Ensayo De Bombas 2017 Ii-1.docx

Banco de ensayo de bombas

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1. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO Y ESQUEMA DE LA INSTALACIÓN La instalación en la que se lleva a cabo esta práctica es un banco de ensayos preparado para fines docentes, que está integrado fundamentalmente por una instalación hidráulica con dos bombas centrífugas que recircularán el agua de un depósito, situado en el bastidor, a través de la instalación. Dichas bombas podrán trabajar: de forma independiente, en serie o en paralelo La instalación consta con un equipo de adquisición de datos.

1: Depósito de reserva UNAP

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P1: Bomba 1 P2: Bomba 2 V2 y V3: Válvulas esféricas

F: Caudalímetro magnético-inductivo V5: Grifo de purga V6 y V7: Válvulas de retención de pie con filtro

BOMBA1,2

VALVULAS

MANOMETRO

T de rosca

VALVVULA DE ESTRAN.

reductores

CODOS 90~

deposito

2. OBJETIVOS.- los objetivos de esta práctica son : UNAP

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2.1 Determinar la curva motriz de cada una de las bombas. 2.2 Determinar la curva resistente de la instalación. 2.3 Determinar el punto de operación de la instalación. 2.4 Determinar la curva motriz de las dos bombas conectadas en serie. 2.5 Determinar la curva motriz de las dos bombas conectadas en paralelo. 3. MARCO TEÓRICO.- La curva motriz de una bomba relaciona la energía útil entregada por la bomba al fluido, H = 𝒉 𝒃,𝒖 , y el caudal que impulsa la bomba. Para determinar estas variables se emplean las siguientes ecuaciones: (1) (2) Donde 𝒉 𝒃,𝒖 es la energía útil en forma de altura que aporta la bomba al fluido medida en m, y 𝑾𝒃,𝒖, es la potencia útil entregada por la bomba al fluido. Además la potencia mecánica determina la potencia en el eje de la bomba y se calcula: (3)

Y por último la potencia eléctrica de la bomba que determina el consumo eléctrico del motor. Los rendimientos de funcionamiento de la bomba serán: Rendimiento eléctrico

Rendimiento mecánico

El rendimiento total de una bomba se mide con el cociente entre la potencia útil entregada por la bomba al fluido y la potencia eléctrica consumida por el motor eléctrico: (5)

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La curva resistente de una instalación representa la energía requerida por el fluido para circular por la instalación venciendo las pérdidas de carga mayores y menores del circuito. La determinación de las pérdidas de carga mayores en tuberías se realiza empleando las ecuaciones: (I)

(II) (III) Para las pérdidas menores en los accesorios de la instalación se emplea la ecuación: Una vez obtenidas la curva motriz de una bomba ( ) H H V motriz  y la curva resistente de (IV) una instalación 𝐻𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒 = 𝐻(𝑉̇ ) se obtiene el punto de operación de la instalación en el punto de corte de ambas curvas. Para bombas conectadas en serie, la altura total que proporcionan dos bombas conectadas en serie será:

4. ELEMENTOS QUE COMPONEN LA INSTALACIÓN 1. Transductor de fuerza 2. Motores eléctricos 3. Tapa de acoplamiento del sensor de velocidad 4. Medidor del flujo volumétrico 5. Bombas centrífugas (P1 posterior, P2 frontal) 6. Válvulas de bola de la presión lateral (V2 y V3) 7. Sensores de presión lateral (P2 y P4) 8. Sensor de presión de succión de la cañería (P1 y P3) 9. Cierre de la válvula de flujo de retorno (V4) 10. Válvulas de bola para conexión en serie 11. Display y elementos de control 12. Bloqueo de ruedas 13. Cajón 14. Válvula de drenaje UNAP

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15. Tanque 16. Marco de tubos cuadrados (Diámetro de la tubería de aspiración: 50 mm Diámetro de la tubería de impulsión: 32 mm)

5. MÉTODO EXPERIMENTAL. A continuación se detallan los pasos a seguir para resolver la práctica. 1. Obtención de la curva motriz de la bomba 1 (Tabla 1) Para obtener la curva característica de la BOMBA 1, se tomarán datos de presión y caudal para reconstruir la curva desde el punto de válvula cerrada hasta el punto de válvula abierta.  Antes de arrancar la bomba, se realizarán las siguientes comprobaciones: a. Válvula esférica 1: cerrada b. Válvula esférica 2: abierta c. Válvula esférica 3: cerrada d. Válvula 4 abierta e. Nivel de agua suficiente en el depósito 1.  Se conectará la bomba y se arrancará suavemente aumentando el número de rpm. Se esperará hasta que se estabilice el caudal.

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 Se fijará un número de revoluciones por minuto inicial para empezar a medir (ver tabla 1).  Toma de datos a. Se tomará el valor del caudal (en principio con válvula V4 cerrada 𝑉̇ = 0) en 𝑚3 ⁄ℎ y se anotará en la TABLA 1. b. Se anotará el valor de la presión de los manómetros digitales P1 y P2, el par motor y la potencia eléctrica consumida. c. La válvula V4 se irá abriendo para modificar el caudal. Se tomarán datos de medida en al menos 6 caudales distintos.  Los anteriores apartados se realizarán para 5 valores de rpm distintos.  Los datos obtenidos se llevarán a una tabla paramétrica en el EES y se realizarán los cálculos necesarios de: altura de bomba, potencia y rendimiento ( ver introducción teórica).  Se representarán gráficamente los datos obtenidos y se ajustarán a una expresión del tipo  Se obtendrán las curvas características de la bomba trabajando a distintas rpm.

