UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA – ENERGÍA

LABORATORIO DE INGENIERÍA TÉRMICA HIDRAÚLICA EXPERIMENTAL

PROFESOR:

Ing. Hernán Pinto Espinoza

INTEGRANTES:

LÓPEZ BALCAZAR, María Georgina.

PEZO ALTAMIRANO, Yolanda.

SOLÍS PILLACA, Rocío Del Pilar. 054244 F

VARGAS NEYRA, Renzo Wladimir. 052836 C

GRUPO DE LABORATORIO:

Jueves 18:00 – 19:40 p.m.

En muchas situaciones industriales es común encontrarse

con una bomba centrifuga por eso la importancia del ensayo

elemental de una bomba centrifuga,.

La bomba centrífuga, lo mismo que cualquier otra bomba,

sirve para producir una ganancia en carga estática en un

fluido. Imprime pues, una energía a un fluido procedente de

una energía mecánica que se ha puesto en su eje por medio

de un motor.

La bomba centrífuga es una turbo máquina de tipo radial

con un flujo de dentro hacia fuera, presentado por lo general

un área de paso relativamente reducida en relación con el

diámetro del motor o impulsor, con objeto de obligar al

fluido a hacer un recorrido radial largo y aumentar la acción

centrífuga lo que justifica su nombre, a fin de incrementar la

carga estática. Las partes esenciales de la bomba centrífuga

son el rotor o impulsor provisto de alabes y la caja o carcaza

en que esta alojado el mismo, la cual forma un todo con la

voluta o difusor. Son las bombas de mayor uso a nivel

industrial por las ventajas que ofrece, como es el bajo costo

de adquisición, de fácil diseño y sencilla operación y

mantenimiento.

El ensayo elemental de una bomba es aquel que

manteniéndose constante un número de revoluciones (N), se

varía el caudal Q y se obtiene experimentalmente las curvas

características.

OBJETIVO GENERAL

Analizar el comportamiento de las curvas características de una bomba con la variación del caudal.

OBJETIVOS PARTICULARES

Establecer relación entre la altura de la bomba y el caudal.

Establecer la relación entre la potencia de una bomba

Determinar las curvas características de una bomba.

Graficar la curva de isoeficicencia de la bomba a diferentes RPM.

Determinar la curva del sistema de un abomba centrífuga.

P Presión (bar)

H Altura (m)

Q Caudal (m3/h)

Peso Específico (KN/m)

m Masa (Kg) s Tiempo en segundos

m Masa (Kg)

La bomba centrífuga, lo mismo que cualquier otra bomba, sirve para producir una ganancia en carga estática en un fluido. Imprime pues, una energía a un fluido procedente de una energía mecánica que se ha puesto en su eje por medio de un motor.La bomba centrífuga es una turbo máquina de tipo radial con un flujo de dentro hacia fuera, presentado por lo general un área de paso relativamente reducida en relación con el diámetro del motor o impulsor, con objeto de obligar al fluido a hacer un recorrido radial largo y aumentar la acción centrífuga lo que justifica su nombre, a fin de incrementar la carga estática. Las partes esenciales de la bomba centrífuga son el rotor o impulsor provisto de alabes y la caja o carcaza en que esta alojado el mismo, la cual forma un todo con la voluta o difusor. Son las bombas de mayor uso a nivel industrial por las ventajas que ofrece, como es el bajo costo de adquisición, de fácil diseño y sencilla operación y mantenimiento.

Una bomba consta de dos partes principales: un impulsor, que produce un movimiento rotatorio en el liquido, y la caja o cuerpo, que dirige el liquido hacia el impulsor y lo transporta a través del sistema de alta presión, el impulsor va montado en una flecha y con frecuencia es propulsado por un motor eléctrico. La caja incluye las toberas de succión y descarga.

La bomba centrifuga es impulsada por un motor (eléctrico o térmico), y transfiere energía al agua incrementando su presión y velocidad para trasladarla de un lugar a otro.Las bombas centrífugas incrementan la energía del líquido que pasa por sus álabes debido a la fuerza centrífuga que producen al girar a altas velocidades.Entre las ventajas que ofrecen esta es el bajo costo gran versatilidad, fácil, diseño, operación y mantenimiento.

