UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE TECNOLOGÍA DE LA
CONSTRUCCIÓN

DEPARTAMENTO DE HIDRÁULICA Y MEDIO AMBIENTE

Guía de laboratorios de Sanitaria 1

Practica de laboratorio #5

Elaborado por: Carnet:

Elvis Aliser Santamaria Vallejos 2016 –
0349i
Josbeni Traña Campos 2016 – 0519i
Marling Paola Castro 2018 – 0315i

Profe de practica:
Ing. Erick Gabriel Cárdenas Cruz

Profe de Teoría:
Ing. Jaime Acevedo

Grupo:
4T1- C

Fecha de Entrega:
Martes 02 /10/2021

Ingeniería Civil
. USO Y APLICACIÓN DE LAS LEYES DE AFINIDAD DE BOMBAS.

5.1 Introducción

Las bombas se dividen en dos categorías principales: Bombas de desplazamiento

positivo y bombas rotodinámicas.

En las bombas de desplazamiento positivo, un volumen fijo de fluido es forzado de

una cámara a otra. Uno de los diseños más antiguos y más conocidos es el motor
de intercambio, utilizando un pistón que se mueve dentro de un cilindro. Bombas
de vapor, las bombas de estribo y cilindros hidráulicos son de este tipo.

La bomba FM50 es por el contrario, una máquina rotodinámica. Las bombas

rotodinámicas (o simplemente dinámicas) imparten momentum a un fluido, lo que
provoca que este se desplace hacia la cámara de salida o descarga. Las turbinas
y las bombas centrífugas están dentro de esta categoría.

El desarrollo y utilización de bombas en la práctica de ingeniería se ha beneficiado

en gran medida de la aplicación del análisis dimensional. Las variables de
funcionamiento de mayor interés en una bomba son la potencia consumida, la
energía por unidad de peso comunicada al fluido y el rendimiento. Las variables de
las que dependen las tres anteriores pueden agruparse de la siguiente manera:

• Propiedades del fluido: densidad ρ y viscosidad μ.

• Características del flujo a través de la bomba: caudal Q.

• Características de la propia máquina: velocidad de giro ω, diámetro característico

D y rugosidad absoluta del material ε.

5.2 Generalidades

El rendimiento de la bomba o rendimiento global es la relación entre la potencia útil

o hidráulica y la potencia al freno. Este es, en general, suministrado por los
constructores de la bomba, y considera las pérdidas por fugas
(rendimiento volumétrico) y por rozamientos en ejes y caras del impulsor
(rendimiento mecánico). Las leyes de afinidad expresan la relación matemática
entre varias variables involucradas en el rendimiento de las bombas.

Al seleccionar una bomba para un sistema, es prácticamente imposible probar el

rendimiento de todos los tamaños de bomba en el rango de todas las velocidades
a las que puede funcionar. Por tanto, es útil disponer de una solución matemática
que nos permita hacer suposiciones sobre las características de funcionamiento
de una bomba a una velocidad, impulsor y tamaño determinado, a partir de los
 resultados experimentales tomados de otra bomba con condiciones de operación
diferentes.

Las Leyes de Afinidad gobiernan las relaciones entre velocidad, presión de

descarga y potencia de entrada de la bomba y permiten predecir el rendimiento de
una bomba a una velocidad que no sea la característica.

5.3 Objetivos

1. Investigar el uso de las Leyes de Afinidad en la predicción de las

características de Carga – Caudal para una bomba.

