Ensayo de Turbomaquinas Turbomaquinas
Universidad Nacional de San Agustín Facultad de Ingeniería Producción Y Servicios Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica Curso
Ensayos de Turbomáquinas Tema
Laboratorio de Bombas Centrífugas Diferentes RPM Docente
Ing. José Luis Rodríguez Bejarano Alumno
Llallacachi Huanca Jesus S. C.U.I.: 20091760
Arequipa – Perú Perú 2013
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Ensayo de Turbomaquinas
BOMBA CENTRÍFUGA A DIFERENTES RPM 1 OBJETIVOS
Construir las curvas características a diferentes rangos de velocidad y caudal, entre la sección de entrada y salida, de la bomba, incluyendo las curvas de isoeficiencia.
Entender los parámetros e interpretar los datos obtenidos en el laboratorio.
Conocer los principios de operación de la bomba centrifuga.
2 MARCOTEORICO Una bomba centrífuga es una turbo máquina que transforma la energía mecánica de un impulsor rotatorio llamado rodete en energía cinética y potencial requeridas. El fluido entra por el centro del rodete, que dispone de unos álabes para conducir el fluido, y por efecto de la fuerza centrífuga es impulsado hacia el exterior, donde es recogido por la carcasa o cuerpo de la bomba, que por el contorno su forma conduce hacia las tubuladuras de salida o hacia el siguiente rodete (siguiente etapa). Aunque la fuerza centrífuga producida depende tanto de la velocidad en la periferia del impulsor como de la densidad del líquido, la energía que se aplica por unidad de masa del líquido es independiente de la densidad del líquido. Por tanto, en una bomba dada que funcione a cierta velocidad y que maneje un volumen definido de líquido, la energía que se aplica y transfiere al líquido, (en pascales, Pa, metros de columna de agua m.c.a. o o pie-lb/lb de líquido) es la misma para cualquier líquido sin que importe su densidad. Tradicionalmente la presión proporcionada por la bomba en metros de columna de agua o pie-lb/lb se expresa en metros o en pies y por ello que se denomina genéricamente como "altura", y aun más, porque las primeras bombas se dedicaban a subir agua de los pozos desde una cierta profundidad (o altura). Las bombas centrífugas tienen un uso muy extendido en la industria ya que son adecuadas casi para cualquier uso. Las más comunes son las que están construidas bajo normativa DIN 24255 (en formas e hidráulica) con un único rodete, que abarcan capacidades hasta los 500 m³/h y alturas manométricas hasta los 100 metros con motores eléctricos de velocidad normalizada. Estas bombas se suelen montar horizontales, pero también pueden estar verticales y para alcanzar mayores alturas se fabrican disponiendo varios rodetes sucesivos en un mismo cuerpo de bomba. De esta forma se acumulan las presiones parciales que ofrecen cada uno de ellos. En este caso se habla de bomba multifásica o multietapa, pudiéndose lograr de este modo alturas del orden de los 1200 metros para sistemas de alimentación de calderas.
Partes de una bomba centrífuga. Consta de las siguientes partes:
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Ensayo de Turbomaquinas
a. Tubo de aspiración: b. Impulsor o rodete : formado por un conjunto de álabes que pueden adoptar diversas formas según la misión que vaya a desarrollar la bomba. Estos álabes giran dentro de una carcasa circular. El rodete es accionado por un motor, y va unido solidariamente al eje, siendo este la parte móvil de la bomba. 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 bombas centrífugas, o permaneciendo axial en las axiales, acelerándose y absorbiendo un trabajo. Los álabes del rodete someten a las partículas de líquido a un movimiento de rotación muy rápido, siendo estas partículas proyectadas hacia el exterior por la fuerza centrífuga, creando así una altura dinámica, de tal forma que las partículas 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.
c. Voluta: Es la parte fija 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. La función principal 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. 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
d. 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.
