ensayo completo de bombas centrifugas

ENSAYO COMPLETO DE BOMBAS CENTRIFUGAS

INTRODUCCION

Visto la gran importancia que han tenido y tienen las turbo-maquinas (turbinas y

bombas) y en esencial las bombas, sobre todo las bombas centrifugas por su

facilidad de uso y mantenimiento, para el desarrollo de las ciudades y

requerimientos industriales se ha puesto más énfasis en estudiar y analizar

todos los fenómenos que ocurren en el uso de estas; para tal objetivo se hacen

un conjunto de graficas de sus características para estudiar el comportamiento

que tienen cuando transportan agua o cualquier otro fluido de un nivel inferior

a otro superior, en estas graficas se evalúan mayormente la altura de la bomba

(H) vs. el caudal (Q), la eficiencia (η) vs. el caudal (Q), y la potencia (P) vs. el

caudal (Q); en este trabajo va a realizar atravez de experimentos con una

bomba todas las graficas que esta requiera , aquí se apuntaran todos los datos

necesarios para construir las diversas graficas o curvas de dicha bomba a

diferentes rpm, y se dará a conocer el procedimiento usado para obtener

dichos resultados, se estudiara en que afecta la energía que se entrega a la

bomba y se verificara que dependiendo de su rpm variara su eficiencia .

Estas graficas se usan para seleccionar el tipo de bombas que se requiere para

una tarea requerida.

OBJETIVOS

Construir por técnicas graficas las curvas características de la bomba centrifuga del laboratorio de fluidos.

Evaluar las características y el estado de la bomba atraves de la curvas construidas

MARCO TEORICO

BOMBAS: La bomba es una máquina que absorbe energía mecánica que puede provenir de un motor eléctrico, térmico, etc., y la transforma en energía que la transfiere a un fluido como energía hidráulica la cual permite que el fluido pueda ser transportado de un lugar a otro, a un mismo nivel y/o a diferentes niveles y/o a diferentes velocidades.

CLASIFICACION: Se clasifican en:-. Bombas dinámicas- Bombas de desplazamiento positivo

a. Bombas dinámicas.- Bombas centrifugas .- Son aquellas en que el fluido ingresa a ésta por el

eje y sale siguiendo una trayectoria periférica por la tangente

Bombas periféricas.- Son también conocidas como bombas tipo turbina, de vértice y regenerativas, en este tipo se producen remolinos en el líquido por medio de los álabes a velocidades muy altas, dentro del canal anular donde gira el impulsor. El líquido va recibiendo impulsos de energía No se debe confundir a las bombas tipo difusor de pozo profundo, llamadas frecuentemente bombas turbinas aunque no se asemeja en nada a la bomba periférica.

La verdadera bomba turbina es la usada en centrales hidroeléctricas tipo embalse llamadas también de Acumulación y Bombeo, donde la bomba consume potencia; en determinado momento, puede actuar también como turbina para entregar potencia

b. Bombas d e desplazamiento positivo Estas bombas guían al fluido que se desplaza a lo largo de toda su trayectoria, el cual siempre está contenido entre el elemento impulsor, que puede ser un embolo, un diente de engranaje, un aspa, un tornillo, etc., y la carcasa o el cilindro. “El movimiento del desplazamiento positivo” consiste en el movimiento de un fluido causado por la disminución del volumen de una cámara. Por consiguiente, en una máquina de desplazamiento positivo, el elemento que origina el intercambio de energía no tiene necesariamente movimiento alternativo (émbolo), sino que puede tener movimiento rotatorio (rotor).

Sin embargo, en las máquinas de desplazamiento positivo, tanto reciprocantes como rotatorias, siempre hay una cámara que aumenta de volumen (succión) y disminuye volumen (impulsión), por esto a éstas máquinas también se les denomina Volumétricas.

Bombas reciprocantes.- Llamadas también alternativas, en estas máquinas, el elemento que proporciona la energía al fluido lo hace en forma lineal y alternativa. La característica de funcionamiento es sencilla.

