UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERAFACULTAD DE TECNOLOGA DE LA CONSTRUCCINUNI-IES

practica n6INFORME DE INGENIERIA SANITARIA 1EFECTO DEL CAMBIO DE LA CARGA DE ENTRADA EN EL RENDIMIENTO DE UNA BOMBA.NOMBRE DE DOCENTE DE TEORIA:ING. BYRON SILVA ROCHA

NOMBRE DEL DOCENTE DE LA PRAACTICA ING. LILLIAM DUARTE FONSECA

GRUPO DE TEORA: 4T1 - C

PRESENTADO POR: N DE CARN BR.NATALY SURAMA PEREZ ROJAS 2011-39763 BR.JULIO DE JESUS OBANDO OLIVARES 2011-39668 BR.BRANDON ANTONIO PAVON ORTEGA 2011-39639 BR.ALEXANDER MONTOYA DAVILA 2011-40004 BR.EMERSON SMOLR NUES PERALTA 2011-39933

FECHA DE REALIZACION DE LA PRCTICA: 31 DE OCTUBRE DEL 2014

FECHA DE ENTREGA 07 DE NOVIENBRE DEL 2014

Indic Pgina

Introduccin.1

Objetivos...1

Equipos y materiales.....2

Generalidades.....2

Fundamento terico..........4

Descripcin del equipo....6

Instalacin del equipo......9

Procedimiento experimental.....10

Recoleccin de datos.........11

Desempeos de compresin....18

IntroduccinUna mquina de fluidos es un dispositivo mecnico que transfiere energa de forma continua a un fluido en circulacin, o bien que la extrae de l. Se utiliza el trmino general de bomba para las mquinas que aaden energa al fluido; las mquinas que extraen energa se denominan turbinas o motores. Existen dos tipos bsicos de mquinas de fluidos: de desplazamiento positivo y rotodinmicas. Las mquinas de desplazamiento positivo tienen unos elementos mviles que, durante su movimiento (bien alternativo o bien rotativo), van captando el fluido desde la zona de entrada en volmenes aproximadamente estancos, que son progresivamente transferidos hacia la zona de salida. Dentro de esta categora se encuentran las bombas de pistones, de engranajes, de paletas, etc, as como sus equivalentes en motores hidrulicos o neumticos, es decir, mquinas que extraen energa del fluido: motores de pistones, engranajes, paletas, etc Todas las bombas de desplazamiento positivo suministran un caudal con una cierta componente peridica, debido a la intermitencia en el proceso cinemtico de cierre de cavidades, traslacin y expulsin del fluido. En general estas mquinas son adecuadas para operar con lquidos o gases con caudales pequeos, pero con grandes presiones de servicio (de hasta miles de bares).En las mquinas rotodinmicas, en cambio, la transferencia de energa est asociada a la induccin de una variacin en el momento cintico (o momento de la cantidad de movimiento) del fluido en su paso a travs de la mquina. No hay volmenes cerrados: el fluido circula continuamente a travs de un rotor, denominado rodete o impulsor, en el que se encuentran los labes que delimitan los canales de paso. Estos labes obligan a que la corriente se deflacte, varindose as el momento cintico respecto al eje de accionamiento y realizndose pues un trabajo. Dentro de este conjunto de mquinas se tienen las bombas propiamente dichas cuando se trata de impulsar lquidos por conductos.Objetivos Obtener la curva Carga Caudal del sistema de tuberas a travs del cual se bombea el fluido. Determinar el punto de operacin de la bomba Equipos y materiales FM50 (Unidad de Demostracin de una Bomba Centrfuga) Dispositivo interfaz IFD7 Computadora compatible con el software FM50 304

