Leer Ensayo Completo Curvas Caracteristicas De Una Bomba Centrifuga

Curvas Caracteristicas De Una Bomba Centrifuga

Imprimir Documento!
Suscríbase a ClubEnsayos - busque más de 2.203.000+ documentos

Categoría: Ciencia

Enviado por: Rebecca 01 junio 2011

Palabras: 2473 | Páginas: 10

...

nico rodete, que abarcan capacidades hasta los 500 m³/h y alturas manométricas hasta los 100 metros con motores eléctricos de velocidad normalizada

2. MARCO TEORICO

Bombas.

Una bomba es una turbo maquina generadora para líquidos. La bomba se usa para transformar la energía mecánica en energía mecánica en energía hidráulica.

Un sistema de bombeo puede definirse como la adición de energía a un fluido para moverse o trasladarse de un punto a otro.

Una bomba centrifuga es una máquina que consiste en un conjunto de paletas rotatorias encerradas dentro de una caja o carcasa; o una cubierta o carcasa. Las paletas o Alabes imparten energía al fluido por la fuerza centrifuga (Imagen 1).

Uno de los factores más importantes que contribuyen al creciente uso de bombas centrifugas ha sido el desarrollo universal de la fuerza eléctrica.

Bombas Centrifugas

El elemento rotativo de una bomba centrifuga se denomina impulsor. La forma del impulsor puede forzar al agua a salir en un plano perpendicular a su eje (flujo radial); puede dar al agua una velocidad con componentes tanto axial como radial (flujo mixto) o puede inducir un flujo en espiral en cilindros coaxiales según la dirección del eje (flujo axial). Normalmente, a las maquinas con flujo radial o mixto se les denomina bombas centrifugas, mientras a las de flujo axial se las llama bombas de flujo axial o bombas de hélice. Los impulsores de las bombas radiales y de las mixtas pueden ser abiertos o cerrados. Los impulsores abiertos consisten en un eje al cual están unidos los alabes, mientras que los impulsores cerrados tienen laminas (o cubiertas) a cada lado de los alabes.

Las bombas de flujo radial tienen una envolvente helicoidal, que se denomina voluta, que guía el flujo desde el impulsor hasta el flujo de descarga. El incremento de la sección transversal a lo largo de la envolvente tiende a mantener constante la velocidad en su interior.

Es necesario emplear una disposición apropiada de las tuberías de aspiración y descarga para que una bomba centrifuga funcione con un máximo rendimiento. Por motivos económicos, el diámetro de la cubierta de la bomba en la aspiración y descarga suele ser menor que el del tubo al cual se conecta. Si existe un reductor horizontal entre la aspiración y la bomba, deberá utilizarse un reductor excéntrico para evitar la acumulación de aire. Deberá instalarse una válvula de pie (válvula de registro) en el tubo de aspiración para evitar que el agua abandone la bomba si esta se detiene. La tubería de descarga suele incorporar una válvula de registro una válvula de cierre. La válvula de registro evita que se cree un flujo de retorno a través de la bomba en caso de que haya una caída de potencia. Las tuberías de aspiración que toman agua de un depósito duelen tener un filtro para prevenir la entrada de partículas que pudieran atascar la bomba.

Imagen 1. Esquema de una bomba centrifuga típica

Altura Desarrollada por una Bomba

La altura desarrollada por una bomba se determina midiendo la presión en la aspiración y en la salida de la bomba, calculando las velocidades mediante la división del caudal de salida entre las respectivas áreas de las secciones transversales y teniendo en cuenta la diferencia de altura entre la aspiración y la descarga. La altura neta h suministrada por la bomba al fluido es

h=Hd-Has

h=Pdγ+Vd22g+ zd-Pasγ+Vas22g+ zas….(1)

donde los subíndices d y as se refieren a la descarga y aspiración respectivamente de la bomba. Si las tuberías de descarga y aspiración son del mismo tamaño, las componentes de la altura correspondiente a la velocidad se cancelan, sin embargo en general la tubería de entrada es mayor que la de salida.

Rendimiento de las Bombas

Cuando un líquido fluye a través de una bomba, solo parte de la energía comunicada por el eje del impulsor es transferida al fluido. Existe fricción en los cojinetes y juntas, no todo el líquido que atraviesa la bomba recibe de forma efectiva la acción del impulsor, y existe una pérdida de energía importante debido a la fricción del fluido. Esta pérdida tiene varias componentes, incluyendo las perdidas por choque a la entrada del impulsor, la fricción por el paso del fluido a trabes del espacio existente entre las palas o alabes y las pérdidas de alturas al salir el fluido del impulsor. El rendimiento e una bomba es bastante sensible a las condiciones bajo las cuales este operando. El rendimiento n de una bomba viene dado por

η=potencia suministrada al fluidoPotencia en el eje (al freno)=γQhTω……(2)

Donde g, Q y h se define de forma habitual, T es el par ejercido por el motor sobre el eje de la bomba y ω el régimen de giro del eje en radianes por segundos.

