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I.

Introducción

En los sistemas de distribución de agua potable que existen en las ciudades es normal encontrar hoy en día una gran variedad de métodos para resolver las necesidades de la población correspondiente a consumo de agua, una de ellos es utilizar tanques de almacenamiento en los puntos altos haciendo uso de la gravedad para que el agua alcance la presión requerida, y cuando la topografía no permite ese método es necesaria la instalación de equipos de bombeo con el fin de vencer las pérdidas de energía y/o los desniveles existentes con el fin de enviar el caudal deseado. Una motobomba o bomba es un dispositivo empleado para elevar, transferir o comprimir líquidos y gases. En definitiva, son máquinas que realizan un trabajo para mantener un líquido en movimiento consiguiendo así aumentar la presión o energía cinética del fluido, para que este fluya desde el lugar de origen hasta el destino, el cual, generalmente se encuentra a una cota superior. En el diseño de sistemas de bombeo se debe estar en capacidad de escoger la bomba más adecuada y el número de unidades necesarias con el fin de enviar el agua de una manera eficiente y económica, por lo tanto es de suma importancia conocer muy bien las características de la bomba que vayamos a utilizar. Existen una gran variedad de tipos de bombas que se utilizan en la industria, entre las que más se utilizan para el bombeo de agua está la Bomba Centrifuga, esta debido a sus características es la que más se utiliza en sistemas de tuberías cerradas. En la práctica correspondiente a Características de una bomba centrifuga se conoció el funcionamiento de una bomba centrifuga utilizando como suministro de agua el banco hidráulico, así como el manejo necesario del equipo para su puesta en marcha y para realizar las lecturas de datos correspondientes, se especificaron las características de la bomba siendo estas: el gasto o caudal, la carga total, la potencia y la eficiencia, posteriormente en el desarrollo del presente informe se realizo el cálculo del valor numérico de las características antes mencionadas, así como la realización de las graficas correspondientes a: carga total – caudal, potencia – caudal, y eficiencia – caudal, todo esto con el objetivo de tener un mayor conocimiento acerca de la bomba centrifuga utilizada en la realización de la practica.

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II.

Objetivos

Objetivos generales: 1. Conocer el funcionamiento de una bomba centrifuga en el laboratorio con la utilización del banco hidráulico. 2. Identificar las distintas partes que constituyen una bomba centrifuga.

Objetivos específicos: 1. Adquirir conocimientos en el manejo de la bomba centrifuga. 2. Realizar las lecturas directas en el equipo correspondientes a la presión de entrada y salida, así como el voltaje y la corriente, en distintas velocidades de trabajo. 3. Calcular las características de la bomba centrifuga con las formulas correspondientes y los datos recopilados durante la práctica.

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III.

Generalidades

Las bombas se clasifican con base en una gran cantidad de criterios, que van desde sus aplicaciones, materiales de construcción, hasta su configuración mecánica. Un criterio básico que incluye una clasificación general, es el que se basa en el principio por el cual se adiciona energía al fluido. Bajo este criterio las bombas pueden dividirse en dos grandes grupos; Roto-Dinámicas y de Desplazamiento positivo. a) Roto-Dinámicas. Bombas a las que se agrega energía continuamente, para incrementar la velocidad del fluido dentro de la bomba a valores mayores de los que existen en la succión, de manera que la subsecuente reducción de velocidad dentro ó más allá de la bomba, produce un incremento en la presión. b) De desplazamiento positivo. Bombas en las cuales se agrega energía periódicamente mediante la aplicación de fuerza a uno o más elementos móviles para desplazar un número deseado de volúmenes de fluido, lo que resulta en un incremento directo en la presión. Dentro de estas dos clasificaciones generales encontramos que las Roto-Dinámicas se subdividen en: Centrifugas, Periféricas y Especiales, siendo la bomba centrifuga la más usada en la industria actual. Bomba Centrifuga

Las bombas centrífugas prevén su nombre al hecho de elevar el líquido por la acción de la fuerza centrífuga, que la imprime un rotor, colocado en su interior, el cual es accionado por un motor eléctrico. Un físico francés fue el primero que ideó las características esenciales de este tipo de bomba, la cual ha ido evolucionando a través de numerosos patentes. Toda una centrífuga, consta de un rotor de pocos a la vez fijos, el cual gira dentro de la caja envolvente, generalmente de forma espiral. El líquido proveniente de la cañería en que la por el centro del rotor, al girar bruscamente a la masa líquida una fuerza centrífuga, que lo hace salida que los canales situados entre los alavés, y la envoltura de la caja donde progresivamente la a energía cinética de la corriente líquida se transforma en energía potencial de presión. Así como la turbina Francis evolucionó hacia la turbina a hélice, con la necesidad de generar más revoluciones, las bombas centrífugas evolucionaron a las bombas de hélice o de flujo axial, como inconveniencia de ir aumentando el diámetro del eje del rotor, para permitir el ingreso de mayores caudales. 3