5.4 Equipos y materiales

• FM50 (Unidad de Demostración de una Bomba Centrífuga)

• Dispositivo interfaz IFD7
• Computadora compatible con el software FM50 – 304

5.5 Fundamento teórico

Las curvas obtenidas de trazar la medida de las múltiples características de la

bomba sobre ejes dimensionales, se pueden reducir a una sola curva si se hace
uso de grupos adimensionales adecuados. Siempre y cuando el efecto de la
viscosidad del fluido en el rendimiento de la bomba sea pequeño y no ocurra
cavitación, las características de un determinado tipo y forma de la bomba puede
ser representado por:

Donde, n = velocidad de la bomba (rpm, Hz)

D = Diámetro del impulsor (m)

Para una sola curva del tipo sugerido por esta ecuación se representara más
de una condición de funcionamiento de un tipo particular de bomba, el criterio de
similitud dinámica se debe cumplir. Es decir, que todas las velocidades del fluido
en los puntos correspondientes dentro de la bomba están en la misma
dirección y son proporcionales a la velocidad del impulsor.
 Las ecuaciones adimensionales dadas anteriormente, son la base de la cual se
derivan las Leyes de Afinidad de bombas. Estas leyes permiten predecir con
bastante precisión y para fines prácticos, el funcionamiento de bombas
geométricamente similares pero de diferentes tamaños y velocidades.

Las leyes de afinidad son las siguientes:

Coeficiente de Potencia:

Coeficiente de Flujo:

Coeficiente de Carga:

A menudo estas leyes son utilizadas para calcular el caudal, la carga y la potencia
de una bomba cuando el tamaño, la velocidad rotacional y la densidad del flujo
varían. Las siguientes fórmulas se derivan de las condiciones anteriores y
permiten calcular la carga total Ht y la potencia P a una velocidad n 1, las cuales se
deducen a partir de parámetros medidos a una velocidad diferente n 2:
 Figura 16.- Gráfica de características de una bomba.

La relación entre dos bombas geométricamente similares con diámetros D1 y D2

operando a velocidades n1 y n2 se muestra en la figura 16. Para cualquier par de
puntos en los que los valores de (gH/n 2D2) y (Q/nD3) son los mismos, se
deduce que:

Reduciendo términos en las ecuaciones tendremos que:

Estos se denominan puntos correspondientes.

5.6 Descripción del equipo

La FM50 es un ejemplo de una bomba centrífuga. Debido a las características de

este tipo de bombas, las aplicaciones más adecuadas son aquellas en las que el
líquido de proceso esté libre de residuos, donde se requiere un cambio de cabeza
relativamente pequeña, y en una capacidad de operación o de un rango estrecho
de capacidades es necesaria.

La bomba centrífuga es la máquina más empleada para mover líquidos de un

lugar a otro. Como tal, es una unidad didáctica especialmente apropiada para
presentar a los estudiantes todo el tema de las máquinas de fluido rotodinámicas.

Dentro de las principales aplicaciones de la FM50 están:

•Demostración de una bomba centrífuga de agua de una sola etapa. en
operación.

•Medición de la velocidad inherente de la bomba, incluyendo la producción de

curvas características:

- Carga total de la bomba

- Potencia de entrada del motor

- Velocidad del impulsor

- Eficiencia total

•Introducción a las leyes de la velocidad de las bombas.

•Investigación de tipos de impulsor.

•Ccomparación de los cálculos de los estudiantes con los resultados de la

computadora.

Figura 17.- Vista de perfil de la unidad de Bomba centrífuga.

1. Reservorio
2. Válvula de salida o descarga
3. Sensor de flujo
4. Motor
5. Sensor de presión
6. Válvula de entrada o succión
7. Sensor de temperatura
8. Placa base
9. Válvula de drenaje del reservorio
10. Drenaje
 11. Impulsor
12. Válvula de drenaje de la bomba
13. Sensor de presión

El equipo consta de una bomba centrífuga de agua impulsado por un motor eléctrico, el
cual está montado sobre un soporte de apoyo junto con un tanque acrílico transparente
asociado a tuberías de circulación continua. El flujo de agua a través de la bomba
centrífuga está regulado por una válvula de control del flujo en el lado de descarga de la
bomba.

