CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA

CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA
1
DESCRIPCIÓN DE LA PRÁCTICA
En la siguiente práctica se determinarán las curvas características de una bomba a diferentes regímenes de
giro del rodete.
Conexión corriente
(en el lateral derecho)
Lectura velocidad
de giro del rodete
Lectura Potencia
entrada bomba
Arranque bomba
Variador velocidad
giro rodete
Parada bomba
Prácticas de Máquinas Hidráulicas – Curvas características de bombas y Regulación Selector funcionamiento
manual o automático
Figura 1. Esquema del banco de prácticas
Figura 2: Elementos del cuadro de control.
Los elementos marcados en el diagrama del banco de prácticas (figura 1) son los siguientes:
1. Bomba con régimen variable [mod. Grundfos DBP 32-125/142, D2 = 125 mm].
2. Caja de control. Los detalles de la caja están reflejados en la figura 2.
3. Rotámetro. El caudal viene medido en m3/h.
4. Manómetro en la impulsión.
5. Válvula de regulación de caudal.
6. Manovacuómetro en la aspiración.
En el cuadro de control (figura 2) el selector del modo de regulación de la velocidad de giro (automática o
manual) permite que la velocidad se pueda regular de forma automática usando una señal de presión.
2
REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA
Los pasos que se deben seguir para realizar la práctica son los siguientes:
1) Dar corriente a la caja de control (lateral superior derecho)
2) Cerrar las válvulas de acceso del fluido a las turbinas de la instalación de tal manera que todo el
fluido pase por la válvula de regulación (nº 5 de la figura 1).
3) Cerrar completamente la válvula reguladora de caudal (nº 5 de la figura 1).
4) Comprobar que el selector del modo de funcionamiento sea manual (figura 2).
5) Arrancar la bomba.
6) Ajustar el régimen de giro deseado con el variador de velocidad de la figura 2.
7) Girar la válvula de regulación del caudal (nº 5 de la figura 1) para obtener diferentes caudales.
Realizar una curva para cada régimen de giro constante. Para cada caudal anotar la presión del manómetro
de impulsión, la del manovacuómetro de aspiración, la potencia consumida y el caudal impulsado.
Rellenar la siguiente tabla para diferentes regímenes de giro ( = 2000, 2250, 2500, 2750 r.p.m.).
3
=2750
rpm
=2500
rpm
=2250
rpm
=2000
rpm
Q [m /h]
Pimp [bar]
Pasp [bar]
W [kW]
3
Q [m /h]
Pimp [bar]
Pasp [bar]
W [kW]
3
Q [m /h]
Pimp [bar]
Pasp [bar]
W [kW]
3
Q [m /h]
Pimp [bar]
Pasp [bar]
W [kW]
0
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
0
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
0
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
0
2,5
3
3,5
4
5
6
7
8
9
10
11
Al terminar las medidas:
8) Cerrar la válvula de caudal
9) Reducir la velocidad de giro del rodete a cero.
10) Apagar la bomba.
Cálculo de la altura manométrica. La altura manométrica se define como la diferencia de energías entre la
aspiración y la impulsión de la bomba:
Prácticas de Máquinas Hidráulicas – Curvas características de bombas y Regulación Hm 
pimp  pasp
g

2
2
vimp
 v asp
2g
 zimp  z asp
Siendo la diferencia de cotas zimp-zasp = 30 cm; el diámetro de la brida de aspiración Dasp = 0,05 m y el de la
brida de impulsión Dimp = 0,032 m. Las presiones pimp y pasp son las presiones manométricas de aspiración e
impulsión en Pascales.
3
MEMORIA DE RESULTADOS
 Representar las curvas H-Q de la bomba para los diferentes regímenes de giro sobre la misma gráfica.
 Calcular el rendimiento total de cada punto de las diferentes curvas. Unir mediantes líneas
(aproximadamente) los puntos del mismo rendimiento de diferentes curvas (curvas de iso-rendimiento).
 Representar las curvas de potencia (W-Q) para los diferentes regímenes de giro.
 ¿Cuáles son las condiciones de diseño de la bomba?
ACOPLAMIENTO DE BOMBAS EN SERIE Y EN PARALELO
1
DESCRIPCIÓN DE LA PRÁCTICA
En la siguiente práctica se determinarán las curvas características de un grupo de bombeo constituido por
dos bombas conectadas en paralelo y en serie.