Así cuando se desea obtener mayores caudales se dispone de unos o más rotores sobre el mismo árbol motor. Funcionamiento de las bombas centrífugas: Las bombas centrífugas mueven un cierto volumen de líquido entre dos niveles; son pues, máquinas hidráulicas que transforman un trabajo mecánico en otro de tipo hidráulico. Los elementos constructivos de que constan son: a) Una tubería de aspiración, que concluye prácticamente en la brida de aspiración. b) El impulsor o rodete, formado por una serie de álabes de diversas formas que giran dentro de una carcasa circular. El rodete va unido solidariamente al eje y es la parte móvil de la bomba. El líquido penetra axialmente por la tubería de aspiración hasta el centro del rodete, que es accionado por un motor, experimentando un cambio de dirección más o menos brusco, pasando a radial, (en las centrífugas), o permaneciendo axial, (en las axiales), adquiriendo una aceleración y absorbiendo un trabajo. Los álabes del rodete someten a las partículas de líquido a un movimiento de rotación muy rápido, siendo proyectadas hacia el exterior por la fuerza centrífuga, de forma que abandonan el rodete hacia la voluta a gran velocidad, aumentando su presión en el impulsor según la distancia al eje. La elevación del líquido se produce por la reacción entre éste y el rodete sometido al movimiento de rotación; en la voluta se transforma parte de la energía dinámica adquirida en el rodete, en energía de presión, siendo lanzados los filetes líquidos contra las paredes del cuerpo de bomba y evacuados por la tubería de impulsión. La carcasa, (voluta), está dispuesta en forma de caracol, de tal manera, que la separación entre ella y el rodete es mínima en la parte superior; la separación va aumentando hasta que las partículas líquidas se encuentran frente a la abertura de impulsión; en algunas bombas existe, a la salida del rodete, una directriz de álabes que guía el líquido a la salida del impulsor antes de introducirlo en la voluta. c) Una tubería de impulsión.- La finalidad de la voluta es la de recoger el líquido a gran velocidad, cambiar la dirección de su movimiento y encaminarle hacia la brida de impulsión de la bomba. La voluta es también un transformador de energía, ya que disminuye la velocidad (transforma parte de la energía dinámica creada en el rodete en energía de presión), aumentando la presión del líquido a medida que el espacio entre el rodete y la carcasa aumenta.

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CLASIFICACIÓN DE BOMBAS CENTRÍFUGAS

Punto de vista el funcionamiento:  Bombas difusoras: cuando el rotor está rodeado por una serie de alabes fijos (corona directriz): Punto de vista de la aspiración:  Bombas de succión simple: cuando él y quiero entrar en un solo lado el rotor en el cual existe un gran empuje axial.  Bombas de doble succión: cuando el ingreso de líquido se hace por ambos lados del roto, eliminando así el empuje axial. Por la posición del eje:  Bombas horizontales  Bombas verticales (para pozos profundos) Por la presión alcanzada:  Bombas de baja presión (con un rotor sin directriz)  Bombas de media presión (con un rotor, con directriz)  Bombas de alta presión (con varios rotores y directrices)

Las bombas centrífugas se clasifican también de acuerdo a la trayectoria del fluido en el interior del impulsor en: flujo radial, flujo axial y flujo mixto. a) Flujo radial. El movimiento del fluido se inicia en un plano paralelo al eje de giro del impulsor de la bomba y termina en un plano perpendicular a éste. Éstas bombas Pueden ser horizontales o verticales.

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b) Flujo axial. La dirección del fluido en el impulsor es en forma axial y alrededor del eje de giro del impulsor de la bomba, sin tener cambios de dirección. Éstas bombas desarrollan su carga por la acción de un impulso o elevación de los alabes sobre el líquido y usualmente son bombas verticales de un solo paso. c) Flujo mixto. El movimiento del fluido dentro del impulsor se desarrolla en tres direcciones, tangencial, radial y axial al eje de giro del impulsor de la bomba. Éstas bombas desarrollan su carga parcialmente por fuerza centrifuga y parcialmente por el impulso de los alabes sobre el líquido. Curva Característica de la Bomba El comportamiento hidráulico de una bomba viene especificado en sus curvas características que representan una relación entre los distintos valores del caudal proporcionado por la misma con otros parámetros como la altura manométrica, el rendimiento hidráulico, la potencia requerida y la altura de aspiración, que están en función del tamaño, diseño y construcción de la bomba. Estas curvas, obtenidas experimentalmente en un banco de pruebas, son proporcionados por los fabricantes a una velocidad de rotación determinada (N). Se representan gráficamente, colocando en el eje de abcisas los caudales y en el eje de ordenadas las alturas, rendimientos, potencias y alturas de aspiración. 

Curva altura manométrica-caudal. Curva H-Q.

Para determinar experimentalmente la relación H(Q) correspondiente a unas revoluciones (N) dadas, se ha de colocar un vacuómetro en la aspiración y un manómetro en la impulsión, o bien un manómetro diferencial acoplado a dichos puntos. En la tubería de impulsión, aguas abajo del manómetro, se instala una llave de paso que regula el caudal, que ha de ser aforado. La velocidad de rotación se puede medir con un tacómetro o con un estroboscopio. Con un accionamiento por motor de corriente alterna, dicha velocidad varía muy poco con la carga. La relación H(Q) tiene forma polinómica con las siguientes formas: H = a + b·Q + c·Q2 H = a + c · Q2 Las curvas características H-Q, típicas de los 3 grupos de bombas vienen indicadas en las siguientes figuras 7.13.

