Curvas características de una bomba

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Curvas características de una bomba

  1. 1. “CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA” CURSO: LABORATORIO DE INGENIERÍA DE ALIMENTOS I ALUMNA: MARTÍNEZ SALDAÑA YURICO ELIZABETH PROFESOR: M.SC. GUILLERMO A. LINARES LUJÁN CICLO: VI TRUJILLO-PERÚ 2011
  2. 2. “CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA” 2011 LABORATORIO Nº04: DETERMINACIÓN DE CURVAS CARACTERISTICAS DE BOMBASI. OBJETIVOS Conocer y aprender el manejo de encendido de una bomba. Determinar las relaciones entre las siguientes características: - Caudal (Q). - Carga Total (HB). - Eficiencia Total (nt). - Potencia Eléctrica consumida (HPe).II.- FUNDAMENTOS TEORICOLas bombas son dispositivos que se encargan de transferir energía a la corriente delfluido impulsándolo, desde un estado de baja presión estática a otro de mayor presión.Están compuestas por un elemento rotatorio denominado impulsor, el cual se encuentradentro de una carcasa llamada voluta. Inicialmente la energía es transmitida comoenergía mecánica a través de un eje, para posteriormente convertirse en energíahidráulica. El fluido entra axialmente a través del ojo del impulsor, pasando por loscanales de éste y suministrándosele energía cinética mediante los alabes que seencuentran en el impulsor para posteriormente descargar el fluido en la voluta, el cual seexpande gradualmente, disminuyendo la energía cinética adquirida para convertirse enpresión estática.Parámetros para la selección de una bomba.Cuando se seleciona una bomba para una aplicación particular, se deben considerar lossiguiente factores: La naturaleza del líquido que se va a bombear. La capacidad requerida (velocidad de flujo de volumen). Las condiciones en el lado de succión (entrada) de la bomba. Las condiciones en el lado de la descarga (salida) de la bomba. La cabeza total de la bomba (el término h a de la ecuación de la energía). El tipo de sistema al que la bomba está entregando el fluido. El tipo de la fuente de alimentación (motor eléctrico, motor de diesel, turbina de vapor, etcétera). Limitaciones de espacio, peso y posición. Condiciones ambientales. Costo de la operación de la bomba. Códigos de estándares que rigen a las bombas. 2
  3. 3. “CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA” 2011La naturaleza del fluido está caracterizada por su temperatura en las condiciones debombeo, gravedad espescífica, viscosidad, tendencia a generar corrosión o erosión en ladiferentes partes de la bomba y presión de vapor a la temperatura de bombeo. Eltérmino presión de vapor se utiliza para definir la presión en la superficie libre de unfluido debido a la formación de un vapor. La presión de eleva conforme la temperatútadel líquido se eleva, y es esencial que la presión a la entrada de la bomba permanezcaarriba de la presión de vapor del fluido.Tipos de bombasLos tipos de bombas comunmente utilizados para la entrega de fluídos pudenclasificarse como De engranaje Rotatorias De paleta De tornilloDesplazamieto De cavidad progresiva positivo De lóbulo o álabe De pistón Reciprocas De inmención De diafragma De flujo radial (centrífuga)Cinéticas De flujo axial (de impulsor) De flujo mixtoDe propulsión o tipo eyector Bombas de desplazamiento positivo: Las bombas de desplazamiento positivo entregan una cantidad fija de fluido en cada revolución del rotor de la bomba. Por lo tanto,excepto por resbalamientos pequeos debido al pasa libre entre el rotor y la estructura, la entrega o capacidad de la bomba no se ve afectada por los cambios en la presión que ésta debe desarrollar. La mayoría de las bombas de desplazamieto positivo pueden manejar líquidos con altas viscosidades. En la figura Nº01 se muestra una curva característica de funcionamiento para una bomba Rotatoria de Desplazamiento Positivo. 3
