UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

Facultad de Ingeniera Mecnica

BOMBA CENTRIFUGACurso :LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA III

Alumnos:Bailn Lpez, Eider Omar Chamorro Atalaya, Percy

Salazar Martinez, Nilton

Alvarez Lizano, Enrique

Bonilla Valencia, Edwin

Armas Olivera, Alvaro

Aldoradin Valdez, Eric

Seccin :C

2005-IIndice

I.Introduccin

II.Objetivo de la experiencia

III.Fundamento Terico

Clasificacin de las Bombas

Ecuacin de Elevacin

Perdidas en las bombas

Regulacin por estrangulamiento

Combinacin de Bombas

NSPH

Cavitacin

Presin de Vapor

Curvas de friccin de sistemas de tuberas

Curvas caractersticas de las bombas

Relaciones matemticas: cargas, Capacidad, eficiencia y Potencia

Curvas y cartas de clasificacin

IV.Procedimiento y Equipos

V.Datos experimentales

VI.Clculos y resultados

VIICurvas

VIII.Conclusiones

IX.BibliografaI. IntroduccinLas bombas son aparatos destinados a desplazar lquidos y gases. En amplio sentido se puede decir que: el objeto de una bomba es transportar un fluido, lquido o gas de un punto de baja presin a otro en la cual la presin es ms elevada.Su campo de aplicacin se restringe, por el contrario, cuando son necesarios grandes saltos de presin con bajos caudales.

Su principio de funcionamiento se basa en que la manera ms econmica de transportar fluidos; es mediante tuberas, intercaladas entre estas las bombas que proporcionan la energa necesaria para su desplazamiento, aspirando por un lado e impulsando por el otro.

II. ObjetivoLos objetivos del presente laboratorio son:

Diferenciar los principios fundamentales de las turbomquinas, en nuestro caso Bombas.

Analizar y verificar las curvas y resultados obtenidos con los tericos.

III. Fundamento TericoLa Bomba es una mquina que absorbe energa mecnica y restituye al lquido que le atraviesa energa hidrulica.

Clasificacin De Las Bombas:

a. Segn la direccin del flujo: bombas de flujo radial, axial y de flujo mixto.b. Segn la posicin del eje: bombas de eje horizontal, eje vertical y de eje inclinado.c. Segn la presin engendrada: bombas de baja presin, media y alta presin.d. Segn el nmero de flujos en la bomba: simple aspiracin, doble aspiracin y de dos flujo.e. Segn el nmero de rodetes: de uno o varios escalonamientos.

Bomba de una solo succin

Diversos tipos de impulsores de bomba

Bomba centrfuga de cuatro etapas

Clasificacin De Las Bombas Por El Nmero Especfico De Revoluciones:

La clasificacin ms precisa de las bombas rotodinmicas es una clasificacin numrica, asignando a toda la familia de bombas geomtricamente semejantes un nmero a saber, el NUMERO ESPECIFICO DE REVOLUCIONES.

Funcionamiento De La Bomba

Ecuacin De Elevacin (Ecuacin De Euler):Se define como el incremento de energa til adquirido por unidad de peso del fluido a su paso por la bomba o tambin como la altura de una columna de lquido a elevar. Para la determinacin de la altura de elevacin debe prescindirse de las prdidas en las tuberas de aspiracin y descargas ya que stas prdidas no dependen de la bomba.

Esta ecuacin es vlida tanto para lquidos y gases puesto que el volumen no aparece en ella; tambin indiferente del rodete.

Tambin; si no consideramos la viscosidad, la altura de elevacin generada para una bomba determinada a cierta velocidad y capacidad permanece constante para cualquier fluido, de all que es familiar hablar en metros de lquido (agua).

Altura Efectiva De Una Bomba

Viene a ser la altura que imparte el rodete o la altura terica (Hu) menos las prdidas en el interior de la bomba.

Tambin la altura efectiva comunicada por la bomba al fluido:

Donde: Zs Ze = altura geodsica.

s = peso especfico.

Perdidas En Las BombasClasificacin:

1. Perdidas Internas:

a. Prdidas volumtricas: Originadas por fugas del lquido al exterior o fuera del rodete.b. Prdidas hidrulicas: Las que pueden ser: Por friccin en el rotor, que se elevan con la velocidad.

Por choque, en el punto de diseo es cero para luego incrementarse en forma parablica.

2. Perdidas Externas:

Pueden ser:

- Prdidas en cojinetes.

- Rozamiento en empaquetaduras.

- Reguladores y otros.

Las prdidas especficas son absorbidas por el motor.

