UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ENERGÍA
“ING. TÉRMICA E HIDRÁULICA EXPERIMENTAL”
TEMA: ENSAYO COMPLETO DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA
Docente: Escuela:
Ingeniería Mecánica
Integrantes:
BELLAVISTA – CALLAO
1. INTRODUCCION. En muchas situaciones industriales es común encontrarse con una bomba centrifuga, por eso la importancia de la realización y aprendizaje de este ensayo elemental de la operación de una bomba centrífuga, con depósitos o tanques abiertos a la atmósfera. La bomba centrífuga, lo mismo que cualquier otra bomba, sirve para producir una ganancia en carga estática en un fluido, lo que corresponde a una carga dinámica impulsada por las paletas del rotor. Lleva consigo pues,una energía a un fluido procedente de una energía mecánica que seha puesto en su eje por medio de un motor eléctrico. Las bombas centrifugas pertenecen a la rama de las turbo máquinas, que son máquinas hidráulicas rotativas que permiten una transferencia energética entre un fluido y un rotor provisto de alabes o paletas, mientras el fluido pasa a través de ellos. Hay que tener en cuenta que en este ensayo elemental de una bomba, se mantiene constante las 4 velocidades rotacionales del rotor (N en RPM), para los veinticuatro ensayos (6 ensayos con cada RPM) pues se transmite la potencia en un solo eje, se varía el caudal Q y seobtiene experimentalmente las curvas características.
2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. El método empírico-analítico es un modelo de investigación científica, que se basa en la experimentación y la lógica empírica, que junto a la observación de fenómenos y su análisis estadístico, es el más usado en el campo de las ciencias sociales y en las ciencias naturales. 3. OBJETIVO. 3.1. OBJETIVO GENERAL
Estudiar y comprender el funcionamiento de una bomba centrífuga.
3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
Obtener mediante esta experiencia, y a 4 velocidades distintas, las curvas características de: H (altura) vs. Q (caudal), P h (potencia hidráulica) vs. Q (caudal) y Q (caudal) vs. η (eficiencia).
Determinar la eficiencia de la bomba centrífuga.
Comparar los datos teóricos con los del ensayo.
Interpretar los resultados obtenidos.
4. METODOLOGIA. Se procederá a abrir la llave del sistema con la finalidad de ver las diferentes variaciones de presión así como el caudal; con estos datos se realizará un análisis y representación del caudal (Q), la potencia útil (P) , eficiencia de grupo (η) y la carga dinámica de la bomba (H).
4.1. PROCEDIMIENTO Para realizar el ensayo, se sigue la siguiente metodología de procedimiento: a) En un punto de carga al cierre (caudal cero), se determina las diferentes alturas manométricas partiendo de una altura máxima con la llave completamente cerrada.
b) Para cada número de prueba del ensayo, se registrará el caudal volumétrico en litros por minuto en el caudalímetro.
c) Para diferentes regímenes de velocidad de la bomba, calculamos la diferencia de alturas manométricas para cada número de ensayo. Además, debemos medir la altura geodésica entre los puntos de medición de presión, este valor es constante para todos los ensayos.
d) En un punto de descarga libre (caudal máximo), el cual es relativo, se determina las diferentes alturas manométricas con una altura nula cuando la llave está completamente abierta. En nuestro caso, el ensayo se realizó con un valor máximo de 250 L/min, lo cual no quiere decir que sea el caudal máximo para la bomba. e) En el variador de velocidad, se toma registro de la intensidad de corriente eléctrica (A) y del voltaje eléctrico (V) en corriente directa (DC), el cual consumirá el motor eléctrico para la transmisión de potencia.
f) Se realizarán los cálculos correspondientes para encontrar la carga, potencia y eficiencia de la bomba, con ello se representará las curvas características de la bomba.
4.2. TABLA DE DATOS En el presente ensayo, se sabe que el material de las tuberías es de Acero comercial, cédula 40, con diámetro de 2” para la tubería de succión y con diámetro de 1 ½” para
la tubería de descarga. La altura geodésica “Z 2 – Z1” es de 28 cm, según la medida que se realizó en el
ensayo. La recolección de datos es como sigue:
n (rpm) 2199
2420
2645
2823
Nº prueba 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6
P1 (psi) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
P2 (psi) 15.2 14 12 10.4 7.8 5.4 18.6 16.8 15 12.6 9.5 6.8 22 20.8 18.6 16.2 13 8.6 26 24 22 19.4 16.8 11
V (volt) 133 134 135 135 135 138 148 149 149 149 149 150 162 163 163 164 164 165 178 179 180 180 181 181
A (amp.) 4 4.5 5 5 5 5 4.5 5 5.5 6 6.1 6.5 5 6 6 6.5 7 7 5 5.3 7 8 8 9
Tabla 1. Toma de datos durante el ensayo de la Bomba Centrífuga.
