FABRICACIÓN DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA 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. Actividades a Realizar Cons Constr trui uirr curv curvaa HQ para para velo veloci cida dadd 3450 3450 Rpm. Rpm. Enco Encont ntra rand ndoo punt puntoo de mayo mayor r 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 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 “Bombas centrífugas” 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 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. Conclusiones y Observaciones 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 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 pérdi pérdida dass que produc producee la Bomba Bomba en su funci funciona onamie miento nto.. Aunque Aunque visua visualme lment ntee son pequeñas. Con esta experiencia, podemos tomar en cuenta que este tipo de Bombas solo alcanza un rendim rendimie iento nto máxim máximoo que alcanza alcanza a las ¾ parte partess del 100% ideal ideal.. Donde Donde este 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. Caud Caudaal % gal gal/mi minn P. Su Succ. {Psi {Psi..}
P. Sal Sal. {Psi Psi.}
Fueerza Fu rza (kgf (kgf))
0
-0
0
53
1,8
12
- 10
0
54
2,0
20
- 20
0,3
52
2,2
30
- 30
1,0
52
2,3
40
- 40
1,5
51
2,6
50
- 50
2,2
50
2,9
60
- 60
3,1
48
3,2
70
- 70
4,2
46
3,4
80
- 80
5,5
45
3,7
90
- 90
7,0
43
4,0
100
- 100
8,5
40
4,2
Caudal % gal/min P. Suc.
P. Sal
Fuerza (kgf)
0
-0
0
43
1,6
12
- 10
0,1
44
1,7
20
- 20
0,3
43
1,8
Para velocidad de 3100 Rpm.
30
- 30
0,7
42
2,0
40
- 40
1,5
41
2,3
50
- 50
2,2
40
2,5
60
- 60
3,1
39
2,8
70
- 70
4,3
37
2,9
80
- 80
5,8
35
3,2
90
- 90
7,0
33
3,4
100
- 100
8,8
30
3,6
Caudal % gal/min P. Suc.
P. Sal
Fuerza (kgf)
0
-0
0
55
1,9
10
- 10
0
54
2,0
20
- 20
0,1
53
2,2
30
- 30
0,8
52
2,4
40
- 40
1,5
52
2,7
50
- 50
2,2
51
2,9
60
- 60
3,1
50
3,2
70
- 70
4,2
48
3,5
80
- 80
5,8
46
3,8
90
- 90
7,2
44
4,1
100
- 100
8,5
42
4,3
Para velocidad de 3500 Rpm.
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 Rotámetros
Qn-n = (325,5 * n)*N /100 Q0-0 =
0
{l/min}
Q10-10 = 65,1
{l/min}
Q20-20 = 130,2
{l/min}
Q30-30 = 195,3
{l/min}
Q40-40 = 260,4
{l/min}
Q50-50 = 325,5
{l/min}
Q60-60 = 390,6
{l/min}
Q70-70 = 455,7
{l/min}
Q80-80 = 520,8
{l/min}
Q90-90 = 585,9
{l/min}
Q100-100 651 =
{l/min}
Para el cálculo de la Altura de Presión tenemos, usando Bernoulli. H = Pe- Ps + Vs2Vs 2-Ve2 Ve2 + Zs-Ze 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 donde estan estan considerado consideradoss la división 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
Vel. 3450 Rpm. Vel. 3100 Rpm. Vel. 3500 Rpm.
