GUIONES DE LAS PRÁCTICAS DOCENTES

GUIONES DE LAS PRÁCTICAS DOCENTES
Práctica 1. Punto operación de una bomba
Punto de operación
Objetivos. Los objetivos de esta práctica son:
1. Determinar la curva motriz de una bomba.
2. Determinar la curva resistente de la instalación
3. Determinar el punto de operación de la instalación.
Introducción teórica. La curva motriz de una bomba relaciona la energía útil entregada por
la bomba al fluido, H  hb,u y el caudal que impulsa la bomba. Para determinar estas
variables se emplean las siguientes ecuaciones:
P1
V12
P2
V22
 1
 z1  hb,u 
 2
 z2  ht ,e  hL
1 g
2g
2 g
2g
Wb,u   gVhb,u
(2.1)
(2.2)
donde hb ,u es la energía útil en forma de altura que aporta la bomba al fluido medida en
m, y Wb ,u es la potencia útil entregada por la bomba al fluido. El rendimiento total de una
bomba se mide con el cociente entre la potencia útil entregada por la bomba al fluido y la
potencia eléctrica consumida por el motor eléctrico:
bomba motor 
Wb ,u
Welect
(2.3)
La curva resistente de una instalación representa la energía requerida por el fluido para
circular por la instalación venciendo las pérdidas de carga mayores y menores del circuito.
La determinación de las pérdidas de carga mayores en tuberías se realiza empleando las
ecuaciones:
V
V
S
Re 
hL , mayor  f 
L V2

D 2 g
(2.4)
V D
(2.5)

(2.6)
Para las pérdidas menores en los accesorios de la instalación se emplea la ecuación:
hL, menor  K L 
V2
2 g
(2.7)
Una vez obtenidas la curva motriz de una bomba H motriz  H (V ) y la curva resistente de
una instalación H resistente  H (V ) se obtiene el punto de operación de la instalación en el
punto de corte de ambas curvas.
Para más detalles consultar la teoría en el capítulo 8 y 11 de los apuntes de la asignatura.
Descripción de la instalación. Se compone de una red de tubos de diferentes materiales y
diámetros con accesorios, que permite medir los valores de presión, en diferentes puntos.
Una bomba centrífuga impulsa el agua desde un depósito acumulador. Mediante una
válvula situada en la descarga de la bomba, se regula el flujo de agua. El flujo de agua
puede dirigirse mediante válvulas a las distintas partes de la instalación, circulando por la
conducción o accesorio elegido.
Además, consta de un sistema electrónico para la adquisición de datos, que permitirán
obtener los datos requeridos para la realización de la práctica: perdida de presión,
temperatura del fluido circulante y caudal.
La tabla 2 recoge la información de las dimensiones y características de los tramos. La tabla
3 recoge información de los accesorios existentes en cada tramo.
Elementos que componen la instalación. La instalación está compuesta por los siguientes
elementos:





Tuberías de diferentes diámetros y materiales: PVC, PP-R80, multicapa, cobre, etc.
Línea de accesorios: válvula de retención, válvula de bola, codo 90 º, te, etc.
Bomba centrífuga vertical multicelular de Grundfos, modelo CP3-31 a 380 V
n=2900 rpm Qmax=3 m3/h
Caudalímetro con escala 0 – 6000 l/h
Sensores de presión 0 – 6 bar

Sensor para la medida de temperatura del fluido circulante
Método experimental. A continuación se detallan los pasos a seguir para resolver la
práctica. Todos los cálculos y resultados se entregarán en un único archivo del programa
EES.
1. Obtención de la curva motriz de la bomba.
Para obtener esta curva, se tomarán datos de presión y caudal para reconstruir la curva
desde el punto de válvula cerrada hasta el punto de válvula abierta.