La práctica consta de un circuito cerrado de tuberías en el que se pueden identificar los siguientes elementos:
Depósito; Tuberías de aspiración y de impulsión (D = 25,4 mm); Dos bombas; Válvulas de corte para situar los
circuitos en serie o paralelo; Manómetro Bourdon situado en la impulsión de cada bomba; Válvula de
regulación principal; Rotámetro para medir el caudal; Lector de la potencia consumida por cada bomba
(medida mediante un vatímetro); Lector del número de revoluciones del rodete de cada bomba (regulado
con un potenciómetro; medido con un tacómetro).
2
REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA
Primero se realizará la curva de cada bomba individual a un régimen de giro determinado y después las dos
bombas en paralelo y las dos en serie.
2.1
Realización de la curva de cada bomba individual
Primero la bomba 1 y luego la bomba 2. Para realizar la toma de datos, proceder de la siguiente manera:
Prácticas de Máquinas Hidráulicas – Curvas características de bombas y Regulación a)
Asegurarse de que las bombas están apagadas y la válvula de regulación principal, situada
inmediatamente aguas arriba del rotámetro, está cerrada.
b) Establecer, mediante las válvulas de corte, el circuito correspondiente al ensayo que se va a realizar.
En este caso todo el caudal pasará por la Bomba 1.
c)
Accionar el interruptor de la Bomba 1.
d) Ajustar el régimen de giro del rodete ω = 2400 rpm.
e) Abriendo la válvula de regulación principal se obtienen los diferentes caudales. Para cada caudal
vigilar que el régimen de giro se mantiene constante.
f)
Rellenar la siguiente tabla:
Q [l/h]
Pi [bar]
W [W]
0
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1200
1300
g) Una vez terminado, cerrar la válvula de regulación principal. Apagar la bomba.
h) Repetir todos los pasos anteriores del a) al f), pero esta vez con la Bomba 2.
i)
Rellenar la siguiente tabla:
Q [l/h]
Pi [bar]
W [kW]
j)
2.2
0
500
600
700
800
900
1000
1100
Una vez terminado, cerrar la válvula de regulación principal. Apagar la bomba.
Curvas características de dos bombas centrífugas acopladas en paralelo
Para realizar la toma de datos, proceder de la siguiente manera:
a) Asegurarse de que las bombas están apagadas y la válvula de regulación principal, situada
inmediatamente aguas arriba del rotámetro, está cerrada.
b) Establecer, mediante las válvulas de corte, el circuito de manera que las dos bombas estén en
paralelo (misma aspiración y misma impulsión).
c)
Una vez establecido el circuito, accionar los interruptores de las bombas nº 1 y nº 2.
d) Ajustar el régimen de giro del rodete de ambas a ω = 2400 rpm.
e) Abriendo la válvula de regulación principal se obtienen los diferentes caudales. Para cada caudal
vigilar que el régimen de giro se mantiene constante.
f)
Rellenar la siguiente tabla:
Q [l/h]
P1 = P2 [bar]
W1 [kW]
W2 [kW]
0
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
g) Una vez terminado, cerrar la válvula de regulación principal. Apagar las bombas.
2.3
Curvas características de dos bombas acopladas en serie
El modo de proceder es análogo al caso anterior. Repetir todos los pasos del a) al f) del apartado 2.2 pero
esta vez situar el circuito para que las dos bombas queden en serie y rellenar la siguiente tabla:
Q [l/h]
P2 [bar]
W1 [kW]
W2 [kW]
0
400
600
800
900
1000
1100
1200
1400
1600
Prácticas de Máquinas Hidráulicas – Curvas características de bombas y Regulación Una vez terminado, cerrar la válvula de regulación principal. Apagar las bombas.
Cálculo de la altura manométrica. La bomba se alimenta de un depósito no presurizado, se asume que la
presión en la aspiración es aproximadamente la atmosférica más la altura de agua hasta la superficie del
depósito: pasp=patm+g0,80 (despreciamos las pérdidas en el tramo de aspiración correspondiente). Por otra
parte el captador de presión manométrica se encuentra situado a una altura de 1,30 m sobre la brida de
impulsión, por lo que para obtener la presión en la impulsión habrá que sumar dicha altura:
pimp=patm+pi+g1,30 (donde pi es la presión leída en el manómetro correspondiente conectado a la
impulsión).
Por tanto la altura manométrica de una bomba queda: Hi m  0,50 
3
Pi Pa
.
g
MEMORIA DE RESULTADOS
 Representar las curvas de funcionamiento de cada bomba individual y de las dos bombas en paralelo en
el mismo gráfico H-Q, W-Q y -Q. ¿Cuales son las condiciones de diseño?
 Análogamente al punto anterior, representar las curvas H-Q, W-Q y -Q de cada bomba individual y de
las dos bombas en serie en el mismo gráfico, señalando igualmente las condiciones de diseño.