Cavitación de las bombas

La cavitación es un fenómeno que se produce siempre que la presión en algún punto o zona de la corriente de un líquido desciende por debajo de un cierto valor mínimo admisible. Este fenómeno puede producirse en la garganta de un Venturi, a la entrada del rodete de una bomba centrifuga y a la salida del rodete de una turbina hidráulica de reacción. La cavitación se origina cuando la corriente en un punto de una estructura o de una maquina alcanza una presión inferior a la presión de saturación de vapor, el liquido se evapora y se produce en el interior del liquido “cavidades” de vapor, de ahí el nombre de cavitación. Estas cavidades o burbujas de vapor arrastradas por la corriente llegan a zonas en que reina una presión muy elevada, y allí se produce una condensación violenta del vapor. El rodete de una bomba centrifuga que ha funcionado con cavitación presenta un aspecto esponjoso, como carcomido o corroído.

Para las bombas se define el parámetro de cavitación como:

δ=Pasγ+Vas22g-PbγH=NPSHH…..(4)

Donde:

NPSH es la altura de aspiración disponible o Hed , H es la altura útil,

3. MATERIALES Y METODOS

Materiales:

Banco de pruebas de la bomba que consta de:

* Tanque inferior de alimentación de las bombas

* Tanque superior de descarga de las bombas (con área igual a 0,31605 m2 ) con un dispositivo para determinar el caudal de descarga

* Bombas centrifugas que pueden trabajar en serie o en paralelo

* Contador de revoluciones para el eje del motor o tacómetro

* Dinamómetro para evaluar el torque del eje de la bomba

* Manómetros de succión y aspiración para cada bomba

* Cronometro.

Imagen 2. Tubería de descarga, tanque de descarga y dispositivo para determinar el volumen de agua descargado

Imagen 3: motores, bombas, tubos de succión, manómetros

Imagen 4. Tacómetro y dinamómetro de la bomba 3 1.

Procedimiento.

* En primera instancia se encendió el motor de la bomba No 1

* Luego se Abrió la válvula de succión y la de descarga completamente

* Se tomaron los valores mostrados en los manómetros de succión y de descarga

* Se determino con el dinamómetro la fuerza producida

* Luego con la ayuda de el cronometro, en un tiempo de 10 segundos se midió el numero de revoluciones con el tacómetro y la altura de agua en el tanque de descarga en los mismos 10 segundos.

* Luego se fue disminuyendo el caudal cerrando un poco más las válvulas (succión y descarga) y se tomaron los mismos datos indicados anteriormente.

* Se fueron cerrando poco a poco las válvulas para ir disminuyendo los caudales, en total fueron 7 caudales y sus respectivas mediciones de presión, fuerza y numero de revoluciones.

4. DISCUSION DE RESULTADOS

En la tabla (1) se mostraran los datos obtenidos en el laboratorio en las unidades con las cuales se realizaran los posteriores cálculos. Los datos son las lecturas en el manómetro de succión y de descarga, la fuerza observada en el dinamómetro, el número de revoluciones en 10 segundos y la altura de agua en el tanque de descarga en los mismos 10 segundos.

Medición # | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |

Manómetro de succión (105 N*m/s) | 0,1 | 0,15 | 0,2 | 0,25 | 0,3 | 0,35 | 0,4 |

Manómetro de descarga (105 N*m/s) | 0,125 | 0,26 | 0,375 | 0,5 | 0,625 | 0,75 | 0,875 |

# de revoluciones(10 seg) | 554 | 589 | 590 | 593 | 583 | 559 | 567 |

Fuerza (N) | 7,2 | 7 | 6,9 | 6,7 | 6,5 | 6,2 | 5,7 |

Altura de agua en el tanque de descarga (m) | 0,048 | 0,046 | 0,045 | 0,044 | 0,04 | 0,036 | 0,032 |

tiempo (seg) | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 |

Tabla 1. Datos tomados de presiones, fuerza, número de revoluciones y altura de agua en el tanque de descarga.

* Calculo de caudales:

Para el cálculo de caudales se hace uso de los volúmenes obtenidos en el tanque de descarga y de los tiempos que en todos los casos fueron 10 segundos, haciendo uso de la siguiente ecuación:

Q=volumen (m3)tiempo (seg)…(5)

Donde el volumen para cada medición seria la altura de agua medida en el tanque de descarga por el área del tanque el cual es 0.31605 m2 y el tiempo siempre fue de 10 segundos para todas las mediciones.

