UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA UNI-IES
INFORME DE INGENIERIA SANITARIA SANITARIA 1
NOMBRE DE PRÁCTICA: CURVA CURVA CARACTERISTICA DE UNA BOMBA CENTRIFUGA
DOCENTE: ING MARIO CASTELLON CASTELLON
INTEGRANTES OSCAR DAVID RIVAS ACEVEDO LENNIN RUIZ BERMUDEZ
GRUPO: 4T1-C4
FECHA DE ENTREGA: JUEVES JUEVES 11 DE OCTUBRE DEL 2012
Indicé Introducción…………………………………………………….1 Objetivos…………………………………………………………1
Equipos y materiales …………………………………………..2 Generalidades …………………………………………………..2 Fundamento teórico……………………………………….…..3 Descripción del equipo………………………………….…….4 Instalación del equipo…………….…………………………..7 Procedimiento experimental ………………………………….8 Recolección de datos………………………………………….9 Desempeños de compresión…………………….…………..14 Conclusiones…………………..………………………………15
Introducción Una máquina de fluidos es un dispositivo mecánico que transfiere energía de forma continua a un fluido en circulación, o bien que la extrae de él. Se utiliza el término general de bomba para las máquinas que añaden energía al fluido; las máquinas que extraen energía se denominan turbinas o motores. Existen dos tipos básicos de máquinas de fluidos: de desplazamiento positivo y rotodinámicas. Las máquinas de desplazamiento positivo tienen unos elementos móviles que, durante su movimiento (bien alternativo o bien rotativo), van captando el fluido desde la zona de entrada en volúmenes aproximadamente estancos, que son progresivamente transferidos hacia la zona de salida. Dentro de esta categoría se encuentran las bombas de pistones, de engran ajes, de paletas, etc…, así como sus equivalentes en motores hidráulicos o neumáticos, es decir, máquinas que extraen energía del fluido: motores de pistones, engranajes, paletas, etc… Todas
las bombas de desplazamiento positivo suministran un caudal con una cierta componente periódica, debido a la intermitencia en el proceso cinemático de cierre de cavidades, traslación y expulsión del fluido. En general estas máquinas son adecuadas para operar con líquidos o gases con caudales pequeños, pero con grandes presiones de servicio (de hasta miles de bares). En las máquinas rotodinámicas, en cambio, la transferencia de energía está asociada a la inducción de una variación en el momento cinético (o momento de la cantidad de movimiento) del fluido en su paso a través de la máquina. No hay volúmenes cerrados: el fluido circula continuamente a través de un rotor, denominado rodete o impulsor, en el que se encuentran los álabes que delimitan los canales de paso. Estos álabes obligan a que la corriente se deflacte, variándose así el momento cinético respecto al eje de accionamiento y realizándose pues un trabajo. Dentro de este conjunto de máquinas se tienen las bombas propiamente dichas cuando se trata de impulsar líquidos por conductos.
Objetivos
Obtención de la curva de la altura de elevación (=energía específica útil por unidad de peso de fluido) en función del caudal. Obtención de la curva de la potencia consumida por la bomba en función del caudal. Obtención de la curva de rendimiento de la bomba en función del caudal. Determinación de la velocidad específica de la bomba. Analizar el comportamiento de los parámetros de operación de una bomba centrifuga.
Equipos y materiales FM50 (Unidad de Demostración de una Bomba Centrífuga) Dispositivo interfaz IFD7 Computadora compatible con el software FM50 – 304
Generalidades Las bombas centrífugas son turbo máquinas rotodinámicas que transfieren energía a un líquido mediante la acción de un elemento en rotación denominado rodete, que impulsa al fluido a circular a través de unos canales delimitados por álabes de modo que el fluido entra en la dirección axial y sale en la dirección radial. El fluido que sale del rodete es recogido por una conducción de sección creciente, denominada voluta, que va rodeando la salida del rodete, dirigiendo finalmente el fluido hacia el conducto de impulsión a través de un tramo difusor. La energía específica (es decir, la energía 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 máximo. También la energía consumida por la bomba (la que absorbe del motor de accionamiento) y el rendimiento (relación entre la energía entregada al fluido y la energía consumida) son función del caudal en circulación. La representación gráfica de la energía específica, la potencia consumida y el rendimiento de la bomba en función del caudal se denominan curvas características de la bomba. Estas curvas constituyen la información básica necesaria para predecir las magnitudes de operación de la bomba en un circuito dado, y por lo tanto suelen ser aportadas por los fabricantes en sus catálogos y demás documentación técnica. En esta práctica se obtendrán las curvas características de funcionamiento de una bomba centrífuga accionada a velocidad constante. Los ensayos se llevarán a cabo en el banco de ensayo de bombas disponible en el laboratorio del Área de Mecánica de Fluidos.
