FABRICACIÓN DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA

El presente informe contiene la descripción del “Ensayo de una Bomba Centrifuga”. Donde a través de una bomba impulsada por un motor de potencia, se hizo pasar un cierto caudal de agua controlado por unos rotámetros. Vistas las presiones de entrada y salida en la bomba se obtuvieron datos para ciertas velocidades cambiando el caudal de entrada.

Con estos datos se podrán calcular curvas H-Q, y con ellas determinar el rendimiento de la máquina y estimar otros rendimientos aplicando leyes de semejanza.

Objetivo

Evaluar experimentalmente los parámetros que definen el funcionamiento y rendimiento de una Bomba Centrifuga Hidráulica.

Objetivo especifico

1. Reconocer las diferentes partes de una Bomba Centrifuga y su instalación.

2. Medir condiciones de revolución, presión en la salida y entrada, potencia en el eje.

3. Mediante la construcción de las curvas características experimentalmente definir el funcionamiento optimo

4. Construcción de Curvas Concha o Colinas.

Actividades a Realizar

Construir curva HQ para velocidad 3450 Rpm. Encontrando punto de mayor rendimiento

Aplicar teoría de semejanza, graficar curva H/Q para velocidad 3100 Rpm y comparar con curva H/Q para velocidad 3100 Real

Realizar Gráfico H/Q comparando los datos tomados para las velocidades 3450, 3100 y 3500 Rpm.

Características Técnicas de los equipos e instrumentos empleados

A continuación se nombrarán los equipos e instrumentos usados en el ensayo. Estos son:

Motor PumpMarca Cameron PumpRpm = 3450Altura en pies 100Dinamómetro Marca ToledoRango 0 -30 kgf

Motor de potenciaMarca WestinghouseTipo SkhKw = 9,5Volts = 250Vel. Máxima 5000 RpmManómetroMarca MasterGaugeRango 0- 60 medido en psi.BacuaometroMarca SuperGauge Rango 0 - 30Rotámetro 087A1Graduado en % de caudalCaudal que pasa por el = 325.5 {Lt/min}Descripción del Método seguido

El forma en que se obtuvieron los datos fue la siguiente:

Se observó que los rotámetros estuvieran en cero. Al encender la generadora de energía se estableció una velocidad determinada que para el primer caso resulto ser de 34550 Rpm. Dicha energía era distribuida a un motor de potencia que estaba sobre un dinamómetro que indicaba la fuerza con que este actuaba. Este motor estaba unido a la bomba por la cual iba a pasar un caudal determinado de agua. Con dos rotámetros se controlo el porcentaje de caudal que pasaba impulsada por la bomba.

Un Bacuometro instalado antes de la bomba y un Manómetro en el lugar de salida de esta, pero cuyos indicadores se encontraban a la misma altura, nos indicaban las presiones en dichos lugares.

Para obtener los datos, se izo variar el porcentaje en cada Rotámetro pero con un mismo porcentaje que vario de 10 en 10 del caudal total que correspondía a 172 gal/min.

El modelo a seguir fue el mismo, pero esta vez, se utilizo una velocidad de 3100 y 3500 Rpm.

Para la obtención de la curvas H/Q, se utilizó la fórmula Nº1 contenida en el apéndice, y a su vez utilizando formulas de semejanza se obtuvo rendimientos ideados para otras velocidades.

Con las curvas reales obtenidas, se logró obtener curvas conchas para los caudales antes descritos.

Montaje

“Bombas centrífugas”

Presentación de Resultados

De los datos obtenidos, se realizaron los gráficos H/Q para las distintas velocidades, Además se obtuvo Curvas Concha, que nos muestran el rendimiento para las distintas velocidades.

Gráfico H/Q (real) para velocidad 3450 Rpm. Con su rendimiento

Gráfico H/Q (real) y estimado para velocidad 3100 Rpm

Gráfico de Curvas Concha de rendimiento comparativo con velocidades 3450, 3100 y 3500 Rpm.

