.

Bomba de engranajes.

Bomba rotodinámica axial.

Bomba centrífuga de 5 etapas.

Electrobombas. Genéricamente, son aquellas accionadas por un motor eléctrico, para distinguirlas de las motobombas, habitualmente accionadas por motores de combustión interna.

Bombas neumáticas que son bombas de desplazamiento positivo en las que la energía de entrada es neumática, normalmente a partir de aire comprimido.

Bombas de accionamiento hidráulico, como la bomba de ariete o la noria. Bombas manuales. Un tipo de bomba manual es la bomba de balancín

RESULTADOS

DISCUSIÓN

En esta ocasión, se pretendía realizar diferentes mediciones para encontrar cual sería la bomba optima para una casa. Este laboratorio era un laboratorio más experimental y de campo, por lo que se tuvo que realizar las mediciones de forma manual ya que muchas casas ya no contaban con el juego de planos de instalaciones hidráulicas apropiado como para poder realizarlo de una forma más teórica.

Para realizar las mediciones, primero se tuvo que dimensionar de forma correcta la casa en donde se realizarían los cálculos. Utilizando una cinta métrica se determino el ancho, largo y la altura. Era importante utilizar una casa de 2 pisos y determinar el alto de cada losa, ya que de lo contrario se estarían realizando los cálculos de una forma errónea.

Luego de encontrar el perímetro de la casa, se asumió un caudal de 200 litros por persona por día en la vivienda, ya que ese es el promedio que se consume al día en el área urbana de Guatemala, siendo 150 litros por persona por día en el área rural (muchas veces hay gente que no consume ni siquiera eso debido a la falta de agua en sus viviendas). En la casa donde se realizo el estudio, habitaban 4 personas, por lo que se encontró un caudal total de 0.0936 L/s. Se utilizo una tubería de ½’’ ya que esta es una tubería que presenta un alto índice de perdidas.

Se realizo los mismos cálculos para el área de succión, ya que se utilizo diferente material (Hierro Galvanizado), el cual tiene un CHW diferente al tubo PVC. Para el cálculo de esta longitud, se asumió que la bomba estaba a 1.5m sobre el nivel del manto friático. Se calculo las perdidas por carga respectivas para cada sección de los diferentes materiales, así como la perdida de carga en los accesorios, asumiendo que este era un 10% respecto a las pérdidas de carga en las tuberías.

Teniendo todos los datos se pudo calcular el CDT para poder calcular la potencia de la bomba optima requerida para el caudal de agua supuesto. Primero se realizo un cálculo utilizando una eficiencia en la bomba de 75%, el cual dio como resultado 0.28hp requeridos para los 0.0936 L/s. Se prosiguió a calcular el porcentaje error que había en la bomba ya instalada (3/4’’ hp) y la bomba optima y se obtuvo un 36.76% de error en el sobre cálculo de la bomba ya instalada. Luego se realizaron los cálculos utilizando un 70% de eficiencia en la bomba, el cual dio como resultado una bomba de 0.30 hp y teniendo un porcentaje de error del 34.03%. Esto quiere decir que existe un desperdicio en el uso de la bomba, ya que realmente la bomba muy por debajo de su capacidad de funcionamiento, resultando esto en una pérdida de dinero para el cliente.

Es importante determinar cuál es la bomba apropiada para cada uno de los casos de necesidad de cada casa, ya que por seguridad, muchas veces se tiene un factor de seguridad en caso de que la bomba llegara a perder potencia o tuviera algún desperfecto, pero muchas veces este factor de seguridad que se tiene es demasiado elevado, por lo que se gasta demasiado dinero en comprar la bomba, y la bomba no está trabajando ni siquiera a un 70% de su eficiencia, por lo que resultaría mejor comprar una bomba un poco mas pequeña respecto a caballaje, pero que funcione de forma eficiente.

LECCIONES APRENDIDAS

1. El hierro galvanizado (HG) es el que mayormente se utiliza cuando se necesitan realizar trabajos en los que no sea posible utilizar PVC

2. La ecuación de Hazen-Williams se utiliza únicamente con flujo de agua.

3. Anqué es más cara una tubería de mayor diámetro, es recomendable hacer una inversión inicial un poco más grande pero asegurarse que el sarro que le pueda salir a la tubería no pueda llegar hasta obstruir el paso del agua.

RECOMENDACIONES

1. Si desea realizar una instalación que no incluya PVC, es preferible utilizar el HG (hierro galvanizado) ya que este es mucho más económico, resistente y existe gran variedad en proporciones.

2. Para calcular de mejor manera la cantidad de líquido que se dejara fluir por la tubería, se recomienda utilizar un recipiente que marque los litros que se dejaran fluir.

3. Es importante escoger un material suficientemente comercial, ya que de esta forma es más fácil conseguir los accesorios para la instalación y futuras reparaciones.

CONCLUSIONES

1. El coeficiente de rugosidad (C), utilizado en la ecuación de Hazen-Williams, sirve únicamente si el líquido es agua. Por lo que esta ecuación solo es funcional con agua.

2. Es importante tener en cuenta al momento de diseñar, las variaciones en la cantidad de caudal demandado, ya que varía dependiendo de la hora del día, y día de la semana.

3. Se asumió una dotación de 200 L/persona/día, ya que ese es el promedio de agua utilizado en el área urbana de Guatemala

BIBLIOGRAFÍA

Stephanie Dalley and John Peter Oleson (January 2003). "Sennacherib, Archimedes, and the Water Screw: The Context of Invention in the Ancient World", Technology and Culture

Al-Jazari, The Book of Knowledge of Ingenious Mechanical Devices : Kitáb fí ma'rifat al-hiyal al-handasiyya, translated by P. Hill (1973). Springer.

ANEXOS

2 Niveles vistos desde el exterior

Lado posterior de la casa

Bomba de Agua

MODELO PROPUESTO

Nivel 1

Nivel 2