BombeoSe define como adición de energía a un fluido líquido para moverlo

de un punto a otro.

La Bomba Centrífuga La bomba Centrífuga es una máquina hidráulica que absorbe energía mecánica que puede provenir de un motor eléctrico o térmico.

Elementos de la Bomba centrífuga:

o El elemento rotatorio, que consta del eje y el impulsor.o El elemento estacionario, que consta de una carcasa, la prensa,

estopas y los cojinetes.

Curvas Características Las curvas características de una bomba centrífuga son construidas por el fabricante, lo que nos permite seleccionarlas de acuerdo a las condiciones de trabajo a las que van a estar sometidas. son tres las curvas características de una bomba centrífuga.

o H-V: Altura de la Bomba Vs Caudal.o P-V: Potencia Hidráulica Vs Caudal.o n-V: Eficiencia Vs Cauda

Altura Útil de la Bomba: La altura útil o la altura efectiva Hu que da la bomba, es la altura que imparte el rodete (altura teórica) menos las perdidas en el interior de la bomba.

Punto de operación de la bomba: Es el punto en el cual se interceptan, la altura de la bomba con la curva de la altura del sistema.

Altura de montaje (Hm) Es la distancia vertical del nivel de suministro de líquido, al eje central de la bomba.

ZeZsg

VeVsPePsHB

)

2()(

22

En términos de pérdidas de cargas asumimos que es cero.

Ps y Pe: Son las pérdidas estáticas de succión y de descarga medidos con el vacuometro y manómetro respectivamente y descarga.

Vs y Ve: Son las velocidades del agua en la succión y descarga.

Zs y Ze: Las alturas geodesias.

G: Aceleración de la gravedad

Diámetro de succión: 2”Diámetro de descarga: 1 ½”

BOMBA

H m

Cavitación Al diseñar una bomba, para carga y gastos determinados, debe escogerse la velocidad específica más alta, ya que ello redunda en una reducción en tamaño, en peso y en costo.

Sin embargo, como es lógico suponer, existe un límite inferior para el tamaño de la bomba, en este caso, el factor que se debe tener en cuenta es el incremento de la velocidad del líquido. Como los fluidos se vaporizan, presentan el fenómeno de Cavitación, el cual fija dichos límites.

Este fenómeno está caracterizado por la formación de burbujas de vapor en el interior o en las proximidades de una vena fluida.La condición física más general para que ocurra la cavitación es cuando la presión en ese punto baja al valor de la presión de vaporización.

Una disminución general de la Presión se produce debido a cualquiera de las siguientes condiciones:

Un incremento en la altura de succión estática. Un incremento de la temperatura del líquido bombeado, el cual tiene el

mismo efecto que una disminución en la presión absoluta del sistema, ya que, al aumentar la temperatura, la presión de vaporización es más alta y será menor la diferencia entre la presión del sistema y ésta.

Un incremento en la Velocidad.

Manifestaciones de la Cavitación:

o Ruidos y vibraciones: Debido al choque brusco de las burbujas de vapor cuando éstas llegan a las zonas de lata presión y es más fuerte en bombas de mayor tamaño.

o Caída de las curvas de capacitación-carga y la de eficiencia: La forma que adopta una curva al llegar al punto de cavitación varía con la velocidad específica de la bomba en cuestión. Con bombas de baja velocidad específica las curvas de capacidad- carga, eficiencia y potencia se quiebran bruscamente al llegar al punto de cavitación.

o Desgaste de las aspas del impulsor: El desgaste por cavitación se debe distinguir del que producen la corrosión y la erosión. El de corrosión lo causa exclusivamente la acción química y electrolítica de los líquidos bombeados. El segundo es causado por las partículas abrasivas tales como arena, coke o carbón.

Cebado de una Bomba

Consiste en reemplazar el aire, gas o vapor que se encuentra en las bombas sus tuberías, por el líquido que se va a bombear. Las bombas se pueden cebar automáticamente o manualmente. Cuando una bomba se pone en marcha, la tubería de la bomba y ésta misma pueden estar llenas de aire. A menos que la presión de succión sea lo suficientemente alta para desalojar el aire del interior

de la bomba, ésta no estará cebada. Es necesario proveer medios adecuados, como válvulas de purga, para expulsar el aire atrapado en el sistema.