Conclusiones y Observaciones

A pesar de que en los datos obtenidos la variación de velocidades fue menor, fue posible realizar las tareas asignadas con una buena diferenciación en los gráficos.

En el primer gráfico podemos distinguir la curva H/Q para la velocidad relacionada con 3450 Rpm., donde en el se aprecia claramente que a medida que el caudal aumenta, la Altura en m col de agua H, disminuye debido a las presiones registradas en el ensayo. Esta curva se aproxima a la esperada. Por otra parte, podemos ver el rendimiento a esta velocidad, donde al aumento de caudal Q, el rendimiento va aumentando levemente, si llegar al 100%, debido entre otras causas al las perdidas de la Bomba.

Para el gráfico de 3100 Rpm. Se aprecia la comparación de los rendimientos Real y teóricos. Donde el rendimiento teórico se desprende de los datos la velocidad de 3500 utilizando Leyes de Semejanza, confirmando lo esperado, que era que este rendimiento real debía ser menor al rendimiento teórico.

Para la fabricación de las curvas Concha, estas se aprecian levemente, por lo dicho anteriormente sobre la pequeña variación de velocidades.

Debemos tener en cuenta, que en las fórmulas utilizadas, no están consideradas las pérdidas que produce la Bomba en su funcionamiento. Aunque visualmente son pequeñas.

Con esta experiencia, podemos tomar en cuenta que este tipo de Bombas solo alcanza un rendimiento máximo que alcanza a las ¾ partes del 100% ideal. Donde este porcentaje sería menor si consideramos las perdidas ocurridas antes mencionadas, la temperatura del fluido y la calidad de este. Debemos tener en cuenta que la Bomba utilizada es de gran potencia, y que el caudal utilizado fue menor al máximo de esta, con lo que la Bomba no logro su mejor rendimiento.

Apéndice

Datos Obtenidos

Para velocidad de 3450 Rpm.

Caudal % gal/min P. Suc. {Psi.} P. Sal. {Psi.} Fuerza (kgf)

0 - 0 0 53 1,8

12 - 10 0 54 2,0

20 - 20 0,3 52 2,2

30 - 30 1,0 52 2,3

40 - 40 1,5 51 2,6

50 - 50 2,2 50 2,9

60 - 60 3,1 48 3,2

70 - 70 4,2 46 3,4

80 - 80 5,5 45 3,7

90 - 90 7,0 43 4,0

100 - 100 8,5 40 4,2

Para velocidad de 3100 Rpm.

Caudal % gal/min P. Suc. P. Sal Fuerza (kgf)

0 - 0 0 43 1,6

12 - 10 0,1 44 1,7

20 - 20 0,3 43 1,8

30 - 30 0,7 42 2,0

40 - 40 1,5 41 2,3

50 - 50 2,2 40 2,5

60 - 60 3,1 39 2,8

70 - 70 4,3 37 2,9

80 - 80 5,8 35 3,2

90 - 90 7,0 33 3,4

100 - 100 8,8 30 3,6

Para velocidad de 3500 Rpm.

Caudal % gal/min P. Suc. P. Sal Fuerza (kgf)

0 - 0 0 55 1,9

10 - 10 0 54 2,0

20 - 20 0,1 53 2,2

30 - 30 0,8 52 2,4

40 - 40 1,5 52 2,7

50 - 50 2,2 51 2,9

60 - 60 3,1 50 3,2

70 - 70 4,2 48 3,5

80 - 80 5,8 46 3,8

90 - 90 7,2 44 4,1

100 - 100 8,5 42 4,3

Desarrollo de Cálculos

Para la obtención de los resultados, se procedió de la siguiente manera:

Calculo de Caudales:

Caudal que pasaba por cada Rotámetro

86 {gal/min} = 325,5 {l/min} = 0,3255 {m3/min} = 0,005425 {m3/seg}

entonces con

n = porcentaje de caudal

N = números de Rotámetros

Qn-n = (325,5 * n)*N /100

Q0-0 = 0 {l/min}

Q10-10 = 65,1 {l/min}

Q20-20 = 130,2 {l/min}

Q30-30 = 195,3 {l/min}

Q40-40 = 260,4 {l/min}

Q50-50 = 325,5 {l/min}

Q60-60 = 390,6 {l/min}

Q70-70 = 455,7 {l/min}

Q80-80 = 520,8 {l/min}

Q90-90 = 585,9 {l/min}

Q100-100 =

651 {l/min}

Para el cálculo de la Altura de Presión tenemos, usando Bernoulli.

