Guía Laboratorio Bombas centrífugas

Universidad Mayor de San Andrs Facultad de Ingeniera Ingeniera Mecnica Laboratorio N1 Bombas Centrfugas

Laboratorio . Mquinas Hidrulicas MEC-415. Gestin I /2011 .

1. Objetivo - Determinar las curvas caractersticas de la bomba. - Determinar el rendimiento de la bomba para diferentes caudales y alturas de carga. 2. Fundamento Terico Una bomba es un dispositivo empleado para impulsar o elevar la presin de un fluido. Bombas centrfugas Las bombas centrfugas, tambin denominadas rotativas, tienen un rotor de paletas giratorio sumergido en el lquido. El lquido entra en la bomba cerca del eje del rotor, y las paletas lo arrastran hacia sus extremos a alta presin. El rotor proporciona al lquido una velocidad relativamente alta que se transforma en energa de presin en una parte estacionaria de la bomba conocida como difusor. El rotor debe ser cebado antes de empezar a funcionar, es decir, debe estar rodeado de lquido cuando se arranca la bomba. Esto puede lograrse colocando una vlvula de retencin en el conducto de succin, que mantiene el lquido en la bomba cuando el rotor no gira. Si esta vlvula falla, ser necesario cebar la bomba introduciendo lquido desde una fuente externa, como el depsito de salida. Por lo general, las bombas centrfugas tienen una vlvula en el conducto de salida para controlar el flujo y la presin. Elementos constitutivos.siguientes elementos: En una bomba radial de eje horizontal se pueden destacar los

Rodete.- Que gira solidario con el eje de la mquina y consta de un cierto nmero de labes que imparten energa al fluido en forma de energa cintica y energa de presin. Corona directriz.- O corona de labes fijos, que recoge el lquido del rodete y transforma la energa cintica comunicada por el rodete en energa de presin, ya que la seccin de paso aumenta en esta corona en la direccin del flujo. Esta corona directriz no existe en todas las bombas; porque encarece su construccin; aunque hace a la bomba ms eficiente. Caja espiral.- Transforma por segunda vez la energa cintica en energa de presin, y recoge adems con prdidas mnimas de energa el fluido que sale del rodete, conducindolo hasta la tubera de salida o tubera de impulsin. Tubo difusor troncocnico.- Realiza una tercera etapa de difusin o de transformacin de energa cintica en energa de presin.

Univ. Torrico Barrero, Carlos Javier

Universidad Mayor de San Andrs Facultad de Ingeniera Ingeniera Mecnica


Curvas caractersticas de bombas centrifugas: Las curvas caractersticas de una bomba representan el comportamiento de la bomba. Por lo general el proveedor de una bomba realiza pruebas de laboratorio para determinar estas curvas y la suministra junto con la bomba. Estas curvas pueden ser de Altura de Carga vs. Caudal, Rendimiento vs. Caudal, Rendimiento vs. Altura de carga y Potencia Hidrulica vs. Caudal. En la placa de una bomba puede observarse entre sus caractersticas una altura de carga y caudal que representan los ptimos para un mejor rendimiento de la bomba. El objetivo del laboratorio es determinar estas curvas a partir de las mediciones realizadas. 3. Descripcin del Equipo Empleado El equipo empleado en la experiencia consta de: Bomba Centrfuga

n= 1450 RPM; Q= 250 m3/h; H= 7.5 m Fis; = 200 mm Tubera de descarga Motor Elctrico

V = 220 V; w=1460 rpm; cos =0.85 ; f=50 Hz


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Vertedero Rectangular

Dimensiones: b=59.2 cm w=10.9 cm R: regla graduada mvil S: Soporte de la regla f: foco piloto (se enciende al hacer contacto la superficie del agua y el vrtice de la regla) Punto 1: base del vertedero Punto 2: cresta del vertedero Punto 3 Superficie Variable Manmetro

Adherido a la tubera de impulsin, entrega medidas en metros de columna de agua y pies de columna de agua. 4. Procedimiento El laboratorio consiste en bombear agua desde un pozo en las instalaciones del instituto haciendo uso de la bomba y el motor elctrico que la impulsa descritos anteriormente, la tubera de descarga consta de un manmetro y desemboca en un depsito en el cual se cuenta con un vertedero rectangular con el fin de aforar el caudal bombeado.