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La curva que se obtiene corta el eje (Q = 0) en un punto en el que la bomba funciona como agitador, elevando un caudal nulo. Esta situación se consigue cerrando totalmente la llave de paso en el origen de la tubería de impulsión. El llamado caudal a boca llena es el que corresponde a H=0, dando un caudal máximo.

a)

b)

c) Figura 7.13. Curvas características de tres tipos de bombas hidráulicas. a) Bomba radial centrífuga; b) Bomba helicocentrífuga; c) Bomba de hélice 

Curva rendimiento-caudal.

El rendimiento de la bomba o rendimiento global es la relación entre la potencia útil o hidráulico y la potencia al freno. Este es, en general, suministrado por los constructores de la bomba, y considera las pérdidas por fugas (rendimiento volumétrico) y por rozamientos en ejes y caras del impulsor (rendimiento mecánico).

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La curva característica rendimiento-caudal para tres tipos de bombas distintas la podemos ver en la figura 7.13. En general la curva del rendimiento

podrá ajustarse a una expresión del tipo:

El rendimiento es nulo para un caudal nulo y para un caudal máximo. Entre ambos el rendimiento varía, alcanzando el máximo en un punto correspondiente a un cierto caudal, llamado caudal nominal de la bomba, que es aquel para el cual ha sido diseñada la bomba. 

Curva potencia-caudal.

En la teoría, la potencia suministrada por el eje del impulsor es: Ph = potencia hidráulica En la práctica, las perdidas por rozamiento hidráulico, mecánico y las posibles fugas dan lugar a que la potencia al freno P absorbida al motor por el eje de la bomba difiere de Ph. Su valor se obtiene en laboratorio mediante un dinamómetro o freno, aplicando la relación: P=T·N Siendo T el par resistente de la bomba, el cual es el producto de [F x r] donde r es el brazo donde se aplica la fuerza tangencial F. N es el numero de revoluciones o vueltas en la unidad de tiempo, o velocidad angular. La relación entre la potencia hidráulica (P salida) y la potencia al freno (P entrada) mide el rendimiento global. Se determina a partir de la ecuación:

La potencia absorbida por el eje de la bomba o potencia al freno es la potencia que necesita la bomba para realizar una determinada cantidad de trabajo. Es igual a la potencia hidráulica o potencia que necesita la bomba para elevar el agua, más la potencia consumida en rozamientos, y viene determinada por la formula:

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Donde: P = potencia bomba (w) = peso específico (N/m3) Q = caudal (m3/s) H = altura manométrica total (m) = rendimiento de la bomba (º/1). También se puede utilizar la siguiente expresión para Potencias expresadas en C.V.

Donde: P = potencia bomba (C.V.) Q = caudal (l/s) H = altura manométrica total (m) = rendimiento de la bomba (º/1). Para cada posición de la llave de regulación del caudal, se determinará la potencia P, con lo que la curva característica P (Q) queda determinada con la figura 7.13. La potencia absorbida por la bomba es la que tiene que suministrar el motor (eléctrico o combustión o hidráulico) por el rendimiento de dicho motor (ηm).

9

IV.    

Materiales y equipo utilizado

Banco hidráulico: Cronometro. Bomba centrifuga. Suministro de agua.

V.

Procedimiento

1. Ya conectada la bomba a la alimentación eléctrica se procedió a lo siguiente. 2. Se conectó y aseguró que el F1-27 estaba conectada al banco hidráulico. 3. Se abrió la válvula de drenaje al banco hidráulico y se cerró cuando el tanque de medida estaba vaciado. 4. Se cerró la válvula de control de descarga en el F1-27. 5. Luego se encendió el inversor del F1-27 se corrió el equipo y después se regulo a una velocidad 50HZ. Se realizó observando en la pantalla del inversor, el cual me mostraba las diferentes tipos de velocidades. 6. Se abrió la totalmente la válvula de control de descarga. 7. Luego la válvula de descarga se fue variando el caudal o sea disminuyéndolo hasta llegar al valor cero. 8. Se tomaron las lecturas de presiones en la succión y la descarga de la bomba, en los cuales los manómetros estaban ubicados en la salida y entrada de la bomba. 9. Desde la primera variación en la válvula se midió el tiempo hasta llegar a un volumen de 10 el cual fue aumentando dado que el caudal disminuía porque se cerraba la válvula. A ese volumen se anotaba el tiempo. 10. Se pulsaba el botón ubicado en el inversor para anotar los valores de voltaje, Amperaje y potencia de salida. Los cuales fueron anotados en cada variación de caudal. 11. Se repitió el procedimiento del paso 7 al 10 has llegar al caudal cero. 12. Después solo se variaba la velocidad y el procedimiento fue el mismo.

10

VI.