Fundamento teórico Curvas características
Antes de que un sistema de bombeo pueda ser diseñado o seleccionado debe definirse claramente su aplicación. Así sea una simple línea de recirculación o un gran oleoducto, los requerimientos de todas la aplicaciones son siempre los mismos, es decir, trasladar líquidos desde un punto a otro. Entonces, esto obliga a que la bomba y el sistema tengan iguales características para que este diseño sea óptimo. La manera de conocer tales características se realiza con la ayuda de las curvas características de la bomba, las cuales han sido obtenidas mediante ensayos realizados en un banco de pruebas el cual posee la instrumentación necesaria para medir el caudal, velocidad de giro, momento de torsión aplicado y la diferencia de presión entre la succión y la descarga de la bomba, con el fin de poder predecir el comportamiento de la bomba y obtener el mejor punto de operación el cual se conoce como PME, variando desde una capacidad igual a cero hasta un máximo, dependiendo del diseño y succión de la, bomba. Generalmente este tipo de curvas se obtienen para velocidad constante, un diámetro del impulsor específico y un tamaño determinado de carcasa, realizando la representación gráfica de la carga hidráulica (curva de estrangulamiento), potencia absorbida y eficiencia adiabática contra la capacidad de la bomba. Estas curvas son suministradas por los proveedores de bombas, de tal manera que el usuario pueda trabajar según los requerimientos de la instalación sin salir de los intervalos de funcionamiento óptimo, además de predecir que ocurrirá al variar el caudal manejado, sirviendo como una gran herramienta de análisis y de compresión del funcionamiento del equipo. El desarrollo y utilización de bombas en la práctica de ingeniería se ha beneficiado en gran medida de la aplicación del análisis dimensional. Las variables de funcionamiento de mayor interés en una bomba son la potencia consumida PB, la
energía por unidad de peso comunicada al fluido H (o la energía por unidad de masa, H·g) y el rendimiento η. Las variables de las que dependen las tres
anteriores pueden agruparse de la siguiente manera:
Propiedades del fluido: densidad ρ y viscosidad μ.
Características del flujo a través de la bomba: caudal Q. Características de la propia máquina: velocidad de giro ω, diámetro
característico D y rugosidad absoluta del material ε.
Las variables de funcionamiento se pueden convertir en variables adimensionales utilizando el teorema de Buckingham, de modo que aparecen tres parámetros nuevos de funcionamiento, adimensionales, en las bombas:
Cifra de potencia Cifra de presión Cifra de rendimiento
Descripción del equipo La bomba centrífuga es la máquina más empleada para mover líquidos de un lugar a otro. Como tal, es una unidad didáctica especialmente apropiada para presentar a los estudiantes todo el tema de las máquinas de fluido rotodinámicas. El descubrir la relación entre presión, 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 máxima eficiencia energética. 1. Dentro de las principales aplicaciones de la FM50 están: 2. Demostración de una bomba centrífuga de agua de una sola etapa. En operación. 3. Medición de la velocidad inherente de la bomba, incluyendo la producción de curvas características: Carga total de la bomba Potencia de entrada del motor Velocidad del impulsor Eficiencia total 4. Introducción a las leyes de la velocidad de las bombas. 5. Investigación de tipos de impulsor. 6. Comparación de los cálculos de los estudiantes con los resultados de la computadora.
