Bombas centrífugas

Ensayo de una Bomba Centrifuga
Índice
Materia Pág.
Resumen 3
Objetivo 3
Características Técnicas de los equipos e instrumentos usados 4
Descripción del método seguido 5
Resultados 6
Conclusión 9
Apéndice
Tablas de valores obtenidos 10
Cálculos 11
Bibliografía 15
Resumen
El presente informe contiene la descripción del Ensayo de una Bomba Centrifuga. Donde a través de una
bomba impulsada por un motor de potencia, se hizo pasar un cierto caudal de agua controlado por unos
rotámetros. Vistas las presiones de entrada y salida en la bomba se obtuvieron datos para ciertas velocidades
cambiando el caudal de entrada.
Con estos datos se podrán calcular curvas H−Q, y con ellas determinar el rendimiento de la máquina y estimar
otros rendimientos aplicando leyes de semejanza.
Objetivo
Evaluar experimentalmente los parámetros que definen el funcionamiento y rendimiento de una Bomba
Centrifuga Hidráulica.
Objetivo especifico
1. Reconocer las diferentes partes de una Bomba Centrifuga y su instalación.
2. Medir condiciones de revolución, presión en la salida y entrada, potencia en el eje.
3. Mediante la construcción de las curvas características experimentalmente definir el funcionamiento optimo
4. Construcción de Curvas Concha o Colinas.
1
Actividades a Realizar
Construir curva HQ para velocidad 3450 Rpm. Encontrando punto de mayor rendimiento
Aplicar teoría de semejanza, graficar curva H/Q para velocidad 3100 Rpm y comparar con curva H/Q para
velocidad 3100 Real
Realizar Gráfico H/Q comparando los datos tomados para las velocidades 3450, 3100 y 3500 Rpm.
Características Técnicas de los equipos e instrumentos empleados
A continuación se nombrarán los equipos e instrumentos usados en el ensayo. Estos son:
Motor Pump
Marca Cameron Pump
Rpm = 3450
Altura en pies 100
Dinamómetro
Marca Toledo
Rango 0 −30 kgf
Motor de potencia
Marca Westinghouse
Tipo Skh
Kw = 9,5
Volts = 250
Vel. Máxima 5000 Rpm
Manómetro
Marca MasterGauge
Rango 0− 60 medido en psi.
Bacuaometro
Marca SuperGauge
Rango 0 − 30
Rotámetro 087A1
2
Graduado en % de caudal
Caudal que pasa por el = 325.5 {Lt/min}Descripción del Método seguido
El forma en que se obtuvieron los datos fue la siguiente:
Se observó que los rotámetros estuvieran en cero. Al encender la generadora de energía se estableció una
velocidad determinada que para el primer caso resulto ser de 34550 Rpm. Dicha energía era distribuida a un
motor de potencia que estaba sobre un dinamómetro que indicaba la fuerza con que este actuaba. Este motor
estaba unido a la bomba por la cual iba a pasar un caudal determinado de agua. Con dos rotámetros se
controlo el porcentaje de caudal que pasaba impulsada por la bomba.
Un Bacuometro instalado antes de la bomba y un Manómetro en el lugar de salida de esta, pero cuyos
indicadores se encontraban a la misma altura, nos indicaban las presiones en dichos lugares.
Para obtener los datos, se izo variar el porcentaje en cada Rotámetro pero con un mismo porcentaje que vario
de 10 en 10 del caudal total que correspondía a 172 gal/min.
El modelo a seguir fue el mismo, pero esta vez, se utilizo una velocidad de 3100 y 3500 Rpm.
Para la obtención de la curvas H/Q, se utilizó la fórmula Nº1 contenida en el apéndice, y a su vez utilizando
formulas de semejanza se obtuvo rendimientos ideados para otras velocidades.
Con las curvas reales obtenidas, se logró obtener curvas conchas para los caudales antes descritos.
Montaje
Presentación de Resultados
De los datos obtenidos, se realizaron los gráficos H/Q para las distintas velocidades, Además se obtuvo
Curvas Concha, que nos muestran el rendimiento para las distintas velocidades.
Gráfico H/Q (real) para velocidad 3450 Rpm. Con su rendimiento
Gráfico H/Q (real) y estimado para velocidad 3100 Rpm
Gráfico de Curvas Concha de rendimiento comparativo con velocidades 3450, 3100 y 3500 Rpm.