Datos recopilados

Velocidad: 50 Hz Nº

Velocidad (rpm)

Vol(lts)

Tiempo(s)

Pr. entrada H1 (m)

1 2 3 4 5 6 7 8

2800 2800 2800 2800 2800 2800 2800 2800

10 10 10 10 10 10 10 10

5.51 6.7 7.14 7.43 8.55 10.17 16.13 0

-3.1 -2.5 -2 -1.7 -1.1 -0.8 0.2 0.9

Tiempo(s)

Pr. entrada H1 (m)

6.35 7.24 7.84 8.66 9.68 11.94 17.26 0

-2.1 -1.9 -1.3 -1 -0.9 -0.3 0.4 0.9

Pr. salida Corriente Voltaje H0 (m) A (Amp) (volt) 2 4 7 9 12 14 17 20.5

1.895 1.845 1.795 1.77 1.72 1.67 1.56 1.34

230 230 230 230 230 230 230 230

P salida Torque (Kw) (N*cm) 0.46 0.45 0.43 0.42 0.4 0.38 0.33 0.21

124 121 116.5 114 108.5 102.5 89.5 77

Velocidad: 45 Hz Nº

1 2 3 4 5 6 7 8

Velocidad Vol(lts) (rpm) 2520 2520 2520 2520 2520 2520 2520 2520

10 10 10 10 10 10 10 10

Pr. salida Corriente Voltaje H0 (m) A (volt) 2 4 7 9 10 12 14 16.9

1.635 1.615 1.58 1.555 1.55 1.495 1.42 1.26

209 209 209 209 209 209 209 209

P salida Torque (Kw) (N*cm) 0.335 0.33 0.315 0.3 0.3 0.28 0.24 0.15

100.5 98.5 94.5 91.5 90 83.5 73.5 46

11

Velocidad: 40Hz Nº

Velocidad (rpm)

Vol(lts)

Tiempo(s)

Pr. entrada H1 (m)

1 2 3 4 5 6 7 8

2240 2240 2240 2240 2240 2240 2240 2240

10 10 10 10 10 10 10 10

7.4 7.65 8.7 8.86 10.5 10.81 15.09 0

-1.9 -1.4 -1.1 -1 -0.8 -0.5 0.1 0.9

Pr. salida Corriente Voltaje H0 (m) A (volt) 1.8 2.8 4.8 5.8 7.8 8.8 10.8 13.9

1.5 1.48 1.46 1.45 1.43 1.42 1.37 1.24

187 187 187 187 187 187 187 187

P salida Torque (Kw) (N*cm) 0.25 0.25 0.24 0.23 0.22 0.22 0.19 0.11

84 84 81 80 78 74 66 37

Velocidad: 35Hz Nº

Velocidad (rpm)

Vol(lts)

Tiempo(s)

Pr. entrada H1 (m)

1 2 3 4 5 6 7 8

1960 1960 1960 1960 1960 1960 1960 1960

10 10 10 10 10 10 10 10

8.37 8.56 9.07 10.3 10.81 11.73 13.66 0

-1.5 -1 -0.9 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.9

Pr. salida Corriente Voltaje H0 (m) A (volt) 1.2 2.2 3.2 4.2 5.2 6.2 7.2 10.9

1.36 1.35 1.34 1.34 1.33 1.32 1.31 1.23

166 166 166 166 166 166 166 166

P salida Torque (Kw) (N*cm) 0.17 0.17 0.16 0.16 0.16 0.15 0.15 0.08

66 65 64 62 61 59 57 29

12

VII.

Cálculos

 Fórmulas a utilizar:

Descarga: 𝑄=

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑉 = 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑡

Carga total: 𝐻 = 𝑃𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 − 𝑃𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎

+ (𝑧2 − 𝑍1 )

Potencia y eficiencia: 𝑃𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑎 = 𝜌𝑔𝑄𝐻(𝑤𝑎𝑡𝑡)

Potencia del impulsor: 𝑃𝑖𝑚𝑝𝑢𝑙𝑠𝑜𝑟 = 𝑇𝑤

Eficiencia hidráulica: 𝜂ℎ =

𝑃𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑎 𝑥100% 𝑃𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎

Eficiencia mecánica: 𝜂𝑚 =

𝑃𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 𝑥100% 𝑃𝑖𝑚𝑝𝑢𝑙𝑠𝑜𝑟

13

Energía eléctrica del motor de la bomba: 𝑃𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = 𝐴𝑖 𝑥𝑉𝑖

Eficiencia electro mecánica: 𝜂𝑒 =

𝑃𝑖𝑚𝑝𝑢𝑙𝑠𝑜𝑟 𝑥100% 𝑃𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟

La eficiencia total es: 𝜂𝑇 = Ƞ

𝑃𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑎𝑟 𝑥100% 𝑃𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟

 Calculos:

Para la Velocidad de 50Hz: Datos: Nº 1

Velocidad (rpm) 2800

Vol(lts) Tiempo(s) Pr. entrada H1 (m) 10 5.51 -3.1

Pr. P Corriente Voltaje salida salida Torque H0 (m) A (Amp) (volt) (Kw) (N*cm) 2 1.895 230 0.46 124