GeneralidadesLas bombas centrfugas son turbo mquinas rotodinmicas que transfieren energa a un lquido mediante la accin de un elemento en rotacin denominado rodete, que impulsa al fluido a circular a travs de unos canales delimitados por labes de modo que el fluido entra en la direccin axial y sale en la direccin radial. El fluido que sale del rodete es recogido por una conduccin de seccin creciente, denominada voluta, que va rodeando la salida del rodete, dirigiendo finalmente el fluido hacia el conducto de impulsin a travs de un tramo difusor. 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. La representacin grfica de la energa especfica, 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 y dems documentacin tcnica. En esta prctica se obtendrn las curvas caractersticas de funcionamiento de una bomba centrfuga accionada a velocidad constante. Los ensayos se llevarn a cabo en el banco de ensayo de bombas disponible en el laboratorio del rea de Mecnica de Fluidos.Caractersticas del Funcionamiento de las Bombas a Velocidad Constante:El rendimiento de una bomba vara considerablemente dependiendo de las condiciones bajo las cuales est operando. Por tanto, cuando se selecciona una bomba para una situacin dada, es importante que lapersonaencargada de realizar dichaseleccintengainformacinrelativa el funcionamiento de las distintas bombas entre las que vaya a realizarse la eleccin. El fabricante de bombas suele tener informacin de este tipo, basada enensayosdelaboratorio, sobre su catlogo de bombas estndar. Sin embargo, algunas veces las bombas de gran capacidad se fabrican a medida. A menudo se fabrica y se ensaya unmodelode tal bomba entes de realizar eldiseofinal del prototipo de la bomba. Aun cuando algunas bombas centrfugas son accionadas pormotoresde velocidad variable, la forma mas frecuente de operacin de las bombas es a velocidad constante.La forma de los impulsores y de los labes y su relacin con la envolvente de la bomba dan lugar a variaciones en la intensidad de las prdidas por choque, la friccin del fluido y la turbulencia. Dichos parmetros vara con la altura y el caudal, siendo responsables de las grandes modificaciones en las caractersticas de las bombas. La altura en vaco es la que desarrolla la bomba cuando no hay flujo. En el caso de las bombas centrfugas de flujo mixto, la altura en vaco es alrededor de un 10 por 100 mayor que la altura normal, que es la que corresponde al punto de mximo rendimiento, mientras que en el caso de las bombas de flujo axial la altura en vaco puede ser hasta tres veces la altura normal.La eleccin de una bomba para condiciones determinadas depender de la velocidad de giro del motor que la acciona. Si la curva caracterstica de una bomba para una velocidad de giro dada es conocida, la relacin entre la altura y el caudal para velocidades de giro distintas puede deducirse a partir de ecuaciones.Seleccin de Bombas:Al seleccionar bombas para una aplicacin dada, tenemos varias bombas entre las que elegir. Haremos lo posible para seleccionar una bomba que opere con un rendimiento relativamente alto para las condiciones de funcionamiento dadas.Los parmetros que se deben investigar incluyen la velocidad especfica Ns, el tamao D del impulsor y la velocidad de operacin n. Otras posibilidades son el uso de bombas multietapa, bombas en serie, bombas en paralelo, etc. Incluso, bajo ciertas condiciones, limitar el flujo en el sistema puede producir ahorros de energa.Elobjetivoes seleccionar una bomba y su velocidad de modo que las caractersticas de funcionamiento de la bomba en relacin al sistema en el cual opera sean tales que el punto de funcionamiento est cerca del PMR (punto de mximo de rendimiento). Esto tiende a optimizar el rendimiento de la bomba, minimizando elconsumode energa.El punto de operacin puede desplazarse cambiando la curva caractersticas de la bomba, cambiando la curva caracterstica del sistema o cambiando ambas curvas. La curva de la bomba puede modificarse cambiando la velocidad de funcionamientos de una bomba dada o seleccionando una bomba distinta con caractersticas de funcionamiento diferentes. En algunos casos puede ser una ayuda ajustar el impulsor, es decir, reducir algo su dimetro, alrededor de un 5 por 100, mediante rectificado. Este impulsor mas reducido se instala en la cubierta original. La curva caracterstica del sistema puede cambiarse modificando el tamao de la tubera o estrangulando el flujo.Una complicacin que se presenta a menudo es que los niveles de ambos extremos del sistema no se mantienen constantes, como ocurre si los niveles de los depsitos fluctan. En tal caso es difcil alcanzar un rendimiento alto para todos los modos de funcionamiento. En casos extremos a veces se utiliza un motor con velocidad variable.Fundamento tericoEl diseo y operacin de una mquina roto dinmica requiere una cuidadosa atencin, en tanto tiene que considerarse las condiciones de fluido en el lado de succin. En particular, es importante comprobar la presin mnima que puede surgir en cualquier punto para garantizar que la cavitacin no tiene lugar.CAVITACIN Un factor importante para el funcionamiento satisfactorio de una bomba es evitar la cavitacin, tanto para obtener un buen rendimiento como para evitar daos en el impulsor. Cuando un lquido pasa por el impulsor de una bomba, se produce un cambio de presin. Si la presin absoluta de un lquido cae por debajo de s presin de vapor, se producir cavitacin. Las zonas de vaporizacin obstruyen el flujo limitando la capacidad de la bomba. Cuando el fluido avanza a una zona de mayor presin, las burbujas colapsan y su implosin puede producir un picado del impulsor la cavitacin suele producirse con mas frecuencia cerca de la salida (periferia) de los impulsores de flujo radial y mixto, donde se alcanzan las velocidades mayores. Tambin puede aparecer en la aspiracin del impulsor, donde las presiones son menores. En el caso de las bombas de flujo axial, l parte mas vulnerable a la cavitacin es el extremo de los labes.Para las bombas se define el parmetro de cavitacin como