3
Conclusiones y Observaciones
A pesar de que en los datos obtenidos la variación de velocidades fue menor, fue posible realizar las tareas
asignadas con una buena diferenciación en los gráficos.
En el primer gráfico podemos distinguir la curva H/Q para la velocidad relacionada con 3450 Rpm., donde en
el se aprecia claramente que a medida que el caudal aumenta, la Altura en m col de agua H, disminuye debido
a las presiones registradas en el ensayo. Esta curva se aproxima a la esperada. Por otra parte, podemos ver el
rendimiento a esta velocidad, donde al aumento de caudal Q, el rendimiento va aumentando levemente, si
llegar al 100%, debido entre otras causas al las perdidas de la Bomba.
Para el gráfico de 3100 Rpm. Se aprecia la comparación de los rendimientos Real y teóricos. Donde el
rendimiento teórico se desprende de los datos la velocidad de 3500 utilizando Leyes de Semejanza,
confirmando lo esperado, que era que este rendimiento real debía ser menor al rendimiento teórico.
Para la fabricación de las curvas Concha, estas se aprecian levemente, por lo dicho anteriormente sobre la
pequeña variación de velocidades.
Debemos tener en cuenta, que en las fórmulas utilizadas, no están consideradas las pérdidas que produce la
Bomba en su funcionamiento. Aunque visualmente son pequeñas.
Con esta experiencia, podemos tomar en cuenta que este tipo de Bombas solo alcanza un rendimiento máximo
que alcanza a las ¾ partes del 100% ideal. Donde este porcentaje sería menor si consideramos las perdidas
ocurridas antes mencionadas, la temperatura del fluido y la calidad de este. Debemos tener en cuenta que la
Bomba utilizada es de gran potencia, y que el caudal utilizado fue menor al máximo de esta, con lo que la
Bomba no logro su mejor rendimiento.
Apéndice
Datos Obtenidos
Para velocidad de 3450 Rpm.
Caudal % gal/min
0
−0
12
− 10
20
− 20
30
− 30
40
− 40
50
− 50
60
− 60
70
− 70
80
− 80
90
− 90
100
− 100
P. Suc. {Psi.}
0
0
0,3
1,0
1,5
2,2
3,1
4,2
5,5
7,0
8,5
P. Sal. {Psi.}
53
54
52
52
51
50
48
46
45
43
40
Fuerza (kgf)
1,8
2,0
2,2
2,3
2,6
2,9
3,2
3,4
3,7
4,0
4,2
P. Sal
Fuerza (kgf)
Para velocidad de 3100 Rpm.
Caudal % gal/min
P. Suc.
4
0
12
20
30
40
50
60
70
80
90
100
−0
− 10
− 20
− 30
− 40
− 50
− 60
− 70
− 80
− 90
− 100
0
0,1
0,3
0,7
1,5
2,2
3,1
4,3
5,8
7,0
8,8
43
44
43
42
41
40
39
37
35
33
30
1,6
1,7
1,8
2,0
2,3
2,5
2,8
2,9
3,2
3,4
3,6
P. Sal
55
54
53
52
52
51
50
48
46
44
42
Fuerza (kgf)
1,9
2,0
2,2
2,4
2,7
2,9
3,2
3,5
3,8
4,1
4,3
Para velocidad de 3500 Rpm.
Caudal % gal/min
0
−0
10
− 10
20
− 20
30
− 30
40
− 40
50
− 50
60
− 60
70
− 70
80
− 80
90
− 90
100
− 100
P. Suc.
0
0
0,1
0,8
1,5
2,2
3,1
4,2
5,8
7,2
8,5
Desarrollo de Cálculos
Para la obtención de los resultados, se procedió de la siguiente manera:
Calculo de Caudales:
Caudal que pasaba por cada Rotámetro
86 {gal/min} = 325,5 {l/min} = 0,3255 {m3/min} = 0,005425 {m3/seg}
entonces con
n = porcentaje de caudal
N = números de Rotámetros
Qn−n = (325,5 * n)*N /100
Q0−0 =
Q10−10 =
0
65,1
{l/min}
{l/min}
5
Q20−20 =
Q30−30 =
Q40−40 =
Q50−50 =
Q60−60 =
Q70−70 =
Q80−80 =
Q90−90 =
Q100−100 =
130,2
195,3
260,4
325,5
390,6
455,7
520,8
585,9
651
{l/min}
{l/min}
{l/min}
{l/min}
{l/min}
{l/min}
{l/min}
{l/min}
{l/min}
Para el cálculo de la Altura de Presión tenemos, usando Bernoulli.