Descarga: 𝑄=

10 (100) 5.51

= (1.81488)𝑥10−3

𝑚3 𝑠

Carga total. H = 2 − −3.1 + 0.17 − 0.02

= 5.25m

Potencia y eficiencia 𝑃𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑎 = 1000

𝑘𝑔 𝑚3

9.81

𝑚 (5.25𝑚) 𝑠2

1.81488 𝑥10−3

𝑚3 𝑘𝑔𝑚2 = 93.4709 3 (𝑤𝑎𝑡𝑡) 𝑠 𝑠

14

Potencia del impulsor. 2800 124 (2𝜋) = 363.587(𝑤𝑎𝑡𝑡) 60 100

𝑃𝑖𝑚𝑝𝑢𝑙𝑠𝑜𝑟 = Eficiencia hidráulica 𝜂ℎ =

93.4709 𝑥100% = 20.3197% 0.46 (1000)

𝜂𝑚 =

0.46 (1000) 𝑥100% = 126.5171% 363.587

Eficiencia mecánica.

Energía eléctrica del motor de la bomba. 𝑃𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = 1.895 𝑥 230 = 435.85(𝑤𝑎𝑡𝑡) Eficiencia electro mecánica. 𝜂𝑒 =

363.587 𝑥100% = 83.42% 435.85

La eficiencia total es: 𝜂𝑇 =

93.4709 𝑥100% = 21.4456% 435.85

Para la Velocidad de 45Hz Datos: Nº 1

Velocidad (rpm) 2520

Pr. Vol(lts) Tiempo(s) entrada H1 (m) 10 6,35 -2,1

Pr. salida H0 (m) 2

Corriente Voltaje A 1,635

(volt) 209

P salida (Kw) 0,335

Torque (N*cm) 100,5

Descarga 𝑄=

10 (1000) 6.35

= (1.57480)𝑥10

−3

𝑚3 𝑠

Carga total. H = 2 − −2.1 + 0.17 − 0.02

= 4.25m

15

Potencia y eficiencia 𝑃𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑎 = 1000

𝑘𝑔 𝑚3

9.81

𝑚 (4.25𝑚) 𝑠2

1.57480 𝑥10−3

𝑚3 𝑘𝑔𝑚2 = 65.6574 3 (𝑤𝑎𝑡𝑡) 𝑠 𝑠

Potencia del impulsor. 2520 100,5 (2𝜋) = 265.21325(𝑤𝑎𝑡𝑡) 60 100

𝑃𝑖𝑚𝑝𝑢𝑙𝑠𝑜𝑟 = Eficiencia hidráulica

65.6574 𝑥100% = 19.6% 0,335 (1000)

Ƞℎ = Eficiencia mecánica. Ƞ𝑚 =

0,335 (1000) 𝑥100% = 126.3135% 265.21325

Energía eléctrica del motor de la bomba. 𝑃𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = 1,635 𝑥 209 = 341.715(𝑤𝑎𝑡𝑡) Eficiencia electro mecánica. Ƞ𝑒 =

265.21325 𝑥100% = 77.6125% 341.715

La eficiencia total es: Ƞ=

65.6574 𝑥100% = 19.214% 341.715

Para la Velocidad de 40Hz Datos. Nº 1

Velocidad (rpm) 2240

Pr. Vol(lts) Tiempo(s) entrada H1 (m) 10 7,4 -1,9

Pr. salida H0 (m) 1,8

Corriente Voltaje A 1,5

(volt) 187

P salida (Kw) 0,25

Torque (N*cm) 84

16

Calculo: Descarga 𝑄=

10 (1000) 7.4

= (1.35135)𝑥10−3

𝑚3 𝑠

Carga total. H = 1.8 − −1.9 + 0.17 − 0.02

= 3.85m

Potencia y eficiencia 𝑃𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑎

𝑘𝑔 = 1000 3 𝑚

𝑚 9.81 2 (3.85𝑚) 𝑠

1.35135 𝑥10

−3

𝑚3 𝑘𝑔𝑚2 = 51.038 3 (𝑤𝑎𝑡𝑡) 𝑠 𝑠

Potencia del impulsor. 2240 84 (2𝜋) = 197.041(𝑤𝑎𝑡𝑡) 60 100

𝑃𝑖𝑚𝑝𝑢𝑙𝑠𝑜𝑟 = Eficiencia hidráulica Ƞℎ =

51.038 𝑥100% = 20.4154% 0,25 (1000)

Ƞ𝑚 =

0,25 (1000) 𝑥100% = 126.877% 197.041

Eficiencia mecánica.