Bombas rotatorias.- Llamadas también rotoestáticas, debido a que son máquinas de desplazamiento positivo, provistas de movimiento rotatorio, y son diferentes a las rotodinámicas. Estas bombas tienen muchas aplicaciones según el elemento impulsor. El fluido sale de la bomba en forma constante, puede manejar líquidos que contengan aire o vapor. Su principal aplicación es la de manejar líquidos altamente viscosos, lo que ninguna otra bomba puede realizar y hasta puede carecer de válvula de admisión de carga.

VENTAJAS ECONÓMICAS

El precio de una bomba centrifuga es aproximadamente ¼ del precio de la bomba del émbolo equivalente.

El espacio requerido es aproximadamente 1/8 de la bomba del émbolo equivalente.

El peso es muy pequeño y por lo tanto los cimientos también lo son. El mantenimiento de una bomba centrifuga sólo se reduce a renovar el

aceite de las chumaceras, los empaques del presa-estopa y el número de elementos a cambiar es muy pequeño.

EL PORQUE DE SU MAYOR USO: Las bombas centrifugas debido a sus características, son las bombas que más se aplica en la industria. Las razones de esta preferencia son las siguientes:

Son aparatos giratorios. No tienen órganos articulados y los mecanismos de acoplamiento son

muy sencillos. La impulsión eléctrica del motor que las es bastante sencilla. Para una operación definida el gasto es constante y no se requiere

dispositivo regulador. Se adaptan con facilidad a muchas circunstancias. No se pueden utilizar, por ejemplo: en donde se requieran grandes

presiones y gastos muy chicos.

ESQUEMA DEL EQUIPO E INSTRUMENTOS

INSTRUMENTOS Y EQUIPOS

BOMBA: Pumpetravaini, Tipo :MCL 50/GH-B-5 MOTOR : Moteurs Leroy-Somer N=3000 rpm VACUOMETRO: medidor de presión en rangos menores a cero (bar) ROTAMETRO: medidor de caudal (m³/h) MANOMETRO: medidor de presión (bar) TACOMETRO: medidor de revoluciones (RPM) ,proporciona lectura

continua de velocidad. MEDIDOR DE VOLTAGE Y AMPERAJE: medición de voltaje (voltios) y

amperaje (Amp) 220v,60Hz,26A. VALVULAS: regulador de fluido para la variación del flujo. TUBERIAS: de descarga y succión.

Bomba centrifuga del laboratorio

Vacuometro

Rotametro

Medidor de voltaje y amperaje

DATOS

VALORES A 3161 RPM

Ps (bar) Pd (bar) Q (m3/h) V (voltage) I (amp.)

1 -0.3 1 7.9 195 12.12 -0.3 1.2 6.5 195 12.13 -0.2 1.5 6 195 124 -0.2 1.7 5 195 115 -0.2 1.9 4 195 10.56 -0.1 2.1 3 195 9.87 -0.1 2.2 2 195 98 -0.1 2.3 1.2 195 8.5

VALORES A 3120 RPM


1 -0.21 1.2 6.6 190 11.52 -0.2 1.4 6 190 11.53 -0.2 2.5 5 190 114 -0.2 1.7 4.4 190 10.55 -0.1 1.8 3.8 190 106 -0.1 1.9 3 190 9.57 -0.1 2 1.8 190 8.58 -0.1 2.1 1.2 190 8

VALORES PARA 2948 RPM


1 -0.25 0.9 7.0 180 112 -0.2 1.1 6.4 180 10.53 -0.2 1.2 6 180 10.34 -0.2 1.4 5 180 105 -0.15 1.5 4 180 9.56 -0.1 1.7 3 180 9.07 -0.08 1.8 2 180 88 -0.05 1.9 1.2 180 7



1 -0.25 0.82 7 173 9.22 -0.2 1.05 6 173 93 -0.18 1.2 5.4 173 8.94 -0.12 1.35 4.4 173 8.25 -0.09 1.47 3.6 173 7.96 -0.05 1.6 2.6 173 7.17 -0.03 1.65 1.8 173 6.78 -0.02 1.7 1.2 173 6.2