2. Obtención de la curva motriz de la bomba 2 (Tabla 2) Para realizar el ensayo se tiene que abrir la llave esférica 3 y cerrar la llave 2. Los valores de medición a registrar son entonces las presiones P3 y P4. Se repetirán los pasos descritos para la bomba 1, en el apartado anterior.

3. Obtención de la curva resistente de la instalación. (Tabla 3) La curva característica de la instalación se puede registrar con ambas bombas. UNAP

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Para realizar el ensayo con la bomba 1, las válvulas han de estar en las siguientes posiciones:  Llave esférica 1: cerrada  Llave esférica 2: abierta  Llave esférica 3: cerrada  Válvula de compuerta 4: mantener abierta  Se irán variando el número de rpm desde 400 hasta 2750 rpm. Para cada valor de rpm dado se tomarán los datos indicados en la tabla 3.  Mediante el programa EES construir una tabla paramétrica y variar el caudal para construir la curva resistente, determinando para cada caudal la altura necesaria, H, en m.  Ajustar la curva resistente resultante a una expresión del tipo  Representar las gráficas en la misma ventana de gráficos que las curvas características de las bombas.

4. Obtención de la curva resistente para la conexión en serie (Tabla 4) Al comienzo del ensayo arrancar las bombas, los números de revoluciones de ambas bombas se ajustan al valor constante de 2750 rpm. Durante el ensayo el caudal se estrangula con la válvula V4. Posición de las válvulas:  Válvula esférica 1: abierta  Válvula esférica 2: cerrada  Válvula esférica 3: abierta  Válvula de compuerta 4: abierta UNAP

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Toma de datos, se tomarán los valores de medida de presión P1 y P4 para cada cauda ajustado (ver tabla 4).

5. Obtención de la curva resistente para la conexión en paralelo (Tabla 5) Al comienzo del ensayo, los números de revoluciones de ambas bombas se ajustan al valor constante de 2750 rpm. Durante el ensayo el caudal se estrangula con la válvula 4. Posición de las válvulas:  Llave esférica 1: cerrada  Llave esférica 2: abierta  Llave esférica 3: abierta  Válvula de compuerta 4: abierta Los sensores de medida de presión serán P1/P3 y P2/P4. Se irán rellenando los datos de la tabla 5. 6. Obtención de resultados para la conexión en serie y paralelo  Llevar los datos obtenidos a una tabla paramétrica  Representar la gráfica de la curva de las bombas en paralelo ajustada a  Representar la gráfica de la curva de las bombas en serie ajustada a

 Representar sobre la misma gráfica la curva motriz de una de las bombas ( al mismo número de rpm que las empleadas para realizar los ensayos en serie y paralelo).

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 Representar también sobre la misma gráfica la curva de la instalación calculada anteriormente. PRIMER EXPERIMENTO CURVA CARACTERISTICA BOMBA 1 DATOS CREADOS

Ahora con las formulas dadas en la teoría e ingresando en el Excel calculamos los valores:

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CURVAS CARACTERISTICAS BOMBA 2

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Graficando mediante Excel

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II.

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TERCER ESPERIMENTO CONEXIÓN EN SERIE

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CUARTO EXPERIMENTO BOMBAS EN PARALELO DATOS OBTENIDOS DEL ENSAYO VOLUMEN TIEMPO

PRESIONES

P1 [bar] -0.18 -0.18 -0.19

P2 [bar] 0.9 0.7 0.5

P3 [bar] -0.20 -0.20 -0.21

P4 [bar] 0.9 0.7 0.5

V [litros] 0 1 8

t [seg.] 20 17

Con las formulas anteriores obtenemos EL 𝑉̇, H 𝑉̇ [𝑚3 ⁄ℎ]

Experiencia 1 2 3

0 0.18 1.69

H (m)

P1 [bar] -0.18 -0.18 -0.19

P2 P3 [bar] [bar] 0.9 -0.20 0.7 -0.20 0.5 -0.21

𝐻1,2 [m] 11.0204 8.9796 7.0408

P4 [bar] 0.9 0.7 0.5

Curva característica de bombas en paralelo

𝑯 = 𝟏𝟏. 𝟎𝟐 − 𝟏𝟐. 𝟒𝟏𝑸 + 𝟓. 𝟗𝟓𝑸𝟐

Q (𝑚3 ⁄ℎ)

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7. Conclusiones 

Se pudo graficar la curva característica de la bomba en cada ensayo obteniendo el mejor ajuste se obtuvo la ecuación 𝑯 = 𝟗. 𝟐𝟗 + 𝟎. 𝟓𝟒𝑸 − 𝟐. 𝟏𝟑𝑸𝟐



Se tuvo problemas con el ultimo experimento por el percance de la energía y obteniendo una función de la curva característica no muy favorable

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