Esquema del Procedimiento Univ. Torrico Barrero, Carlos Javier

Universidad Mayor de San Andrs Facultad de Ingeniera Ingeniera Mecnica 4.1. Equipos e instrumentos utilizados - Bomba centrfuga - Motor elctrico - Depsito con vertedero - Manmetro 4.2. Datos, clculos y resultados a) Datos del Laboratorio Valores constantes Altura de succin h1[cm] 127 Altura de Impulsin h2 [cm] 60,5 Lectura Vertedero punto 1 [cm] 32,5 Lectura Vertedero punto 2 [cm] 43,4


Tensin Motor V [V] 220

Factor de Potencia cos 0,85

Valores Variables Lectura Manmetro h3 [m.c.a] 0 2 3 4 5 7 8 9 9,5 b) Lectura Intensidad vertedero corriente punto 3 [cm] I [A] 56,8 24,5 56,4 24,5 56 23,8 55,5 23 54,7 22,6 52,5 21,6 50 20,4 46,3 18,7 43,4 18,5

Ecuaciones de los clculos realizados Potencia suministrada por el motor elctrico Potencia Hidrulica de la bomba en kW ( ) ( ) ( )

Caudal del Vertedero


Universidad Mayor de San Andrs Facultad de Ingeniera Ingeniera Mecnica Factor de Correccin para el Caudal [ (


)] [

]

Altura de lquido para el Vertedero

Altura de cresta del Vertedero

Altura de carga neta de la Bomba

Rendimiento Total Motor-Bomba

c)

Tabla resumen de resultadosw [m] 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 h [m] 0,13 0,13 0,13 0,12 0,11 0,09 0,07 0,03 0,00 Factor de correccin u 0,71 0,71 0,71 0,70 0,70 0,68 0,67 0,66 0,00 Caudal Q [l/s] 85,71 81,90 78,15 73,54 66,37 47,96 29,63 8,63 0,00 H [m] 1,88 3,88 4,88 5,88 6,88 8,88 9,88 10,88 11,38 P hidrulica [kW] 1,58 3,11 3,73 4,24 4,47 4,17 2,87 0,92 0,00 P elctrica [kW] 7,94 7,94 7,71 7,45 7,32 7,00 6,61 6,06 5,99 total % 19,85% 39,21% 48,45% 56,86% 61,11% 59,65% 43,41% 15,19% 0,00%


Universidad Mayor de San Andrs Facultad de Ingeniera Ingeniera Mecnica d) Grficas


Altura de Carga vs. CaudalH vs. Q12.00

10.00

8.00 Altura de Carga H [m]

6.00

H vs. Q Valores Nominales

4.00

2.00

0.00 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 Caudal Q [l/s]

Rendimiento vs. Caudal

Rendimiento vs. Q70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00

Rendimiento n %

Caudal Q [l/s]



Laboratorio . Mquinas Hidrulicas MEC-415. Gestin I /2011 . Rendimiento vs. Altura de Carga

Rendimiento vs. H70% 60% 50%

Rendimiento n %

40% 30% 20% 10% 0% 0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00

Altura de Carga H [m]

Potencia Hidrulica vs. Caudal

Ph vs. Q5.00 4.50

Potencia Hidrulica Ph [kW]

4.00 3.50 3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00 0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00

Caudal Q [l/s]