  4. 4. “CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA” 2011Figura 1: Curva característica de funcionamiento para una bomba Rotatoria de Desplazamiento Positivo.Bombas cinéticasLas bombas cinéticas adicionan energía al fluido acelerándolo a través de laacción de un impulsor giratorio. En una Bomba centrifuga de flujo radial,labomba de tipo cinético más común. El fluido se alimenta hacia el centro delimpulsor y después de lanza hacia fuera a través de las paletas. Al dejar elimpulsor, el fluido pasa a través de una voluta en forma de espiral en donde esfrenado en forma gradual, provocado que parte de la energía cinética seconvierteen presión de fluido.El tipo de impulsor de una bomba (flujo axial) depende de la acciónhidrodinámica de las hojas impulsoras para levantar y aceleraral fluido en formaaxial, a lo largo de una trayectoria paralela al eje del impulsor. La bomba de flujomezclado incorpora algunas acciones de ambos tipos de bombas, la centrífugay la de impulsor.Datos de Funcionamietos de bombas centrífugas: Debido a que las bombascentrífugas no son de desplazamiento positivo, existe una gran dependenciaentre la capacidad y la presión que debe desarrollar la bomba. Esto hace que sufuncionamiento sea de alguna forma más complejo. En realidad, a un valor de corte en la cabeza, el flujo se detiene en forma totalcuando toda la energía de entrada de la bomba se utiliza para mantener lacabeza. Por supuesto, la cabeza típica de operación está muy debajo de lacabeza de corte, por lo que se puede lograr una gran capacidad.La eficiencia y la potencia que se requieren son factores importantes en el buenfuncionamieto de una bomba. La figura Nº02 muestra una evaluación delfuncionamiento de una bomba más completa, cabeza superpuesta, eficiencias ycurvas de potencia y la gráfica de las tres versus la capcidad. La operación 4
  5. 5. “CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA” 2011 normal debe estar en la vecindad del pico de la curva de eficiencia, con eficiencias dentro del intervalo del 60 al 80 por ciento como valores típicos en las bombas centrífugas (Mott,1996). Figura 2. Curvas de funcionamieto para una bomba centrifuga.Para el calculo de la altura manómetrica escribimos la ecuación de Bernoulli entre lassecciones 1 y 2 de la figura 3. Figura 3. Sistema experimental para la obtención de curvas características de bombas centrífugas. 5
  6. 6. “CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA” 2011 Ecuación de Bernoulli P1 V12 P2 V22 Z1 Hm Hr ext Z2 2g 2g Donde: Hr-ext = 0 ,Pérdidad exteriores de la bomba se asumen que soncero por ser tramos de tuberías muy pequeños. Delmismo modo que en el caso de la figura 3, donde P1=0, pero si el depósito de aspiración y de impulsión no están a la atmosférica, esto no se cumple. V1 = 0, se mantiene constante. Por tanto la fórmula general se reduce a : P2 V22 HB (z2 Z1 ) 2g P2 V22 Donde: 2g Es la presión total, se mide en la columna de mercurio directamente en el manómetro. Z2 Z1 Esta es la diferencia de alturas entre los puntos considerados, se directamenteBomba CentrifugaUna bomba centrífuga es una máquina que consiste de un conjunto de paletas rotatoriasencerradas dentro de una caja o cárter, o una cubierta o coraza. Se denominan asíporque la cota de presión que crean es ampliamente atribuible a la acción centrífuga.Las paletas imparten energía al fluido por la fuerza de esta misma acción. Así,despojada de todos los refinamientos, una bomba centrífuga tiene dos partesprincipales: (1) Un elemento giratorio, incluyendo un impulsor y una flecha, y (2) unelemento estacionario, compuesto por una cubierta, estoperas y chumaceras. En lafigura 1, se muestra una bomba centrífuga 6