1.1. Altura de elevación de una bomba. La altura total de elevación de una bomba, en cualquiera de los puntos de su curva Q-H, está formada por la altura de aspiración H(a) y la altura de impulsión H(i). Ambas alturas tienen una componente estática E y una componente dinámica D.
La
componente estática del tramo de aspiración es la altura geométrica desde la
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Ensayo de Turbomaquinas superficie del líquido hasta el eje de la bomba, mientras que la del tramo de impulsión ha de ser la altura geométrica desde el eje de la bomba hasta el punto de agua más desfavorable. Por su parte la componente dinámica en el tramo de aspiración ha de ser la presión necesaria para vencer el rozamiento del tramo de aspiración Hg(a), mientras que la componente dinámica del tramo de impulsión ha de ser la presión necesaria para vencer el rozamiento del tramo de impulsión Hg(i) más la presión residual Hr exigible al punto de agua más desfavorable. Llamando Hg a la altura total de elevación y H p a la presión total necesaria para vencer las pérdidas de carga podemos escribir:
H = Hg + Hp + Hr , donde
Hg componente dinámica o cinética Hp + Hr componente estática ó piezométrica
1.2. Curvas características: Las características hidráulicas de una bomba se expresan mediante una curva construida sobre los ejes Q-H de caudal y altura.
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Ensayo de Turbomaquinas Los puntos de dicha curva son obtenidos en fábrica mediante el estrangulamiento de una válvula colocada a la salida de la bomba que simula un cierre paulatino de grifos hasta llegar al cierre total. Los caudales y alturas correspondientes a distintas posiciones de la válvula son obtenidos mediante rotámetros y manómetros, respectivamente.
=Sección media de salida del rodete
K2= Constante que depende del espesor del álabe
∆i=
componentes de choque)
Curva de Isoeficiencia “Conchoide”
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2
Pérdida de cargas interiores (rozamiento del líquido qk , debida a las
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3 FORMULAS A UTILIZAR. a) Factores de conversión:
⁄ ⁄ ⁄ ⁄ b) Potencia eléctrica del motor:
(√ ) c) Potencia hidráulica:
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d) Eficiencia:
4 INTRUMENTACIÓN
Pinza amperimétrica
Rotámetro
Capacidad máxima:
40 gpm
Capacidad mínima:
0 gp
Manómetro
Capacidad máxima: 100 psi Capacidad mínima: 0 psi
Bomba Centrífuga:
Motor eléctrico
Potencia:
3.6 HP
Velocidad:
3480 rpm
Voltaje:
220 V cos Ø=0.85
5 BANCO DEL LABORATORIO (descripcion fisica)
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6 PROCEDIMIENTO.
Se realizara el acople correspondiente de motor – bomba, a travez de un conjunto de fajas y poleas, para una cierta velocidad de jiro
Seguidamente se pondrá la faja, que une al motor con la bomba, en la posición de menores revoluciones.
Accionamos el motor y procedemos a variar el caudal, con la válvula indicada en la Fig. Además se tomaran las respectivas medidas, (rpm, caudal, presión a la entrada y a la salida de la bomba, y corriente) para cada valor diferente de caudal
Después de haber tomado las medidas para una cierta revolución, se procede a cambiar la faja a la segunda posición para variar las rpm y nuevamente tomamos las medidas ya mencionadas.
2. TOMA DE DATOS.
Tabla 1. N promedio = 1782rpm n=1782rpm
Nº
Q (gpm)
P (PSI)
I (A)
V (Volt.)
1
0
9
4,1
220
2
4,40946
7,7
4,14
220
3
9,39532
5,2
4,16
220
4
13,2572
4,5
4,21
220
5
17,13349
2,2
4,25
220
Tabla 2. N promedio = 2091rpm n=2091rpm
Nº
Q (gpm)
P (PSI)
I (A)
V (Volt.)
1
0
13,5
4,2
220
2
5,14437
11,5
4,27
220
3
9,02066
9,89
4,35
220
4
13,80478
7,5
4,4
220
5
17,8684
5
4,45
220
6
22,82544
1
4,5
220
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Ensayo de Turbomaquinas
Tabla 3. N promedio = 2591rpm n=2591rpm
Nº
Q (gpm)
P (PSI)
I (A)
V (Volt.)
