“CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA”
“CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA”
LABORATORIO Nº04: DETERMINACIÓN DE CURVAS CARACTERISTICAS DE BOMBAS I. OBJETIVOS • •
Conocer y aprender el manejo de encendido de una bomba. Determinar las relaciones entre las siguientes características: - Caudal (Q). - Carga Total (HB). - Eiciencia Total (nt). - !otencia El"ctrica consumida (H!e).
II.- FUNDAMENTOS TEORICO #as bombas son dispositi$os %ue se encargan de transerir energía a la corriente del luido impuls&ndolo' desde un estado de baja presin est&tica a otro de mayor presin. Est&n compuestas por un elemento rotatorio denominado impulsor' el cual se encuentra dentro de una carcasa llamada $oluta. nicialmente la energía es transmitida como energía mec&nica a tra$"s de un eje' para posteriormente con$ertirse en energía *idr&ulica. El luido entra a+ialmente a tra$"s del ojo del impulsor' pasando por los canales de "ste y suministr&ndosele energía cin"tica mediante los alabes %ue se encuentran en el impulsor para posteriormente descargar el luido en la $oluta' el cual se e+pande gradualmente' disminuyendo la energía cin"tica ad%uirida para con$ertirse en presin est&tica.
Par!"#r$% &ara 'a %"'"(()*+ ," +a $!a. Cuando se seleciona una bomba para una aplicacin particular' se deben considerar los siguiente actores: • • • •
#a naturale,a del lí%uido %ue se $a a bombear. #a capacidad re%uerida ($elocidad de lujo de $olumen). #as condiciones en el lado de succin (entrada) de la bomba. #as condiciones en el lado de la descarga (salida) de la bomba. ha
• • • • • •
#a cabe,a total de la bomba (el t"rmino de la ecuacin de la energía). El tipo de sistema al %ue la bomba est& entregando el luido. El tipo de la uente de alimentacin (motor el"ctrico' motor de diesel' turbina de $apor' etc"tera). #imitaciones de espacio' peso y posicin. Condiciones ambientales. Costo de la operacin de la bomba. 2
“CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA” •
Cdigos de est&ndares %ue rigen a las bombas.
#a naturale,a del luido est& caracteri,ada por su temperatura en las condiciones de bombeo' gra$edad espescíica' $iscosidad' tendencia a generar corrosin o erosin en la dierentes partes de la bomba y presin de $apor a la temperatura de bombeo. El t"rmino presin de $apor se utili,a para deinir la presin en la supericie libre de un luido debido a la ormacin de un $apor. #a presin de ele$a conorme la temperat-ta del lí%uido se ele$a' y es esencial %ue la presin a la entrada de la bomba permane,ca arriba de la presin de $apor del luido.
T)&$% ," $!a% #os tipos de bombas comunmente utili,ados para la entrega de luídos puden clasiicarse como De engranaje De paleta De tornillo De ca$idad progresi$a positi$o De lbulo o &labe
otatorias Despla,amieto
De pistn De inmencin De diaragma
eciprocas
Cin"ticas
De lujo radial (centríuga) De lujo a+ial (de impulsor) De lujo mi+to
De propulsin o tipo eyector
B$!a% ," ,"%&'a/a!)"+#$ &$%)#)$: #as bombas de despla,amiento positi$o entregan una cantidad ija de luido en cada re$olucin del rotor de la bomba. !or lo tanto'e+cepto por resbalamientos pe%ueos debido al pasa libre entre el rotor y la estructura' la entrega o capacidad de la bomba no se $e aectada por los cambios en la presin %ue "sta debe desarrollar. #a mayoría de las bombas de despla,amieto positi$o pueden manejar lí%uidos con altas $iscosidades. En la igura /012 se muestra una cur$a característica de uncionamiento para una bomba otatoria de Despla,amiento !ositi$o.