  7. 7. “CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA” 2011 Figura 4.Las bombas centrífugas son turbomáquinas rotodinámicas que transfieren energía a unlíquido mediante la acción de un elemento en rotación denominado rodete, que impulsaal fluido a circular a través de unos canales delimitados por álabes de modo que el fluidoentra en la dirección axial y sale en la dirección radial. El fluido que sale del rodete esrecogido por una conducción de sección creciente, denominada voluta, que va rodeandola salida del rodete, dirigiendo finalmente el fluido hacia el conducto de impulsión através de un tramo difusor. La energía específica (es decir, la energía por unidad devolumen, masa o peso de fluido) que una bomba dada es capaz de transmitir al fluidodepende del caudal circulante, el cual puede variar entre 0 y un cierto caudal máximo.También la energía consumida por la bomba (la que absorbe del motor deaccionamiento) y el rendimiento (relación entre la energía entregada al fluido y la energíaconsumida) son función del caudal en circulación.La representación gráfica de la energía específica, la potencia consumida y elrendimiento de la bomba en función del caudal se denominan curvas características dela bomba. Estas curvas constituyen la información básica necesaria para predecir lasmagnitudes de operación de la bomba en un circuito dado, y por lo tanto suelen seraportadas por los fabricantes en sus catálogos y demás documentación técnica.En esta práctica se obtendrán las curvas características de funcionamiento de unabomba centrífuga accionada a velocidad constante. Los ensayos se llevarán a cabo enel banco de ensayo de bombas disponible en el laboratorio del Área de Mecánica deFluidos. Los objetivos concretos de la práctica son pues:a. Funcionamiento de una bomba centrifugaEl flujo entra a la bomba a través del centro o ojo del rodete y el fluido gana energía amedida que las paletas del rodete lo transportan hacia fuera en dirección radial. Estaaceleración produce un apreciable aumento de energía de presión y cinética, lo cual esdebido a la forma de caracol de la voluta para generar un incremento gradual en el área 7
  8. 8. “CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA” 2011de flujo de tal manera que la energía cinética a la salida del rodete se convierte encabeza de presión a la salida.Figura 5. Funcionamiento de una Bomba Centrifuga.b. Partes de una bomba centrífuga Carcasa. 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. Figura 6. Carcasa de bomba centrifuga 8
  9. 9. “CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA” 2011Impulsores. Es el corazón de la bomba centrífuga. Recibe el líquido y le imparte unavelocidad de la cual depende la carga producida por la bomba. Figura 7. Impulsores de bomba centrífugaAnillos de desgaste. Cumplen la función de ser un elemento fácil y barato deremover en aquellas partes en donde debido a las cerradas holguras entre elimpulsor y la carcasa, el desgaste es casi seguro, evitando así la necesidad decambiar estos elementos y quitar solo los anillos. Figura 8. Anillos de Desgaste de una bomba centrífugaEstoperas, empaques y sellos. la función de estos elementos es evitar el flujo haciafuera del líquido bombeado a través del orificio por donde pasa la flecha de la bombay el flujo de aire hacia el interior de la bomba. 9
  10. 10. “CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA” 2011 Figura 9. Estoperas, Empaques y Sellos de comba cEntrifuga.Flecha. Es el eje de todos los elementos que giran en la bomba centrífuga,transmitiendo además el movimiento que imparte la flecha del motor. Figura 10. Flecha de Bomba CentrifugaCojinetes. Sirven de soporte a la flecha de todo el rotor en un alineamiento correctoen relación con las partes estacionarias. Soportan las cargas radiales y axialesexistentes en la bomba. 10
