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Un caso de estudio sobre el diseño y análisis de un sistema de bombeo de agua para una planta industrial. Se calcula el npsh disponible para un sistema de tuberías específico, considerando las condiciones de operación, las pérdidas por fricción y la altitud. Se selecciona una bomba comercial adecuada para el sistema, considerando los parámetros calculados y las necesidades de la planta. El documento incluye un marco teórico sobre el transporte de fluidos y los conceptos asociados al diseño de sistemas de bombeo.
Tipologia: Provas
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Huaman Garcia, Yoseph Anthony AREQUIPA – PERÚ 22 /11/ 2024
Objetivos General Diseñar y analizar un sistema de transporte de agua desde una cisterna al nivel del piso hacia un tanque elevado a 20 metros de altura, garantizando un funcionamiento eficiente mediante el cálculo del NPSH disponible y la selección de una bomba comercial adecuada, acorde a los requerimientos operativos y condiciones del lugar. Específicos
Marco Teórico El transporte de fluidos en instalaciones industriales es un proceso clave para garantizar la eficiencia operativa en diversas aplicaciones. Según Munson et al. (2020), "los sistemas de tuberías y bombas son elementos críticos para mover fluidos de manera segura y eficiente, especialmente cuando se requiere superar diferencias de altura o presión" (p. 375). En el diseño de sistemas de bombeo, factores como la altitud, temperatura, caudal y tipo de fluido deben ser considerados para garantizar un funcionamiento adecuado. El cálculo del NPSH disponible es un parámetro esencial para evitar la cavitación en bombas, fenómeno que puede provocar daños severos en los componentes internos de estas. Como explican Çengel y Cimbala (2020), "el NPSH disponible representa la cantidad de energía que el fluido posee en el punto de succión, menos la presión de vapor del líquido, en términos de altura" (p. 821). Para determinar el NPSH disponible , se deben considerar tanto las pérdidas por fricción en la tubería de succión como las condiciones ambientales, incluyendo la altitud y temperatura del lugar de operación. En un sistema de transporte de fluidos, las pérdidas por fricción en las tuberías y accesorios tienen un impacto significativo en el diseño de la bomba. Estas pérdidas, según Fox y McDonald (2021), "pueden calcularse usando fórmulas empíricas como la ecuación de Darcy-Weisbach, que relaciona la pérdida de energía con el coeficiente de fricción, la longitud de la tubería y la velocidad del fluido" (p. 498). También es necesario incluir las pérdidas menores causadas por accesorios como codos, válvulas y uniones, ya que contribuyen al total de las pérdidas en el sistema.
Solución Datos
Elevación sobre el nivel del mar: Z = 2335 m.s.n.m. Interpolar: 2250 m.s.n.m. 7.75 m 2335 m.s.n.m. X 2500 m.s.n.m. 7.57 m 2500 - 2250 2335 - 2250
Catalogo 4.019 m > 4 m (se cumple la condición)
Análisis de la selección Descripción de la función del sistema El sistema de bombeo instalado tiene como objetivo principal transportar agua desde una cisterna a nivel del piso hasta un tanque elevado, ubicado a una altura de 20 metros. Este sistema es fundamental para el proceso de alimentación de celdas columna, donde el agua es utilizada para el lavado y eliminación de impurezas atrapadas en la espuma, garantizando la eficiencia del proceso industrial. La bomba seleccionada, modelo QB60, desempeña un papel crucial, ya que debe asegurar un flujo constante de 2 m³/h mientras supera la altura de elevación de 20 metros, incluyendo las pérdidas por fricción y accesorios presentes en la tubería. Aplicación actual de la bomba elegida La bomba periférica QB60 es una solución eficiente para este tipo de aplicaciones por las siguientes razones: ▪ Esta bomba es capaz de generar la presión suficiente para superar la altura de 20 metros, transportando el agua desde la cisterna hacia el tanque elevado de manera constante y confiable. ▪ A pesar de operar a una altitud de 2335 msnm, la bomba puede mantener su desempeño gracias a su diseño compacto y materiales resistentes, como el hierro fundido y el acero inoxidable, que soportan condiciones ambientales adversas.
Conclusiones ▪ Se calculó un NPSHdis de 4.019 m, valor que satisface las necesidades de la bomba seleccionada, cuyo NPSHreq es de 4 m. Esto garantiza que el sistema operará eficientemente, evitando problemas de cavitación y asegurando la durabilidad de la bomba. ▪ La bomba periférica modelo QB60, con una altura máxima de elevación de 20 m y un caudal adecuado, cumple con los requerimientos del sistema. Su diseño compacto y su capacidad de trabajo en condiciones específicas, como las de 2335 m.s.n.m., la hacen ideal para esta aplicación. ▪ La selección y el análisis técnico de la bomba han demostrado que el sistema es viable y se adapta a las necesidades operativas del proceso. Esto confirma la importancia de integrar cálculos precisos y herramientas de diseño en proyectos de transporte de fluidos, logrando un balance entre eficiencia y costo.
Referencias Çengel, Y. A., & Boles, M. A. (2019). Thermodynamics: An Engineering Approach (9th ed.). McGraw-Hill Education. Disponible en: https://www.mheducation.com/ Çengel, Y. A., & Cimbala, J. M. (2020). Fluid Mechanics: Fundamentals and Applications (4th ed.). McGraw-Hill Education. Disponible en: https://www.mheducation.com/ Fox, R. W., & McDonald, A. T. (2021). Introduction to Fluid Mechanics (9th ed.). Wiley. Disponible en: https://www.wiley.com/en-us Anexo Link del Catálogo https://articulo.mercadolibre.com.pe/MPE- 659065724 - bomba-de-agua-periferica- usr-qb60-05hp-monofasica-60hz- _JM?searchVariation=179136135436#polycard_client=search- nordic&searchVariation=179136135436&position=1&search_layout=grid&type=item&tra cking_id=a10f93cf-d76c- 4161 - 8aeb-3532fc66abda
