2. eficiencia de una bomba

Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de Química

Laboratorio de Ingeniería Química II

Profesor Oscar Hernández Melendez

Grupo 5

Miércoles 8 – 11 hrs

Práctica #2:

“Eficiencia de una bomba”

López Vega Lidia Alicia

1

Objetivos

En un sistema de flujo se requiere bombear agua con un flujo entre 20 y 22 GPM a un tanque que se encuentra a una presión manométrica de 1.0 Kgf/cm2. Determine si en ese flujo la bomba, con diámetro de impulsor de 4 7/8 in, opera a su máxima eficiencia y si la columna (cabeza) que suministra la bomba es aprovechada al máximo por el sistema. La bomba está acoplada a un motor de 2HP.

Hipótesis

Tomando en cuenta que el flujo máximo, es decir, cuando tenemos toda la válvula abierta el flujo es de 115.2 L/min (30.433 GPM) se puede suponer que podemos cumplir con el objetivo establecido de bombear agua entre 20 y 22 GPM.

Resultados experimentales

Identificando los datos de la bomba y del motor en las placas correspondientes se llenó la siguiente tabla:

Marca Potencia CICLOS RPMMotor Trifásico IEM 2 HP

60 350050 2875

Tabla 1.

Pd Ps Pot Elec Intensidad RPM Flujo Agua

(kg/cm2) (kg/cm2) (watts) (amperes) (L/min)3.05 0.3 700 3.7 3500 Prueba2.8 0.15 680 3.5 3500 02.8 0.15 640 3.5 3500 3.72.75 0.15 680 3.6 3500 6.22.75 0.15 680 3.6 3500 12.92.7 0.1 720 3.7 3500 19.62.6 0.1 720 3.8 3500 30.12.4 0.08 760 4.1 3500 49.42 0.05 840 4.3 3500 802.25 -0.068 800 4 3500 115.2

2

Cuestionario

1. Sobre un diagrama que represente la bomba como sistema, marque los puntos 1 y 2 para aplicar la ecuación de balance de energía mecánica. Escriba la ecuación para calcular el trabajo de bombeo.

∆ zggc

+∆ Pρ

+ΣHf=Wf

2. Calcular el trabajo, la potencia la columna o cabeza de la bomba correspondiente a cada flujo. Utilice el sistema de unidades indicado por el profesor Escribir los resultados en la Tabla 2.Tabla 2.

Flujo Suma H Wf Bomba PotenciaL/min GPM hp0 0 0 27.5 23.7 0.97743659 0.00665812 26.5 26.2 1.63786672 0.01663093 26.5 212.9 3.40781946 0.0617477 26 219.6 5.1777722 0.13182441 26 230.1 7.95157874 0.28961896 26 249.4 13.0500993 0.72846763 25 280 21.1337641 1.81326396 23.2 2115.2 30.4326203 3.64699591 19.5 2

3. Con los datos de potencia eléctrica e intensidad de corriente para cada flujo determine la potencia mecánica del motor, la eficiencia del motor y la eficiencia de la bomba. Utilizar el Método de pérdidas separadas Escriba los resultados en la Tabla 3

PeEJ (s/a) 5.5125PeMM (s/a) 44.4875S 0.02778

Tabla 3

3

z2

z1

Flujo Pot Elect Intensidad PeEJ PeTE (s/a) PCR PeDR PFM BHP ηBGPM Watts Amp Watts Watts Watts Watts Watts hp %

0 700 3.7 33.541 78.028 621.972

17.278 604.694 0.811 59.471

0.977 680 3.5 30.013 74.500 605.500

16.821 588.679 0.789 60.544

1.638 640 3.5 30.013 74.500 565.500

15.710 549.790 0.737 63.151

3.408 680 3.6 31.752 76.240 603.761

16.772 586.988 0.787 60.658

5.178 680 3.6 31.752 76.240 603.761

16.772 586.988 0.787 60.658

7.952 720 3.7 33.541 78.028 641.972

17.834 624.138 0.837 58.168

13.050 720 3.8 35.378 79.866 640.135

17.783 622.352 0.834 58.287

21.134 760 4.1 41.185 85.672 674.328

18.733 655.595 0.879 56.059

30.433 840 4.3 45.301 89.788 750.212

20.841 729.371 0.978 51.115

800 4 39.200 83.688 716.313

19.899 696.413 0.934 53.324

4. Mostrar en una gráfica (Gráfica 1) las curvas experimentales características del par motor-bomba de acuerdo a la variación del flujo volumétrico

