bomba centrifuga

LABORATORIO DE TURBOMÁQUINASBOMBA CENTRÍFUGA

BOMBA CENTRÍFUGA

Para el día de la realización de la práctica se debe estudiar el contenido de este documento, además leer todo lo referente a Bombas centrífugas en el libro Mecánica de Fluidos y máquinas hidráulicas de Claudio Mataix y responder a las preguntas que se encuentran al final del presente texto.

Objetivos de la práctica

Conocer el funcionamiento y aplicación de las bombas centrífugas.

Construir las curvas características del funcionamiento de la bomba centrífuga.

Construir el diagrama de Sankey e identificar las pérdidas de potencia que se producen en el equipo.

Definiciones:

Las bombas centrífugas son máquinas hidráulicas que transforman trabajo mecánico en hidráulico. La energía mecánica que consumen es suministrada por un motor. Su función es hacer circular un fluido en contra de un gradiente de presión.

La estructura de las bombas centrífugas es análoga a la de las turbinas hidráulicas, salvo que el proceso energético es inverso; en las turbinas se aprovecha la altura de un salto hidráulico para generar una velocidad de rotación en la rueda, mientras que en las bombas centrífugas la velocidad comunicada por el rodete al líquido se transforma, en parte, en presión, lográndose así su desplazamiento y posterior elevación.

Ilustración 1 Esquema de una bomba centrifuga


La energía específica (es decir, la energía por unidad de volumen, masa o peso de fluido) que una bomba dada es capaz de transmitir al fluido depende del caudal circulante, el cual puede variar entre 0 y un cierto caudal máximo. También la energía consumida por la bomba (la que absorbe del motor de accionamiento) y el rendimiento (relación entre la energía entregada al fluido y la energía consumida) son función del caudal en circulación.

La representación gráfica de la energía específica, la potencia consumida y el rendimiento de la bomba en función del caudal se denominan curvas características de la bomba.

Estas curvas constituyen la información básica necesaria parapredecir las magnitudes de operación de la bomba en un circuito dado, y por lotanto suelen ser aportadas por los fabricantes en sus catálogos.

Partes principales:

Tubería de alimentación: Como su nombre lo indica, es la tubería por la que ingresa el agua hacia la bomba. El líquido penetra axialmente por la tubería hasta el centro del rodete, que es accionado por un motor, experimentando un cambio de dirección de axial a radial.

El impulsor o rodete:

Está formado por una serie de álabes que giran dentro de una carcasa circular. El rodete va unido solidariamente al eje y es la parte móvil de la bomba.Los álabes del rodete someten a las partículas de líquido a un movimiento de rotación muy rápido, siendo proyectadas hacia el exterior por la fuerza centrífuga, de forma queabandonan el rodete hacia la voluta a gran velocidad, aumentando su presión en el impulsorsegún la distancia al eje.

Voluta o carcaza:Está dispuesta en forma de caracol, de tal manera que la separación entre ella y el rodete es mínima en la parte superior; la separación va aumentando hasta que las partículas líquidas se encuentran frente a la abertura de impulsión.


Esquema del equipo

Ilustración 2 Equipo del laboratorio

1) Válvula de drenaje rápido.

2) Tubería de succión.

3) Bomba

4) Tubería descarga.

5) Válvula de compuerta.

6) Manómetro de mercurio.

7) Manómetro diferencial de agua.

8) Medidor de presión succión

9) Medidor de presión descarga

10) Tubo Venturi.

11) Multímetro digital

12) Tanque de medición volumétrica.

13) Tanque deposito principal

14) Motor eléctrico

15) Variador de frecuencia

16) Brazo par-motorDATOS DEL EQUIPO


Tabla 1 Datos técnicos del equipo

Radio del rodete r 0,0665 [m].Ángulo de salida del rodete β 18°Radio del brazo 1 [pie]Potencia 2 [HP]Velocidad en el eje 400 a 2800 [RPM]

La lectura del régimen de velocidades, los valores de altura en el tanque de medida se registran con los instrumentos que se indican a continuación:

· Altura de agua en el tanque de medida

· Caudal: Se mide en función de la altura en el tanque de medida y el tiempo transcurrido para que se alcance la altura anterior mediante un cronómetro.

· Presión: Se obtiene mediante el manómetro de mercurio y el manómetro de agua.

· Velocidad angular: El número de revoluciones se determinan mediante un tacómetro.

· Torque: Se obtiene mediante el peso necesario para equilibrar el motor.

DETALLE DE CÁLCULOS PARA EL INFORME

RENDIMIENTO APROXIMADO DE LA BOMBA CENTRÍFUGA

Potencia eléctrica en [H.P].

N E=¿∆ V∗ I[W ] ¿

NE=¿∆V∗I

746[H . P.]¿

Donde:

NE: Potencia eléctrica en [H.P].

∆V : Diferencia de voltaje [V].

I: Intensidad de corriente [A].

Potencia mecánica / Potencia transmitida a la bomba


N P=¿T∗n¿

NP=¿ 2∗π∗W∗r∗n

33000[B.H. P.] ¿

Donde:

NP: Potencia mecánica [B.H.P].

T: Torque [lb pie]

n : Velocidad en el eje de la Bomba [RPM].

W : Carga aplicada al brazo del par-motor [lb].

r: Radio del brazo del par – motor [pie].

Potencia hidráulica de salida o potencia útil

Nw=¿

62.4 (Hd−H s )∗Q33000

¿

Donde:

Nw: Potencia hidráulica de salida [H.P].

62.4: Peso específico del agua [lb /pie3].

Hs: Presión hidrostática de entrada a la bomba [pie H2O].

Hd: Presión hidrostática de salida a la bomba [pie H2O].