Entonces para el primer caso o primera medición tendremos:

Q=0,048m*0,31605m210 seg=0,00151704 m3seg

En la tabla 2 se mostraran los cálculos de los caudales para cada medición

Medición # | Volumen de agua en el tanque (m3) | tiempo (seg) | Caudal (m3/seg) |

1 | 0,015170 | 10 | 0,001517 |

2 | 0,014538 | 10 | 0,001454 |

3 | 0,014222 | 10 | 0,001422 |

4 | 0,013906 | 10 | 0,001391 |

5 | 0,012642 | 10 | 0,001264 |

6 | 0,011378 | 10 | 0,001138 |

7 | 0,010114 | 10 | 0,001011 |

Tabla 2. Calculo de caudales

* Calculo de Las velocidades de descarga (Vd) y de succión (Vas) para cada caudal:

Para el cálculo de las velocidades de descarga y de succión se hace uso de la ecuación de continuidad:

Vdmseg=Caudal m3segArea del tubo descarga m2..(6)

Vasmseg=Caudal m3segArea del tubo de succion m2..(7)

Área del tubo de succión: 0,000506707479 m2

Área del tubo de descarga: 0,002026829916 m2

Para la primera medición tendríamos.

Vd1=0,001517 (m3seg)0,002026829916 (m2)=0,7484594 ms

Vas1=0,001517 (m3seg)0,000506707479 (m2)=2,99383779ms

* Calculo de la Cabeza o Altura dinámica Total:

Para el cálculo de la cabeza o Altura dinámica total correspondiente a cada caudal se hace uso de la Ecuación (1).

H=Pdγ+Vd22g+ zd-Pasγ+Vas22g+ zas….(1)

Donde:

Pd son las presiones de descarga mostradas en el manómetro de descarga, Pas son las presiones de succion mostradas en el manómetro de succión, Vd son las velocidades de descarga y Vas las velocidades se succión, g es la gravedad (9,81 m/s2), zd es la altura del manómetro de descarga la cual es 0,23 m por encima del eje de la bomba y zas es la altura del manómetro de succión el cual es 0,04 m por debajo del eje de la bomba.

Para la primera medición tendríamos:

H1=12,5KN*ms9,81KNm3+0,74845942ms2*9,81ms2+ 0,23m -10KN*ms9,81KNm3+2,993837792ms2*9,81ms2+ (-0,04m)

H1=0,096561 m

* Calculo de la Potencia Hidráulica:

Para el cálculo de la potencia hidráulica se hace uso de la siguiente ecuación:

PH=γQH…….(8)

Donde:

PH es la potencia hidráulica, γ es el peso especifico del agua, Q es el caudal y H es la altura dinámica total.

Para la primera medición tendríamos.

PH1=9,81KNm3*0,001517m3s*0,096561 m=0,001437 Kw

* Calculo de la Potencia al freno o potencia en el eje “Peje”:

Para el cálculo de la potencia al freno, se hace uso de la siguiente ecuación.

Peje=Fuerza KN*# de rev en un minuto53,35..(9)

Donde:

F es la fuerza tomada con el dinamómetro y 53,35 es coeficiente de la bomba usada.

Para la primera medición tendremos:

Peje1=0,0072KN*3324 rpm53,35=0,4485998 Kw

* Calculo de la eficiencia de la bomba “ηb”:

ηb=PHPeje………(11)

Donde:

PH es la potencia hidráulica calculada con la ecuación (8) y Peje es la potencia al freno o potencia en el eje calculada con la ecuación (9).

Para la primera medición tendríamos:

ηb1=0,001437 Kw0,4485998 Kw=0,0032033=0,32033%

En la siguiente tabla se mostraran todos los datos calculados para las 7 mediciones en total que se hicieron en el laboratorio.

Curvas características de la bomba:

* Curva Caudal Vs Altura dinámica.

Grafica 1. Caudal Vs Altura Dinámica

* Curva Caudal Vs Potencia Hidráulica:

Grafica 2. Caudal Vs Potencia Hidráulica

* Curva Caudal Vs Potencia en el eje:

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

Se puede observar según las curvas características de la bomba utilizada arrojada por los cálculos respectivos, que tanto la grafica 1, 2 y 3 son apropiadas, pero la grafica 4 correspondiente a la curva Caudal Vs Eficiencia no resulto como se esperaba, ya que debería ser más o menos como se muestra en la grafica 5 mostrada al final del informe.

Además se puede ver en la tabla 7 que las eficiencias son bastante bajas y la máxima fue de 13%, esto probablemente al estado en que se encuentran ya los equipos del laboratorio, incluyendo también el factor de que el motor es bastante grande comparado con el tamaño de la bomba.

6. REFRERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Grafica 3. Caudal Vs Potencia en el eje

* Curva Caudal Vs eficiencia

Grafica 4. Caudal Vs eficiencia

[1] Guía de laboratorio: estudio del comportamiento de una bomba centrifuga

[2] MECANICA DE FLUIDOS Y MAQUINAS HIDRAULICAS. Claudio Matix. 2da edición. Alfa y omega. 2007. Cap. 18 y 19.

Grafica 5. Curva Caudal Vs eficiencia modificada

Donde la rama en color morado es adicionada intencionalmente para mostrar de manera aproximada como debería ser la grafica 4.