Bomba centrífuga de diseño simple de 7.1 m3/h

Motor eléctrico de corriente continua de velocidad variable

Manómetro en descarga(bar)

Vacuómetro en la succión (bar)

Instrumento medidor de presión para valores inferiores a la presión atmosférica. Se trata, pues, de un manómetro adecuado para medidas negativas de presiones relativas. En algunos automóviles se monta en serie, pero más frecuentemente se vende como accesorio para conectarlo al colector de admisión (después de la mariposa) y para dar una indicación de la depresión existente en los conductos de admisión. La medida del vacuómetro no tiene más significado que valorar la caída de presión que se produce en los colectores (antes de la toma de presión) en función de la abertura de la mariposa y del número de revoluciones del motor. De este modo puede obtenerse el consumo de gasolina (que se halla relacionado con la depresión) y evaluarse, en caso de anomalías, la falta de estanqueidad de las válvulas o de algunas juntas. Un tipo especial de vacuómetro es el dispositivo que a veces se emplea para la sincronización de las mariposas de los motores de varios carburadores.

Flujómetro (m/h)

Tacómetro de mano (rpm)

Aparato que mide el número de revoluciones de un eje. En automoción, designa en concreto al cuentarrevoluciones, es decir, el mecanismo que indica las revoluciones (giro completo) por minuto del cigüeñal de un motor.

Válvula de descarga para variar el gasto

Termómetro

ESQUEMA DE UN BANCO DE PRUEBAS DE BOMBAS CENTRÍFUGAS

1.- BOMBA CENTRIFUGA:

- FABRICANTE --------------------------LEROY SOMER- TIPO ---------------------------------------MS-1000-LO3- POTENCIA-------------------------------1.85 KW.- RPM----------------------------------------3000- FUENTE DE ALIMENTACION------220V.60HZ, 26ª

2.- MOTOR ELËCTRICO

3.- VALVULA DE DESCARGA

4.- MANOMETRO

5.- VACUOMETRO

6.- VALVULA DE SUCCION

7.-VALVULA DE PIE

8.-DESCARGA

9.-ROTAMETRO

10.-TABLERO DE CONTROL ELECTRICO (VOLTIMETRO, AMPERIMETRO)

11.-TUBERIA DE ASPIRACION O DE SUCCION

Verificar que todo el equipo de bombeo esté operativo, el tanque debe contener agua hasta la mitad de su altura, verificar que la válvula de succión este abierta y Verificar que la válvula de descarga este totalmente abierta

Se pone a funcionar la bomba a un número de revoluciones dadas, el arranque se debe efectuar a baja velocidad.

La válvula de succión debe estar totalmente abierta y se fija la válvula de descarga en una primera posición.

Se anota el caudal registrado en el flujómetro, en las presiones de succión y de descarga.

Tomar la lectura del amperímetro y voltímetro.

Variar la apertura de la válvula de descarga de acuerdo al nuevo caudal seleccionado.

Repetir los pasos anteriores para un juego de 8 datos.

Se hace variar las rpm de la bomba y se toma otro juego de datos.

Punto

N1 = 1890 rpm N2 = 2142 rpm

Q(m3/h)

P1(bar)

P2(bar

)

Voltaje

(V)

Amperaje(A)

Q(m3/h)

P1(bar)

P2(bar

)

Voltaje

(V)

Amperaje(A)

1 0 -2 0,75 120 3 0 -1 0,95 130 3.8

2 1.2 -1 0,75 120 3 1.2 -1 0,9 130 4

3 1.6 -0.5 0,72 120 3.5 1.8 -1 0,85 130 4.1

4 2 -0.5 0,7 120 4 2.6 -2 0,8 130 4.5

5 2,4 -0.5 0,65 120 4 3,2 -2 0,7 130 5

6 2.8 -2 0,62 120 4 4 -3 0,6 130 5

7 3,4 -2 0,52 120 4,1 4.8 -4 0,45 130 5.1

8 4.5 -4 0,4 120 4,5

TABLA N° 1 TABLA N° 2

Punto

N1 = 2335 rpm N2 = 2543 rpm

Q(m3/h)

P1(bar)