  11. 11. “CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA” 2011 Figura 11. Cojinete de Bomba Centrifuga.Bases. Sirven de soporte a la bomba, sosteniendo el peso de toda ella.Curvas características Antes de que un sistema de bombeo pueda ser diseñado o seleccionado debe definirseclaramente su aplicación. Así sea una simple línea de recirculación o un gran oleoducto,los requerimientos de todas la aplicaciones son siempre los mismos, es decir, trasladarlíquidos desde un punto a otro. Entonces, esto obliga a que la bomba y el sistematengan iguales características para que este diseño sea óptimo.La manera de conocer tales características se realiza con la ayuda de las curvascaracterísticas de la bomba, las cuales han sido obtenidas mediante ensayos realizadosen un banco de pruebas el cual posee la instrumentación necesaria para medir elcaudal, velocidad de giro, momento de torsión aplicado y la diferencia de presión entre lasucción y la descarga de la bomba, con el fin de poder predecir el comportamiento de labomba y obtener el mejor punto de operación el cual se conoce como PME, variandodesde una capacidad igual a cero hasta un máximo, dependiendo del diseño y succiónde la, bomba.Generalmente este tipo de curvas se obtienen para velocidad constante, un diámetro delimpulsor específico y un tamaño determinado de carcasa, realizando la representacióngráfica de la carga hidráulica (curva de estrangulamiento), potencia absorbida yeficiencia adiabática contra la capacidad de la bomba.Estas curvas son suministradas por los proveedores de bombas, de tal manera que elusuario pueda trabajar según los requerimientos de la instalación sin salir de losintervalos de funcionamiento óptimo, además de predecir que ocurrirá al variar el caudalmanejado, sirviendo como una gran herramienta de análisis y de compresión delfuncionamiento del equipo. 11
  12. 12. “CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA” 2011 Figura 12. Curva característica de BombaIII. MATERIALES Y METODOLOGÍA Materiales: Bombas. Manómetro en U (Hg). Amperimétro. Voltimétro. Medidor de Caudal. Agua. Valdez de plástico. Regla graduada. Método: Para la realización de la siguiente práctica se siguiente metodología: 1. Se detemina diferentes alturas manómetricas partiendo de la altura máxima con la llave completamente cerrada(caudal cero). 2. Luego para diferentes alturas de la llave calculamos la diferencia de alturas manómetricas y (Z2 -Z1). 3. Medimos el voltaje de la corriente eléctrica para cada medición de acuerdo a la apertura de la llave. 4. Medimos la intensidad de corriente(ampraje) de al bomba. 5. Se realizan los cálculos correspondientes para encontrar la eficiencia, potencia, de la bomba. 12
  13. 13. “CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA” 2011 IV. RESULTADOS Y DISCUSIONESTABLA 1. DATOS PARA ENCONTRAR LA CURVA DE LA BOMBA H (cm) H (m.c.a) V (L) V (m3) Q(m3/s) 6.0 0.81552632 1.943 0.001943 0.0003886 6.5 0.88348684 1.932 0.001932 0.0003864 7.0 0.95144737 1.753 0.001753 0.0003506 7.5 1.01940789 1.420 0.00142 0.000284 9.0 1.22328947 1.036 0.001036 0.0002072 9.8 1.33202632 0.230 0.00023 0.000046 9.8 1.33202632 0.094 0.000094 0.0000188 10.0 1.35921053 0.000 0 0 Caudal VS H bomba 1.6 1.4 H (m.c.a) 1.2 1 0.8 0.6 y = -3E+06x2 - 54.61x + 1.335 0.4 R² = 0.983 0.2 0 0 0.00005 0.0001 0.00015 0.0002 0.00025 0.0003 0.00035 0.0004 0.00045 Q (m3/s) Figura 13. Q (m3/s) vs H (m.c.a). V. DISCUSIONESSegún Cuba (2008), la característica principal de una bomba centrifuga es convertir laenergía de una fuente de movimiento (motor) primero en velocidad (energía cinética) ydespués en energía de presión. El rol de una bomba es el aporte de energía al liquidobombeado (energía transformada luego en caudal y altura de elevación), según lascaracterísticas constructivas de la bomba misma y en relación con las necesidadesespecificas de la instalación. Es así que de este modo en nuestra práctica de Bombasvemos que el rodete es el verdadero corazón de la bomba que convierte la energía delmotor en energía cinética, esto se ve cuando el liquido entra del cuerpo de la bombaproyectando el fluido a la zona externa del cuerpo bomba debido a la fuerza centrifuga 13