Vista de perfil de la unidad de bomba centrifuga
1-Reservorio 2- Válvula de salida o descarga 3- Sensor de flujo 4- Motor 5- Sensor de presión 6- Válvula de entrada o succión 7- Sensor de temperatura 8- Placa base
9- Válvula de drenaje del reservorio 10- Drenaje 11- Impulsor 12- Válvula de drenaje de la bomba 13- Sensor de presión El equipo consta de una bomba centrífuga de agua impulsado por un motor eléctrico, el cual está montado sobre un soporte de apoyo junto con un tanque acrílico transparente asociado a tuberías de circulación continua. El flujo de agua a través de la bomba centrífuga está regulado por una válvula de control del flujo en el lado de descarga de la bomba. Sensores apropiados están incorporados para permitir la precisión en el análisis de la bomba. Los parámetros de operación de la bomba se controlan usando el software suministrado en un equipo adecuado, a través de un dispositivo de interfaz (IFD). El software también permite conectar sensores de salida para ser cargados, y realiza los cálculos necesarios para las diferentes investigaciones. La bomba centrífuga, que es impulsada por motor, está montada en una base de acero inoxidable con un depósito de agua y tuberías para la circulación continua. La voluta de la bomba y el depósito de agua están fabricados en material acrílico transparente para la máxima visibilidad. Las tuberías también están fabricadas en PVC transparente. Unas válvulas manuales situadas en la entrada y la salida de la bomba permiten controlar el caudal y también facilitan el estudio de los efectos de la aspiración. La voluta de la bomba ha sido diseñada para permitir acceder a y sustituir fácilmente 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 atrás, lo que permite a los estudiantes investigar los efectos de las características de las bombas. Incorpora sensores electrónicos para medir la presión de entrada de la bomba, la presión de salida, el caudal y la temperatura del agua. La velocidad de la bomba es controlada con precisión mediante un inversor electrónico avanzado en el IFD7 (un accesorio esencial). Este inversor también calcula el par producido en el eje de transmisión del motor, permitiendo el cálculo de la potencia consumida por la bomba. Las conexiones con el IFD7 constan de un solo conector de múltiples vías para los sensores, y un conector para el motor de la bomba.
El IFD7 también proporciona la circuitería electrónica de acondicionamiento para los sensores, lo que permite mostrar su salida en el software de la computadora.
Especificaciones técnicas Caudal máximo: 1,6L/min (típico) Carga máxima: 9,0m Velocidad máxima de la bomba: 1800rpm Potencia nominal del motor: 180W Instalación del equipo
Se asegura que la válvula de drenaje esté totalmente cerrada. Se llena el reservorio hasta 20 cm debajo del borde superior. Se asegura que la válvula de entrada y la válvula de compuerta estén totalmente abiertas. Se asegura que el equipo esté conectado al dispositivo de interfaz IFD7 y este a su vez esté conectado a una computadora compatible. Los indicadores de luz, verde y rojo, deben estar ambos iluminados. Se asegura que el IFD7 esté conectado a una adecuada red de suministro y conecte la alimentación. 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 visualización en el diagrama esquemático.
Procedimiento experimental
Se enciende el IFD7 Se encienda la FM50 sin el software , usando el botón Power On/Standby. Usando el software, se configura la velocidad de la bomba al 80%. La interfaz aumenta la velocidad de la bomba hasta que alcanza el nivel deseado. Se Permite que el agua circule hasta que todo el aire haya sido expulsado del sistema. El cierre y apertura de la válvula de entrada y válvula de compuerta un par de veces acelera el cebado del sistema y la eliminación de las burbujas atrapado. En la tabla de resultados, se cambia el nombre de la hoja de cálculo (Seleccionar Format > Rename Sheet) al 80%. Se Cierra la válvula de compuerta hasta tener una caudal igual a cero. Note que la bomba no funciona bien con la válvula cerrada o casi cerrada, la presión producida se encuentra fuera de los parámetros normales de operación. La bomba debe comenzar a funcionar sin problemas mientras el experimento avanza. Se selecciona el icono GO para registrar las lecturas de los sensores y la configuración de la bomba en la tabla de resultados del software. Se Abre un poco la válvula para dar un flujo muy bajo. Se requiere tiempo suficiente para que las lecturas de los sensores se estabilicen, a continuación se seleccione el icono GO para grabar el siguiente conjunto de datos. Se incrementa poco a poco el caudal y se repite el paso 8. Se crea una nueva tabla de resultados. Se cierra la válvula de compuerta. Se configure la bomba al 60%. Se selecciona el icono GO para registrar las lecturas de los sensores y la configuración de la bomba en la tabla de resultados del software. Se Incrementa poco a poco el caudal y se repite el paso 8. Se cierra la válvula de compuerta. Se repite el procedimiento para 70%, 90% y 100%. Para cada configuración se crea una nueva tabla de resultados. Usando los botones de flechas en la pantalla del software se reduce la velocidad de la bomba hasta 0%. Se selecciona Save o Save as del menú File y guarde los resultados. Se apaga la bomba sin el software, usando el botón Power On/Standby. Se apaga el IFD7.