Sensores apropiados están incorporados para permitir la precisión en el análisis de la

bomba. Los parámetros de operación de la bomba se controlan usando el software
suministrado en un equipo adecuado, a través de un dispositivo de interfaz (IFD). El
software también permite conectar sensores de salida para ser cargados, y realiza los
cálculos necesarios para las diferentes investigaciones

La bomba centrífuga, que es impulsada por

motor, está montada en una base de acero
inoxidable con un depósito de agua y
tuberías para la circulación continua. La
voluta de la bomba y el depósito de agua
están fabricados en material acrílico
transparente para la máxima visibilidad.
Las tuberías también están fabricadas en PVC transparente. Unas válvulas manuales
situadas en la entrada y la salida de la bomba permiten controlar el caudal y
también facilitan el estudio de los efectos de la aspiración.
 La voluta de la bomba ha sido diseñada para permitir acceder a y
sustituir fácilmente el impulsor sin necesidad de utilizar herramientas. El
FM50 se suministra con dos impulsores, uno con palas curvas orientadas hacia
adelante y el otro con palas curvas orientadas hacia atrás, lo que permite a los
estudiantes investigar los efectos de las características de las bombas.

Incorpora sensores electrónicos para medir la presión de entrada de la bomba, la

presión de salida, el caudal y la temperatura del agua.

La velocidad de la bomba es controlada con

precisión mediante un inversor electrónico
avanzado en el IFD7 (un accesorio esencial).
Este inversor también calcula el par producido
en el eje de transmisión del motor, permitiendo
el cálculo de la potencia consumida por la
bomba.

Las conexiones con el IFD7 constan de un solo

conector de múltiples vías para los sensores, y
un conector para el motor de la bomba.
El IFD7 también proporciona la circuitería electrónica de acondicionamiento para
los sensores, lo que permite mostrar su salida en el software de la computadora.

5.6.1 Especificaciones técnicas

Caudal máximo: 1,6L/min (típico) Carga máxima: 9,0m

Velocidad máxima de la bomba: 1800rpm

Potencia nominal del motor:

180W

5.6.2 Instalación del equipo

 • Asegúrese que la válvula de drenaje del FM50 esté totalmente
cerrada.
• Llenar el reservorio hasta 20 cm debajo del borde superior.
• Asegúrese que la válvula de entrada y la válvula de compuerta
estén totalmente abiertas.
• Asegúrese que el equipo esté conectado al dispositivo de interfaz
IFD7 y este a su vez esté conectado a una computadora compatible.
Los indicadores de luz, verde y rojo, deben estar ambos iluminados.
• Asegúrese que el IFD7 esté conectado a una adecuada red de
suministro y conecte la alimentación.
• Ejecute el software FM50-304. Revise que “IFD: OK” se muestra en
la esquina inferior derecha de la pantalla y que hay valores que aparecen
en todas las cajas de sensores de visualización en el diagrama
esquemático.

5.7 Procedimiento experimental

1. Encienda el IFD7
2. Encienda la FM50 sin el software, usando el botón Power
On/Standby.
3. Usando el software, configure la velocidad de la bomba al 50%.
4. Permita que el agua circule hasta que todo el aire haya sido
expulsado del sistema.
5. En la tabla de resultados, cambiar el nombre de la hoja de
cálculo (Seleccionar Format > Rename Sheet) al 50%.
6. Cierre la válvula de compuerta hasta tener una caudal igual a cero.
7. Seleccione el icono GO para registrar las lecturas de los sensores y
la configuración de la bomba en la tabla de resultados del software.
8. Abra un poco la válvula para dar un flujo muy bajo.
9. Abra la válvula de compuerta en pequeños incrementos. Se
requiere tiempo suficiente para que las lecturas de los sensores se
estabilicen, a continuación seleccione el icono GO para grabar el
siguiente conjunto de datos.
10. Cree una nueva tabla de resultados seleccionando el ícono ---
configure la velocidad de la bomba hasta 70%.
11. Cierre la válvula de compuerta.
12. Seleccione el icono GO para registrar las lecturas de los sensores y
la configuración de la bomba en la nueva tabla de resultados del software.
13. Incremente poco a poco el caudal y repita los pasos 8 y 9.
14. Seleccione Save o Save as del menú File y guarde los resultados.
 15. Apague la bomba sin el software, usando el botón Power
On/Standby.
16. Apague el IFD7.
5.8 Recolección de datos

PRACTICA #5
DETERMINACION DE LAS POTENCIAS DE LA BOMBA.