para evitar que se produzca cavitacin, la bomba debe funcionar de manera que s sea mayor que s c. Esto puede conseguirse seleccionando el tipo, tamao de bomba y la velocidad de funcionamiento adecuados, y situando la bomba en el punto y a la elevacin correcta dentro del sistema.La expresin para s indica que s tender a ser pequeo (por lo que existir la posibilidad de cavitacin) en las siguientes situaciones: a) grandes alturas de bombeo; b) presin atmosfrica; c) grandes valores de ze, es decir, cuando la bomba se encuentra a una elevacin relativamente grande comparada con la elevacin de la superficie del agua del depsito; e)valores grandes de presin de vapor, es decir, altas temperaturas y/o bombeo de lquidos muy voltiles como gasolina.La cavitacin ocurre cuando la presin absoluta dentro de un impulsor cae por debajo de la presin del vapor del lquido y se forman burbujas de vapor. Estos se contraen mas adelante en los labes del impulsor cuando llegan a una regin de dispersin mas alta. La (MPS)r mnima para una capacidad y velocidad dadas se define como la diferencia entre la carga absoluta de succin y la presin de vapor del lquido bombeado a la temperaturade bombeo y que es necesario para evitar la cavitacin.La cavitacin de la bomba se nota cuando hay uno o mas de las siguientesseales:ruido, vibracin, cada en la curva de capacidad de carga yeficiencia, con el paso deltiempo, por los daos en el impulsor por picaduras yerosin. Como todas estas seales son inexactas, se hizo necesario aplicar ciertas reglas bsicas para establecer cierta uniformidad en la deteccin de la cavitacin.

CARGA NETA DE SUCCIN POSITIVA (NPSH) Para evitar el fenmeno de la cavitacin, es necesario mantener una carga neta de succin positiva requerida (NPSH)R, que no es sino la carga total equivalente del lquido en la lnea de centro de la bomba menos la presin de vapor p. Cada fabricante de bombas publica sus propias curvas relacionando este (NPSH)R con la capacidad y velocidad de cada bomba. En el momento de disear la instalacin de una bomba, debe cuidarse que la carga de succin positiva disponible (NPSH)A sea igual o mayor que la (NPSH)R para la capacidad deseada. La (NPSH)A puede calcularse de la siguiente manera:(NPSH)A=hss-hfs-pEn condiciones prcticas, la NPSH requerida para una operacin sin cavitacin ni vibracin es algo mayor que la terica. La (NPSH)R real depende de las caractersticas del lquido, la carga total, la velocidad de la bomba, la capacidad y diseo de impulsor. Cualquier condicin de succin que reduzca la (NPSH)A abajo del mnimo requerido para evitar cavitacin a la capacidad deseada, dar por resultado una instalacin deficiente y puede llevar hacia dificultades mecnicas.