1 -0.2 0.75 7.0 165 92 -0.19 0.90 6.2 165 8.53 -0.18 1.08 5.2 165 84 -0.15 1.2 4.4 165 85 -0.1 1.3 3.4 165 7.56 -0.08 1.4 2.6 165 77 -0.04 1.48 1.8 165 6.78 -0.02 1.53 1.2 165 6.3



1 -0.2 0.62 6.8 150 72 -0.19 0.75 6 150 73 -0.18 0.85 5.4 150 6.94 -0.15 0.95 4.4 150 6.55 -0.1 1.1 3.6 150 6.16 -0.08 1.2 2.6 150 5.77 -0.04 1.25 1.8 150 5.18 -0.02 1.3 1.2 150 4.9

CALCULOS1 corregimos los caudales tomados con el rotámetro

3161 rpm 3120 rpm 2948 rpmQ (rot) Q (real) Q (rot) Q (real) Q (rot) Q (real)

7.9 14.423 6.6 12.049 7.0 12.7796.5 11.867 6 10.954 6.4 11.6846 10.954 5 9.128 6 10.9545 9.128 4.4 8.033 5 9.1284 7.303 3.8 6.935 4 7.3033 5.477 3 5.475 3 5.4772 3.651 1.8 3.285 2 3.651

1.2 2.191 1.2 2.1898 1.2 2.190

2836 rpm 2697 rpm 2483 rpmQ (rot) Q (real) Q (rot) Q (real) Q (rot) Q (real)

7 12.779 7.0 13.875 6.8 12.4156 10.954 6.2 11.319 6 10.954

5.4 9.859 5.2 9.493 5.4 9.8594.4 8.033 4.4 8.033 4.4 8.0333.6 6.572 3.4 6.207 3.6 6.5722.6 4.747 2.6 4.747 2.6 4.7471.8 3.286 1.8 3.286 1.8 3.2861.2 2.191 1.2 2.191 1.2 2.141

Hallando la ecuación de H de la bomba (Hb)

Aplicando bernulli en 1 y 2

P1γ

+V 12

2 xg+Z1+Hb=

P2γ

+V 22

2 xg+Z2+∑ HP 0 .. .. . .. .( I )

∑ H P . = 0 ; Q= V*A => V = Q/A

γ=1000kg /m3

g=9 .81m /s2 ; ΔZ=27cm=0.27m

d1 = 2 in = 0.0508 md2 = 1.5 in = 0.0381 mA1 = 0.002026 m2

A2 =0.00114 m2

Calculamos para la velocidad de rotación de 3120 rpm para el primer puntoY remplazando los valores (presión en pascales 1bar= 105 pas, caudal en m3/s )Nos queda la siguiente formula:

Hb=0 .000101936∗(Pd−Ps )+26806 .7423 (Q2

)+0.27

Hb=0 .000101936∗(1 .2∗105+0.215 )+26806 .7423(0 .0033472 )+0 .27Hb = 14.943

Calculamos la eficiencia de la bomba (ηb)

Tenemos :

ηb= poth/poteje ηm = poteje/potelec => poteje = ηm* potelec

Entonces:ηb= poth/ ηm* potelec ……………….. (II)

ηb= eficiencia de la bombaηm = eficiencia mecánica = 0.8poth = potencia hidráulica = γ *Q*H/102

poteje = potencia al ejepotelec = potencia eléctrica = V*I

Remplazando en II

ηb=γ∗Q∗H

102∗ηm∗V∗ICalculamos para la velocidad de rotación de 3120 rpm para el primer punto

ηb=1000∗0 .003347∗14 .943102∗0 .8∗190∗11.5

ηb = 28.051%

Para 3161 rpmQ (m/h) 14.23 11.867 10.954 9.128 7.303 5.477 3.651 2.191H(m) 13.952 15.85 17.847 19.81 21.7868 22.758 23.743 24.745