Recolección de datos Configuración de bomba: 60% V Bomba rpm
N°
P entrada Kpa
P salida Kpa
Caudal (l/s) Carga total
1
900
3.685644531 23.3003418 0.06640625 2.08726871
2
900
3.63515625 22.6944824 0.11914063 2.03630791
3
900
3.483691406 22.5935059 0.18554688 2.05400988
4
900
3.332226563 21.7099609
5
900
3.281738281 21.2050781 0.27929688 1.95911639
6
900
3.079785156 20.2962891 0.33203125
1.9061331
7
900
2.82734375 18.8068848 0.38476563
1.8025408
8
900
2.675878906 17.8728516 0.45117188 1.75615225
9
900
2.372949219 16.9135742
0.4921875 1.71258311
10
900
2.070019531 15.4999023
0.53125 1.62312465
11
900
1.666113281 13.8590332
0.5703125 1.52272246
12
900
1.464160156 12.2181641 0.61132813 1.40482202
13
900
1.363183594 11.7890137
14
900
1.363183594 11.2336426 0.65039063 1.34434753
0.2265625 1.98913336
0.625 1.38140878
30.00 25.00 20.00
Caudal vs Carga
15.00
Caudal vs potencia hidraulica
10.00
Caudal vs Eficiencia
5.00 0.00 0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
Configuración de bomba: 70% N°
V Bomba rpm
P entrada Kpa
P salida Kpa
3.63515625 31.3279785
Caudal (l/s) Carga total
1
1050
2
1050
3.534179688 31.1007813 0.14648438 2.91245221
3
1050
3.483691406 30.1162598 0.19921875 2.82796315
4
1050
3.180761719 29.2832031 0.25195313 2.78824652
5
1050
3.130273438
6
1050
3.079785156 28.1724609 0.34570313 2.71892445
7
1050
2.625390625 26.5063477 0.41210938 2.62551007
8
1050
2.473925781 25.2946289 0.46484375 2.54504929
9
1050
2.070019531 23.7799805 0.50390625 2.45432754
10
1050
1.817578125 22.2905762 0.55859375 2.36306856
11
1050
1.716601563 21.2555664 0.59765625 2.29507914
12
1050
1.312695313
18.857373 0.65039063 2.13078817
13
1050
0.908789063
17.241748 0.69140625 2.04022976
14
1050
0.555371094
14.894043
0.7578125 1.89452069
15
1050
-0.050488281 12.8997559
0.796875 1.78930797
16
1050
-0.201953125 11.3346191
0.8359375 1.68338927
28.904541
0.09375 2.91765565
0.3046875 2.77240297
30.00 25.00 20.00
Caudal vs Carga
15.00
Caudal vs Eficiencia
10.00
Caudal vs potencia hidraulica
5.00 0.00 0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
Configuración de bomba: 80% V Bomba rpm
N°
P salida P entrada Kpa Kpa
Carga total Caudal (l/s) (m)
1
1200
3.584667969 41.1984375
0.09375
3.934667988
2
1200
3.534179688 39.2546387
0.171875
3.753202073
3
1200
3.23125 38.1186523 0.23828125
3.684743847
4
1200
3.130273438 38.0934082 0.31835938
3.71964024
5
1200
3.029296875 37.7147461 0.31835938
3.691184717
6
1200
2.726367188 36.1496094
0.3984375
3.597134941
7
1200
2.271972656 33.7009277 0.47851563
3.435389532
8
1200
1.918554688 31.5804199 0.55859375
3.304873719
9
1200
1.363183594 28.2229492
0.625
3.065907439
10
1200
0.858300781 26.1276855 0.69140625
2.956338243
11
1200
0.605859375 24.0071777
0.7578125
2.823524549
12
1200 -0.353417969 19.9681152 0.82421875
2.571896836
13
1200 -1.161230469 15.4241699
0.9296875
2.301967205
14
1200 -1.363183594 14.1114746 0.95703125
2.21963643
30.00 25.00 20.00
Caudal vs carga
15.00
Caudal vs Potencia hidraulica
10.00
Caudal vs Eficiencia
5.00 0.00 0.00
0.50
1.00
1.50
Configuración de bomba: 90% P salida Velocidad rpm P entrada Kpa Kpa
N°
Carga total Caudal (l/s) (m)
1
1350
3.433203125 50.4882813 0.08007813
4.900597624
2
1350
3.382714844 49.0241211 0.14648438
4.764993486
3
1350
3.281738281 48.6707031
0.2265625
4.757126771
4
1350
3.029296875 46.8783691 0.31835938
4.630072725
5
1350
2.776855469
4.527808349
6
1350
