“TRIANGULO DE VELOCIDADES EN UNA BOMBA CENTRIFUGA”
CARRERA
: TECNOLOGÍA MECÁNICA ELÉCTRICA
CICLO
: IV
SECCIÓN
: “B"
DOCENTE
: JIMENO CARRANZA ERNESTO
CURSO
: TURBOMAQUINAS
ALUMNO (S)
: - CRUZADO BOCANEGRA DANIEL - VASQUEZ CAPRISTAN PIERO - ZAVALETA NEYRA CRISTIAN POOL
FECHA DE ENTREGA : 12-10-17
SEMESTRE 2017 – II II TRUJIILLO – PERU PERU
TRIANGULO DE VELOCIDADES EN UNA BOMBA CENTRIFUGA 1. OBJETIVOS:
Identificar el recorrido que realiza el flujo del agua a través del rodete o impulsor. Identificar y graficar los triángulos de velocidades que se generan en un impulsor determinado tanto en la entrada como en la salida. Calcular la potencia hidráulica de un impulsor utilizando la ecuación de Euler.
2. FUNDAMENTO TEORICO: Una turbomáquina es una máquina cuyo elemento principal es un rodete (rotor giratorio) a través del cual pasa un fluido de forma continua, cambiando éste su cantidad de movimiento por acción de la máquina. Se da así una transferencia de energía entre la máquina y el fluido a través del momento del rotor sea en sentido máquina-fluido (como en el caso de una bomba hidráulica) o fluido-máquina (como en el caso de una turbina). 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 de que consta una instalación son: [1] a) Una tubería de aspiración,
que concluye prácticamente en la brida de
aspiración. b) El impulsor o rodete, formado por un conjunto de álabes que pueden adoptar
diversas formas, según la misión a que vaya a ser destinada la bomba, los cuales giran dentro de una carcasa circular. El rodete es accionado por un motor, y va unido solidariamente al eje, siendo la parte móvil de la bomba. [1] El líquido penetra axialmente por la tubería de aspiración hasta la entrada del rodete, experimentando un cambio de dirección más o menos brusco, pasando a radial, (en las centrífugas), o permaneciendo axial, (en las axiales), acelerándose y absorbiendo un trabajo. [1] 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, creando una altura dinámica de forma que abandonan el rodete hacia la voluta a gran velocidad, aumentando también 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. [1] c) La voluta es un órgano fijo que está dispuesta en forma de caracol alrededor del rodete, a su salida, de tal manera que la separación entre ella y el rodete es mínima en la parte superior, y va aumentando hasta que las partículas líquidas se encuentran frente a la abertura de impulsión. Su misión es la de recoger el líquido
que abandona el rodete a gran velocidad, cambiar la dirección de su movimiento y encaminarle hacia la brida de impulsión de la bomba. [1] La voluta es también un transformador de energía, ya que frena la velocidad del líquido, transformando parte de la energía dinámica creada en el rodete en energía de presión, que crece a medida que el espacio entre el rodete y la carcasa aumenta, presión que se suma a la alcanzada por el líquido en el rodete. [1] En algunas bombas existe, a la salida del rodete, una corona directriz de álabes que guía el líquido antes de introducirlo en la voluta. [1] d) Una tubería de impulsión, instalada a la salida de la voluta, por la que el líquido es evacuado a la presión y velocidad creadas en la bomba [1]
Figura 1. Bomba centrífuga, disposición, esquema y perspectiva [1] PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO [3] Esta bomba depende de la fuerza centrífuga para cumplir su misión. Se denomina fuerza centrífuga a la fuerza que tiende a mover hacia fuera de su centro un cuerpo en rotación. Si ponemos a girar en círculos un balde con agua (Figura 2), la fuerza centrífuga mantiene el agua en el balde a pesar del movimiento; pero si abrimos un pequeño agujero en el balde y después giramos rápidamente, el chorro de agua