Q (LPM) 0 45 90 135 180 220 0 50 100 150 200 240 0 50 100 150 200 260 0 50 100 150 200 280
5. MATERIALES Y MÉTODOS. 5.1. ESQUEMA
Rotámetro
Manómetro
Bomba centrífuga Vacuómetro
Depósito del fluido
Fig. 1. Bomba centrífuga (FUENTE: Fotografía tomada en e l Laboratorio de Mecánica d e Fluidos-FIME).
Fig. 2. Esquema de la bomba centrífuga (FUENTE: Internet).
5.2. ANALISIS Y METODOLOGIA DE LOS CALCULOS Sabemos por Bernoulli:
+ + + = + + 2 2 − = − + 2 + − … ó 1 Y que:
= ∗ … ó 2 Donde:
∶ Presión de succión (Pa) ∶ Presión de descarga (Pa) γ ∶ Peso específico del fluido Q: Caudal V: Velocidad Z: Altura (m) H: Altura útil (m) A: Área transversal de la tubería (m 2) Teniendo en cuenta que las tuberías son de acero con cédula 40 y diámetro nominal de 2” y 1 ½” para las líneas de succión y descarga respectivamente. Con esta
información, podemos hallar el diámetro interno de dichas tuberías (Anexo 1). Para determinar la potencia hidráulica, hacemos uso de la siguiente ecuación:
∗ … ó 3 = ∗1000 Donde:
∶ Potencia Hidráulica (KW) Para determinar la eficiencia de la bomba, nos guiamos por las siguientes fórmulas matemáticas:
ηGR = ∗ ∗ … ó 4 = … ó 5 = … ó 6 = … ó 7 =∗… ó 8 Donde:
∶ Eficiencia del grupo Motor− Bomba ∶ Eficiencia de la bomba ∶ Eficiencia de transmisión ∶ Eficiencia del motor elétrico :otencia al eje luego del acoplamiento (W) :otencia al eje antes del acoplamiento (W) ∶ Potencia eléctrica (W) V: Voltaje (Volt) I: Amperaje (Amp)
5.3. TABULACIONES DE RESULTADOS Para determinar la altura útil, hacemos uso de la fórmula 1 y 2.Reemplazamos los datos obtenidos de la experiencia con el respectivo cambio de unidades al S.I. RPM:
2402
2607
2812
3010
H (m)
H (m)
H (m)
H (m)
N°
Q (m3/seg)
V (m/s) suc.
V (m/s) des.
1
0
0
0
13.6337655
15.39084
18.5535739
20.6620632
2
0.00083333
0.38495527
0.63428181
12.2410582
14.3495475
17.1608666
19.6207708
3
0.00166667
0.76991053
1.26856362
10.8742554
12.6313298
15.7940638
17.9025531
4
0.0025
1.1548658
1.90284543
9.53335707
10.9390166
13.7503357
16.0696739
5
0.00333333
1.53982107
2.53712724
7.51553342
8.92119295
12.0839269
13.9815673
6
0.004
1.84778528
3.04455269
5.49822786
7
0.00416667
1.92477633
3.17140905 6.92927377 Tabla 2. Cálculo de altura útil.
9.74059283
11.8490821
Para determinar la potencia hidráulica, hacemos uso de la fórmula 3 y los datos obtenidos en la tabla 2. RPM: N°
Q (m3/seg)
2402
2607
2812
3010
PH (KW)
PH (KW)
PH (KW)
PH (KW)
1
0
0
0
0
0
2
0.00083333
0.10007065
0.11730755
0.14029008
0.1603998
3
0.00166667
0.17779408
0.20652224
0.25823294
0.29270674
4
0.0025
0.23380558
0.26827938
0.33722698
0.39410875
5
0.00333333
0.24575794
0.29172301
0.39514441
0.45719725
6
0.004
0.21575046
7
0.00416667
0.28323407 0.39814673 Tabla 3. Cálculo de la Potencia Hidráulica.
0.48433123
Para determinar la eficiencia del grupo motor – bomba, debemos hallar primero la potencia eléctrica usando la fórmula 8. RPM: N
Q (m3/seg)
2402
2607
2812
3010
PE (KW)
PE (KW)
PE (KW)
PE (KW)
1
0
0.675
0.72
0.9
1.11
2
0.00083333
0.75
0.8
1.08
1.295
3
0.00166667
0.75
0.96
1.26
1.295
4
0.0025
0.9
0.96
1.44
1.52
5
0.00333333
0.975
1.12
1.53
1.52
6
0.004
1.05
0.00416667 1.12 1.62 Tabla 4. Cálculo de la Potencia Eléctrica.