Energía eléctrica del motor de la bomba. 𝑃𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = 1,5 𝑥 187 = 280.5(𝑤𝑎𝑡𝑡)

Eficiencia electro mecánica. Ƞ𝑒 =

197.041 𝑥100% = 70.2463% 280.5 17

La eficiencia total es: Ƞ=

51.038 𝑥100% = 18.195% 280.5

Para la Velocidad de 35Hz Datos: Nº 1

Velocidad (rpm) 1960

Pr. Vol(lts) Tiempo(s) entrada H1 (m) 10 8,37 -1,5

Pr. salida H0 (m) 1,2

Corriente Voltaje A 1,36

(volt) 166

P salida (Kw) 0,17

Torque (N*cm) 66

Calculo: Descarga

𝑄=

10 (1000) 8.37

= (1.1947)𝑥10−3

𝑚3 𝑠

Carga total. H = 1.2 − −1.5 + 0.17 − 0.02

= 2.85m

Potencia y eficiencia 𝑃𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑎 = 1000

𝑘𝑔 𝑚3

9.81

𝑚 (2.85𝑚) 𝑠2

1.1947 𝑥10−3

𝑚3 𝑘𝑔𝑚2 = 33.40 3 (𝑤𝑎𝑡𝑡) 𝑠 𝑠

Potencia del impulsor. 𝑃𝑖𝑚𝑝𝑢𝑙𝑠𝑜𝑟 =

1960 66 (2𝜋) = 135.4654(𝑤𝑎𝑡𝑡) 60 100

Eficiencia hidráulica Ƞℎ =

33.40 𝑥100% = 19.65% 0,17 (1000)

Ƞ𝑚 =

0,17 (1000) 𝑥100% = 125.49% 135.4654

Eficiencia mecánica.

18

Energía eléctrica del motor de la bomba. 𝑃𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = 1,36 𝑥 166 = 225.76(𝑤𝑎𝑡𝑡)

Eficiencia electro mecánica. Ƞ𝑒 =

135.4654 𝑥100% = 60.004% 225.76

La eficiencia total es: Ƞ=

33.40 𝑥100% = 14.794% 225.76

De esta misma forma se realizaron los cálculos correspondientes para los distintos tiempos de cada lectura.

Tablas de resultados: Velocidad 50Hz: N°

Caudal

Carga

Eficiencia

Motor

Eficiencia

Eficiencia

Eficiencia

Potencia

Potencia

Q(mᶾ/s)

H(m)

Hidraulica

(Watt)

Mecánica

Eléctrica

Total

Impulsor

absorbida

Ƞ m%

Ƞ e%

Ƞ T%

(watt)

(watt)

Ƞ h% 1

0.00181488

5.25

20.3197743 435.85 126.517178

2

0.00149254

6.65

21.6373134 424.35 126.835403 83.6079958 22.9451892 354.7905303 97.3679104

3

0.00140056

9.15

29.236369

4

0.0013459

10.85 34.1083445

407.1

125.648639 82.1089311 35.1891543 334.2654583 143.255047

5

0.00116959 13.25 38.0065789

395.6

125.731357 80.4192659 38.4293013 318.1386161 152.026316

6

0.00098328 14.95 37.9494644

384.1

126.43668

7

0.00061996 16.95 31.2385166

358.8

125.748918 73.1403864 28.7310771 262.4277063 103.087105

308.2

93.0126291 73.2562596

8

0

19.75

0

83.420211

21.4456721 363.5869898 93.4709619

412.85 125.879753 82.7409086 30.4508627 341.5958412 125.716387

78.2467319 37.5443803 300.5456972 144.207965 0

225.775792

0

19

Velocidad 45Hz: N°

Caudal Q(mᶾ/s)

Carga H(m)

1 2 3 4 5 6 7 8

0.0015748 0.00138122 0.00127551 0.00115473 0.00103306 0.00083752 0.00057937 0

4.25 6.05 8.45 10.15 11.05 12.45 13.75 16.15

Eficiencia Hidraulica Ƞ h% 19.5992479 24.8411602 33.5659621 38.3262125 37.3279959 36.5322146 32.5626448 0

Motor (Watt) 341.715 337.535 330.22 324.995 323.95 312.455 296.78 263.34

Eficiencia Mecánica Ƞ m% 126.313447 126.954632 126.313447 124.242735 126.313447 127.069815 123.735621 123.567502

Eficiencia Eléctrica Ƞ e% 77.6124115 77.009903 75.5192371 74.2973927 73.3151426 70.522574 65.3554587 46.0967343

Eficiencia Total Ƞ T% 19.2141054 24.2866158 32.0188906 35.3785866 34.5682938 32.7375785 26.3327541 0

Potencia Impulsor

Potencia absorbida

265.213252 259.935376 249.379625 241.462811 237.504405 220.351309 193.96193 121.39114

65.6574803 81.9758287 105.732781 114.978637 111.983988 102.290201 78.1503476 0

Potencia Impulsor

Potencia absorbida

197.040691 197.040691 190.003524 187.657801 182.966356 173.583466 154.817686 86.791733

51.0385135 55.7823529 68.2189655 76.9520316 81.75 85.7580944 70.5357853 0

Potencia Impulsor

Potencia absorbida

135.465475 133.412968 131.360461 127.255446 125.202939 121.097925 116.99291 59.5227088

33.40322581 38.39193925 45.96747519 47.14514563 52.18085106 54.77877238 52.78440703 0

Velocidad 40Hz: N°

Caudal Q(mᶾ/s)