Efecto de las Prdidas

Regulacin Por Estrangulamiento:En este caso la velocidad de rotacin (rpm) permanece constante, la regulacin se hace mediante una vlvula de estrangulamiento. Resultando el costo de instalacin bajo pero el costo de operacin es alto debido a las fuertes prdidas en el elemento de regulacin. Luego en la ecuacin.

, recipiente abiertos

, velocidades de nivel aproximadamente iguales

Por tanto:

Combinacin De Bombas

1. Bombas En Serie:

Es necesario alcanzar una mayor altura con igual caudal.

, (Terico)

Curva caractersticas de bombas que operan en serie

2. Bombas En Paralelo:

Se hace necesario un mayor caudal a igual altura.

, (Terico)

Curva caractersticas de bombas que operan en paralelo

NSPHEl NPSH o cantidad de energa disponible en la boquilla de succin de la bomba es la presin atmosfrica menos la suma de la elevacin de la succin y la presin de vapor de agua (punto de ebullicin).

NPSH para una bomba radial

NPSH para una bomba axial

NSPH Disponible:

Es una caracterstica del sistema en el que trabaja la bomba centrfuga, representa la diferencia entre la carga de succin absoluta existente y la presin de vapor a la temperatura dominante.

NSPH Requerida:

Es una funcin del diseo de la bomba, representa el margen mnimo requerido entre la carga de succin y la presin de vapor a una capacidad determinada, en este caso intervienen muchos factores, rea de succin del impulsor, forma y nmero de labes, forma de los conductos de succin, etc.

Existe una marcada tendencia a indicar la limitacin de la capacidad succin en todas las bombas centrfugas en forma de NSPH capacidad.

Si el lquido va a estar caliente o a una presin que corresponda a su presin de vapor o esta cerca de ella, la bomba debe instalarse con carga en la succin y se tiene que indicar el sumergimiento disponible. Para lquidos que no sean agua, es necesaria la informacin de la temperatura de bombeo y presin de vapor.CavitacinFenmeno de mquinas que trabajan con lquidos.

En caso de gases se presentan ondas de choque, los ventiladores sufren leves efectos de choque que hacen vibrar el motor.

En los compresores los choques son ms fuertes, esas ondas incrementan los golpes de ariete.

La cavitacin en las bombas (y en turbinas) produce dos efectos perjudiciales: disminucin del rendimiento y erosin; la cavitacin en las bombas est ntimamente relacionados.

a. Con el tipo de bomba: En general el peligro de cavitacin es tanto mayor cuanto mayor es el nmero especfico de revoluciones.

b. Con la instalacin de la bomba: La altura de succin de la bomba debe ser escogida cuidadosamente.

c. Con las condiciones de servicio: El caudal de la bomba nunca debe exceder el mximo permisible para evitar cavitacin.

Presin De Vapor:Es la presin a una determinada temperatura a la que si se agrega calor, el lquido se vaporiza o viceversa, cuando se quita calor se condensa.

Cuando la presin es baja la temperatura de saturacin es tambin baja, si nosotros obtenemos en una bomba una baja precisin producto de una alta depresin podemos alcanzar la presin de saturacin a la temperatura de bombeo del fluido; por la que el agua se evapora y ocurre la cavitacin.

Las condiciones de cavitacin se incrementan cuando:

La temperatura de bombeo crece.

La presin atmosfrica es baja.

En los sistemas de refrigeracin se bombean aguas fras y el peligro de cavitacin se aleja.

La ubicacin de las zonas donde puede producirse la cavitacin para las bombas (partes internas), es en la parte cncava.

Es preferible evitar la cavitacin que contrarresta sus perturbaciones eligiendo un material adecuado, por lo que resalta la gran influencia del acabado de las superficies (pulidas son excelentes), por lo que incluso hay que evitar las seales de las herramientas de mecanizacin.

Curvas De Friccin De Sistemas De TuberasPor conceptos bsicos de prdidas secundarias en ductos:

; con:

; con:

Luego afirmamos que la prdida por friccin de un sistema de tuberas, vlvulas y accesorios vara como una funcin cuadrtica de la capacidad de flujo a travs del sistema.

La bomba se disea con un exceso de carga ya que no se conoce con precisin el envejecimiento del circuito de tuberas.

Podemos comprobar que la altura de elevacin como aquella contra la cual debe operar la bomba:

Carga esttica.

Diferencia de presin que existe en el lquido.

Carga de friccin.

Prdida en la entrada y salida.

Elevacin correspondiente a la velocidad.