será expulsado a cierta distancia, así pues tendríamos una bomba centrífuga sencilla (Figura 2b). En una bomba centrífuga el líquido se remolina rápidamente generando fuerzas que empujan el agua hacia fuera a través del orificio de salida localizado en el anillo exterior de la carcaza de la bomba (Figura 2c). [3]
Figura 2.Ejemplo de fuerza centrífuga [3] Triángulos de velocidades [2] Como primera aproximación se admitirá: 1. que las velocidades de entrada o de salida al rotor (absolutas o relativas) son respectivamente uniformes (a menos de una rotación) (ver figura 3); [2]
Figura 3. Velocidades a la entrada y salida del rotor [2] 2. que las velocidades relativas de salida son colineales con las tangentes al borde de fuga de los álabes (ver figura 4); [2]
Figura 4. Triángulos de velocidades [2] Sean v1, v2 las velocidades absolutas de entrada y de salida respectivamente; v R1, vR2 las velocidades relativas correspondientes a un referencial solidario al rodete y u1, u2 las de arrastre en la entrada y la salida. [2] Estas velocidades cumplirán las relaciones conocidas:
Formando los "triángulos de velocidades" a la entrada y a la salida (ver fig.4) [2]
3. MATERIALES, EQUIPOS E INSTRUMENTOS: Nombre
Cantidad
Estado
Bomba de 1.5 hp
1
Desmontada, desgastada
vernier
1
Optimo
Laptop(autocad)
1
Optimo
y
4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: Para empezar este taller tenemos que dejar la pieza a estudiar libre y manipulable, si es necesario desmotar el equipo, en nuestro caso el equipo ya estaba desmontado.
Figura 5. Impulsor empleado en el laboratorio Como siguiente paso procedemos a la toma de medidas.
Figura 6. Medición del impulsor. Como nuestra bomba esta desmontada y no tenía ficha técnica visible procedemos tomar la medida del diámetro de entrada a la bomba, y con la ayuda de una tabla obtenemos los grosores de la tubería y por este método encontramos el caudal y las velocidades absolutas.
Figura 7. Medición del área de succión.
Luego procedemos a un cálculo que será mejor explicado en los resultados hallando la velocidad tangencial. Con ayuda del software “autocad” graficamos
un bosquejo del impulsor.
Figura 8. Dibujo en autocad de los datos obtenidos del rodete o impulsor. 5. RESULTADOS: Hallamos el área de succión:
Dn = 2pulg, tomado del área de succión en el
impulsor. Entonces vamos a tablas donde ubicamos el Dn (diámetro nominal) que medimos aproximadamente, encontramos que es 60 mm con un espesor de 2.5 mm. De esto podemos determinar el diámetro interior (Di = 55 mm). Ai = (Di2 x π) / 4 Ai = [( 0.055m)2 x (3.1416)] / 4 Ai = 2.4 x 10 -3 m2 Hallamos el Caudal Volumétrico: (Qv) Asumimos
que la velocidad del fluido
(agua): Vag = 1 m/s
Qv = Ai x Vag Qv = 2.4 x 10 -3 m2 x 1 m/s Qv = 2.4 x 10 -3 m3/s Determinamos el Caudal Másico: (mº) Donde ρag = 1000 kg/m3 mº = ρ.Qv
mº = 1000 kg/m 3 x 2.4 x 10 -3 m3/s mº = 2.4 kg/s Encontramos la velocidad Angular: (w) Asumimos n = 36000 RPM.
w = 2π x n w = 2 x (3.1416) x (36000) w = 376.99 rad/s Velocidades Tangenciales: r: radio ; Vt = w x r En la entrada del rodete: Vts = 376.99 En la salida del rodete: Vte =
rad/s x 0.0878m = 33.09
376.99 rad/s x 0.02055m = 7.75 m/s
En la salida del rodete: Hallamos el área de salida del rodete, para ello empleamos
los siguientes datos: Rs = 87.8 mm, b 2 = 5 mm Rs: Radio exterior. b2: Altura de la salida del rodete.