P2(bar

)

Voltaje

(V)

Amperaje(A)

Q(m3/h)

P1(bar)

P2(bar

)

Voltaje

(V)

Amperaje(A)

1 0 -1 1,2 132 3.5 0 -1 1,4 155 5

2 1,2 -1 1,1 132 4.9 1.2 -1 1,35 155 5

3 1,8 -1 1,05 132 5 1.8 -1 1,3 155 5.2

4 2,4 -1.5 1 132 5 2.4 -2 1,2 155 6

5 3 -2 0.95 132 5.1 3 -2 1,15 155 6

6 4.6 -2 0,85 132 6 3.6 -2 1,05 155 6.2

7 4.2 -3 0,8 132 6 4.2 -3 0.95 155 7

8 4.8 -4 0.7 132 6.1 4.8 -4 0.85 155 7

9 5.4 -5 0.55 132 6.1 5.8 -5.5 0.7 155 7.1

TABLA N° 3 TABLA N°4

DE LA TABLA N°2, PUNTO 2

CÁLCULO DE LA ALTURA ÚTIL DE LA BOMBA HB

Aplicando Bernulli en 1(succión) y 2 (descarga)

Si:

Q = 0.000624 m³/s

D1=2in=0.0508 m A1 = 0.002026 m2…………………..C1 = 0.308 m/s

D2=1.5in=0.0381 m A2 =0.00114 m2 …………………..C2 = 0.548 m/s

Ps = -0.034 bar= -3.4KPa Pd=0.9 bar = 90KPa

g=9.81m/s2

Reemplazando datos:

9.817 m

CÁLCULO DE LA POTENCIA AL EJE, PRODUCIDO POR EL MOTOR ELÉCTRICO (PEJE)

ηm = eficiencia mecánica = 0.85

POTENCIA ELÉCTRICA (PE):

PE = Vx I

PE = 130 x 4

PE = 520 W = 0.52 KW

POTENCIA AL EJE (PEJE):

POTENCIA HIDRÁULICA (PH):

Donde: γ = 9810 N/m3

Q = m3/sHB = mPH = Kw

EFICIENCIA DE LA BOMBA (ηB)

Reemplazando con los valores obtenidos:

N1 = 1890 rpm

Punto

C1(m/s)

C2(m/s)

QREAL(m3/s)

HB

(m)

PH

(KW)

PE

(W)

Peje(W)

nB

nB (x 100%)

1 0 0 0 8.62 0 360 306 0 0

2 0.31 0.55 0.000624 8.29 0.05 360 306 0.166 16.58

3 0.44 0.79 0.000899 7.82 0.07 420 357 0.193 19.32

4 0.58 1.03 0.001174 7.63 0.09 480 408 0.215 21.53

5 0.71 1.27 0.001449 7.14 0.10 480 408 0.249 24.87

6 0.85 1.51 0.001723 7.37 0.12 480 408 0.306 30.56

7 1.05 1.87 0.002136 6.40 0.13 492 418.2 0.320 32.04

8 1.43 2.54 0.002891 5.96 0.17 540 459 0.369 36.86

N2 = 2142 rpm

Punto

C1(m/s)

C2(m/s)

QREAL(m3/s)

HB

(m)

PH

(KW)

PE

(W)

Peje(W)

nB

nB (x 100%)

1 0 0 010.32 0 494 419.9 0 0

2 0.31 0.55 0.000624 9.82 0.06 520 442 0.136 13.60

3 0.51 0.91 0.001037 9.32 0.09 533 453.05 0.209 20.93

4 0.78 1.39 0.001586 9.20 0.14 585 497.25 0.288 28.78

5 0.99 1.75 0.001998 8.22 0.16 650 552.5 0.292 29.16

6 1.26 2.23 0.002548 7.61 0.19 650 552-5 0.344 34.43

7 1.53 2.72 0.003097 6.51 0.20 663 563.55 0.351 35.09N3 = 2335 rpm

Punto

C1(m/s)

C2(m/s)

QREAL(m3/s)

HB

(m)

PH

(KW)

PE

(W)Peje(W)

nB

nB (x 100%)