H = Pe-Ps + Vs2-Ve2 + Zs-Ze

2g

Donde tenemos que caudal de entrada y salida son iguales, entonces consideramos las velocidades de entrada y salida en la Bomba ; Vs = Ve, por lo cual Vs2 - Ve2 =0.

Considerando que las alturas entre los manómetros son iguales, entonces Zs = Ze, por lo que nos queda Zs-Ze =0

Lo que nos queda solamente H= Pe-Ps

Psuc. = Presión de succión.

Psal. = Presión de Salida

Debemos considerar que en los factores 0.3048 y 0.703 nos dan el cambio de unidad de Psi a m col de agua, y donde estan considerados la división por . Lo que la fórmula a utilizar nos queda:

Hn-n = ( Psuc. n-n{Psi.}*0.3048) + ( Psal. n-n{Psi.} * 0.703) = {m de agua}

Cálculo de Alturas para las distintas velocidades

Hn-n Vel. 3450 Rpm. Vel. 3100 Rpm. Vel. 3500 Rpm.

H0-0 37,25 30,22 38,66

H10-10 37,96 30,96 37,96

H20-20 36,64 30,32 37,28

H30-30 36,86 29,73 36,79

H40-40 36,31 29,28 37.01

H50-50 35,82 28,79 36,52

H60-60 34,68 28,36 36,09

H70-70 33,61 27,32 35,02

H80-80 33,31 26,37 34,10

H90-90 32,36 25,33 33,12

H100-100 30,71 23,77 32,11

Con los datos tomados para las velocidades de 3450 Rpm, se estimará H para una velocidad de 3100 Rpm utilizando leyes de semejanza.

Formula Leyes de semejanza:

H1 = N12

H2 = N22

Donde

H1= Altura Real

H2= Altura a estimar

N1= Velocidad Real (3450Rpm.)

N1= Velocidad estimada (3100 Rpm.)

Despejando H2, tenemos que

H2= H1 * N12 {m de col de agua}

N22

Ocupando la fórmula anterior tenemos un Hn-n para cada Qn-n. Realizando los cálculos tenemos que:

H0-0 33,45

H10-10 34,08

H20-20 32,90

H30-30 33,10

H40-40 32,60

H50-50 32,16

H60-60 32,15

H70-70 31,18

H80-80 29,91

H90-90 29,06

H100-100 27,57

Para el cálculo de rendimiento () de cada Caudal de las curvas H/Q. Tenemos que.

=Nu

Na

Donde Nu= Q*H {Hp}; Na = F*vel {Hp} (Potencia en el Eje)

4500 2400

Las unidades y valores para cada uno son:

F = {kgf} según tabla

H = {m col de agua} según tabla

Vel = {Rpm.} ; las velocidades varían para 3450, 3100 y 3500 Rpm.

Q = {l/min}

El valor 4500 considera la transformación del caudal m3/seg a l/min y el del agua de 1000 k/m3

entonces reemplazando Nu y Na en , tenemos

= (Q*H ) * 2400

F*vel * 4500

= porcentaje de rendimiento

Utilizando la fórmula anterior, calculamos el rendimiento para cada una de las velocidades. Con el objetivo de construir las Curvas Concha.

Caudal

para vel 3450 rmp para vel 3100rpm para vel 3500rpm

Q0-0 0 0 0

Q10-10

19 20 18

Q20-20

33 37 33

Q30-30

48 49 45

Q40-40

56 57 54

Q50-50

62 64 62

Q60-60

65 68 67

Q70-70

69 73 69

Q80-80

72 73 71

Q90-90

73 75 72

Q100-100

73 73 74

Bibliografía

Bombas CentrifugasIGOR KRASSIKBombas, funcionamiento , cálculo y construcciónFUCHSLOCHER, SCHULZ

CÁLCULOS: Variables obtenidas experimentalmente a 1050 Rpm.