Antes de arrancar la bomba, se realizarán las siguientes comprobaciones:
a. Llaves de paso de línea a estudio: desde posición abierta hasta cerrada
b. Nivel de agua suficiente en el depósito.
Se conectará la bomba y se esperará hasta que se estabilice el caudal.
Se tomará el valor del caudal (en principio con válvula cerrada V  0 ) en m3/h y se
anotará en la tabla 1.
Se anotará el valor de la presión en el punto de medida más próximo situado a la
aspiración de la bomba. Esta presión se pasará a las unidades metros de columna
de agua y se anotará en la tabla 1 como H.
Ajustar la curva motriz resultante a una expresión del tipo H motriz  a  b *V 2

Repetir los dos pasos anteriores hasta completar la tabla 1.



2. Obtención de la curva resistente de la instalación.
Para obtener esta curva, se determinará mediante el programa EES las pérdidas de carga
mayores y menores de la instalación. A partir de estas pérdidas se determinará la energía
necesaria en términos de altura H. Mediante el programa EES se variará el caudal para
construir la curva resistente de la instalación.





Determinar las pérdidas mayores de cada tramo mediante las ecuaciones 2.4, 2.5 y
2.6.
Determinar las pérdidas menores de cada tramo mediante la ecuación 2.7.
Suponiendo un caudal de 2,4 m3/h, determinar la energía necesaria, en términos
de altura mediante la ecuación 1.
Mediante el programa EES construir una tabla paramétrica y variar el caudal para
construir la curva resistente, determinando para cada caudal la altura necesaria, H,
en m.
Ajustar la curva resistente resultante a una expresión del tipo
H resistente  c  d *V 2
3. Obtención del punto de operación de la instalación.
 Representar la gráfica de la curva motriz ajustada de la bomba,
H motriz  a  b *V 2

Representar la gráfica de la curva resistente de la instalación,
H resistente  c  d *V 2


Encontrar el punto de corte resolviendo el sistema de ecuaciones.
Obtener el punto de operación y las condiciones de altura y caudal que hay en la
instalación.
TABLA 1. CÁLCULO DE LA CURVA MOTRIZ DE LA BOMBA
Experiencia
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
V
3
[m /h]
0
0,3
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
2,2
2,4
2,6
2,7
P [bar]
H
Wb ,u
[m]
[W]
MATERIAL
MULTICAPA
ACERO INOXIDABLE
ACERO
GALVANIZADO
PP-R80
COBRE
COBRE
TABLA 2. LINEAS DE ESTUDIO
DIAM. EXTERIOR
DIAM. INTERIOR
(mm)
(mm)
32
28
28
26
30
28
40
22
28
30
20
26
K (mm)
0,007
0,05
0,15
0,007
0,0015
0,0015
TABLA 3. LINEA DE ACCESORIOS
ACCESORIO
LONGITUD EQUIVALENTE (m)
Válvula de retención de York 1”
0,26
Válvula de retención de clapeta 1”
0,75
Filtro 1”
2,85
Válvula de bola en PVC 32 mm
0,26
Válvula de zapata 1”
0,26
Te derivación de ramal de 32 mm PVC
4,10
Codo 90º de 32 mm PVC
1,01
Válvula de bola de acero 1”
0,26
Codo 45º de 32 mm PVC
0,56
Válvula de zapata 1”
0,26
Práctica 2. Flujo en tuberías
Flujo en tuberías
Objetivos. Los objetivos de esta práctica son:
1. Determinar la pérdida de carga mayor en 2 tipos de tuberías.
2. Determinar la pérdida de carga menor en 2 accesorios
Introducción teórica.
La determinación de las pérdidas de carga mayores en tuberías se realiza empleando las
ecuaciones:
V
V
S
Re 
(2.8)
V D
(2.9)