  14. 14. “CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA” 2011producido por la velocidad del rodete. El liquido en este caso el agua que utilizamosalmacena energía potencial que se transforma en caudal y altura de elevación o energíacinética, este al mismo tiempo provoca una depresión capaz de aspirar el fluido que sedebe bombear. Conectando después la bomba con la tubería de descarga, el líquido seencanalará fácilmente, llegando fuera de la bomba.Según Mott (1996), el funcionamiento de la bomba centrífuga depende del momentoinicial del cebado y del modo en el cual se asegura la aspiración del mismo líquido: si labomba se coloca a un nivel inferior al de la vena de la que se extrae el líquido, éste entraespontáneamente en la bomba (de esta manera se obtiene una instalación bajo nivel).Mientras que si la bomba se coloca sobre el surgente de el cual se desea bombear, ellíquido se aspirará: la bomba (así como la tubería de aspiración) tendrá que cebarsepreventivamente, o sea, llena de líquido (se tratará de una bomba auto cebada). Esto secomprobó en el laboratorio.Según Cuba (2008), las prestaciones de una bomba centrífuga se pueden evidenciargráficamente por medio de una curva característica que, normalmente, tiene datosrelativos a la altura geodésica total, a la potencia efectiva del motor (BHP), cada bombacentrífuga se caracteriza por su particular curva característica, que es la relación entresu caudal y su altura de elevación. Esta representación gráfica, o sea, la trasposición deesta relación en un gráfico cartesiano, es la mejor manera para conocer qué caudal sepuede obtener a una determinada altura de elevación y viceversa. En la Figura 13 yTabla 1, vemos que en este caso específico, la curva consiste en una línea que parte deun punto (equivalente a cero caudal /máxima altura de elevación) y que llega hasta elfinal de la curva con la reducción de la altura de elevación aumentando el caudal. Locual nos dio en la figura 13; de altura de bombeo vs caudal se puede apreciar que laaltura de bombeo disminuye en forma parabólica pero contrario al de una instalaciónadecuada, esto se debe a las tuberías, porque en nuestro caso los datos supuestos demedida de tuberías nos muestran que el diámetro de la tubería de aspiración es menorque el de la tubería de descarga lo cual no debe ser así, si no más aun al contrario. Estáclaro que, para modificar esta representación, contribuyen otros elementos como lavelocidad, la potencia del motor o el diámetro del rodete.Según Lluis (2005), la altura de elevación de un líquido es el bombeo que sobreentiendela elevación de un líquido de un nivel más bajo a un nivel más alto. Expresado en metrosde columna de líquido o en bar (presión). Esto lo podemos observar en la figura 13 y laTabla 1, donde la altura tuvimos que transformarla a metros por columna (m.c.a). Eneste último caso el líquido bombeado no supera ningún desnivel, sino que va erogadoexclusivamente a nivel del suelo a una presión determinada. Símbolo: H. Así a la vez lacurva explicación de las prestaciones de la bomba, representa la curva formada por losvalores de caudal y de altura de elevación, indicados con referencia a un determinadotipo de rodete diámetro y a un modelo específico de bomba.eso se comprueba en lafigura 13 lo cual queda comprobado. 14
  15. 15. “CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA” 2011VI.- CONCLUSIONES Se logró conocer el funcionamiento de la bomba centrífuga. Determinamos las relaciones entre las características del caudal, carga total, eficiencia total y la potencia eléctrica consumida.VI. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICASCUBA, M. (2008). Laboratorio de Termohidraúlica II. Universidad Nacional del Centro delPerú. Facultad de Ingeniería Mecánica. Perú.MOTT R. (1996) Mecánica De Fluidos Aplicada 4ta Edición. Editorial PRENTICE HALLHISPANOAMÉRICA-México.LLUIS, J. (2005). Bombas, Ventiladores y Compresores. Ediciones CEAC.247 págs.VI. ANEXOSFigura 14. ESQUEMA DE POTENCIA PARA UNA BOMBA CENTRÍFUGA 15
  16. 16. “CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA” 2011ECUACIONES POTENCIA ELÉCTRICA: Figura 15. Curva de la bomba 16

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