LABORATORIO DE TURBOMQUINAS BOMBA CENTRFUGA

BOMBA CENTRFUGA

Para el da de la realizacin de la prctica se debe estudiar el contenido de este documento y las

respuestas de las preguntas del preparatorio que se encuentran al final del presente texto.

Objetivos de la prctica

Conocer el funcionamiento y aplicacin de las bombas centrfugas.

Construir las curvas caractersticas del funcionamiento de la bomba centrfuga.

Construir el diagrama de Sankey e identificar las prdidas de potencia que se producen en

el equipo.

Definiciones:

Las bombas centrfugas son mquinas hidrulicas que transforman trabajo mecnico en hidrulico. La energa mecnica que consumen, es suministrada por un motor. Su funcin es hacer circular un fluido en contra de un gradiente de presin.

La estructura de las bombas centrfugas es anloga a la de las turbinas hidrulicas, salvo que el proceso energtico es inverso; en las turbinas se aprovecha la altura de un salto hidrulico para generar una velocidad de rotacin en la rueda, mientras que en las bombas centrfugas la velocidad comunicada por el rodete al lquido se transforma, en parte, en presin, logrndose as su desplazamiento y posterior elevacin.

Figura 1. Bomba centrfuga

Las bombas de efecto centrfugo son las que han adquirido mayor relevancia por sus grandes posibilidades y vasto campo de aplicacin, habiendo desplazado casi por entero a las de desplazamiento positivo. Su gran velocidad de funcionamiento, que permite su accionamiento directo por motores elctricos, pequeo tamao y peso, gran seguridad de marcha y servicio y mnimo nmero de elementos de desgaste, han sido factores decisivos que se han impuesto para conseguir su gran difusin y empleo. Dada la gran importancia de las bombas de efecto centrfugo nos proponemos en este pequeo manual recopilar conceptos y facilitar datos para ponerlos a

LABORATORIO DE TURBOMQUINAS BOMBA CENTRFUGA disposicin de todos aquellos tcnicos que de una manera directa o indirecta se dediquen al proyecto de instalaciones de bombeo. La energa especfica (es decir, la energa 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 mximo. Tambin la energa consumida por la bomba (la que absorbe del motor de accionamiento) y el rendimiento (relacin entre la energa entregada al fluido y la energa consumida) son funcin del caudal en circulacin. Curvas caractersticas de una bomba La representacin grfica de la altura, la potencia consumida y el rendimiento de la bomba en funcin del caudal se denominan curvas caractersticas de la bomba. Estas curvas constituyen la informacin bsica necesaria para predecir las magnitudes de operacin de la bomba en un circuito dado, y por lo tanto suelen ser aportadas por los fabricantes en sus catlogos. La principal curva caracterstica de una bomba es la que describe la relacin entre la altura manomtrica (cada de presin) y el caudal, datos que permiten escoger la bomba ms adecuada para cada instalacin. La altura manomtrica de una bomba es una magnitud, expresable tambin como presin, que permite valorar la energa suministrada al fluido, es decir, se trata de la cada de presin que debe de vencer la bomba para que el fluido circule segn condiciones de diseo.

Figura 2. Curva caracterstica de una bomba centrfuga a diferentes velocidades

Como puede observarse en la figura anterior, para cada velocidad de rotacin n, hay una curva

caracterstica. Ntese tambin que si la velocidad se reduce, tambin disminuye la altura

manomtrica mxima y el caudal mximo.

LABORATORIO DE TURBOMQUINAS BOMBA CENTRFUGA Partes principales Tubera de alimentacin: Como su nombre lo indica, es la tubera por la que ingresa el agua hacia la bomba. El lquido penetra axialmente por la tubera hasta el centro del rodete, que es accionado por un motor, experimentando un cambio de direccin de axial a radial. El impulsor o rodete: Est formado por una serie de labes que giran dentro de una carcasa circular. El rodete va unido solidariamente al eje y es la parte mvil de la bomba. Los labes del rodete someten a las partculas de lquido a un movimiento de rotacin muy rpido, siendo proyectadas hacia el exterior por la fuerza centrfuga, de forma que abandonan el rodete hacia la voluta a gran velocidad, aumentando su presin en el impulsor segn la distancia al eje.