 Comparar en un mismo gráfico la curva teórica de funcionamiento de dos bombas en paralelo (suma de
las dos individuales) y la curva del acoplamiento medida.
 Comparar en un mismo gráfico la curva teórica de funcionamiento de dos bombas en serie (suma de las
dos individuales) y la curva del acoplamiento medida.
REGULACIÓN DE UNA BOMBA
1
DESCRIPCIÓN DE LA PRÁCTICA
En la siguiente práctica se determinará la curva de la instalación de forma experimental y la curva
característica de una bomba a un régimen de giro determinado. Se determinará el punto de funcionamiento
y se regulará a otro punto de funcionamiento utilizando tres métodos diferentes: variación de la curva de la
instalación (aumentando las pérdidas), variación de la curva de la bomba (mediante el régimen de giro) y
abriendo una salida secundaria de descarga.
Manómetro
impulsión
Válvula instalación
principal
Rotámetro
Prácticas de Máquinas Hidráulicas – Curvas características de bombas y Regulación Válvula salida
secundaria
Variador de
velocidad de giro
Manómetro
aspiración
Bomba
2
REALIZACIÓN DE LA PRÁCTICA
Primero se realizará la curva de la bomba, después la de la instalación y finalmente se regulará utilizando tres
métodos distintos.
2.1
Realización de la curva de la bomba
Para realizar la toma de datos, proceder de la siguiente manera:
a)
Asegurarse de que la válvula de la instalación principal y la de la salida secundaria están cerradas.
b) Realizar la maniobra de arranque como se indica en el punto 4 de esta memoria.
c)
Ajustar de forma manual el régimen de giro del rodete a ω = 2500 rpm.
d) Rellenar la siguiente tabla para diferentes valores del caudal ajustado mediante la válvula de
regulación principal:
Q [m3/h]
Pimp [bar]
Pasp [m.c.a.]
W [kW]
4
7
10
13
16
19
22
25
28
31
e) Una vez terminado, situar la válvula de forma que el caudal impulsado sea 25 m3/h para realizar la
curva de la instalación.
2.2
Realización de la curva de la instalación
Para realizar la toma de datos, proceder de la siguiente manera:
a)
Una vez fijada la posición de la válvula principal en el punto de referencia (que será el punto de
funcionamiento posterior) de manera que impulse un caudal de 25 m3/h con la bomba girando a
2500 rpm, la válvula de regulación principal no se tocará más.
b) Rellenar la siguiente tabla variando manualmente la velocidad de giro del rodete hasta obtener los
diferentes puntos de la curva de la instalación:
Q [m3/h]
Pimp [bar]
Pasp [m.c.a.]
c)
2.3
31
28
25
22
19
16
13
10
7
4
Una vez terminado volver a la velocidad de giro de 2500 rpm.
Regulación
El punto de funcionamiento de las dos curvas realizadas (bomba e instalación) será la intersección de ambas
(25 m3/h). Se pretende regular el caudal a 20 m3/h utilizando tres métodos diferentes.
Q [m3/h]
Pimp [bar]
Pasp [m.c.a.]
W [kW]
20
20
d) Volver a aumentar el régimen de giro hasta alcanzar el punto de
referencia de nuevo
Q [m3/h]
Pimp [bar]
Pasp [m.c.a.]
ω (rpm)
W [kW]
e) Apertura de una salida secundaria de descarga. Sin tocar ni el régimen
de giro del rodete ni la válvula de la instalación principal, abrir la válvula
de la salida secundaria hasta conseguir el caudal deseado. Rellenar la
siguiente tabla.
Q [m3/h]
Pimp [bar]
Pasp [m.c.a.]
W [kW]
20
a) Variación de la curva de la instalación. Cerrar la válvula de la instalación
principal hasta conseguir el caudal deseado. Rellenar la siguiente tabla.
Prácticas de Máquinas Hidráulicas – Curvas características de bombas y Regulación b) Volver a abrir la válvula hasta alcanzar el punto de referencia de nuevo.
c) Variación del régimen de giro de la bomba. Sin tocar la válvula de la
instalación principal, reducir la velocidad de giro del rodete hasta
conseguir el caudal deseado. Rellenar la siguiente tabla.
f) Al terminar, cerrar todas las válvulas. Reducir la velocidad de giro a 0.
g) Realizar la maniobra de parada de la bomba como se explica en el punto 4 de esta memoria.
Cálculo de la altura manométrica. El manómetro de impulsión está situado 1,70 m por encima del de
aspiración. Se pueden despreciar las pérdidas de carga entre la brida de impulsión y la posición del
manómetro.
