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LABORATORIO DE TURBOMQUINAS BOMBA CENTRFUGA
BOMBA CENTRFUGA
Para el da de la realizacin de la prctica se debe estudiar el
contenido de este documento y las
respuestas de las preguntas del preparatorio que se encuentran
al final del presente texto.
Objetivos de la prctica
Conocer el funcionamiento y aplicacin de las bombas
centrfugas.
Construir las curvas caractersticas del funcionamiento de la
bomba centrfuga.
Construir el diagrama de Sankey e identificar las prdidas de
potencia que se producen en
el equipo.
Definiciones:
Las bombas centrfugas son mquinas hidrulicas que transforman
trabajo mecnico en hidrulico. La energa mecnica que consumen, es
suministrada por un motor. Su funcin es hacer circular un fluido en
contra de un gradiente de presin.
La estructura de las bombas centrfugas es anloga a la de las
turbinas hidrulicas, salvo que el proceso energtico es inverso; en
las turbinas se aprovecha la altura de un salto hidrulico para
generar una velocidad de rotacin en la rueda, mientras que en las
bombas centrfugas la velocidad comunicada por el rodete al lquido
se transforma, en parte, en presin, logrndose as su desplazamiento
y posterior elevacin.
Figura 1. Bomba centrfuga
Las bombas de efecto centrfugo son las que han adquirido mayor
relevancia por sus grandes posibilidades y vasto campo de
aplicacin, habiendo desplazado casi por entero a las de
desplazamiento positivo. Su gran velocidad de funcionamiento, que
permite su accionamiento directo por motores elctricos, pequeo
tamao y peso, gran seguridad de marcha y servicio y mnimo nmero de
elementos de desgaste, han sido factores decisivos que se han
impuesto para conseguir su gran difusin y empleo. Dada la gran
importancia de las bombas de efecto centrfugo nos proponemos en
este pequeo manual recopilar conceptos y facilitar datos para
ponerlos a
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LABORATORIO DE TURBOMQUINAS BOMBA CENTRFUGA disposicin de todos
aquellos tcnicos que de una manera directa o indirecta se dediquen
al proyecto de instalaciones de bombeo. La energa especfica (es
decir, la energa por unidad de volumen, masa o peso de fluido) que
una bomba dada es capaz de transmitir al fluido depende del caudal
circulante, el cual puede variar entre 0 y un cierto caudal mximo.
Tambin la energa consumida por la bomba (la que absorbe del motor
de accionamiento) y el rendimiento (relacin entre la energa
entregada al fluido y la energa consumida) son funcin del caudal en
circulacin. Curvas caractersticas de una bomba La representacin
grfica de la altura, la potencia consumida y el rendimiento de la
bomba en funcin del caudal se denominan curvas caractersticas de la
bomba. Estas curvas constituyen la informacin bsica necesaria para
predecir las magnitudes de operacin de la bomba en un circuito
dado, y por lo tanto suelen ser aportadas por los fabricantes en
sus catlogos. La principal curva caracterstica de una bomba es la
que describe la relacin entre la altura manomtrica (cada de presin)
y el caudal, datos que permiten escoger la bomba ms adecuada para
cada instalacin. La altura manomtrica de una bomba es una magnitud,
expresable tambin como presin, que permite valorar la energa
suministrada al fluido, es decir, se trata de la cada de presin que
debe de vencer la bomba para que el fluido circule segn condiciones
de diseo.
Figura 2. Curva caracterstica de una bomba centrfuga a
diferentes velocidades
Como puede observarse en la figura anterior, para cada velocidad
de rotacin n, hay una curva
caracterstica. Ntese tambin que si la velocidad se reduce,
tambin disminuye la altura
manomtrica mxima y el caudal mximo.
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LABORATORIO DE TURBOMQUINAS BOMBA CENTRFUGA Partes principales
Tubera de alimentacin: Como su nombre lo indica, es la tubera por
la que ingresa el agua hacia la bomba. El lquido penetra axialmente
por la tubera hasta el centro del rodete, que es accionado por un
motor, experimentando un cambio de direccin de axial a radial. El
impulsor o rodete: Est formado por una serie de labes que giran
dentro de una carcasa circular. El rodete va unido solidariamente
al eje y es la parte mvil de la bomba. Los labes del rodete someten
a las partculas de lquido a un movimiento de rotacin muy rpido,
siendo proyectadas hacia el exterior por la fuerza centrfuga, de
forma que abandonan el rodete hacia la voluta a gran velocidad,
aumentando su presin en el impulsor segn la distancia al eje.
Voluta o carcaza: Est dispuesta en forma de caracol, de tal
manera que la separacin entre ella y
el rodete es mnima en la parte superior; la separacin va
aumentando hasta que las partculas
lquidas se encuentran frente a la abertura de impulsin.