Columna de la bomba (m) Potencia mecánica (HP) conocida como BHP Eficiencia de la bomba (%) Potencia eléctrica (HP)

Gráfica 1

4

0 5 10 15 20 25 30 350.000

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

70.000

BPHEficienciaColumnaPotencia eléctrica

Flujo (GPM)

Wf (

kgf m

/kgm

)

5. Determinar las pérdidas por fricción para cada tramo y para cada flujo

Tramo 1:

in mD nom 2 0.0508D int 2.067 0.0525018Área de flujo 0.0021649LT 16.4Densidad kg/m3 1000Viscosidad kg/m s 0.001e/D 0.00285704

Flujo Agua Velocidad Re f H(L/min) (m3/s) (m/s) (A y A) 0 0 0 0 0 03.7 6.1667E-05 0.02848474 1495.49994 0.05157505 0.000666256.2 0.00010333 0.04773118 2505.97287 0.04577674 0.0016604312.9 0.000215 0.09931165 5214.04032 0.03906011 0.0061334519.6 0.00032667 0.15089212 7922.10777 0.03597535 0.0130409430.1 0.00050167 0.23172718 12166.0941 0.03334724 0.0285091749.4 0.00082333 0.38030972 19966.9451 0.03094444 0.071257180 0.00133333 0.61588619 32335.1338 0.02919198 0.17629303115.2 0.00192 0.88687612 46562.5926 0.02819677 0.35309857

5

Tramo 2

in mD nom 2.5 0.0635D int 2.469 0.0627126Área de flujo 0.00308887LT 1.71Densidad kg/m3 1000Viscosidad kg/m s 0.001e/D 0.00239186 Flujo Agua Velocidad Re f H(L/min) (m3/s) (m/s) (A y A) 0 0 0 0 0 03.7 6.1667E-05 0.01996416 1252.0042 0.05367816 2.9733E-056.2 0.00010333 0.03345345 2097.95298 0.04751178 7.3897E-0512.9 0.000215 0.06960476 4365.09572 0.04027445 0.0002711819.6 0.00032667 0.10575608 6632.23846 0.03688678 0.0005733630.1 0.00050167 0.16241112 10185.2234 0.03394478 0.0012443649.4 0.00082333 0.26654848 16715.948 0.03118517 0.0030792380 0.00133333 0.43165745 27070.3611 0.02910896 0.00753785115.2 0.00192 0.62158673 38981.32 0.02789622 0.01497929

Tramo 3

in mD nom 2 0.0508D int 2.067 0.0525018Área de flujo 0.0021649LT 17.7Densidad kg/m3 1000Viscosidad kg/m s 0.001e/D 0.00285704 Flujo Agua Velocidad Re f H(L/min) (m3/s) (m/s) (A y A) 0 0 0 0 0 03.7 6.1667E-05 0.02848474 1495.49994 0.05157505 0.000719066.2 0.00010333 0.04773118 2505.97287 0.04577674 0.0017920512.9 0.000215 0.09931165 5214.04032 0.03906011 0.0066196319.6 0.00032667 0.15089212 7922.10777 0.03597535 0.01407467

6

30.1 0.00050167 0.23172718 12166.0941 0.03334724 0.0307690449.4 0.00082333 0.38030972 19966.9451 0.03094444 0.0769055380 0.00133333 0.61588619 32335.1338 0.02919198 0.19026748115.2 0.00192 0.88687612 46562.5926 0.02819677 0.38108809

Tramo 4

in mD nom 2 0.0508D int 2.067 0.0525018Área de flujo 0.0021649LT 36.51Densidad kg/m3 1000Viscosidad kg/m s 0.001e/D 0.00285704 Flujo Agua Velocidad Re f H(L/min) (m3/s) (m/s) (A y A) 0 0 0 0 0 03.7 6.1667E-05 0.02848474 1495.49994 0.05157505 0.001483216.2 0.00010333 0.04773118 2505.97287 0.04577674 0.0036964812.9 0.000215 0.09931165 5214.04032 0.03906011 0.013654419.6 0.00032667 0.15089212 7922.10777 0.03597535 0.0290319930.1 0.00050167 0.23172718 12166.0941 0.03334724 0.0634676749.4 0.00082333 0.38030972 19966.9451 0.03094444 0.1586339580 0.00133333 0.61588619 32335.1338 0.02919198 0.39246698115.2 0.00192 0.88687612 46562.5926 0.02819677 0.78607492