Voluta o carcaza: Est dispuesta en forma de caracol, de tal manera que la separacin entre ella y

el rodete es mnima en la parte superior; la separacin va aumentando hasta que las partculas

lquidas se encuentran frente a la abertura de impulsin.

Difusor: El difusor junto con el rodete, estn encerrados en una cmara, llamada carcasa o cuerpo

de bomba. El difusor est formado por unos labes fijos divergentes, que al incrementarse la seccin

de la carcasa, la velocidad del agua ir disminuyendo lo que contribuye a transformar la energa

cintica en energa de presin, mejorando el rendimiento de la bomba.

Eje: El eje de la bomba es una pieza en forma de barra de seccin circular no uniforme que se fija

rgidamente sobre el impulsor y le transmite la fuerza del elemento motor. Las bombas centrfugas

para agua se clasifican atendiendo a la posicin del eje en bombas de eje horizontal y bombas de

eje vertical.

Figura 3. Partes bomba centrfuga

LABORATORIO DE TURBOMQUINAS BOMBA CENTRFUGA Esquema del equipo

Fotografa 1 Equipo del laboratorio

1) Vlvula de drenaje rpido.

2) Tubera de succin.

3) Bomba

4) Tubera descarga.

5) Vlvula de compuerta.

6) Manmetro de mercurio.

7) Manmetro diferencial de agua.

8) Medidor de presin succin

9) Medidor de presin descarga

10) Tubo Venturi.

11) Multmetro digital

12) Tanque de medicin volumtrica.

13) Tanque deposito principal

14) Motor elctrico

15) Variador de frecuencia

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DATOS DEL EQUIPO

Tabla 1 Datos tcnicos del equipo

Radio del rodete r 0,0665 [m].

ngulo de salida del rodete 18

Radio del brazo 1 [pie]

Potencia 2 [HP]

Velocidad en el eje 400 a 2800 [RPM]

La lectura del rgimen de velocidades, los valores de altura en el tanque de medida se registran con los instrumentos que se indican a continuacin: Altura de agua en el tanque de medida

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

Presin: Se obtiene mediante los manmetros tipo bourdon

Velocidad angular: El nmero de revoluciones se determinan mediante un tacmetro.

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

DETALLE DE CLCULOS PARA EL INFORME

Potencia elctrica en [H.P].

= []

=

746[. . ]

Donde:

: Potencia elctrica en [H.P].

: Diferencia de voltaje [V].

I: Intensidad de corriente [A].

LABORATORIO DE TURBOMQUINAS BOMBA CENTRFUGA Potencia mecnica / Potencia transmitida a la bomba

=

=2

33000[. . . ]

Donde: : Potencia mecnica [B.H.P].

T: Torque [lb pie]

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

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

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

Potencia hidrulica de salida o potencia til

=62.4 ( )

33000

Donde:

: Potencia til [H.P].

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

Hs: Presin hidrosttica de entrada a la bomba (succin) [pie H2O].

Hd: Presin hidrosttica de salida a la bomba (descarga) [pie H2O].

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

Rendimiento aproximado de la bomba

=

100[%]

Rendimiento Mecnico

=

100[%]

Rendimiento del conjunto

=

100[%]

LABORATORIO DE TURBOMQUINAS BOMBA CENTRFUGA Caudal [pulg3 / s].

=

Donde: : Caudal [pulg3 / s].

: Volumen [pulg3]

: Tiempo [s]

Con un w concreto, obtenemos Q, H, Pe y n en varios puntos. Con ello obtenemos las curvas: H = H(Q), P = P(Q), Pe = Pe(Q), n = n(Q).

Figura 4. Curvas caractersticas bomba centrfuga

Procedimiento de la prctica

1. Llenar el tanque inferior, procurando que la vlvula de desage est cerrada.

2. Cebar la bomba retirando el tapn de la parte superior del tubo de descarga,

posteriormente poner el tapn.