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“CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA”
F)1ra 2: Cur$a característica de uncionamiento para una bomba otatoria de Despla,amiento !ositi$o. B$!a% ()+3#)(a% #as bombas cin"ticas adicionan energía al luido aceler&ndolo a tra$"s de la accin de un impulsor giratorio. En una Bomba centriuga de lujo radial'la bomba de tipo cin"tico m&s com-n. El luido se alimenta *acia el centro del impulsor y despu"s de lan,a *acia uera a tra$"s de las paletas. 3l dejar el impulsor' el luido pasa a tra$"s de una $oluta en orma de espiral en donde es renado en orma gradual' pro$ocado %ue parte de la energía cin"tica se con$ierteen presin de luido. El tipo de impulsor de una bomba (lujo a+ial) depende de la accin *idrodin&mica de las *ojas impulsoras para le$antar y aceleraral luido en orma a+ial' a lo largo de una trayectoria paralela al eje del impulsor. #a bomba de lujo me,clado incorpora algunas acciones de ambos tipos de bombas' la centríuga y la de impulsor. Da#$% ," F+()$+a!)"#$% ," $!a% ("+#r51a%: Debido a %ue las bombas centríugas no son de despla,amiento positi$o' e+iste una gran dependencia entre la capacidad y la presin %ue debe desarrollar la bomba. Esto *ace %ue su uncionamiento sea de alguna orma m&s complejo. En realidad' a un $alor de corte en la cabe,a' el lujo se detiene en orma total cuando toda la energía de entrada de la bomba se utili,a para mantener la cabe,a. !or supuesto' la cabe,a típica de operacin est& muy debajo de la cabe,a de corte' por lo %ue se puede lograr una gran capacidad. #a eiciencia y la potencia %ue se re%uieren son actores importantes en el buen uncionamieto de una bomba. #a igura /014 muestra una e$aluacin del uncionamiento de una bomba m&s completa' cabe,a superpuesta' eiciencias y cur$as de potencia y la gr&ica de las tres $ersus la capcidad. #a operacin 4
“CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA” normal debe estar en la $ecindad del pico de la cur$a de eiciencia' con
eiciencias dentro del inter$alo del 51 al 61 por ciento como $alores típicos en las bombas centríugas (7ott'2885).
F)1ra 6. Cur$as de uncionamieto para una bomba centriuga.
!ara el calculo de la altura manmetrica escribimos la ecuacin de Bernoulli entre las secciones 2 y 4 de la igura 9.
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“CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA” F)1ra 7. istema e+perimental para la obtencin de cur$as características de bombas centríugas.
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“CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA” E(a()*+ ," B"r+$'')
P 1 γ
2
+
Z 1 +
V 1
2 g
+
Hm − Hr − ext =
P 2
2
+
γ
Z 2
+
V 2
2 g
Donde: •
Hr;e+t < 1 '!"rdidad e+teriores de la bomba se asumen %ue soncero por ser tramos de tuberías muy pe%ue=os.
•
Delmismo modo %ue en el caso de la igura 9' donde ! 2<1' pero si el depsito de aspiracin y de impulsin no est&n a la atmos"rica' esto no se cumple.
•
>2 < 1' se mantiene constante. !or tanto la rmula general se reduce a :
H B
=
P 2
2
+
γ
P 2
( z 2
+
γ
−
Z 1 ) +
V 2
2 g
V 22
2 g
Donde: Es la presin total' se mide en la columna de mercurio directamente en el manmetro.
Z 2
−
Z 1
Esta es la dierencia de alturas entre los puntos considerados' se directamente
B$!a C"+#r)51a ?na bomba centríuga es una m&%uina %ue consiste de un conjunto de paletas rotatorias encerradas dentro de una caja o c&rter' o una cubierta o cora,a. e denominan así por%ue la cota de presin %ue crean es ampliamente atribuible a la accin centríuga. #as paletas imparten energía al luido por la uer,a de esta misma accin. 3sí' despojada de todos los reinamientos' una bomba centríuga tiene dos partes 7
“CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA” principales: (2) ?n elemento giratorio' incluyendo un impulsor y una lec*a' y (4) un elemento estacionario' compuesto por una cubierta' estoperas y c*umaceras. En la igura 2' se muestra una bomba centríuga
F)1ra 4.