Q: Flujo de la Bomba [pie3 / min].

Rendimiento aproximado de la bomba

ȠP=N w

N P∗100 [% ]

Rendimiento Mecánico.

Ƞm=NP

NE∗100 [% ]

Rendimiento del conjunto.


Ƞc=N w

NE∗100 [% ]

Diferencia de altura en los manómetros [pulg]

HT=H 1−H2

H1, H2: Alturas en los manómetros [pulg]

Diferencia de altura manométrica ideal [Psi].

H ideal=u (u− Q

Arod∗tanβ )g

β: Ángulo de salida del rodete [grados sexagesimales].

u: Velocidad del rodete [m/s]

Arod: Área del rodete [m2]

u=π∗n∗drod60

Arod=π (r rod)2

rrod: Radio del rodete [m]

Cálculo del Coeficiente de descarga

Área nominal del tubo Venturi [pulg2].a1=¿

π∗d12

4¿

Donde:

a1: Área nominal del tubo Venturi [pulg2].

d1: Diámetro nominal del tubo Venturi [1.5 pulg].


Área de garganta del tubo Venturi [pulg2].a2=¿

π∗d22

4¿

a2: Área de garganta del tubo Venturi [pulg2].

d2: Diámetro de la garganta del tubo Venturi [1.28 pulg].

Caudal [pulg3 / s].

Q=Vt

Donde:

Q: Caudal [pulg3 / s].

V : Volumen [pulg3/s]

t : Tiempo [s]

Caudal ideal

Qideal=Cd

a1¿a2√a12−a22

√2∗g∗H

Qideal: Caudal ideal en [pulg3 / s].

g : Aceleración de la gravedad 32.174 [pie / s2].

H : Diferencia de alturas manómetro diferencial de agua [pulg H2O]

Coeficiente de descarga

Cd=QQideal

Cd: Coeficiente de descarga


Procedimiento de la práctica

1. Llenar el tanque inferior, procurando que la válvula de desagüe esté cerrada.2. Cebar la bomba retirando el tapón de la parte superior del tubo de descarga,

posteriormente poner el tapón.3. Energizar el sistema.4. La válvula de compuerta debe estar abierta. 5. Accionar el motor con el variador de frecuencia, llevando hacia arriba la palanca. 6. Tomar medidas de diferencia de altura en los manómetros.7. Tomar medidas de altura en los manómetros de tubos de Bourdon.8. Cuantificar el caudal, tomando el tiempo que toma llenar el volumen del tanque para determinado nivel procurando que la válvula de descarga esté cerrada.9. Tomar medidas del torque del motor equilibrándolo con las masas de peso conocido y la

velocidad a la que gira con el tacómetro digital.10. Repetir pasos 6 7 8 y 9 para la misma velocidad del motor. Variando la apertura de la

válvula 5 veces.11. Variar la velocidad del motor 3 veces y repetir los pasos 6 7 8 9 y 10. 12. Invertir el sentido de giro con el variador de frecuencia y repetir los pasos 6 7 8 9 y 10.13. Presione el botón apagar.14. Drene el tanque y limpie el espacio ocupado por el equipo.

Procedimiento para la construcción del diagrama Sankey1. Determinar la potencia eléctrica del motor

2. Determinar la potencia mecánica generada en el motor

3. Determinar la potencia hidráulica de la bomba

4. Comparar los valores obtenidos en cada caso y establecer las pérdidas de energía que sufre el sistema.

PREPARACIÓN DEL INFORME

Cuadros de datos y resultados

#

Diferencia de Alturas CaudalesCdManómetro de Agua Nivel Volumen Tiempo Caudal real Caudal ideal

H1 H2 HT HT h V t Q Qipulg H2O

pulg H2O

pulg H2O

psi pulg pulg3 s pulg3/s pulg3/s -


12

#

Peso Velocidad Manómetro de Mercurio Altura Volumen Tiempo Caudal Altura ideal

W HT HT HT h V t Q u Hideal Hideal

g RPM pulg Hg psi kPa pulg Pulg3 s Pulg3/s m/s pulg Hg psi

12

1. Construir la curva H vs Q y compararla con la curva H vs Q ideal del Tubo Venturi.

2. Analizar el diagrama H vs Q y Hideal vs Q con la marcha de la bomba a una velocidad determinada.

3. Analizar el rendimiento de la bomba en función del caudal.

4. Explicar el motivo de que en la gráfica salto / velocidad al cuadrado como ordenadas y caudal / velocidad como abscisas porque todos los puntos caen en la misma línea.

5. Realizar el diagrama Sankey del proceso.

6. Conclusiones.

7. Recomendaciones.

8. Bibliografía.

Preguntas

1. ¿Cómo varía la curva característica de la bomba centrífuga con el diámetro del rotor?

2. ¿Qué es un rodete abierto, y un rodete cerrado?

3. ¿Qué ventaja presenta la bomba centrífuga sobre las volumétricas?

4. ¿Por qué es tan importante el NPSH?

5. ¿Cómo evita la cavitación en una bomba? Cuál es la parte del rodete de la bomba para la

cavitación.

6. ¿Cómo evita los golpes de ariete?

7. Mencione 3 formas de controlar el caudal de una bomba. Descríbalas.

8. Describa qué es la colina de rendimientos.

Bibliografía

JÁCOME, V; Laboratorio de Fluidos Guías de Ensayos: Escuela Politécnica Nacional.


ENRIQUEZ D., SIMBAÑA J., Tesis: “Diseño e implementación de un sistema Scada, para el equipo de ensayo con bomba centrífuga del Laboratorio de fluidos de la facultad de Ingeniería Mecánica de la Escuela Politécnica Nacional” , EPN, 2011

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