Curvas Caractersticas De Las Bombas

A diferencia de las bombas de desplazamiento positivo, una bomba centrfuga que opera a velocidad constante puede descargar cualquier velocidad desde un cero a un valor mximo, que depende del tamao de la bomba, diseo y condiciones de succin. La carga total generada por la bomba, la potencia requerida para moverla y la eficiencia resultante varia con la capacidad. Las interrelaciones de capacidad, carga, potencia, eficiencia, se denomina caracterstica de la bomba.

Curva caracterstica de bomba y curva de demanda

Es posible para problemas especiales trazar cualquiera de los tres en funcin de otro componente. Cuando se usan impulsores a velocidad variable se incluyen un quinto componente, la velocidad de operacin de la bomba, cuando las condiciones de succin pueden ser crticas la curva lmite de elevacin de succin capacidad o la curva de requerimiento NPSH es necesaria.

Con frecuencia se clasifican las bombas basndose en las formas de sus curvas carga capacidad potencia al freno capacidad, las primeras son conocidas, es por eso que detallaremos solo las segundas.

Curva Sin Sobrecarga

Cuando el BHP crece se aplana y luego disminuye al aumentar la capacidad ms all de la eficiencia mxima.

Curva Con Sobrecarga

Cuando las curvas BHP, en vez de caer despus de la eficiencia mxima, esta sigue creciendo. Es muy fundamental tener presente esto ya que contribuye a darnos una idea en donde se podra aplicar cada tipo de bomba especfico.

Caracterstica Tipo De Bomba

Viene a ser la caracterstica cuando la condicin de operacin es a velocidad de diseo, capacidad de carga, eficiencia y energa recibida a las que las curvas de eficiencia tienen alcance mximo. Se toma como 100%.

Relaciones Matemticas De Carga, Capacidad, Eficiencia Y Potencia

Potencia til De La Bomba: Es el peso de lquido bombeado en un periodo de tiempo, multiplicado por la carga desarrollada por la bomba.

Potencia Requerida Para Mover La Bomba: Es la potencia al eje:

Relaciones Caractersticas Entre Dos O Mas Bombas Que Tengan Diferente Dimetro

Donde: 1 : 1ra bomba

2 : 2da bomba

Curvas Y Cartas De Clasificacin

Una curva de clasificacin para una bomba centrfuga de diseo especfico, muestra en forma condensada las variaciones posibles de aplicacin de la bomba ya sea para una variacin de su velocidad o el dimetro del impulsor.

Para las bombas que se construyen a la orden de un modelo y dimetro del impulsor seleccionado individualmente para la condicin de servicio que prevalezca se usa la curva de isoeficiencia. Por figuras en las curvas de puntos similares (relacin Q/Q1= H/H1), tambin para usarlo con propiedad estas grficas, se deben mostrar los lmites de elevacin de succin al nivel del mar o la NPSH requerida.

Ejm: Si la limitacin de succin para cualquier punto de carga capacidad de una bomba es conocida, es cuestin sencilla determinar la NPSH requerida en un punto, puesto que es la presin atmosfrica menos la presin de vapor menos la elevacin de succin.

Si:Presin atmosfrica es = 10.34 m y

Presin de vapor = 0.18 m, entonces:

10.34 0.18 = 10.16, as 10.16 menos la elevacin de succin lmite indicada da el NPSH requerida igualmente 10.16 menos el NPSH requerida da la elevacin de succin permitida al nivel del mar.

Bomba de flujo radial y curvas de desempeo para cuatro impulsores distintos con N = 2900 rpm (w = 304 rad/s). El lquido bombeado es agua a 20C

Bomba de flujo axial y curvas de desempeo para cuatro ngulos de labe distintos con N = 880 rpm (w = 92.2 rad/s). El dimetro del impulsor es de 500 mm. El lquido bombeado es agua a 20C

IV. Procedimiento y Equipo

En esta experiencia los equipos e instrumentos utilizados fueron los siguientes:

Banco de tuberas

Instalacin de bombas centrfugas

Vlvulas de compuerta

Manmetro

Bombas centrfugas 1HP / 1800 RPM

Cronmetro

Regla metlica

Ampermetro de pinza

Procedimientos seguidos en el laboratorio:

Se analiz el funcionamiento de las bombas con el objetivo de de determinar sus parmetros, como por ejemplo: altura til, potencia, eficiencia, etc. Se utilizaron 2 bombas centrifugas de 1 HP cada una, hacindolas funcionar individualmente y luego en conjunto y conectadas en un primer caso en serie y luego en paralelo. Se siguieron los siguientes pasos:

1.- Se verific, el estado de todas las llaves antes del encendido de la(s) bomba(s), cerrando o abrindolas segn se necesitaba en cada caso.