hL , mayor  f 
L V2

D 2 g
(2.10)
Para las pérdidas menores en los accesorios de la instalación se emplea la ecuación:
hL, menor  K L 
V2
2 g
(2.11)
Descripción de la instalación. Se compone de una red de tubos de diferentes materiales y
diámetros con accesorios, que permite medir los valores de presión, en diferentes puntos.
Una bomba centrífuga impulsa el agua desde un depósito acumulador. Mediante una
válvula situada en la descarga de la bomba, se regula el flujo de agua. El flujo de agua
puede dirigirse mediante válvulas a las distintas partes de la instalación, circulando por la
conducción o accesorio elegido. Además, consta de un sistema electrónico para la
adquisición de datos, que permitirán obtener los datos requeridos para la realización de la
práctica: perdida de presión, temperatura del fluido circulante y caudal.
La unidad permite analizar la pérdida de carga en conducciones de superficie rugosa o lisa,
pudiendo seleccionar diversos diámetros, así como las pérdidas de forma o accidentales en
accesorios, incluyendo el estudio de filtros y válvulas.
Elementos que componen la instalación. La instalación está compuesta por los siguientes
elementos:






Tuberías de diferentes diámetros y materiales: PVC, PP-R80, multicapa, cobre, etc.
Línea de accesorios: válvula de retención, válvula de bola, codo 90 º, te, etc.
Bomba centrífuga vertical multicelular de Grundfos, modelo CP3-31 a 380 V
n=2900 rpm Qmax=3 m3/h
Caudalímetro con escala 0 – 6000 l/h
Sensores de presión 0 – 6 bar
Sensor para la medida de temperatura del fluido circulante
Método experimental. A continuación se detallan los pasos a seguir para resolver la
práctica.
1. Cálculo de la pérdida de carga en cada tubería.







Se establece la circulación por la tubería objeto de estudio, accionando las válvulas
correspondientes
Se conecta los sensores de presión en el tramo a experimentar.
Se pone en funcionamiento la bomba y se fija un régimen cuya pérdida de carga
entre en la capacidad y rango de medida de los sensores, expulsando el aire de
todos los conductos.
Se toman los datos para la determinación del caudal y sin variar el régimen
registramos la lectura de la pérdida de carga, hL, mayor.
Repetir la prueba varias veces y obtener el valor medio de hL, mayor.
Repetir la experiencia 1 en 2 de las diferentes tuberías de la instalación.
Comparar los resultados con la pérdida de carga calculada mediante la ecuación
2.5.
2. Cálculo de la pérdida de carga en cada accesorio.







Se establece la circulación por el conducto objeto de estudio (línea 7 o línea de
accesorios), accionando las válvulas correspondientes, de forma que todo el flujo
circule por el accesorio.
Se conecta los sensores de presión en el accesorio a experimentar.
Se pone en funcionamiento la bomba y se fija un régimen.
Se toman los datos para la determinación del caudal y sin variar el régimen se
registra la lectura de la pérdida de carga, hL, menor.
Se repite la prueba varias veces y se obtiene un valor medio.
Mediante la ecuación 2.6 se determina el coeficiente de pérdida del accesorio, KL.
Se repite la experiencia con 2 de los 6 accesorios.
TABLA 1a. CÁLCULO DE LA PÉRDIDA DE CARGA MAYOR EN LA TUBERÍA ___
hL, mayor [m]
hL, mayor [m]
hL, mayor ecuación 2.5 [m]
Experiencia
1
2
3
4
5
TABLA 1b. CÁLCULO DE LA PÉRDIDA DE CARGA MAYOR EN LA TUBERÍA ___
hL, mayor [m]
hL, mayor [m]
hL, mayor ecuación 2.5 [m]
Experiencia
1
2
3
4
5
TABLA 2a. CÁLCULO DE LA PÉRDIDA DE CARGA MENOR EN EL ACCESORIO
__________________
hL, menor [m]
KL
hL, menor [m]
Experiencia
1
2
3
4
5
TABLA 2b. CÁLCULO DE LA PÉRDIDA DE CARGA MENOR EN EL ACCESORIO
__________________
hL, menor [m]
KL
hL, menor [m]
Experiencia
1
2
3
4
5