Universidad Mayor de San Andrs Laboratorio . Facultad de Ingeniera Mquinas Hidrulicas MEC-415. Ingeniera Mecnica Gestin I /2011 . 5. Interpretacin de Resultados El comportamiento de la bomba es el esperado. La altura de carga neta mxima de la bomba correspondiente a un caudal de nulo es de 11,38[m]. El rendimiento mximo obtenido en la experiencia es del 61% para un caudal de 66 l/s y una altura de carga de 6.88 [m] aproximadamente. La potencia hidrulica mxima obtenida en la experiencia fue de 4,47 kW para las condiciones anteriores. El motor elctrico aliment la bomba con potencias entre 6 y 8 kW. 6. Conclusiones y Recomendaciones Las curvas obtenidas corresponden al comportamiento esperado para la bomba. Los rendimientos corresponden a los esperados para el tipo de bomba utilizado. Se recomienda revisar las prdidas de caudal en el depsito utilizado en la experiencia. 7. Cuestionario 7.1. La misma bomba evaluada en la experiencia, se encuentra instalada al borde de un ro, con altura de succin de 2m y altura de impulsin de 14 m, el ro mantiene su nivel de agua y tiene un caudal de 500 l/s, debe bombear agua para riego a la meseta adyacente, indique qu caudal en litros/segundo se dispone para riego? Resp. Segn el requerimiento, se necesita que la bomba entregue una altura de carga total de 16 m, altura de carga muy por encima del valor mximo hallado correspondiente a un caudal nulo. El caudal bombeado es cero. 7.2. La misma bomba evaluada en la experiencia, se encuentra con motor daado (fuera de uso), pero se dispone de un motor trifsico de 15 kW, 1460 RPM, entonces: a) b) c) Utilizar este motor, pero el caudal bombeado ser mayor a 70 l/s a una altura H= 7.5 m y el rendimiento motor-bomba ser mayor. Utilizar este motor, pero el caudal bombeado ser el mismo Q= 70 l/s a H= 7.5 m y el rendimiento motor- bomba ser menor. No utilizar este motor porque la bomba se encontrara sometida a RPM y potencia mayor, peligrosa para la bomba Por qu? Resp. b) Utilizar este motor, pero el caudal bombeado ser el mismo Q=70 l/s a H=7.5 m y el rendimiento motor-bomba ser menor, porque la bomba entregar una potencia hidrulica de 7.5 kW a pesar de ser mayor la potencia del motor.




7.3. Una bomba con caractersticas H=20m y Q=20l/s, se encuentra en funcionamiento, pero con caudal bombeado Q=30 l/s, entonces: a) b) c) La bomba se encuentra bombeando a una altura neta menor que H= 20 m La bomba se encuentra bombeando a una altura neta mayor que H= 20 m El motor es sub dimensionado en potencia Por qu? Resp. a) La bomba se encuentra bombeando a una altura neta menor que H=20m, porque las caractersticas de la placa de la bomba indican el comportamiento ptimo de la misma para una altura de carga de 20m y un caudal de 20 l/s, y como se ha demostrado en el laboratorio, a caudales bombeados mayores al nominal, la altura de carga decae por debajo del valor nominal y viceversa. 7.4. Se tiene un pozo de 100 m de profundidad, perforado y entubado con una tubera de 6 de dimetro hasta la superficie, las pruebas de bombeo arrojaron los siguientes resultados, a caudal bombeado Q=0 l/s, el nivel de agua se establece a 12 m de profundidad y con caudal bombeado Q= 10 l/s, el nivel dinmico se establece a 30 m de profundidad, se cuenta con una bomba centrfuga del mismo tipo que la bomba evaluada en laboratorio, en su placa tiene las siguientes especificaciones: H=50 m.c.a. Q= 10 l/s, y se desea bombear para fines de riego. Recomendar: a) b) Instalar la bomba al pozo No recomendar la bomba para esta aplicacin Por qu? Resp. a) Instalar la bomba al pozo y establecer un caudal de bombeo prximo a 10 l/s, de este modo la bomba proveer una altura de carga de 20 m.c.a. en la tubera de descarga y el nivel dinmico permanecer a 30m de profundidad.


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