1.71
7
Ahora procedemos a hallar la eficiencia del grupo Motor – Bomba mediante la fórmula 5 y los datos obtenidos de la Tabla 3. RPM:
2402
2607
2812
3010
N
Q (m3/seg)
1
0
0
0
0
0
2
0.00083333
0.13342753
0.14663444
0.12989823
0.12386085
3
0.00166667
0.23705877
0.21512734
0.20494678
0.22602837
4
0.0025
0.25978398
0.27945769
0.2341854
0.25928207
5
0.00333333
0.25205943
6
0.004
0.20547663
7
0.26046697
0.25826432
0.30078766
0.00416667 0.25288756 0.24576959 0.28323464 Tabla 5. Cálculo de la eficiencia del grupo Motor – Bomba.
Considerando una eficiencia de transmisión de 1 y la eficiencia del motor de 0.85 por motivo que dicho motor ya es antiguo en el laboratorio, podemos determinar con los datos obtenidos la eficiencia de la bomba centrífuga. RPM: 2402 N
Q (m3/seg)
2402
2607
2812
3010
1
0
0.00%
0.00%
0.00%
0.00%
2
0.00083333
15.70%
17.25%
15.28%
14.57%
3
0.00166667
27.89%
25.31%
24.11%
26.59%
4
0.0025
30.56%
32.88%
27.55%
30.50%
5
0.00333333
29.65%
30.64%
30.38%
35.39%
6
0.004
24.17%
7
0.00416667 29.75% 28.91% 33.32% Tabla 6. Cálculo de la eficiencia de la bomba centrífuga.
Con todos los resultados tabulados, procedemos a mostrar las siguientes gráficas que nos representan las curvas características de la bomba centrífuga, presente en el ensayo.
Caudal vs altura 25
20
) m15 ( a r u t l A10
RPM=2402 RPM=2607 RPM=2812 RPM=3010
5
0 0
0.0005
0.001
0.0015
0.002
0.0025
0.003
0.0035
Caudal (m3/s)
Fig. 4. Curva Característica H vs. Q.
0.004
0.0045
Caudal vs Potencia Hidráulica
0.6 0.5 ) W K ( 0.4 a c i l u á r 0.3 d i H a i c 0.2 n e t o P 0.1
RPM: 2402 RPM: 2607 RPM: 2812 RPM: 3010
0 0
0.0005
0.001
0.0015
0.002
0.0025
0.003
0.0035
0.004
0.0045
Caudal (m3/s)
Fig. 5. Curva Característica P vs. Q.
Caudal vs Eficiencia bomba centrífuga ) 40.00% % ( a 35.00% g u f í 30.00% r t n e c 25.00% a b 20.00% m o b 15.00% e d a 10.00% i c n e i 5.00% c i f E 0.00%
RPM: 2402
RPM: 2607
RPM: 2812
RPM: 3010
0
0.001
0.002
0.003
0.004
Caudal (m3/s)
Fig. 6. Curva Característica η vs. Q
0.005
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
La altura de descarga disminuye a medida que el caudal aumenta.
El rendimiento mecánico máximo se obtiene para una potencia hidráulica máxima, lo que se da cuando el caudal y la altura de descarga toman valores medios
El nivel de referencia para cada bomba (entre succión y descarga) será igual a cero.
La
potencia disminuye cuando se cierra la válvula de descarga, así mismo
disminuirá su flujo.
Para la eficiencia se encuentra una divergencia algo mayor que para la altura, obteniéndose también datos menores que los especificados por el fabricante, pero que al igual que en el caso anterior estos siguen una misma tendencia esperada.
Recomendaciones:
Hacer un plan de mantenimiento preventivo y correctivo a la bomba centrífuga (y en general a todas las máquinas usadas en los ensayos) de forma que se reduzcan los errores de lectura por una mala operatividad de la bomba.
El arranque debe efectuarse a bajas velocidades
Recomendamos que el nivel de referencia entre la succión y la descarga sea diferente a cero para tener un análisis más real de la instalación
7. REFERENCIAS VIRTUALES Y BIBLIOGRAFICAS. https://es.slideshare.net/yuricomartinez/labo-3-curvas-caractersticas-de-unabomba Robert Mott, Mecánica de Fluidos Aplicada, Cuarta Edición, Prentice Hall, México 1996. Victor L. Streeter y E. Benjamín Wylie, Mecánica de los Fluidos, Sexta Edición, Mc Graw Hill, 1981. Información técnica relacionada con bombas, Internet www.lesker.com, www.finishthompson.com