ηb(%) 29.032 27.14 28.44 28.697 26.49 22.204 16.814 11.135

Para 3120 rpmQ (m/h) 12.049 10.954 9.128 8.033 6.935 5.475 3.285 2.1998H(m) 14.943 16.828 17.771 19.771 19.737 20.663 21.678 22.697

ηb(%) 28.051 28.718 26.421 27.1 24.52 21.336 15.01 11.13

Para 2948 rpmQ (m/h) 12.779 11.684 10.954 9.128 7.303 5.477 3.651 2.190H(m) 12.33 13.804 14.789 16.752 17.1998 18.681 19.4615 20.157

ηb(%) 27.09 29.05 29.745 28.919 25.01 21.5 16.78 11.926Para 2836 rpm

Q (m/h) 12.779 10.954 9.859 8.033 6.572 4.747 3.286 2.1962.196H(m)

11.515 13.260 14.538 15.388 16.2613 17.136 17.418 17.813

ηb(%) 31.473 31.176 31.69 29.662 26.618 22.544 16.81 12.415

Para 2697 rpmQ (m/h) 13.875 11.319 9.493 8.033 6.207 4.747 3.286 2.1912.196H(m)

10.352 11.8499 13.198 14.165 14.621 15.097 15.583 15.978

ηb(%) 32.926 32.556 32.311 29.345 29.964 21.122 15.768 11.464

Para 2483 rpmQ (m/h) 12.415 10.954 9.859 8.033 6.572 4.747 3.286 2.191H(m) 8.948 10.10 10.97 11.616 12.592 13.364 13.442 13.735

ηb(%) 36.016 35.868 35.572 32.579 30.788 25.258 19.655 13.938

GRAFICAS Para 3161 rpm

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.000.0002.0004.0006.0008.000

10.00012.00014.00016.00018.00020.000

H VS Q

H VS Q

0.000 5.000 10.000 15.000 20.0000.000

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

35.000

EFICIENCIA VS Q

EFICIENCIA VS Q

PARA 3120 RPM

0.000 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 14.0000.000

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

H VS Q

H VS Q

0.0002.000

4.0006.000

8.000

10.000

12.000

14.0000.000

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

35.000

EFICIENCIA VS Q

EFICIENCIA VS Q

PARA 2948 RPM

0.000 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 14.0000.000

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

H VS Q

H VS Q

0.000 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 14.0000.000

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

35.000

Series2

PARA 2836 RPM

0.000 2.000 4.000 6.000 8.000 10.00012.00014.0000.0002.0004.0006.0008.000

10.00012.00014.00016.00018.00020.000

H VS Q

H VS Q

0.0002.000

4.0006.000

8.000

10.000

12.000

14.0000.000

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

35.000

EFICIENCIA VS Q

EFICIENCIA VS Q

PARA 2697 RPM

0.0002.000

4.0006.000

8.000

10.000

12.000

14.000

16.0000.000

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

14.000

16.000

18.000

H VS Q

H VS Q

0.0002.000

4.0006.000

8.000

10.000

12.000

14.000

16.0000.000

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

35.000

EFICIENCIA VS Q

EFICIENCIA VS Q

Para 2483 rpm

0.000 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 14.0000.000

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

14.000

16.000

H VS Q

H VS Q

0.0002.000

4.0006.000

8.000

10.000

12.000

14.0000.000

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

35.000

40.000

EFICIENCIA VS Q

EFICIENCIA VS Q

Diagrama de colinas Linea rosada de eficiencia de 20%

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Las graficas de las curvas características no son muy precisas debido al error de lectura que se comete al medir los parámetros y al redondeo que se hace en los cálculos

La máxima eficiencia de la bomba se da cuando la velocidad de rotación es 2483 rpm

La mayor eficiencia de la bomba no estará en la mayor velocidad de rotación puesto que para obtener mayor velocidad de rotación se necesitara mas voltaje y mas amperaje y eso influye inversamente en la eficiencia

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