1
0
19
5,31
220
2
6,06661
17,5
5,33
220
3
13,44453
12,5
5,35
220
4
18,04132
10
5,39
220
5
24,09352
5
5,44
220
6
27,75366
1,2
5,56
220
Tabla 4. N promedio = 3456rpm n=3456rpm
Nº
Q (gpm)
P (PSI)
I (A)
V (Volt.)
1
0
40
8,5
220
2
8,646
28
9
220
3
15,64926
26
9,26
220
4
23,9206
16
9,38
220
5
29,94398
11
9,46
220
6
35,05953
4
9,5
220
3. RESULTADOS n=1
Nº
Q (gpm) 1
0
2
P V I (A) (PSI) (Volt.) 4,1
220
4,40946
7,7 4,14
220
3
9,39532
4
H (m) 0 6,32550459
Ph (KW)
Ne (KW)
η
(%)
0 0,53118534
0,0
0,0002782 5,41182059 0,01476959 0,53636764
2,8
5,2 4,16
220 0,00059276 3,65473598 0,02125237 0,53895879
3,9
13,2572
4,5 4,21
220 0,00083642 3,16275229 0,02595116 0,54543666
4,8
5 17,13349
2,2 4,25
220 0,00108098 1,54623445 0,01639687 0,55061895
3,0
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9
Q (m3/s)
Ensayo de Turbomaquinas n=2091rpm
Nº
Q (gpm)
P V I (A) (PSI) (Volt.)
Ph (KW)
(%)
5,14437 11,5 4,27
220 0,00032457 8,08258919
0,5532101
4,7
3
9,02066
220 0,00056913 6,95102671 0,03880851 0,56357469
6,9
4,4
220 0,00087096 5,27125382 0,04503842 0,57005256
7,9
5 4,45
220 0,00112734 3,51416922 0,03886405 0,57653043
6,7
1
220 0,00144009 0,70283384 0,00992914
1,7
5
17,8684
6 22,82544
4,5
0 0,54414108
η
2
7,5
0 9,48825688
Ne (KW)
0 13,5
9,89 4,35
220
H (m)
1
4 13,80478
4,2
Q (m3/s)
0,0257349
0,5830083
0,0
n=2591rpm
Nº
Q (gpm)
P V I (A) (PSI) (Volt.)
Q (m3/s)
220
H (m) 13,353843
Ne (KW) 0
η
(%)
1
0
19 5,31
2
6,06661
17,5 5,33
220 0,00038275 12,2995923
3 13,44453
12,5 5,35
220 0,00084824 8,78542304 0,07310516 0,69313209 10,5
4 18,04132
10 5,39
220 0,00113825 7,02833843 0,07848031 0,69831439 11,2
5 24,09352
5 5,44
6 27,75366
1,2 5,56
220
0
Ph (KW)
0,6879498
0,0
0,0461824 0,69054094
6,7
0,0015201 3,51416922 0,05240379 0,70479226
7,4
220 0,00175102 0,84340061 0,01448752 0,72033915
2,0
n=3456rpm
Nº
Q (gpm)
P V I (A) (PSI) (Volt.)