2.625390625 44.7326172
0.4375
4.506661355
7
1350
2.170996094 42.1072266 0.51757813
4.330717511
8
1350
1.817578125 39.7847656 0.59765625
4.183743325
9
1350
1.110742188 36.5535156
0.6640625
3.976158806
10
1350
0.8078125 34.6349609 0.71679688
3.854959357
11
1350
0.796875
3.646928595
12
1350 -0.555371094 27.7180664 0.86328125
3.427079971
13
1350 -1.161230469 24.0071777
14
1350 -2.070019531
15
45.414209 0.37109375
0.302929688 31.3784668
0.9296875
3.18118544
19.917627 0.99609375
2.933645522
1350 -2.675878906 15.9542969 1.07617188
2.690584802
40.00 35.00 30.00 Caudal vs Carga
25.00 20.00
Caudal vs Potencia hidraulica
15.00
Caudal vs Eficiencia
10.00 5.00 0.00 0.00
0.50
1.00
1.50
Configuración de bomba: 100% P salida Velocidad rpm P entrada Kpa Kpa
N°
Caudal (l/s) Carga total (m)
1
1500
3.433203125 60.3839844
0.1328125
5.922769491
2
1500
3.332226563 58.8440918
0.2265625
5.795475432
3
1500
2.928320313 57.2537109 0.33203125
5.7096398
4
1500
2.726367188 55.0322266 0.42578125
5.5467133
5
1500
2.070019531 51.5990234
0.53125
5.323427107
6
1500
1.312695313 48.0900879 0.61132813
5.097309087
7
1500
0.605859375 43.7733398 0.73046875
4.824991776
8
1500
-0.454394531 39.0526855 0.82421875
4.538933817
9
1500
-1.413671875 33.2717773
0.9296875
4.157447814
10
1500
-2.625390625 27.1879395 1.03515625
3.784491944
11
1500
-3.685644531 21.3060547 1.12890625
3.414184101
12
1500
-4.089550781 18.2262695 1.16796875
3.194598614
70.00 60.00 50.00 Caudal vs Carga 40.00 Caudal vs Potencia hidraulica
30.00
Caudal vs Eficiencia
20.00 10.00 0.00 0.00
0.50
1.00
1.50
Desempeños de compresión Describa y analice los gráficos obtenidos, relacionando la relación entre el rendimiento de la bomba y las variaciones en el caudal.
Las figuras muestran las curvas características típicas de una bomba centrífuga para una cierta velocidad de giro fija. Como se observa, la altura manométrica es alta y aproximadamente constante para caudales bajos, y después decrece a medida que aumenta el caudal. La curva de potencia crece monótonamente con el caudal. El rendimiento crece hasta alcanzar un máximo a un cierto caudal que se denomina caudal de diseño.
Curvas características para todas las configuraciones de la bomba 7.00
70.0
6.00
60.0
5.00
50.0
4.00
40.0
C vs H 60% C vs H 70% C vs H 80% C vs H 90% C vs H 100% 3.00
30.0
2.00
20.0
C vs E 60% C vs E 70% C vs E 80%
1.00
10.0
0.00
0.0 0.00
0.50
1.00
1.50
C vs E 90% C vs E 100%
Conclusiones La bomba tiene pérdidas por las erosiones sufridas por el uso, eso hace que esta bomba baje su eficiencia. En la gráfica de altura de bombeo vs caudal se puede apreciar que la altura de bombeo disminuye en forma parabólica pero contrario al de una instalación adecuada, esto se debe a las tuberías, porque en nuestro caso los datos supuestos de medida de tuberías nos muestran que el diámetro de la tubería de aspiración es menor que el de la tubería de descarga lo cual no debe ser así, si no mas aun al contrario. La altura geodésica es pequeña, para la bomba, por lo tanto podemos bombear agua a una altura mas elevada y no a esa altura que tiene el sistema de bombeo del laboratorio. En nuestras graficas no se encuentran las curvas de la altura de la bomba con la altura del sistema debido a que la altura geodésica es pequeña. El agua que fluye por el sistema de bombeo esta con impurezas y algunas sólidas el cual daña el interior de la bomba.