H0-0
37,25
30,22
38,66
H10-10
37,96
30,96
37,96
H20-20
36,64
30,32
37,28
H30-30
36,86
29,73
36,79
H40-40
36,31
29,28
37.01
H50-50
35,82
28,79
36,52
H60-60
34,68
28,36
36,09
H70-70
33,61
27,32
35,02
H80-80
33,31
26,37
34,10
H90-90
32,36
25,33
33,12
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.) ( 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
33,45
H10-10
34,08
H20-20
32,90
H30-30
33,10
H40-40
32,60
H50-50
32,16
H60-60
32,15
H70-70
31,18
H80-80
29,91
H90-90
29,06
H100-100
27,57
Para el cálculo de rendimiento () de cada Caudal de las curvas H/Q. Tenemos que. =Nu Na Donde Dond e Nu= Q*H {Hp}; {Hp }; Na = F*vel {Hp} (Poten ( Potencia cia en el Eje) 4500 2400 Las unidades y valores para cada uno son: F = {kgf} según tabla H = {m col de agua} según tabla Vel = {Rpm.} ; las velocidades velocidades varían para 3450, 3100 y 3500 Rpm. Q = {l/min} El valor 4500 considera considera la transformación del caudal caudal m3/seg a l/min y el del agua de 1000 k/m3 entonces reemplazando reemplazando Nu y Na en , tenemos = (Q* (Q *H ) * 2400 24 00 F*vel * 4500 = porcentaje de rendimiento Utili Uti lizan zando do la fórmul fórmulaa anteri anterior, or, calcu calculam lamos os el rendi rendimie miento nto para para cada cada una de las las velocidades. Con el objetivo de construir las Curvas Concha. Caud par vel 3450 3450 rmp rmp al paraa vel
para para vel vel 3100 3100rp rpm m
para para vel vel 3500 3500rp rpm m
Q0-0 0
0
0
Q10- 19 10
20
18
Q2020 33
37
33
Q30- 48 30
49
45
Q4040 56
57
54
Q5050 62
64
62
Q60- 65 60
68
67
Q70- 69 70
73
69
Q80- 72 80
73
71
Q90- 73 90
75
72
Q100 73 -100
73
74
Bibliografía Bombas Centrifugas IGOR KRASSIK Bombas, funcionamiento , cálculo y construcción FUCHSLOCHER, SCHULZ
CÁLCULOS: Variables obtenidas experimentalmente a 1050 Rpm. Caudal Pe Ps [GAL/min.*10] [Kgf/cm2] [Kgf/cm2]
F [lbf]
Rpm bomba
Intensidad [A]
Voltaje [Volt]
30
-0.24
0.1
21.5
1048
30
90
25
-0.18
0.4
19.5
1051
29
90
22
-0.16
0.5
18.7
1058
27
90
18
-0.13
0.6
17.1
1067
25
90
14
-0.10
0.7
15.8
1073
25
90
8
-0.06
0.85
14.3
1085
22
90
0
0
1
8.7
1116
16
90
Tabla 2.2.2: Variables obtenidas experimentalmente a 800 rpm Caudal Pe Ps [GAL/min.*10] [Kgf/cm2] [Kgf/cm2]
F [lbf]
Rpm bomba
Intensidad [A]
Voltaje [Volt]
17
-0.25
0
12.4
774.3
19.5
65
16
-0.22
0.1
12.1
776.9
19
65
15
-0.19
0.15
11.9
777.2
18.5
65
14
-0.18
0.2
11.5
777.7
18
65
12
-0.13
0.3
11
782
18
65
10
-0.11
0.3
10.8
785.3
17.5
65
8
-0.07
0.4
10.2
788
16.5
65
0
0
0.6
6.2
822.5
11
69
2.3 - Datos del Fabricante Bomba SDB 2/3 Diámetro del rodete = 215mm Brazo = 321.5mm =0.92 RESULTADOS: ….. Donde C: velocidad del fluido. p: presión p: presión (el subíndice e indica entrada y s salida). Z: altura. g : aceleración de gravedad. : corresponde al γ producto entre g y la densidad ).ρ del fluido ( Como Ce Cs y Ze Zs, , así el termino para la energía entregada por la bomba al fluido, expresada en altura es: Esta bomba esta acoplada a un motor eléctrico monofásico, al cual se le suministra una potencia, potencia, N elec dada por: ≈
≈