3. Energizar el sistema.

4. La vlvula de compuerta debe estar abierta.

5. Accionar el motor con el variador de frecuencia, llevando hacia arriba la palanca.

6. Tomar medidas de altura en los manmetros de tubos de Bourdon.

7. Cuantificar el caudal, tomando el tiempo que toma llenar el volumen del tanque para

determinado nivel procurando que la vlvula de descarga est cerrada.

8. Tomar medidas del torque del motor equilibrndolo con las masas de peso conocido y la

velocidad a la que gira con el tacmetro digital.

9. Repetir pasos 6 7 y 8 para la misma velocidad del motor. Variando la apertura de la vlvula

5 veces.

10. Variar la velocidad del motor 3 veces y repetir los pasos 6 7 8 y 9

Q*Q0

H= ( )H Q

QP (

)

=P

Q( )

=

P =(

)PQ

ee

mx

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11. Invertir el sentido de giro con el variador de frecuencia y repetir los pasos 6 7 8 y 9

13. Presione el botn apagar.

14. Drene el tanque y limpie el espacio ocupado por el equipo.

Procedimiento para la construccin del diagrama Sankey

1. Determinar la potencia elctrica del motor 2. Determinar la potencia mecnica generada en el motor 3. Determinar la potencia hidrulica de la bomba 4. Comparar los valores obtenidos en cada caso y establecer las prdidas de energa que sufre el sistema.

PREPARACIN DEL INFORME

Cuadros de datos y resultados

Velocidad del motor

Apertura de la

vlvula

Presin succin

Presin descarga

Voltaje Corriente Peso Torque Altura tanque

Volumen Tiempo Caudal

W1

W2

W3

W4

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Desarrollo del Informe

Construir la curva Presin vs Caudal a las diferentes velocidades del motor

Construir la curva Potencia til vs Caudal a las diferentes velocidades del motor

Construir la curva rendimiento de la bomba vs Caudal a las diferentes velocidades del motor.

Realizar el diagrama Sankey del proceso a una velocidad especfica

Figura 5. Estructura Diagrama de Sankey

Anlisis de resultados para cada grfica

Conclusiones (mnimo 3 por persona)

Recomendaciones (mnimo 2 por persona)

Bibliografa

Preguntas del Informe

Qu sucede al invertir el sentido de giro de la bomba?

En base a las grficas construidas, qu caudal de trabajo recomendara para cada velocidad del motor?

Velocidad del motor

Apertura de la

vlvula

Potencia elctrica

Potencia mecnica

Potencia Hidrulica

Rendimiento de la bomba

Rendimiento mecnico

Rendimiento del conjunto

W1

LABORATORIO DE TURBOMQUINAS BOMBA CENTRFUGA Preguntas del Preparatorio

1. Cmo vara la curva caracterstica de la bomba centrfuga con el dimetro del rotor?

2. Explique la ecuacin de Euler

3. Qu ventaja presenta la bomba centrfuga sobre las volumtricas?

4. Por qu es tan importante el NPSH?

5. Cmo evita la cavitacin en una bomba?. Cul es la parte del rodete de la bomba ms

propensa a cavitacin y por qu?

6. Cmo evita los golpes de ariete?

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

8. Describa qu es la colina de rendimientos.

Bibliografa

JCOME, V; Laboratorio de Fluidos Guas de Ensayos: Escuela Politcnica Nacional

ENRIQUEZ D., SIMBAA J., Tesis: Diseo e implementacin de un sistema Scada, para el equipo de ensayo con bomba centrfuga del Laboratorio de fluidos de la facultad de Ingeniera Mecnica de la Escuela Politcnica Nacional , EPN, 2011 Institute, ASHRAE Learning. Fundamentals of Water System Design, SI Version. Atlanta: s.n., 1999.

Citas de Internet

http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/5091/fichero/6+-+BOMBAS+CENTR%CDFUGAS.pdf

http://www.academia.edu/7244736/Temario-UD2