H = Pe−Ps + Vs2−Ve2 + Zs−Ze
2g
Donde tenemos que caudal de entrada y salida son iguales, entonces consideramos las velocidades de entrada
y salida en la Bomba ; Vs = Ve, por lo cual Vs2 − Ve2 =0.
Considerando que las alturas entre los manómetros son iguales, entonces Zs = Ze, por lo que nos queda Zs−Ze
=0
Lo que nos queda solamente H= Pe−Ps
Psuc. = Presión de succión.
Psal. = Presión de Salida
Debemos considerar que en los factores 0.3048 y 0.703 nos dan el cambio de unidad de Psi a m col de agua, y
donde estan considerados la división por . Lo que la fórmula a utilizar nos queda:
Hn−n = ( Psuc. n−n{Psi.}*0.3048) + ( Psal. n−n{Psi.} * 0.703) = {m de agua}
Cálculo de Alturas para las distintas velocidades
Hn−n
H0−0
H10−10
H20−20
H30−30
H40−40
H50−50
H60−60
H70−70
H80−80
H90−90
Vel. 3450 Rpm.
37,25
37,96
36,64
36,86
36,31
35,82
34,68
33,61
33,31
32,36
Vel. 3100 Rpm.
30,22
30,96
30,32
29,73
29,28
28,79
28,36
27,32
26,37
25,33
Vel. 3500 Rpm.
38,66
37,96
37,28
36,79
37.01
36,52
36,09
35,02
34,10
33,12
6
H100−100
30,71
23,77
32,11
Con los datos tomados para las velocidades de 3450 Rpm, se estimará H para una velocidad de 3100 Rpm
utilizando leyes de semejanza.
Formula Leyes de semejanza:
H1 = N12
H2 = N22
Donde
H1= Altura Real
H2= Altura a estimar
N1= Velocidad Real (3450Rpm.)
N1= Velocidad estimada (3100 Rpm.)
Despejando H2, tenemos que
H2= H1 * N12 {m de col de agua}
N22
Ocupando la fórmula anterior tenemos un Hn−n para cada Qn−n. Realizando los cálculos tenemos que:
H0−0
H10−10
H20−20
H30−30
H40−40
H50−50
H60−60
H70−70
H80−80
H90−90
H100−100
33,45
34,08
32,90
33,10
32,60
32,16
32,15
31,18
29,91
29,06
27,57
Para el cálculo de rendimiento () de cada Caudal de las curvas H/Q. Tenemos que.
=Nu
Na
Donde Nu= Q*H {Hp}; Na = F*vel {Hp} (Potencia en el Eje)
4500 2400
7
Las unidades y valores para cada uno son:
F = {kgf} según tabla
H = {m col de agua} según tabla
Vel = {Rpm.} ; las velocidades varían para 3450, 3100 y 3500 Rpm.
Q = {l/min}
El valor 4500 considera la transformación del caudal m3/seg a l/min y el del agua de 1000 k/m3
entonces reemplazando Nu y Na en , tenemos
= (Q*H ) * 2400
F*vel * 4500
= porcentaje de rendimiento
Utilizando la fórmula anterior, calculamos el rendimiento para cada una de las velocidades. Con el objetivo de
construir las Curvas Concha.
Caudal
Q0−0
Q10−10
Q20−20
Q30−30
Q40−40
Q50−50
Q60−60
Q70−70
Q80−80
Q90−90
Q100−100
para vel 3450 rmp
0
19
33
48
56
62
65
69
72
73
73
para vel 3100rpm
0
20
37
49
57
64
68
73
73
75
73
para vel 3500rpm
0
18
33
45
54
62
67
69
71
72
74
Bibliografía
Bombas Centrifugas
IGOR KRASSIK
Bombas, funcionamiento , cálculo y construcción
FUCHSLOCHER, SCHULZ
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