#as bombas centríugas son turbom&%uinas rotodin&micas %ue transieren energía a un lí%uido mediante la accin de un elemento en rotacin denominado rodete' %ue impulsa al luido a circular a tra$"s de unos canales delimitados por &labes de modo %ue el luido entra en la direccin a+ial y sale en la direccin radial. El luido %ue sale del rodete es recogido por una conduccin de seccin creciente' denominada $oluta' %ue $a rodeando la salida del rodete' dirigiendo inalmente el luido *acia el conducto de impulsin a tra$"s de un tramo diusor. #a energía especíica (es decir' la energía por unidad de $olumen' masa o peso de luido) %ue una bomba dada es capa, de transmitir al luido depende del caudal circulante' el cual puede $ariar entre 1 y un cierto caudal m&+imo. Tambi"n la energía consumida por la bomba (la %ue absorbe del motor de accionamiento) y el rendimiento (relacin entre la energía entregada al luido y la energía consumida) son uncin del caudal en circulacin. #a representacin gr&ica de la energía especíica' la potencia consumida y el rendimiento de la bomba en uncin del caudal se denominan cur$as características de la bomba. Estas cur$as constituyen la inormacin b&sica necesaria para predecir las magnitudes de operacin de la bomba en un circuito dado' y por lo tanto suelen ser aportadas por los abricantes en sus cat&logos y dem&s documentacin t"cnica. En esta pr&ctica se obtendr&n las cur$as características de uncionamiento de una bomba centríuga accionada a $elocidad constante. #os ensayos se lle$ar&n a cabo en el banco de ensayo de bombas disponible en el laboratorio del @rea de 7ec&nica de Aluidos. #os objeti$os concretos de la pr&ctica son pues:
a. F+()$+a!)"+#$ ," +a $!a ("+#r)51a El lujo entra a la bomba a tra$"s del centro o ojo del rodete y el luido gana energía a medida %ue las paletas del rodete lo transportan *acia uera en direccin radial. Esta 8
“CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA” aceleracin produce un apreciable aumento de energía de presin y cin"tica' lo cual es debido a la orma de caracol de la $oluta para generar un incremento gradual en el &rea de lujo de tal manera %ue la energía cin"tica a la salida del rodete se con$ierte en cabe,a de presin a la salida.
F)1ra 8. Auncionamiento de una Bomba Centriuga.
. Par#"% ," +a $!a ("+#r51a •
Car(a%a. Es la parte e+terior protectora de la bomba y cumple la uncin de con$ertir la energía de $elocidad impartida al lí%uido por el impulsor en energía de presin. Esto se lle$a a cabo mediante reduccin de la $elocidad por un aumento gradual del &rea.
F)1ra 9. Carcasa de bomba centriuga
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“CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA” •
I!&'%$r"%. Es el cora,n de la bomba centríuga. ecibe el lí%uido y le imparte una $elocidad de la cual depende la carga producida por la bomba.
F)1ra . mpulsores de bomba centríuga •
A+)''$% ," ,"%1a%#". Cumplen la uncin de ser un elemento &cil y barato de remo$er en a%uellas partes en donde debido a las cerradas *olguras entre el impulsor y la carcasa' el desgaste es casi seguro' e$itando así la necesidad de cambiar estos elementos y %uitar solo los anillos.
F)1ra ;. 3nillos de Desgaste de una bomba centríuga •
E%#$&"ra%< "!&a="% > %"''$%. la uncin de estos elementos es e$itar el lujo *acia uera del lí%uido bombeado a tra$"s del oriicio por donde pasa la lec*a de la bomba y el lujo de aire *acia el interior de la bomba.
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“CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA”
F)1ra ? Estoperas' Empa%ues y ellos de comba cEntriuga. .
•
F'"(@a. Es el eje de todos los elementos %ue giran en la bomba centríuga' transmitiendo adem&s el mo$imiento %ue imparte la lec*a del motor .
F)1ra 20. Alec*a de Bomba Centriuga •
C$)+"#"%. ir$en de soporte a la lec*a de todo el rotor en un alineamiento correcto en relacin con las partes estacionarias. oportan las cargas radiales y a+iales e+istentes en la bomba.