Carga H(m)

1 2 3 4 5 6 7 8

0.00135135 0.00130719 0.00114943 0.00112867 0.00095238 0.00092507 0.00066269 0

3.85 4.35 6.05 6.95 8.75 9.45 10.85 13.15

Eficiencia Hidraulica Ƞ h% 20.4154054 22.3129412 28.424569 33.457405 37.1590909 38.980952 37.1240975 0

Motor (Watt) 280.5 276.76 273.02 271.15 267.41 265.54 256.19 231.88

Eficiencia Mecánica Ƞ m% 126.877346 126.877346 126.313447 122.563516 120.240685 126.740182 122.724997 126.740182

Eficiencia Eléctrica Ƞ e% 70.2462357 71.1955092 69.5932619 69.208114 68.4216582 65.369988 60.4308076 37.4295899

Eficiencia Total Ƞ T% 18.1955485 20.1554968 24.9868015 28.3798752 30.5710332 32.2957349 27.5326068 0

Velocidad 35Hz N°

Caudal Q(mᶾ/s)

1 2 3 4 5 6 7 8

0.00119474 0.00116822 0.00110254 0.00097087 0.00092507 0.00085251 0.00073206 0

Carga H(m)

Eficiencia Hidraulica Ƞ h% 2.85 19.6489564 3.35 22.5834937 4.25 28.729672 4.95 29.465716 5.75 32.6130319 6.55 36.5191816 7.35 35.1896047 10.15 0

Motor (Watt) 225.76 224.1 222.44 222.44 220.78 219.12 217.46 204.18

Eficiencia Mecánica Ƞ m% 125.49323 127.423895 121.802252 125.731357 127.792527 123.866697 128.212897 134.402485

Eficiencia Eléctrica Ƞ e% 60.004197 59.5327836 59.0543341 57.2088862 56.7093664 55.2655736 53.7997381 29.152076

Eficiencia Total ȠT % 14.7959009 17.1316106 20.665112 21.1945449 23.6347727 24.9994397 24.2731569 0

20

VIII.

Desempeños de comprensión

1. Para cada velocidad de la bomba grafique potencia, carga total y eficiencia vs caudal.

Para 2800 rpm

Q vs H 25

H (m)

20 15 10 5 0 0

0.0005

0.001

0.0015

0.002

0.0015

0.002

Q (m³/seg)

Q vs PH 160 140 PH (watts)

120 100 80 60 40 20 0 0

0.0005

0.001 Q (m³/seg)

21

ηt (%)

Q vs ηt 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0

0.0005

0.001

0.0015

0.002

0.0015

0.002

Q (m³/seg)

Para 2520

H (m)

Q vs H 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0

0.0005

0.001 Q (m³/seg)

22

Q vs PH 140

PH (watts)

120 100 80 60 40 20 0 0

0.0005

0.001

0.0015

0.002

0.0015

0.002

Q (m³/seg)

Q vs ηt 40 35

ηt (%)

30 25 20 15 10 5 0 0

0.0005

0.001 Q (m³/seg)

23

Para 2240

Q vs H 14 12

H (m)

10 8 6 4 2 0 0

0.0002 0.0004 0.0006 0.0008

0.001

0.0012 0.0014 0.0016

Q (m³/seg)

PH (watts)

Q vs PH 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0

0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 0.001 0.0012 0.0014 0.0016 Q (m³/seg)

24

Q vs ηt 35 30

ηt (%)

25 20 15 10 5 0 0

0.0002 0.0004 0.0006 0.0008

0.001

0.0012 0.0014 0.0016

Q (m³/seg)

Para 1960 rpm

Q vs H 12 10 H (m)

8 6 4 2 0 0

0.0002

0.0004

0.0006

0.0008

0.001

0.0012

0.0014

Q (m³/seg)

25

Q vs PH 70

PH (watts)

60 50 40 30 20 10 0 0

0.0002

0.0004

0.0006

0.0008

0.001

0.0012

0.0014

0.001

0.0012

0.0014

Q (m³/seg)

Q vs ηt 30 25 ηt (%)

20 15 10 5 0 0

0.0002

0.0004

0.0006

0.0008

Q (m³/seg)