1
0
40
8,5
2
8,646
28
9
220
Q (m3/s)
H (m) 0 28,1133537
Ph (KW)
Ne (KW)
η
(%)
0
1,1012379
0,0
220 0,00054549 19,6793476 0,10530904
1,1660166
9,0
3 15,64926
26 9,26
220 0,00098734 18,2736799 0,17699441 1,19970153 14,8
4
23,9206
16 9,38
220 0,00150919 11,2453415 0,16648858 1,21524842 13,7
5 29,94398
11 9,46
220 0,00188921 7,73117227 0,14328298 1,22561301 11,7
6 35,05953
4
9,5
220 0,00221196 2,81133537 0,06100402
7 GRÁFICAS a) Graficas de parametros a 1782rpm
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1,2307953
5,0
Ensayo de Turbomaquinas
curva H-Q 7 6 5
s t m4 a r u t 3 l a
2 1 0 0
0.0002
0.0004
0.0006
0.0008
caudal m3/s
curva Ph-Q 0.02 0.015 W K 0.01 a i c n e t0.005 o p
0 0
0.0002
-0.005
0.0004
0.0006
0.0008
caudal m3/s
EFICIENCIA-CAUDAL 2.5 2.0 1.5
a i c n e 1.0 i c i f E
0.5 0.0 0
-0.5
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0.0002
0.0004
caudal m3/s
0.0006
0.0008
Ensayo de Turbomaquinas
b) Graficas de parametros a 2091rpm
curva H-Q 10 9 8 7 s t 6 m a r 5 u t 4 l a 3 2 1 0 0
0.0005
0.001
0.0015
caudal m3/s
curva Ph-Q 0.035 0.03 0.025 W 0.02 K a i c 0.015 n e t 0.01 o p 0.005
0 -0.005
0
0.0005
0.001
0.0015
caudal m3/s
EFICIENCIA-CAUDAL 4.0 3.5 3.0 2.5
a i c 2.0 n e i c i 1.5 f E 1.0
0.5 0.0 -0.5 0
0.0005
0.001
caudal m3/s
[Escribir texto]
0.0015
Ensayo de Turbomaquinas
c) Graficas de parametros a 2591rpm
curva H-Q 16 14 12 s t 10 m a r 8 u t l a 6
4 2 0 0
0.0005
0.001
0.0015
caudal m3/s
curva Ph-Q 0.06 0.05 0.04 W K a i c n e t o p
0.03 0.02 0.01 0 -0.01
0
0.0005
0.001
0.0015
caudal m3/s
.
EFICIENCIA-CAUDAL 6.0 5.0 4.0 a i c 3.0 n e i c i 2.0 f E
1.0 0.0
-1.0
[Escribir texto]
0
0.0005
0.001
caudal m3/s
0.0015
Ensayo de Turbomaquinas
d) Graficas de parametros a 3456rpm
curva H-Q 30 25 20 s t m a r 15 u t l a 10 5 0 0
0.0005
0.001
0.0015
0.002
caudal m3/s
curva Ph-Q 0.14 0.12 0.1 W K a i c n e t o p
0.08 0.06 0.04 0.02 0 -0.02 0
0.0005
0.001
0.0015
0.002
caudal m3/s
EFICIENCIA-CAUDAL 8.0 7.0 6.0 a i c n e i c i f E
5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0 -1.0 0
0.0005
0.001
caudal m3/s
[Escribir texto]
0.0015
0.002
Ensayo de Turbomaquinas
8.-CURVAS DE ISOEFICIENCIA:
9.-CONSLUSIONES:
se pudo armar el circuito de esayo satisfactoriamente y con ello realizar la experiencia.
Con la experiencia realizada se ha podido construir las curvas características de la bomba a partir de los datos tomados para diferentes velocidades de giro
Al realizar una comparacion de las curvas obtenidas en el experimento con las teoricas de catalogo se comprueba su gran similitud.
En esta expericia la potencia electrica es damasido alto con respecto a la potencia hidraulica, y en consecuencia nuestra eficiencia disminuye a un valor muy pequeño.
Estas eficiencia tan bajas son consecuencia de la antigüedad de los equipos (bombas y tuberias ) tambien del grado de error de las lecturas tomadas.
Con la disminución de la potencia eléctrica se observa un ligero incremento en las eficiencias.
4. RECOMENDACIONES:
Definitivamente se requiere nuevos equipos o en todo caso un manteniemitno total del banco de prubas.
La valvula de regulacion de caudal tuvo grandes fluctuacion por ello se recomienda cambiarla al igual que la pinza amperimetrica con un menor grado de error.
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