Caudal

[GAL/min.*10]

Pe

[Kgf/cm2]

Ps

[Kgf/cm2]

F

[lbf]

Rpm bomba

Intensidad

[A]

Voltaje

[Volt]

30 -0.24 0.1 21.5 1048 30 90

25 -0.18 0.4 19.5 1051 29 90

22 -0.16 0.5 18.7 1058 27 90

18 -0.13 0.6 17.1 1067 25 90

14 -0.10 0.7 15.8 1073 25 90

8 -0.06 0.85 14.3 1085 22 90

0 0 1 8.7 1116 16 90

Tabla 2.2.2: Variables obtenidas experimentalmente a 800 rpm

Caudal

[GAL/min.*10]

Pe

[Kgf/cm2]

Ps

[Kgf/cm2]

F

[lbf]

Rpm bomba

Intensidad

[A]

Voltaje

[Volt]

17 -0.25 0 12.4 774.3 19.5 65

16 -0.22 0.1 12.1 776.9 19 65

15 -0.19 0.15 11.9 777.2 18.5 65

14 -0.18 0.2 11.5 777.7 18 65

12 -0.13 0.3 11 782 18 65

10 -0.11 0.3 10.8 785.3 17.5 65

8 -0.07 0.4 10.2 788 16.5 65

0 0 0.6 6.2 822.5 11 69

2.3 - Datos del Fabricante

Bomba SDB 2/3Diámetro del rodete = 215mmBrazo = 321.5mm=0.92RESULTADOS: …..

DondeC: velocidad del fluido.p: presión (el subíndice e indica entrada y s salida).Z: altura.g: aceleración de gravedad.: corresponde al producto entre g y la densidad ).del fluido (Como Ce Cs y Ze Zs, , así el termino para la energía entregada por la bomba al fluido, expresada en altura es:Esta bomba esta acoplada a un motor eléctrico monofásico, al cual se le suministra una potencia, Nelec dada por:

Para calcular la potencia eje del motor eléctrico se dispone de un sistema de freno, mediante el cual se registra la fuerza del motor a una distancia, b, del eje de giro, de esta forma la calculamos mediante la expresión:

Conocidas estas dos potencias podemos calcular la eficiencia del motor eléctrico:

Continuando, con las características de la bomba. Como el motor está conectado con un sistema de transmisión por correa a la bomba, la potencia eje de la bomba se ve afectada por el rendimiento mecánico de dicha transmisión, , así tenemos:

Por último la potencia útil, es decir la potencia suministrada al fluido es:

Así la eficiencia d la bomba es:

3.2 - Tablas y Datos calculados

Tabla 3.2.1: Datos obtenidos tras la aplicación de fórmulas y relaciones para 1050 rpm

Caudal

[m3/s]

Pe

[Pa]

Ps

[Pa]

Hb

[m]

F

[N][N*m]

bomba

0.0227 -23535.96 9806.65 3.4 95.637 30.747 109.75

0.0189 -17651.97 39226.6 5.8 86.740 27.887 110.06

0.0166 -15690.64 49033.25 6.6 83.182 26.743 110.79

0.0136 -12748.65 58839.9 7.3 76.065 24.455 111.74

0.0106 -9806.65 68646.55 8.0 70.282 22.596 112.36

0.00605 -5883.99 83356.53 9.1 63.609 20.450 113.62

0.00 0.00 98066.5 10 38.7 12.442 116.87

motor

Potencia eje motor

Potencia eje bomba

Potencia eléctrica

Potencia Útil

[Eficiencia bomba]

[Eficiencia motor]

82.31 2530.79 2328.33 2700 757.89 0.33 0.94

82.55 2301.94 2117.79 2610 1077.39 0.51 0.88

83.09 2222.21 2044.43 2430 1078.88 0.53 0.91

83.80 2049.36 1885.41 2250 976.34 0.52 0.91

84.27 1904.21 1751.87 2250 832.19 0.48 0.85

85.22 1742.70 1603.29 1980 540.93 0.34 0.88

85.14 1090.54 1003.29 1440 0.00 0.00 0.76

Tabla 3.2.2: Datos obtenidos tras la aplicación de fórmulas y relaciones para 800 rpm.