Hallamos el área de salida (As): Se tiene en cuentas que hay pérdidas en el material. Perdidas: 6 x (8.3mm x 5mmm) =
2.49 x 10 -4 m2
As = 2π.Rs.b2 - Pérdidas As = 2 x (3.1416) x (0.0878m) x (0.005) – 2.49 x 10-4 m2 As = 2.5 x 10 -3 m2 Con el Qv podemos entrar la velocidad relativa Vrs a la salida.
Qv = As x Vrs 2.4 x 10 m3/s = 2.5 x 10 -3 m2 x Vrs 0.96 m/s = Vrs -3
Hallamos el área de entrada del rodete, para ello empleamos los siguientes datos: Re = 20.55 mm, b 1 = 9.35 mm
En la entrada del rodete:
Re: Radio interior. b1: Altura de la entrada del rodete. Hallamos el área de salida Ae: Perdidas: 6 x (4.4mm x 9.35mmm) = 2.47 x 10 -4 m2
Ae = 2π.Re.b1 - Pérdidas As = 2 x (3.1416) x (0.02055m) x (0.00935) - 2.47 x 10 -4 m2 As = 9.6 x 10 -4 m2 Con el Qv podemos entrar la velocidad relativa Vre a la entrada.
Qv = As x Vrs 2.4 x 10 m3/s = 9.6 x 10 -4 m2 x Vrs 2.5 m/s = Vrs -3
Figura 9: Modulo y Angulo de las velocidades al entrada del rodete.
Figura 10: Angulo de la velocidad a la salida del rodete.
Figura 11: Módulos de las velocidad en la entrada y salida del rodete. Determinamos el Torque: (T) T = mº (Rs.Vs – R e.Ve) Donde “Vs” y “Ve” tienen que ser las velocidades tangenciales. T = 2.4 kg/s ( 0.0878m x 33.09m/s – 0.02055m x 7.75 m/s ) T= 6.5904.
6. DISCUSION DE RESULTADOS:
Los cálculos hallados de velocidades, son muy acercados a los recomendados en las tablas. El ángulo pequeño obtenido en el autocad es debido a que las velocidades absolutas obtenidas en el cálculo, son muy pequeñas comparadas con las tangenciales.
7. CONCLUSIONES:
Se identificó el recorrido que realiza el flujo del agua a través del rodete o impulsor . Identificamos y graficamos los triángulos de velocidades que se generan en un impulsor determinado tanto en la entrada como en la salida con la ayuda del programa de dibujo y diseño “Autocad”.
Calculamos la potencia hidráulica de un impulsor utilizando la ecuación de Euler.
8. RECOMENDACIONES:
Tener cuidado con el ángulo que describa el arco del alaba a la hroa del dibujo , debido a que tiene que tener coherencia con las velocidades relativas.
Tener un dominio del software “Autocad”.
Apoyarse de tablas , para los cálculos de velocidades absolutas.
9. BIBLIOGRAFIA: [1] Fernández Diez Pedro. Bombas centrifugas y volumétricas. Departamento de ingeniería eléctrica y energética. Disponible en: http://www.ing.una.py/pdf_material_apoyo/bombas-centrifugas-yvolumetricas.pdf [2] Instituto de mecánica de los fluidos e ingeniería ambiental (2009) Generalidades. Turbomaquinas. Bombas Centrifugas. IMFIA. Disponible en: https://www.fing.edu.uy/imfia/cursos/maq_flu_1/teorico/1-Centrif.pdf [3] Nieto Carlos, López Rafael, Galvis Oscar. Metalmecánica. Mantenimiento de bombas centrifugas. Disponible en: http://campusvirtual.edu.uy/archivos/mecanicageneral/CURSO%20OPERADOR%20DE%20MANTENIMIENTO%20M ECANICO%20INDUSTRIAL/17%20MANTENIMIENTO%20DE%20BO MBAS%20CENTRIFUGAS.pdf
10. ANEXOS:
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Profesor: Jimeno Carranza
Curso : turbomaquinas
Ciclo: 4°
Alumnos:
Sección: B
Fecha : 26/09/2017
Cruzado , F. Daniel Vasquez , Piero Zavaleta, cristian