2.- Se tom la lectura de presin en el manmetro con una lectura inicial para flujo cero, es decir, con la llave principal cerrada totalmente.

3.- Se vara la abertura de la llave principal y se toma las medidas de presin, de caudal y de amperaje, para cada abertura, siendo seis (6) las aberturas utilizadas, es decir 6 puntos de operacin.

4.- Se cambia el estado de cada llave (abierta cerrada) segn se necesite obtener un funcionamiento de bomba individual, bombas en serie, o en paralelo.

V. Datos ExperimentalesVoltaje: 220 V

Factor de potencia: 0.83 (Consideracin)

Peso especfico del agua: 1000 Kg/m3Volumen usado para hallar caudal: 10Litros

Bomba A

ptosPs(psi)I(a)/5t(s)h(cm)

11016.59.3470

2121610.263

3161013.0366

4209.714.6168

52413.519.0767

62711.528.0767

73052

Bomba B

ptos Ps(psi)I(a)/5t(s)h(cm)

1723.914.7266

21223.516.665.5

31722.819.3367

42222.223.3663

52820.529.3865

63220.169.465

7362063.5

Bombas A y B (serie)

ptos Ps(psi)I(a)/5t(s)h(cm)

174012.5968.5

2203913.3568

33034.515.1765

44036.519.2164.5

55032.826.1964

66029.356.6264

7643263

Bombas A y B (paralelo)

ptos Ps(psi)I(a)/5t(s)h(cm)

11339.16.7266

21537.86.7266

31837.97.8868

42236.39.7466

52833.127.8163

63032.529.6764.5

73431.565

V. Clculos y ResultadosConceptos bsicos para el clculo a efectuar

Perdida en tuberas

Perdidas primarias (ecuacin de collebrook)

Hp =8xfxLxQ2/ 2xD5g (1)

De donde:

f : coeficiente de friccin de la tubera

L: longitud de la tubera [m]

Q: caudal [m3/s]

D: dimetro de la tubera[m]

Para el clculo del coeficiente de friccin se tiene que:

Re = 4xQ / x xD (2)

Donde:

Re: numero de reynols

: viscosidad dinmica

Esto es con el nmero de reynolds y el cociente e/d para tubera de cobre se obtiene del diagrama de moody el coeficiente de friccin.

Modelo de clculo Se tiene para la bomba A:

pts Ps (psi)I (amp) / 5T (s)H (cm)

11016.59.3470

2121610.263

3161013.0366

4209.714.6168

52413.519.0767

62711.528.0767

73052

Con L = 1.605m y D = 0.0254m1

Adems:

V = 10Lts (dato de la experiencia)

Se tiene:

Q = V / t

Tambin:

v = Q / A = 4xQ / xD2Evaluando en (2) se tiene:

Para una tubera de cobre e /d = 0.0015 / 0.00254 = 0.0006

Del diagrama de moody:

Con = 1.007x10-6 para el agua

Se resume:

ptsQ(caudal)v (velocidad)# Reynols

10.001070662.1117629453296.5429

20.000980391.9337123448802.9129

30.000767461.5137272438203.3547

40.000684461.3500250434071.8488

50.000524381.0342876726103.2885

60.000356250.7026671117733.8693

Evaluando en (1):ptosCoef.FriccHp[m]

10.0230.3307171

20.0240.28935743

30.0260.19209254

40.0310.18217278

50.0330.11382347

60.0350.05571902

Perdidas secundarias (en accesorios)Se hallan sumando las perdidas en cada uno de los accesorios de la instalacin; para dicha instalacin se tiene:

AccesorioK

vlvula de compuerta abierta 0.18

codo atornillado estndar0.69

T estndar (flujo recto)0.46

T estndar (flujo cruzado)1.38

Luego para la experiencia hecha en el laboratorio se tiene:

Hs = 8xKequiQ2 / 2xD2g

Para el punto 1

Hs = 8*(2x0.18 + 2x0.69 + 2x0.46)x(0.001070662)/ 2x(0.02542)x9.81 =0.00039m

Finalmente se halla la altura equivalente en metros de agua:

Se tiene en el pto #1 p1=10psi

Utilizando la equivalencia (conversin a metros de agua) se obtiene:

H1 = 10x0.070377mH2O = 0.70377 mH2O

Por tanto las perdidas totales sern:

Htotal = H1 + Hs + Hp = 0.70377+0.00039+0.33+0.7 =1.73416m

De igual forma para los otros puntos de la bomba A:

Q(caudal)Hs HHtotal

0.001070660.000393350.71.03111044

0.000980390.000329810.841.12968725

0.000767460.000202111.121.31229465

0.000684460.000160761.41.58233354

0.000524389.4355E-051.681.79391783

0.000356254.3549E-051.891.94576257

Calculo de la eficiencia de la bomba:

Se sabe que:

n = [potencia hidrulica / potencia elctrica]

Potencia hidrulica = xQxH.. (3)Potencia elctrica = 3xVxIxcos (4)Entonces:

n = xQxH / VxIxcos

Se resume en:

P elctricaP hidrulicaeficiencia

754.3810.8299330214.3560712

731.5210.8649093314.8525117

457.29.87998112421.6097575

443.48410.6246617623.9572606

617.229.22821432814.9512562

525.786.80007533912.9333093

De igual forma se realizan los clculos para:

Bomba B: ptscoef.FriccreynoldsHp Hs HHtotalQ

10.02533811.14130.144727160.000157380.4926391.297523540.00067935

20.025529981.92770.116077930.000123750.8445241.615725680.00060241

30.02625747.54270.087284139.1262E-051.1964091.953784390.00051733

40.02721305.65070.062064576.249E-051.5482942.240421060.00042808

50.02916940.09530.042142483.9505E-051.9705562.662737980.00034037

60.037171.469740.007813187.08E-062.2520642.909884260.00014409

P elctricaP hidrulican

1075.58.6472186838.04018474

1057.59.5483547679.02917708

10269.9154810679.66421157

9999.4086175459.41803558

922.58.8908984399.63783029

904.54.1132513864.54754161

BOMBA A

Bomba B

Para A y B en serie:

ptscoef.FriccreynoldsHp Hs HHtotalQ

10.02439531.37410.189926440.000215130.4926391.367780570.00079428

20.024537280.89890.17243650.000191331.407542.260167840.00074906

30.02532808.1740.136268190.000148182.111312.897726370.0006592

40.025825908.38110.087698199.2406E-052.815083.54787060.00052056

50.029219003.43640.053399544.9715E-053.518854.212299250.00038183

60.038790.180150.011738351.0637E-054.222624.874368990.00017662

P elctricaP hidrulican

180010.657607185.92089288

175516.608424339.46348965

1552.518.7387578912.07005339

1642.518.1179648911.03072444

147615.7780281310.68972096

1318.58.4453478976.40526955

Bomba A yB en Serie

Para A y B en paralelo:ptscoef.FriccreynoldsHp Hs HHtotalQ

10.021574062.50.597207930.000755120.9149012.172864050.0014881

20.02274062.50.611096490.000755121.0556552.327506610.0014881

30.02363159.89850.464623380.000549161.2667862.411958540.00126904

40.02551098.56260.330558060.000359451.5482942.539211510.00102669

50.025517896.44010.041358414.4091E-051.9705562.64195850.00035958

60.02616774.51970.037047933.8736E-052.111312.793396660.00033704

P elctricaP hidrulican

1759.531.7199350818.02781192

170133.9774402619.97497957

1705.530.0270473117.60600839

1633.525.5746046115.65632361

1489.59.3195299966.25681772

1462.59.2360031236.31521581

BOMBA A Y B EN PARALELO

VIII. Conclusiones Se comprueba experimentalmente que cuando dos bombas trabajan en serie, la curva caracterstica del sistema es igual a la suma de las alturas para un mismo caudal de las curvas caractersticas de cada una de las bombas.

Igualmente se comprueba experimentalmente que cuando dos bombas trabajan en paralelo, la curva caracterstica del sistema se obtiene a partir de la suma de los caudales para una misma altura de las curvas caractersticas de cada una de las bombas.

La eficiencia total de las bombas, y de los sistemas en serie y en paralelo es muy baja. Esta baja eficiencia de las bombas puede atribuirse a un aumento de prdidas internas en las bombas por envejecimiento.

Adems, el valor de la potencia til en las tablas es menor a la real ya que dicha potencia es obtenida a partir del caudal y la altura y estos parmetros se ven afectados por la condicin de las tuberas.

En efecto, el caudal medido es menor al real debido a que existen fugas de agua en las tuberas. Adems las prdidas primarias y secundarias son mayores a las obtenidas debido al envejecimiento de las tuberas (por lo que la altura total real es mayor)

Solo Bomba A

Solo Bomba B

Bombas A y B en Serie

Bombas A y B en Paralelo

_1100198073.unknown

_1100198615.unknown

_1100251521.unknown

_1100251554.unknown

_1100270726.unknown

_1100251545.unknown

_1100198670.unknown

_1100251120.unknown

_1100198817.unknown

_1100198647.unknown

_1100198257.unknown

_1100198595.unknown

_1100198126.unknown

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