DETERMINACION DE LAS CURVAS CARACTERISCTICAS DE UNA BOMBA CENTRIFIGA
ANA PATRICIA MONTES PIMIENTA JENNIFER ADRIANA GOMEZ MERCADO LAURA VANESSA LOBO PEREZ MELISSA MARIA TORRES VERGARA
ING GENNY BOHORQUEZ
UNIVERSIDAD DE SUCRE FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL SINCELEJO, 2017
TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCION .................................................................................................................. 3 JUSTIFICACIÓN ................................................................................................................... 4 OBJETIVOS ........................................................................................................................... 5 MARCO TEORICO ............................................................................................................... 6
INTRODUCCION La bomba centrifuga es una maquina hidráulica compuestas por un elemento rotatorio denominado impulsor, una tubería de aspiración y un rodete, donde inicialmente la energía es transmitida como energía mecánica a través de un eje, para posteriormente convertirse en energía hidráulica, es decir, Las bombas centrifugas se encuentran formadas por la capacidad de fluido descargado en un tiempo determinado, la potencia y el aumento de presión. En este sentido, la determinación de las curvas características de la bomba centrifuga, es fundamental en la industria de procesos y sistemas hidráulicos, ya que define el diseño y optimización en la ejecución del manejo de fluidos, donde, el funcionamiento de una bomba centrifuga radica en la transformación de la energía del fluido, aumentado su presión, velocidad y altura, añadiendo energía al sistema para mover el fluido de una zona de menos presión a otra de mayor. Así mismo, las curvas características de una bomba describen la relación entre la altura manométrica y el caudal, datos que permiten analizar las propiedades y eficiencia de una bomba, para así, escoger la más adecuada al momento de la instalación en un sistema hidráulico, donde La altura manométrica de una bomba es una magnitud, expresada como presión, que permite valorar la energía suministrada al fluido, es decir, se trata de la caída de presión que debe vencer la bomba para que le fluido circule según las condiciones de diseño.
JUSTIFICACIÓN La importancia de la bomba como instrumento hidráulico que transforma energía, radica en la productividad operacional en las estaciones de riego y bombeo, la cual depende de la eficiencia del instrumento y características a nivel operativo, que ayuda a mejorar la capacidad de un sistema hidráulico incrementando la productividad a través de la inmersión de energía al sistema para mover el fluido de una zona de menos presión a otra de mayor. Por ende, la presente práctica se encuentra encaminada a la determinación de las curvas características de una bomba centrifuga, así mismo analizar el caudal y la presión de un fluido entregado por una bomba para así identificar el modelo de bomba más adecuado para una condición dada.
OBJETIVOS
OBJETIVOS GENERALES
Conocer los componentes de una bomba centrifuga y la función de cada una de ellas.
Comparar la curva de servicio Q-H presentada por el fabricante, con la generada en el laboratorio, mediante ensayos sobre un modelo.
Comparar la NPSHrequerida de una bomba con la NPSHdisponible para las condiciones de operación.
Seleccionar el modelo de bomba más adecuado a una condición dada.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Determinar el caudal y la presión de un fluido entregado por una bomba, mediante la utilización del caudalimetro Venturi y presiones a través del manómetro de Bourdon
Analizar las diferencias entre la curva Q-H obtenidas en el laboratorio y la dada por el módulo de tubería.
Medir la presión de vacío que se presenta en la tubería de succión de la bomba. Calcular los parámetros requeridos para la selección del equipo de bombeo.
MARCO TEORICO BOMBA Las bombas son dispositivos que se encargan de transferir energía a la corriente del fluido impulsándolo, desde un estado de baja presión estática a otro de mayor presión. Están compuestas por un elemento rotatorio denominado impulsor, el cual se encuentra dentro de una carcasa llamada voluta. Inicialmente la energía es transmitida como energía mecánica a través de un eje, para posteriormente convertirse en energía hidráulica. El fluido entra axialmente a través del ojo del impulsor, pasando por los canales de éste y suministrándosele energía cinética mediante los álabes que se encuentran en el impulsor para posteriormente descargar el fluido en la voluta, el cual se expande gradualmente, disminuyendo la energía cinética adquirida para convertirse en presión estática. BOMBA CENTRIFUGA EI funcionamiento de las bombas centrifugas se basa en el principio del flujo. Un medio de bombeo (agua) se pone en movimiento por medio del accionamiento de una rueda de paletas (1), con paletas curvadas, que gira dentro de una carcasa de forma helicoidal (2). El agua se acelera debido a la fuerza centrífuga y se dirige a la tubería bajo presión (3). EI agua así proyectada produce una sobrepresión negativa (depresión) en la boquilla de absorción (4) y el agua fluye a través de la tubería de absorción conectada. Según la naturaleza de la presión diferencial que se debe vencer, se emplean bombas centrifugas de una o de varias etapas. Las bombas centrífugas generan un caudal volumétrico uniforme, sin golpes de presión, por lo tanto, son las más empleadas para el bombeo de fluidos.