CLASIFICACIN DE LOS TIPOS DE BOMBAS Bombas de desplazamiento positivo Bombas dinmicas (cinticas) Bombas electromagnticas Bombas elevadoras Descripcin del equipoLa bomba centrfuga es la mquina ms empleada para mover lquidos de un lugar a otro. Como tal, es una unidad didctica especialmente apropiada para presentar a los estudiantes todo el tema de las mquinas de fluido rotodinmicas.El descubrir la relacin entre presin, caudal, velocidad rotacional y potencia, proporciona una base de conocimientos de aplicabilidad general. Por ejemplo, puede explorarse como proyecto creativo para los estudiantes el relacionar el punto de funcionamiento requerido con las condiciones de mxima eficiencia energtica.1. Dentro de las principales aplicaciones de la FM50 estn:2. Demostracin de una bomba centrfuga de agua de una sola etapa. En operacin. 3. Medicin de la velocidad inherente de la bomba, incluyendo la produccin de curvas caractersticas: Carga total de la bomba Potencia de entrada del motor Velocidad del impulsor Eficiencia total 4. Introduccin a las leyes de la velocidad de las bombas. 5. Investigacin de tipos de impulsor. 6. Comparacin de los clculos de los estudiantes con los resultados de la computadora.

Vista de perfil de la unidad de bomba centrifuga

1-Reservorio 2- Vlvula de salida o descarga 3- Sensor de flujo 4- Motor 5- Sensor de presin 6- Vlvula de entrada o succin 7- Sensor de temperatura 8- Placa base 9- Vlvula de drenaje del reservorio 10- Drenaje 11- Impulsor 12- Vlvula de drenaje de la bomba 13- Sensor de presin

El equipo consta de una bomba centrfuga de agua impulsado por un motor elctrico, el cual est montado sobre un soporte de apoyo junto con un tanque acrlico transparente asociado a tuberas de circulacin continua. El flujo de agua a travs de la bomba centrfuga est regulado por una vlvula de control del flujo en el lado de descarga de la bomba.

Sensores apropiados estn incorporados para permitir la precisin en el anlisis de la bomba. Los parmetros de operacin de la bomba se controlan usando el software suministrado en un equipo adecuado, a travs de un dispositivo de interfaz (IFD). El software tambin permite conectar sensores de salida para ser cargados, y realiza los clculos necesarios para las diferentes investigaciones.La bomba centrfuga, que es impulsada por motor, est montada en una base de acero inoxidable con un depsito de agua y tuberas para la circulacin continua. La voluta de la bomba y el depsito de agua estn fabricados en material acrlico transparente para la mxima visibilidad. Las tuberas tambin estn fabricadas en PVC transparente. Unas vlvulas manuales situadas en la entrada y la salida de la bomba permiten controlar el caudal y tambin facilitan el estudio de los efectos de la aspiracin.

La voluta de la bomba ha sido diseada para permitir acceder a y sustituir fcilmente el impulsor sin necesidad de utilizar herramientas. El FM50 se suministra con dos impulsores, uno con palas curvas orientadas hacia adelante y el otro con palas curvas orientadas hacia atrs, lo que permite a los estudiantes investigar los efectos de las caractersticas de las bombas.

Incorpora sensores electrnicos para medir la presin de entrada de la bomba, la presin de salida, el caudal y la temperatura del agua.La velocidad de la bomba es controlada con precisin mediante un inversor electrnico avanzado en el IFD7 (un accesorio esencial). Este inversor tambin calcula el par producido en el eje de transmisin del motor, permitiendo el clculo de la potencia consumida por la bomba.

Las conexiones con el IFD7 constan de un solo conector de mltiples vas para los sensores, y un conector para el motor de la bomba.El IFD7 tambin proporciona la circuitera electrnica de acondicionamiento para los sensores, lo que permite mostrar su salida en el software de la computadora.

Especificaciones tcnicas Caudal mximo: 1,6L/min (tpico) Carga mxima: 9,0m Velocidad mxima de la bomba: 1800rpm Potencia nominal del motor: 180W

Instalacin del equipo

Se asegura que la vlvula de drenaje est totalmente cerrada. Se llena el reservorio hasta 20 cm debajo del borde superior. Se asegura que la vlvula de entrada y la vlvula de compuerta estn totalmente abiertas. Se asegura que el equipo est conectado al dispositivo de interfaz IFD7 y este a su vez est conectado a una computadora compatible. Los indicadores de luz, verde y rojo, deben estar ambos iluminados. Se asegura que el IFD7 est conectado a una adecuada red de suministro y conecte la alimentacin. Se ejecuta el software FM50-304. Revise que IFD: OK se muestra en la esquina inferior derecha de la pantalla y que hay valores que aparecen en todas las cajas de sensores de visualizacin en el diagrama esquemtico.