Tramo 5

in mD nom 1.5 0.0381D int 1.61 0.040894Área de flujo 0.00131344LT 20.12Densidad kg/m3 1000Viscosidad kg/m s 0.001e/D 0.00366802 Flujo Agua Velocidad Re f H

7

(L/min) (m3/s) (m/s) (A y A) 0 0 0 0 0 03.7 6.1667E-05 0.04695063 1919.99899 0.04890963 0.002703636.2 0.00010333 0.07867403 3217.2956 0.04365381 0.006775712.9 0.000215 0.16369273 6694.05052 0.03771978 0.0253452919.6 0.00032667 0.24871144 10170.8054 0.03508875 0.054428830.1 0.00050167 0.3819497 15619.4512 0.03291982 0.1204312549.4 0.00082333 0.62685433 25634.5811 0.03101585 0.3056232580 0.00133333 1.01514872 41513.4916 0.0296883 0.76720967115.2 0.00192 1.46181415 59779.4279 0.02896197 1.55196464

Tramo 6

in mD nom 2 0.0508D int 2.067 0.0525018Área de flujo 0.0021649LT 26Densidad kg/m3 1000Viscosidad kg/m s 0.001e/D 0.00285704 Flujo Agua Velocidad Re f H(L/min) (m3/s) (m/s) (A y A) 0 0 0 0 0 03.7 6.1667E-05 0.02848474 1495.49994 0.05157505 0.001056246.2 0.00010333 0.04773118 2505.97287 0.04577674 0.0026323812.9 0.000215 0.09931165 5214.04032 0.03906011 0.0097237519.6 0.00032667 0.15089212 7922.10777 0.03597535 0.0206746630.1 0.00050167 0.23172718 12166.0941 0.03334724 0.0451974649.4 0.00082333 0.38030972 19966.9451 0.03094444 0.1129685780 0.00133333 0.61588619 32335.1338 0.02919198 0.27948895115.2 0.00192 0.88687612 46562.5926 0.02819677 0.55979041

8

6. Para el flujo solicitado qué trabajo mecánico requiere el sistema y para el mismo flujo qué trabajo aporta la bomba

Para el flujo requerido el trabajo requerido es:

Trabajo mecánico del sistema: 14 kgf m kgm-1

Trabajo mecánico de la bomba: 23 kgf m kgm-1

7. Transponer en la gráfica 1 la curva del sistema, desde el flujo cero al flujo máximo

Gráfica 2

0 5 10 15 20 25 30 350

10

20

30

40

50

60

70

Wf SistemaWf BombaBPHEficiencia

Flujo (GPM)

Wf (

kgf m

/kgm

)

8. En esta gráfica 2 determine para el flujo solicitado ¿Existe un punto de intersección entre las dos curvas? ¿cuál es el valor de la cabeza de la bomba y cuál el del sistema? Explique ¿cuál es el significado de la distancia entre la curva de la bomba y la curva del sistema?No existe un punto de intersección entre las dos curvas. El valor de la cabeza de la bomba está por encima de la cabeza del sistema

9. Para el flujo solicitado con qué eficiencia opera la bomba ¿corresponde a la máxima?Para el flujo solicitado la bomba opera a un 56% de eficiencia, sin embargo no es la máxima

10.De acuerdo a los resultados qué recomienda:

9

a) Operar a máxima eficienciab) Cambiar la potencia del motor c) Cambiar el diámetro del impulsord) Cambiar las RPMe) Operar con el mínimo consumo de energía eléctrica

Conlcusiones

Para el flujo requerido de entre 20 y 22 GPM Se tiene un trabajo mecánico del sistema de 14 kgf m kgm-1 y un trabajo mecánico de la bomba: 23 kgf m kgm-1 Con una eficiencia en la bomba del 56%.

10