Caudal

[m3/s]

Pe

[Pa]

Ps

[Pa]

Hb

[m]

F

[N][N*m]

bomba

0.012881 - 0.0000 2.5025 55.1579 17.7333 81.0845

24516.6250

0.012123-

21574.6300 9806.6500 3.2032 53.8235 17.3042 81.3568

0.011365-

18632.6350 14709.9750 3.4034 52.9338 17.0182 81.3882

0.010608-

17651.9700 19613.3000 3.8038 51.1545 16.4462 81.4406

0.009092-

12748.6450 29419.9500 4.3043 48.9304 15.7311 81.8908

0.007577-

10787.3150 29419.9500 4.1041 48.0408 15.4451 82.2364

0.006061 -6864.6550 39226.6000 4.7047 45.3719 14.5871 82.5192

0.000000 0.0000 58839.9000 6.0060 27.5790 8.8666 86.1320

motor

Potencia eje motor

Potencia eje bomba

Potencia eléctrica

Potencia Útil

[Eficiencia bomba]

[Eficiencia motor]

60.8134 1078.4207 992.1471 1267.5000 315.7886 0.3183 0.8508

61.0176 1055.8635 971.3944 1235.0000 380.4323 0.3916 0.8550

61.0411 1038.8122 955.7072 1202.5000 378.9463 0.3965 0.8639

61.0804 1004.5400 924.1768 1170.0000 395.2930 0.4277 0.8586

61.4181 966.1770 888.8829 1170.0000 383.4045 0.4313 0.8258

61.6773 952.6133 876.4042 1137.5000 304.6431 0.3476 0.8375

61.8894 902.7836 830.5609 1072.5000 279.3800 0.3364 0.8418

64.5990 572.7761 526.9540 759.0000 0.0000 0.0000 0.7546

Datos calculados mediante un análisis de semejanza para la comparación con los datos del grafico suministrado por el fabricante:

Altura de la bomba con rodete de 215 mm a 1050 RPM

Caudal -1450 (m3/s) Hb-1450

(m)

Hb-fabricante (m)

0.0314 6.5 -

0.0261 11.0 11.9

0.0228 12.4 13.4

0.0185 13.5 14.3

0.0143 14.6 15.8

0.0081 16.2 16.7

0 16.9 17.0

Eficiencia de la bomba con rodete de 240 mm

Caudal -1450 (m3/s)-1050

(%)

-fabricante (%)

0.0437 32 -

0.0364 51 -

0.0318 53 67

0.0258 52 75

0.0199 48 77

0.0113 34 68

0 0 0

Si se compara el punto cuando la válvula esta cerrada, con la bomba funcionando a 822.5 rpm con una altura de 6.006 m, se obtiene lo siguiente mediante el teorema de la semejanza.

Caudal -1450 (m3/s)

Hb-1450 (800) (m)

Hb-fabricante

(m)

  Caudal -1450 (m3/s) d=240 -800

(%)

-fabricante

(%)

0.000E+00 18.666 17.000   0.000E+00 0.00 0.00

1.115E-02 15.930 16.459   1.551E-02 33.64 73.00

1.399E-02 13.992 16.002   1.946E-02 34.76 77.00

1.686E-02 14.799 15.392   2.345E-02 43.13 75.00

1.978E-02 13.223 14.478   2.751E-02 42.77 72.00

2.120E-02 11.846 14.021   2.949E-02 39.65 70.00

2.263E-02 11.158 13.411   3.147E-02 39.16 66.00

2.412E-02 8.776 12.497   3.355E-02 31.83 -