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“CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA”
F)1ra 22. Cojinete de Bomba Centriuga. Ba%"%. ir$en de soporte a la bomba' sosteniendo el peso de toda ella. Cra% (ara(#"r%#)(a% 3ntes de %ue un sistema de bombeo pueda ser dise=ado o seleccionado debe deinirse claramente su aplicacin. 3sí sea una simple línea de recirculacin o un gran oleoducto' los re%uerimientos de todas la aplicaciones son siempre los mismos' es decir' trasladar lí%uidos desde un punto a otro. Entonces' esto obliga a %ue la bomba y el sistema tengan iguales características para %ue este dise=o sea ptimo. #a manera de conocer tales características se reali,a con la ayuda de las cur$as características de la bomba' las cuales *an sido obtenidas mediante ensayos reali,ados en un banco de pruebas el cual posee la instrumentacin necesaria para medir el caudal' $elocidad de giro' momento de torsin aplicado y la dierencia de presin entre la succin y la descarga de la bomba' con el in de poder predecir el comportamiento de la bomba y obtener el mejor punto de operacin el cual se conoce como !7E' $ariando desde una capacidad igual a cero *asta un m&+imo' dependiendo del dise=o y succin de la' bomba. eneralmente este tipo de cur$as se obtienen para $elocidad constante' un di&metro del impulsor especíico y un tama=o determinado de carcasa' reali,ando la representacin gr&ica de la carga *idr&ulica (cur$a de estrangulamiento)' potencia absorbida y eiciencia adiab&tica contra la capacidad de la bomba. Estas cur$as son suministradas por los pro$eedores de bombas' de tal manera %ue el usuario pueda trabajar seg-n los re%uerimientos de la instalacin sin salir de los inter$alos de uncionamiento ptimo' adem&s de predecir %ue ocurrir& al $ariar el caudal manejado' sir$iendo como una gran *erramienta de an&lisis y de compresin del uncionamiento del e%uipo. 12
“CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA”
F)1ra 26. Cur$a característica de Bomba III. MATERIALES METODOLOÍA Ma#"r)a'"%: • Bombas. • 7anmetro en ? (Hg). • 3mperim"tro. • >oltim"tro. • 7edidor de Caudal. • 3gua. • >alde, de pl&stico. • egla graduada. M3#$,$: !ara la reali,acin de la siguiente pr&ctica se siguiente metodología: 2. e detemina dierentes alturas manmetricas partiendo de la altura m&+ima con la lla$e completamente cerrada(caudal cero). 4. #uego para dierentes alturas de la lla$e calculamos la dierencia de alturas manmetricas y ( 4 ;2). 9. 7edimos el $oltaje de la corriente el"ctrica para cada medicin de acuerdo a la apertura de la lla$e. . 7edimos la intensidad de corriente(ampraje) de al bomba. . e reali,an los c&lculos correspondientes para encontrar la eiciencia' potencia' de la bomba.
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“CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA” IV.
RESULTADOS DISCUSIONES
TABLA 2. D3TF !33 E/CF/T3 #3 C?>3 DE #3 BF7B3 H (cm)
H (m.c.a) 0.815526 32 0.883486 84 0.951447 37 1.019407 89 1.223289 47 1.332026 32 1.332026 32 1.359210 53
6.0
6.5
7.0
7.5
9.0
9.8
9.8
10.0
V (L)
V (m3)
Q(m3/s)
1.943
0.000388 0.001943 6
1.932
0.000386 0.001932 4
1.753
0.000350 0.001753 6
1.420 1.036 0.230 0.094
0.00142
0.000284
0.000207 0.001036 2 0.00023
0.000046
0.000018 0.000094 8
0.000
0
0
Caudal VS H bomba 1.5 f(x) = - 3220630.45x^2 - 54.61x + 1.34 R² = 0.98
1
H (m.c.a)
0.5
0 0
0
0
0
0
0
0
Q (m3/s)
F)1ra 27. Q (m9Gs) $s ∆H (m.c.a). V.