Procedimiento experimental

Se enciende el IFD7 Se encienda la FM50 sin el software. En el software, se configura la bomba al 80%. Se Permite que el agua circule hasta que todo el aire haya sido expulsado del sistema. Se Cierra la vlvula de entra permitiendo una reduccin considerable en el caudal. Se selecciona el icono GO para registrar las lecturas de los sensores y la configuracin de la bomba en la tabla de resultados del software. Se cierra la vlvula de entrada un poco ms. Se requiere tiempo suficiente para que las lecturas de los sensores se estabilicen, a continuacin seleccione el icono GO para grabar el siguiente conjunto de datos. Se repite el paso anterior haciendo pequeos cierres de la vlvula de entrada. Una vez que la vlvula de entrada est totalmente cerrada se guarda la ltima configuracin de resultados seleccionando el cono GO y de nuevo abra totalmente la vlvula de entrada. Crear una nueva tabla de resultados. Se Configura la velocidad de la bomba hasta 60% y se repite el procedimiento desde el paso 6. Se repite el procedimiento configurando la bomba al 100% recordando crear una nueva tabla de resultados. Se seleccione Save o Save as del men File y guarde los resultados. Se apaga la bomba sin el software, usando el botn Power On/Standby. Se apaga el IFD7.

NOTAS:

En este experimento, la vlvula de compuerta permanece totalmente abierta y el caudal es regulado a travs de la vlvula de entrada. Durante el experimento las burbujas de vapor se pueden apreciar en el impulsor, debido al ingreso del aire como resultado de la decreciente presin del fluido. Sin embargo, es poco probable que la verdadera cavitacin se produzca dentro delas condiciones de operacin normales para el sistema FM50. De ocurrir la cavitacin, esta puede ser fcilmente reconocida por la cada o fluctuaciones en la carga desarrollada por la bomba. Y por un ruido distintivo, el cual normalmente es descrito como el sonido del celofn crujiente, y un sonido como si la bomba estaba llena de piedras o mrmoles. Si la cavitacin comienza a desarrollarse, debe tomarse el conjunto de datos obtenidos de los sensores. Tan pronto como se hayan tomado las lecturas, se debe aumentar la cabeza de succin hasta que la cavitacin cesa para evitar causar daos en el impulsor. Si ocurre la cavitacin, se debe a la combinacin de factores entre los que se incluye la alta temperatura del fluido, la alta velocidad del impulsor, una baja presin ambiental y una baja carga de succin. Si durante el experimento ocurre cavitacin verdadera se debe retirar el impulsor para ser cuidadosamente inspeccionado para evitar daos posteriores.

Procedimiento de clculo

Configuracin de bomba al 60%Modelo de calculo aplicado a la lectura # 1 HvaporInterpolando la temperatura y Hvapor, despejando la ecuacin de punto pendiente:

Hinm.c.a. Hv

CNPSd

Resultados

Grafique la Carga Neta Positiva de Succin Disponible contra Caudal. En un eje Y secundario grafique la eficiencia de la bomba.

Desempeos de comprensin

Cul es la utilidad de las curvas de CNPS en el diseo un sistema de bombeo y la seleccin adecuada de bomba? Permite a los ingenieros conocer la mxima eficiencia de una bomba en un rango de parmetros de operacin, los cuales resultan sumamente tiles en la seleccin de una bomba apropiada para condiciones particulares. Adems de la utilizacin de estas grficas para la seleccin de una bomba, los grficos tambin se pueden utilizar para comparar el rendimiento real de la bomba con el rendimiento esperado.

Si se da el fenmeno de la cavitacin, describa las condiciones bajo las cuales ocurri.La cavitacin ocurri cuando la presin absoluta dentro del impulsor cayo por debajo de la presin del vapor del lquido y se formaron burbujas de vapor. Estos se contraen mas adelante en los labes del impulsor cuando llegan a una regin de dispersin ms alta. La cavitacin de la bomba se nota cuando hay uno o mas de las siguientesseales:ruido, vibracin, cada en la curva de capacidad de carga yeficiencia, con el paso deltiempo, por los daos en el impulsor por picaduras yerosin.