TUBERÍAS DE ASPIRACIÓN DE BOMBAS CENTRÍFUGAS La parte por donde se aspira el líquido para proceder a su bombeo es la tubería de aspiración, una parte imprescindible de que el bombeo que genera la bomba centrífuga funcione depende esta tubería, tiene que estar en perfecto estado sin ninguna fisura o poro por el cual pueda entrar aire. Según el funcionamiento las bombas centrífugas cuentan con un aspirador que está limitado, por lo que no es conveniente saturarlas; para evitar las posibles pérdidas de aire es aconsejable utilizar lo menos posibles, codos, válvulas. RODETE O IMPULSOR DE BOMBAS CENTRÍFUGAS El rodete o impulsor puede tener diferentes formas dependiendo de la función de la bomba, el rodete se acciona gracias a un motor que va unido a un eje, siendo el eje la única parte que se mueve de la bomba, el líquido entra hasta el rodete cambiando de dirección de forma brusca. Está compuesto por un disco colocado de forma perpendicular al eje, formado por álabes con forma de curva en una dirección contraria. Depende de la función de la bomba centrífuga y de los esfuerzos que tenga que soportar, el impulsor está formado por un material u otro. VOLUTA DE BOMBAS CENTRÍFUGAS La voluta tiene forma de caracol, es una parte fija que tiene como misión recoger el líquido que deja el rodete, cambia la dirección del movimiento y lo dirige hacia la salida, la voluta
la podemos considerar un trasformador de energía porque frena el líquido transformando la energía dinámica en energía de presión.. Las bombas centrífugas cuentan con muchas ventajas frente a otros sistemas de bombeo, por ejemplo, son bastante silenciosas y tienen un tamaño pequeño. PARTES DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA: Es la parte exterior protectora de la bomba y cumple la función de convertir la energía de velocidad impartida al líquido por el impulsor en energía de presión. Esto se lleva a cabo mediante reducción de la velocidad por un aumento gradual del área. Carcasa.
Impulsores. Es el corazón de la bomba centrífuga. Recibe el líquido y le imparte una
velocidad de la cual depende la carga producida por la bomba. Anillos de desgaste. Cumplen la función de ser un elemento fácil y barato de remover en
aquellas partes en donde debido a las cerradas holguras entre el impulsor y la carcasa, el desgaste es casi seguro, evitando así la necesidad de cambiar estos elementos y quitar solo los anillos. Flecha. Es el eje de todos los elementos que giran en la bomba centrífuga, transmitiendo
además el movimiento que imparte la flecha del motor. CARGA DE SUCCIÓN Y ELEVACIÓN DE SUCCIÓN Y ALGUNAS CONDICIONES DE SUCCIÓN. Elevación de succión. Es la suma de la elevación estática de succión, de la carga de
fricción de succión total y de las pérdidas de admisión (la elevación de succión es una carga de succión negativa). Carga de succión. Es la carga estática de succión menos la carga de fricción total y las
pérdidas de admisión, más cualquier presión que se encuentre en la línea de succión. Es una presión negativa (hay vacío) y se suma algebraicamente a la carga estática de succión del sistema. Condiciones de succión. Por lo que respecta al líquido, se tomará en cuenta la influencia
de su presión sobre la succión. Presión de vapor. Si un líquido se encuentra a una temperatura arriba de su punto de
ebullición, sufre evaporación en su superficie libre. En el seno del líquido se origina una
presión que se llama presión de vapor y que está en función directa con la temperatura del líquido. Presión de bombeo. Destinemos una bomba cualquiera para bombear un líquido. Al
funcionar la bomba, tiende a formar un vacío en el seno del líquido. Éste succionar se conoce como presión de bombeo. Carga neta de succión positiva (NPSH). Es la presión disponible o requerida para forzar
un gasto determinado, en litros por segundo, a través de la tubería de succión, al ojo del impulsor, cilindro o carcasa de una bomba. En el bombeo de líquidos la presión en cualquier punto en la línea de succión nunca deberá reducirse a la presión de vapor del líquido. NPSH disponible. Esta depende de la carga de succión o elevación, la carga de fricción, y
la presión de vapor del líquido manejado a la temperatura de bombeo. Si se varía cualquiera de estos puntos, la NPSH puede alterarse. NPSH requerida. Esta depende sólo del diseño de la bomba y se obtiene del fabricante
para cada bomba en particular, según su tipo, modelo, capacidad y velocidad. Cebado de las Bombas. Consiste en la extracción del aire de la tubería de succión de la
bomba para permitir un correcto funcionamiento. Esta operación se realiza en todas las bombas centrífugas ya que no son autocebantes, generalmente cuando ésta se encuentra en una posición superior al tanque de aspiración. Carga Hidráulica. Es la energía impartida al líquido por la bomba, es decir, la diferencia
entre la carga de descarga y la succión. Punto de Shut-off. Representa la carga hidráulica que produce la bomba cuando el caudal
a través de ella es nulo. (La válvula a la salida de la bomba esta cerrada, con el fluido en contacto con el rodete). (N). Representa la potencia requerida por la bomba para transferir líquidos de un punto a otro y la energía requerida para vencer sus pérdidas. Potencia Absorbida
Potencia Hidráulica (Ph). Potencia cedida al líquido en el proceso de su transferencia de
un punto a otro.