POTENCIA MECANICA DE LA BOMBA. POTENCIA HIDRAULICA DE LA BOMBA.

POT(MEC) W*ţ(WATT) POT(HID) Q*H2O*HT(W)
POT1 43.9 POT1 2.3
POT2 45.4 POT2 4.1
POT3 42.8 POT3 5.8
POT4 50.5 POT4 7.2
POT5 49.0 POT5 8.8
POT6 50.3 POT6 10.2
POT7 48.3 POT7 10.2
POT8 50.1 POT8 11.5
POT9 52.9 POT9 12.3
POT10 52.4 POT10 12.9
POT11 53.5 POT11 13.2
POT12 55.9   POT12 13.7

CAUDAL EFICIENTE DE LA BOMBA.

Q
=
[
Q N 70 %
80 % 90 % N 90 % ]
Qn1(LTS/S) 0.84
Qn1(LTS/S) 0.762
Qn1(LTS/S) 0.692
Qn1(LTS/S) 0.607
Qn1(LTS/S) 0.537
Qn1(LTS/S) 0.467
Qn1(LTS/S) 0.389
Qn1(LTS/S) 0.319
Qn1(LTS/S) 0.233
Qn1(LTS/S) 0.163
Qn1(LTS/S) 0.093
Qn1(LTS/S) 0
 DATOS RECOPILADOS DEL LABORATORIO.

Q90% N70% N90%

1.08 1050 1350
0.98 1050 1350
0.89 1050 1350
0.78 1050 1350
0.69 1050 1350
0.6 1050 1350
0.5 1050 1350
0.41 1050 1350
0.3 1050 1350
0.21 1050 1350
0.12 1050 1350
0 1050 1350

PERDIDAS EFICIENTES DE LA BOMBA.

H
=
[
H N 70 %
80 % 90 % N 90 % ]
HT1(80%) 2.139
HT1(80%) 2.364
HT1(80%) 2.606
HT1(80%) 2.854
HT1(80%) 3.088
HT1(80%) 3.298
HT1(80%) 3.407
HT1(80%) 3.554
HT1(80%) 3.648
HT1(80%) 3.764
HT1(80%) 3.834
HT1(80%) 3.990
DATOS RECOPILADOS DEL LABORATORIO.

H90% N70% N90%

2.75 1050 1350
 3.04 1050 1350
3.35 1050 1350
3.67 1050 1350
3.97 1050 1350
4.24 1050 1350
4.38 1050 1350
4.57 1050 1350
4.69 1050 1350
4.84 1050 1350
4.93 1050 1350
5.13 1050 1350

CONCLUSION DE CALCULOS:
Como conclusión de resultados elaborados anteriormente, se puede decir que la
elaboración de los cálculos de los caudales demuestran de cuanto es la eficiencia
de la bomba centrifuga y ver el comportamiento de la bomba al mismo tiempo.
En la gráfica 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
mas aun al contrario.
Por ende fue de gran importancia a ver elaborado esta práctica con el fin de
adquirido los conocimientos necesarios.

RECOMENDACIONES:
El sistema de bombeo del laboratorio debe de tener mayor altura, se sugiere una
reinstalación de la tubería de descarga con una tubería de descarga de mayor
longitud vertical.
Incrementar la altura geodésica es recomendable para poder hallar el punto de
operación óptimo.
Se deben de reinstalar las tuberías teniendo en cuenta que la tubería de
aspiración debe de ser de mayor diámetro que el de descarga.
Son dos posibilidades que se pueden hacer con respecto a las estopas, una sería
que se encuentra desajustado el perno de unión: es necesario ajustarlo; la otra
sería que ya está gastada la estopa y debe de ser cambiada, se recomienda
revisar.