1 0 0 012.87 0 462 392.7 0 0

20.31 0.55 0.000624 11.86 0.07

646.8

549.780.132 13.21

3 0.51 0.91 0.001037 11.37 0.12 660 561 0.206 20.60

4 0.71 1.27 0.001449 11.06 0.16 660 561 0.280 28.01

50.92 1.63 0.001861 10.75 0.20

673.2

572.220.343 34.31

6 1.46 2.60 0.002960 9.88 0.29 792 673.2 0.426 42.60

7 1.32 2.36 0.002685 9.67 0.25 792 673.2 0.378 37.84

81.53 2.72 0.003097 9.06 0.28

805.2

684.420.402 40.22

91.73 3.08 0.003510 7.95 0.27

805.2

684.420.400 39.98

N4 = 2543 rpm

Punto

C1(m/s)

C2(m/s)

QREAL(m3/s)

HB

(m)

PH

(KW)

PE

(W)Peje(W)

nB

nB (x 100%)

1 0 0 014.9

10 775 658.75 0 0

2 0.31 0.55 0.00062414.4

10.09 775 658.75

0.134

13.40

3 0.51 0.91 0.00103713.9

20.14 806 685.1

0.207

20.65

4 0.71 1.27 0.00144913.2

70.19 930 790.5

0.239

23.86

5 0.92 1.63 0.00186112.8

00.23 930 790.5

0.295

29.55

6 1.12 1.99 0.00227311.8

20.26 961 816.85

0.323

32.27

7 1.32 2.36 0.00268511.2

00.30 1085 922.25

0.320

31.99

8 1.53 2.72 0.00309710.5

90.32 1085 922.25

0.349

34.89

9 1.87 3.32 0.003784 9.70 0.361100.

5935.425

0.385

38.51

“Q” vs. “PH”

“Q” vs. “HB”

“Q” vs. “nB”

OBTENCIÓN DEL DIAGRAMA DE COLINAS O CURVA DE ISOEFICIENCIA A PARTIR DE LA CURVA ΗB(%) VS Q Y HB VS Q

CONCLUSIONES

La altura de la bomba del primer grupo de datos se incrementa con el caudal a diferencia de las demás gráficas, esto se debe a que las lecturas de los manómetros de succión y descarga no varían, posiblemente por ser muy pequeñas, las variaciones de presión no se aprecian en los manómetros.

Las demás gráficas si se asemejan a lo obtenido en las guías de laboratorio, que corresponden a lecturas de valores más grandes en presión, caudal, amperaje y voltaje.

En la Tabla podemos observar que conforme disminuye el caudal (Q), la Pelec

también disminuye, ya que al disminuir el caudal también se reduce la intensidad de corriente, porque se impulsa menos cantidad de agua.

La eficiencia de bomba aumenta conforme se incrementa el caudal con el que trabaja, para luego decrecer en su rendimiento.

En la experiencia se observa que en la mayoría de datos la eficiencia del motor eléctrico es mayor que la eficiencia en la bomba. esto se debe alas perdidas de energía en el recorrido.

La presión de descarga en la experiencia es mayor que la presión de succión y el trabajo de esas dos presiones es debido a la eficiencia de la bomba.

RECOMENDACIONES

Realizar un mantenimiento adecuado y periódico al equipo y sus accesorios (manómetros, válvulas, etc) para obtener resultados precisos.

Para empezar a subir el voltaje del motor se debe de realizar lentamente de lo contrario deterioraría el motor.

Manipular el equipo con mucho cuidado para así evitar algún accidente.

Reemplazar las tuberías, los codos con acero inoxidable pues se realizaría una mejor experiencia.

Recomendamos en este experimento que los aparatos de medición como el manómetro , vacuometro, voltímetro y amperímetro, tengan mas divisiones para así evitar errores de medición.

Giles , Ronal. Mecánica de fluidos e hidráulica, Editorial MCV Grawhill, Segunda edición ,México 1986.

Claudio Mataix.

”Mecánica de Fluidos y Maquinas Hidráulicas”

Guía de laboratorio

Internet

http://www.pentax-pumps.it/spa/html/areainfo/areainfo3.html

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/maquinashidraulicas/seleccionbombascentrifugas/seleccionbombascentrifugas.html

http://www.fi.uba.ar/materias/6720/unidad1.pdf