Para calcular la potencia eje del motor eléctrico se dispone de un sistema de freno, mediante el cual se registra la fuerza del motor a una distancia, b, del eje de giro, de esta forma la calculamos mediante la expresión: Conocidas estas dos potencias podemos calcular la eficiencia del motor eléctrico: Continuando, con las características de la bomba. Como el motor está conectado con un sistema de transmisión por correa a la bomba, la potencia eje de la bomba se ve afectada por el rendimie r endimiento nto mecánico de dicha transmisión, , así tenemos: Por último la potencia útil, es decir la potencia suministrada al fluido es: Así la eficiencia d la bomba es: 3.2 - Tablas y Datos calculados Tabla 3.2.1: Datos obtenidos tras la aplicación de fórmulas y relaciones para 1050 rpm Caudal [m3/s]
Pe [Pa]
Ps [Pa]
Hb [m]
F [N]
bomba [N*m]
0.0227
-23535.96 9806.65
3.4
95.637
30.747
109.75
0.0189
-17651.97 39226.6
5.8
86.740
27.887
110.06
0.0166
-15690.64 49033.25
6.6
83.182
26.743
110.79
0.0136
-12748.65 58839.9
7.3
76.065
24.455
111.74
0.0106
-9806.65 68646.55
8.0
70.282
22.596
112.36
0.00605
-5883.99 83356.53 98066.5
9.1
63.609
20.450
113.62
10
38.7
12.442
116.87
0.00
0.00
motor
Potencia Potencia Potencia eje motor eje bomba eléctrica
Potencia Útil [Eficiencia [Eficiencia bomba] motor]
82.31
2530.79
2328.33
2700
757.89
0.33
0.94
82.55
2301.94
2117.79
2610
1077.39
0.51
0.88
83.09
2222.21
2044.43
2430
1078.88
0.53
0.91
83.80
2049.36
1885.41
2250
976.34
0.52
0.91
84.27
1904.21
1751.87
2250
832.19
0.48
0.85
85.22
1742.70
1603.29
1980
540.93
0.34
0.88
85.14
1090.54
1003.29
1440
0.00
0.00
0.76
Tabla 3.2.2: Datos obtenidos tras la aplicación de fórmulas y relaciones para 800 rpm. Caudal [m3/s]
Pe [Pa]
Ps [Pa]
Hb [m]
F [N]
[N*m]
0.0000
2.5025
55.1579
17.7333
81.0845
0.012123 21574.6300 9806.6500
3.2032
53.8235
17.3042
81.3568
0.011365 18632.6350 14709.9750
3.4034
52.9338
17.0182
81.3882
0.010608 17651.9700 19613.3000
3.8038
51.1545
16.4462
81.4406
0.009092 12748.6450 29419.9500
4.3043
48.9304
15.7311
81.8908
0.007577 10787.3150 29419.9500
4.1041
48.0408
15.4451
82.2364
0.006061 -6864.6550 39226.6000
4.7047
45.3719
14.5871
82.5192
0.000000
6.0060
27.5790
8.8666
86.1320
0.012881 24516.6250
0.0000
58839.9000
bomba
motor
Potencia Potencia Potencia eje motor eje bomba eléctrica
Potencia Útil [Eficiencia [Eficiencia bomba] motor]
60.8134
1078.4207 992.1471 1267.5000 315.7886
0.3183
0.8508
61.0176
1055.8635 971.3944 1235.0000 380.4323
0.3916
0.8550
61.0411
1038.8122 955.7072 1202.5000 378.9463
0.3965
0.8639
61.0804
1004.5400 924.1768 1170.0000 395.2930
0.4277
0.8586
61.4181
966.1770
888.8829 1170.0000 383.4045
0.4313
0.8258
61.6773
952.6133
876.4042 1137.5000 304.6431
0.3476
0.8375
61.8894
902.7836
830.5609 1072.5000 279.3800
0.3364
0.8418
64.5990
572.7761
526.9540
0.0000
0.7546
759.0000
0.0000
Datos calculados mediante un análisis de semejanza para la comparación comparación con los datos del grafico suministrado por el fabricante: Altura de la bomba con rodete de 215 mm a 1050 RPM Caudal -1450 (m3/s)
Hb-1450 (m)
Hb-fabricante (m)
0.0314
6.5
-
0.0261
11.0
11.9
0.0228
12.4
13.4
0.0185
13.5
14.3
0.0143
14.6
15.8
0.0081
16.2
16.7
0
16.9
17.0
Eficiencia de la bomba con rodete de 240 mm Caudal -1450 (m3/s)
-1050 (%)
-fabricante (%)
0.0437
32
-
0.0364
51
-
0.0318
53
67
0.0258
52
75
0.0199
48
77
0.0113
34
68
0
0
0
Si se compara el punto cuando la válvula esta cerrada, con la bomba funcionando a 822.5 rpm con una altura de 6.006 m, se obtiene lo siguiente mediante el teorema de la semejanza. Caudal Hb-1450 3 -1450 (m /s) (800) (m)
Hbfabricante (m)
Caudal -1450 (m3/s) d=240
-800
-
(%)
fabricante (%)
0.000E+00
18.666
17.000
0.000E+00
0.00
0.00
1.115E-02
15.930
16.459
1.551E-02
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