DATOS DATOS DE LA BOMBA Marca Modelo Tipo de bomba Características del impulsor Diámetros de succión y descarga DATOS DEL MOTOR Potencia Velocidad de rotación RPM Voltaje Amperaje CAUDALES PRESIONES *diagrama del sistema* Ilustración X. Esquema del sistema de tuberías.
CALCULOS Y RESULTADOS Para los cálculos, se emplea el siguiente proceso A. CURVA DE LA BOMBA 1. Determinación de caudales: método de coordenadas, volumétrico.
Método volumétrico =
Se tienen los volúmenes en cm3 y e l tiempo en segundos, por consiguiente los cálculos se multiplican por 0,06 para obtener estos en L/min. A continuación se presenta el calculo para el primer volumen del primer caudal ensayado. Siendo v=1760cm3 y t=5,28s =
=
1760 5,28
× 0,06
= 20 /
Los resultados obtenidos para cada uno de los caudales se presentan a continuación, por último se mostrará una tabla con los caudales promedio de cada ensayo. Tabla tal
ensayo
volumen (cm3)
Q1 Tiempo (s)
caudal (L/min)
1
1760
5,28
20,000
2
1840
5,12
21,563
3
1760
5,34
19,775
PROMEDIO
20,446
Tabla re tal Q2 ensayo
volumen (cm3)
tiempo
caudal
1
2820
5,34
31,685
2
2780
5,1
32,706
3
2720
5,22
31,264
PROMEDIO
31,885
Tabla Q3 ensayo
volumen (cm3)
tiempo
caudal
1
3600
5,34
40,449
2
3420
5,15
39,845
3
3340
5,25
38,171
PROMEDIO
39,489
Tabla bebé Q4 ensayo
volumen (m3)
tiempo
caudal
1
4860
5,1
57,176
2
5360
5,39
59,666
3
5220
5,29
59,206
PROMEDIO
58,683
Tabla holi Q5 ensayo
volumen (m3)
caudal
1
6060
5,01
72,575
2
7480
5,22
85,977
3
7420
5,09
87,466
PROMEDIO
Tablita
tiempo
82,006
Q6 ensayo
volumen (m3)
tiempo
caudal
1
7200
5,19
83,237
2
7480
5,36
83,731
3
7420
5,08
87,638
PROMEDIO
84,869
Tabla pro Q
Caudal (L/min)
1
20,446
2
31,886
3
39,489
4
58,683
5
82,006
6
84,869
- determinación del HB para cada caudal
*tabla del caudal con HB* 2. Calculo de las constantes de la ecuación de la bomba, se resuelve el sistema de 3x3 de HB=AQ2 + BQ + C. 3. Determinación de la ecuación de la bomba 4. Curva característica de la bomba, a partir de la ecuación y los caudales. 5. Curva de la bomba dada por el fabricante. B. CURVA DEL SISTEMA 6. Determinar el caudal del flujo interno: método de Venturi. 7. Coeficientes de pérdidas por accesorios del sistema. 8. Calcular HCDT para cada caudal. 9. Curva del sistema.
Calculo del HB para cada caudal
Q1, Presión de 31 Psi 1 = 0,7035 . . 0,7035 . . = 31 × 1 = , . .
Q2, Presión de 30 Psi 1 = 0,7035 . . 0,7035 . . = 30 × 1 = , . .
Q3, Presión de 29 Psi 1 = 0,7035 . . 0,7035 . . = 29 × 1 = , . .
Q4, Presión de 24 Psi 1 = 0,7035 . . 0,7035 . . = 24 × 1 = , . .
Q5, Presión de 15 Psi 1 = 0,7035 . . 0,7035 . . = 15 × 1 = , . .
Q6, Presión de 8 Psi
1 = 0,7035 . .
= 8 ×
0,7035 . .
1 = , . .
CURVA DE LA BOMBA 1. Caudales