DISCUSIONES
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0
0
0
“CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA” eg-n Cuba (4116)' la característica principal de una bomba centriuga es con$ertir la energía de una uente de mo$imiento (motor) primero en $elocidad (energía cin"tica) y despu"s en energía de presin. El rol de una bomba es el aporte de energía al li%uido bombeado (energía transormada luego en caudal y altura de ele$acin)' seg-n las características constructi$as de la bomba misma y en relacin con las necesidades especiicas de la instalacin. Es así %ue de este modo en nuestra pr&ctica de Bombas $emos %ue el rodete es el $erdadero cora,n de la bomba %ue con$ierte la energía del motor en energía cin"tica' esto se $e cuando el li%uido entra del cuerpo de la bomba proyectando el luido a la ,ona e+terna del cuerpo bomba debido a la uer,a centriuga producido por la $elocidad del rodete. El li%uido en este caso el agua %ue utili,amos almacena energía potencial %ue se transorma en caudal y altura de ele$acin o energía cin"tica' este al mismo tiempo pro$oca una depresin capa, de aspirar el luido %ue se debe bombear. Conectando despu"s la bomba con la tubería de descarga' el lí%uido se encanalar& &cilmente' llegando uera de la bomba. eg-n 7ott (2885)' el uncionamiento de la bomba centríuga depende del momento inicial del cebado y del modo en el cual se asegura la aspiracin del mismo lí%uido: si la bomba se coloca a un ni$el inerior al de la $ena de la %ue se e+trae el lí%uido' "ste entra espont&neamente en la bomba (de esta manera se obtiene una instalacin bajo ni$el). 7ientras %ue si la bomba se coloca sobre el surgente de el cual se desea bombear' el lí%uido se aspirar&: la bomba (así como la tubería de aspiracin) tendr& %ue cebarse pre$enti$amente' o sea' llena de lí%uido (se tratar& de una bomba auto cebada). Esto se comprob en el laboratorio. eg-n Cuba (4116)' las prestaciones de una bomba centríuga se pueden e$idenciar gr&icamente por medio de una cur$a característica %ue' normalmente' tiene datos relati$os a la altura geod"sica total' a la potencia eecti$a del motor (BH!)' cada bomba centríuga se caracteri,a por su particular cur$a característica' %ue es la relacin entre su caudal y su altura de ele$acin. Esta representacin gr&ica' o sea' la trasposicin de esta relacin en un gr&ico cartesiano' es la mejor manera para conocer %u" caudal se puede obtener a una determinada altura de ele$acin y $ice$ersa. En la Aigura 29 y Tabla 2' $emos %ue en este caso especíico' la cur$a consiste en una línea %ue parte de un punto (e%ui$alente a cero caudal Gm&+ima altura de ele$acin) y %ue llega *asta el inal de la cur$a con la reduccin de la altura de ele$acin aumentando el caudal. #o cual nos dio en la igura 29 de altura de bombeo $s caudal se puede apreciar %ue la altura de bombeo disminuye en orma parablica pero contrario al de una instalacin adecuada' esto se debe a las tuberías' por%ue en nuestro caso los datos supuestos de medida de tuberías nos muestran %ue el di&metro de la tubería de aspiracin es menor %ue el de la tubería de descarga lo cual no debe ser así' si no m&s aun al contrario. Est& claro %ue' para modiicar esta representacin' contribuyen otros elementos como la $elocidad' la potencia del motor o el di&metro del rodete. eg-n #luis (411)' la altura de ele$acin de un lí%uido es el bombeo %ue sobreentiende la ele$acin de un lí%uido de un ni$el m&s bajo a un ni$el m&s alto. E+presado en metros de columna de lí%uido o en bar (presin). Esto lo podemos obser$ar en la igura 29 y la 15
“CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA” Tabla 2' donde la altura tu$imos %ue transormarla a metros por columna (m.c.a). En este -ltimo caso el lí%uido bombeado no supera ning-n desni$el' sino %ue $a erogado e+clusi$amente a ni$el del suelo a una presin determinada. ímbolo: ∆H. 3sí a la $e, la cur$a e+plicacin de las prestaciones de la bomba' representa la cur$a ormada por los $alores de caudal y de altura de ele$acin' indicados con reerencia a un determinado tipo de rodete di&metro y a un modelo especíico de bomba.eso se comprueba en la igura 29 lo cual %ueda comprobado.
VI.- CONCLUSIONES
• •
e logr conocer el uncionamiento de la bomba centríuga. Determinamos las relaciones entre las características del caudal' carga total' eiciencia total y la potencia el"ctrica consumida.
VI. REFERENCIAS BIBLIORFICAS C?B3' 7. (4116). #aboratorio de Termo*idra-lica . ?ni$ersidad /acional del Centro del !er-. Aacultad de ngeniería 7ec&nica. !er-. 7FTT . (2885) 7ec&nica De Aluidos 3plicada ta Edicin. Editorial !E/TCE H3## H!3/F37IC3;7"+ico. ##?' J. (411). Bombas' >entiladores y Compresores. Ediciones CE3C.4K p&gs.
VI.ANEOS
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“CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA”
F)1ra 24. EQ?E73 DE !FTE/C3 !33 ?/3 BF7B3 CE/TLA?3
EC?3CF/E !FTE/C3 E#ICTC3:
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“CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA”
F)1ra 28. Cur$a de la bomba
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