Por tanto la altura manométrica queda: Hm m  1,70 
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Pimp Pa  Pasp Pa
g
.
MEMORIA DE RESULTADOS
 Representar las curvas H-Q de la bomba y de la instalación sobre la misma gráfica indicando el punto de
funcionamiento y el punto de diseño de la bomba.
 Sobre el mismo gráfico dibujar la regulación correspondiente a la variación de la curva de la instalación.
Calcular el rendimiento de la instalación y la potencia perdida en la válvula.
 Sobre un gráfico como el del primer punto (pero diferente al apartado anterior) dibujar la regulación
correspondiente a la variación del régimen de giro de la bomba. Calcular el rendimiento de la instalación.
 Sobre un gráfico como el del primer punto (pero diferente de los anteriores) dibujar la regulación
correspondiente a la apertura de una salida secundaria de descarga. Calcular el rendimiento de la
instalación y el caudal que circula por la salida auxiliar.
4
MANIOBRA DE ARRANQUE Y PARADA
Para arrancar la máquina se ha de seguir los siguientes pasos:
1. Verificar que se ha conectado la carga en el enchufe “CARGA”.
2. Enchufar la toma de corriente a una base de 380V 32A. Aunque el interruptor estuviera cerrado de
antemano cuando se enchufa la clavija, la máquina no se pondrá en marcha aún pues falta accionar
el segundo nivel.
3. Cerrar el interruptor. En este momento se encenderá el piloto blanco, indicando presencia
de tensión.
4. Permiso de puesta en servicio. Revisar que la seta de emergencia esté
rearmada.
5. Puesta en Servicio. Pulsando el botón negro de “Puesta en Servicio”, se dará
tensión de 380V a la máquina (para permitir arrancar la bomba) y se dará
tensión a la maniobra de excitación de la dinamo. Asimismo esta maniobra
dará tensión al Harting de alimentación del variador. Pulsando el botón Rojo
de “Fuera de Servicio” o la seta de emergencia, caerá toda fuerza de la
máquina, parándose todo.
6. Puesta en Marcha. Pulsar el botón de marcha. En este caso disponemos de dos posibilidades:
Prácticas de Máquinas Hidráulicas – Curvas características de bombas y Regulación a. Con Variador. Si está conectado el armario del variador, deberíamos de dar
el botón de marcha de este armario para poner en marcha la bomba.
b. Sin Variador. Si no está conectado el armario y
tenemos por lo tanto el puente Harting.
Deberemos pulsar el botón de Marcha del
pupitre de la Pelton. En este momento veremos
que se enciende la lámpara de “Marcha” y la de
“Estrella”, al cabo de unos segundos se apagará la
de “Estrella” y se encenderá la de “Triángulo”. En
este momento la bomba estará a su régimen
máximo de revoluciones y potencia.
7. Excitación. Para que la turbina genere electricidad, debe estar excitado el
estátor del generador, por lo cual, al dar puesta en servicio, se conecta la
excitación. Mediante el botón rojo de “Paro Ex” se podrá desconectar
posteriormente. Se podrá regular la intensidad de la excitación mediante el
reóstato de “Excitación”.
Para parar las diferentes fases se podrá ir pulsando el botón de parada
correspondiente: Para desconectar la excitación “PARAR EX”; Para desconectar la
BOMBA “PARAR” bien en el pupitre o en el armario variador, según el modo de operación que se esté
utilizando.
Pulsar la parada de emergencia o el botón “Fuera de Servicio” detendrá de forma inmediata la máquina,
desconectando a su vez la excitación de la dinamo. Así mismo esta operación tirará la maniobra de marcha
de la bomba y de la excitación y desconectará el variador si estuviera conectado.
Por lo tanto después de una caída del la Puesta en Servicio hará falta siempre proceder como rearme de
“Puesta de Servicio” repitiendo el proceso de Maniobra de Arranque desde el punto 5 del apartado anterior.
En caso de una falta de tensión repentina la máquina reaccionará como una solicitud de fuera de servicio, y
por lo tanto una vez repuesta la energía, se deberá proceder como un rearme de puesta de servicio, y por
ello repetir el proceso de Maniobra de Arranque desde el punto 5 del apartado anterior.
En el caso de que la caída de la “Puesta en Servicio” haya sido causada por una pulsación de la parada de
emergencia. Se deberá rearmar, mediante giro, la seta de emergencia antes de proceder a la maniobra de
rearme de la puesta en servicio, y por ello repetir el proceso de Maniobra de Arranque desde el punto 4 del
apartado anterior.