26

2. Explique la relación entre Carga Total – Caudal, Eficiencia – Caudal y Potencia – Caudal.  A medida que el caudal disminuye la carga total aumenta, presentándose este mismo comportamiento en las diferentes velocidades en que se trabajo la bomba (50Hz, 45Hz, 40Hz y 35Hz).  Para el caso de la eficiencia total – caudal se observa de las graficas que a medida que el caudal disminuye la eficiencia total aumenta hasta llegar a su valor máximo de eficiencia total, una vez alcanzado este valor aunque el caudal siga disminuyendo el valor de la eficiencia total empieza a disminuir.  En el caso correspondiente a potencia absorbida – caudal se puede observar de las graficas que a medida que el caudal disminuye la potencia hidráulica aumenta hasta llegar a su valor máximo, cabe destacar que cuando la potencia absorbida llega a su valor máximo en ese mismo instante es cuando se alcanza la eficiencia total máxima de la bomba, una vez ocurrido esto la el valor de la potencia absorbida disminuye. 3. ¿Para cada velocidad, cuál es el caudal y carga para el cual la bomba opera a su máxima eficiencia? Para la velocidad de 50Hz el caudal es de 0.00116959m3/s y la carga correspondiente es de 13.25m, ambos se obtuvieron en la quinta lectura, para una eficiencia total del 38.43%. Para la velocidad de 45Hz el caudal es de 0.00115473m3/s y la carga 10.15m, ambos se obtuvieron en la cuarta lectura para una eficiencia total del 35.38%. Para la velocidad de 40Hz el caudal es de 0.0092507m 3/s y la carga 9.45m, ambos se obtuvieron en la sexta lectura para una eficiencia total del 32.29%. Para la velocidad de 35Hz el caudal es de 0.00085251m3/s y la carga 6.55m, ambos tomados en la sexta lectura para una eficiencia total del 24.99%. 4. Explique cuál es el comportamiento del caudal, carga total y eficiencia respecto a las variaciones en la velocidad de la bomba. A medida que la velocidad de la bomba disminuye, los valores calculados correspondientes al caudal, carga total y eficiencia(correspondiente a todas las calculadas), disminuyen siendo estos valores comparables únicamente a cada lectura correspondiente en cada una de las velocidades a las cuales se trabajo la bomba durante la práctica de laboratorio.

27

IX.

Conclusiones

Una vez finalizado el laboratorio correspondiente a Características de una bomba centrifuga concluimos que: 1. Se cumplieron los objetivos planteados al inicio del presente informe puesto que, una vez realizado el laboratorio adquirimos conocimientos prácticos tanto del funcionamiento de la bomba centrifuga así como de la manipulación de la bomba para realizar las lecturas correspondientes en el equipo para la toma de datos necesarios para el cálculo de las características de una bomba centrifuga. 2. Durante el desarrollo de este informe con la utilización de los datos recopilados de manera experimental y con las formulas suministradas en la clase teórica se calcularon las características de la bomba correspondientes a las distintas velocidades en que se trabajo la bomba (50Hz, 45Hz, 40Hz y 35Hz). 3. Hacemos énfasis en que a medida que la velocidad de la bomba disminuye los valores calculados de las características de la bomba (caudal, carga total, potencia y eficiencia) también disminuyen de manera gradual en cada lectura correspondiente, esto se debe a que al trabajar la bomba a una velocidad menor el tiempo en que se recolecta el volumen trabajado aumenta por tanto el caudal disminuye, los valores de las presiones también disminuyen por tanto la carga total también, la corriente, el voltaje y la potencia de salida son menores por tanto eso explica que los valores calculados de las potencias y eficiencias también disminuyan a medida que la velocidad de la bomba sea menor.

28

X.

Anexos

Tipo de bomba utilizada:

Banco hidráulico conectado a la bomba y sus componentes

29

Las bombas centrífugas tienen un uso muy extendido en la industria ya que son adecuadas casi para cualquier uso. Las más comunes son las que están construidas bajo normativa DIN 24255 (en formas e hidráulica) con un único rodete, que abarcan capacidades hasta los 500 m³/h y alturas manométricas hasta los 100 metros con motores eléctricos de velocidad normalizada. Estas bombas se suelen montar horizontales, pero también pueden estar verticales y para alcanzar mayores alturas se fabrican disponiendo varios rodetes sucesivos en un mismo cuerpo de bomba. De esta forma se acumulan las presiones parciales que ofrecen cada uno de ellos. En este caso se habla de bomba multifásica o multietapa, pudiéndose lograr de este modo alturas del orden de los 1200 metros para sistemas de alimentación de calderas. Constituyen no menos del 80% de la producción mundial de bombas, porque es la más adecuada para mover más cantidad de líquido que la bomba de desplazamiento positivo. No hay válvulas en las bombas de tipo centrífugo; el flujo es uniforme y libre de impulsos de baja frecuencia. Los impulsores convencionales de bombas centrífugas se limitan a velocidades en el orden de 60 m/s (200 pie/s)

30

XI.

Bibliografía

1. https://www5.uva.es/guia_docente/uploads/2012/375/51412/1/Documento15.pdf 2. http://todoproductividad.blogspot.com/2012/03/guia-de-calculo-para-procesos-

con.html 3. http://es.pdfcoke.com/doc/51942512/4/CLASIFICACION-DE-BOMBASCENTRIFUGAS 4. Guías de laboratorio sanitaria I.

31

Indice Introducción................................................................................................................................................. 1 Objetivos ...................................................................................................................................................... 2 Generalidades ............................................................................................................................................ 3 Materiales y equipo utilizado .................................................................................................................. 10 Procedimiento ........................................................................................................................................... 10 Datos recopilados .................................................................................................................................... 11 Cálculos ..................................................................................................................................................... 13 Desempeños de comprensión ............................................................................................................... 21 Conclusiones ............................................................................................................................................ 28 Anexos ....................................................................................................................................................... 29 Bibliografía ................................................................................................................................................ 31

32