Difusor: El difusor junto con el rodete, estn encerrados en una
cmara, llamada carcasa o cuerpo
de bomba. El difusor est formado por unos labes fijos
divergentes, que al incrementarse la seccin
de la carcasa, la velocidad del agua ir disminuyendo lo que
contribuye a transformar la energa
cintica en energa de presin, mejorando el rendimiento de la
bomba.
Eje: El eje de la bomba es una pieza en forma de barra de seccin
circular no uniforme que se fija
rgidamente sobre el impulsor y le transmite la fuerza del
elemento motor. Las bombas centrfugas
para agua se clasifican atendiendo a la posicin del eje en
bombas de eje horizontal y bombas de
eje vertical.
Figura 3. Partes bomba centrfuga
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LABORATORIO DE TURBOMQUINAS BOMBA CENTRFUGA Esquema del
equipo
Fotografa 1 Equipo del laboratorio
1) Vlvula de drenaje rpido.
2) Tubera de succin.
3) Bomba
4) Tubera descarga.
5) Vlvula de compuerta.
6) Manmetro de mercurio.
7) Manmetro diferencial de agua.
8) Medidor de presin succin
9) Medidor de presin descarga
10) Tubo Venturi.
11) Multmetro digital
12) Tanque de medicin volumtrica.
13) Tanque deposito principal
14) Motor elctrico
15) Variador de frecuencia
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DATOS DEL EQUIPO
Tabla 1 Datos tcnicos del equipo
Radio del rodete r 0,0665 [m].
ngulo de salida del rodete 18
Radio del brazo 1 [pie]
Potencia 2 [HP]
Velocidad en el eje 400 a 2800 [RPM]
La lectura del rgimen de velocidades, los valores de altura en
el tanque de medida se registran con los instrumentos que se
indican a continuacin: Altura de agua en el tanque de medida
Caudal: Se mide en funcin de la altura en el tanque de medida y
el tiempo transcurrido para que se alcance la altura anterior
mediante un cronmetro.
Presin: Se obtiene mediante los manmetros tipo bourdon
Velocidad angular: El nmero de revoluciones se determinan
mediante un tacmetro.
Torque: Se obtiene mediante el peso necesario para equilibrar el
motor.
DETALLE DE CLCULOS PARA EL INFORME
Potencia elctrica en [H.P].
= []
=
746[. . ]
Donde:
: Potencia elctrica en [H.P].
: Diferencia de voltaje [V].
I: Intensidad de corriente [A].
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LABORATORIO DE TURBOMQUINAS BOMBA CENTRFUGA Potencia mecnica /
Potencia transmitida a la bomba
=
=2
33000[. . . ]
Donde: : Potencia mecnica [B.H.P].
T: Torque [lb pie]
n : Velocidad en el eje de la Bomba [RPM].
: Carga aplicada al brazo del par-motor [lb].
r: Radio del brazo del par motor [pie].
Potencia hidrulica de salida o potencia til
=62.4 ( )
33000
Donde:
: Potencia til [H.P].
62.4: Peso especfico del agua [lb /pie3].
Hs: Presin hidrosttica de entrada a la bomba (succin) [pie
H2O].
Hd: Presin hidrosttica de salida a la bomba (descarga) [pie
H2O].
Q: Flujo de la Bomba [pie3 / min].
Rendimiento aproximado de la bomba
=
100[%]
Rendimiento Mecnico
=
100[%]
Rendimiento del conjunto
=
100[%]
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LABORATORIO DE TURBOMQUINAS BOMBA CENTRFUGA Caudal [pulg3 /
s].
=
Donde: : Caudal [pulg3 / s].
: Volumen [pulg3]
: Tiempo [s]
Con un w concreto, obtenemos Q, H, Pe y n en varios puntos. Con
ello obtenemos las curvas: H = H(Q), P = P(Q), Pe = Pe(Q), n =
n(Q).
Figura 4. Curvas caractersticas bomba centrfuga
Procedimiento de la prctica
1. Llenar el tanque inferior, procurando que la vlvula de desage
est cerrada.
2. Cebar la bomba retirando el tapn de la parte superior del
tubo de descarga,
posteriormente poner el tapn.
3. Energizar el sistema.
4. La vlvula de compuerta debe estar abierta.
5. Accionar el motor con el variador de frecuencia, llevando
hacia arriba la palanca.
6. Tomar medidas de altura en los manmetros de tubos de
Bourdon.
7. Cuantificar el caudal, tomando el tiempo que toma llenar el
volumen del tanque para
determinado nivel procurando que la vlvula de descarga est
cerrada.
8. Tomar medidas del torque del motor equilibrndolo con las
masas de peso conocido y la
velocidad a la que gira con el tacmetro digital.
9. Repetir pasos 6 7 y 8 para la misma velocidad del motor.
Variando la apertura de la vlvula
5 veces.
10. Variar la velocidad del motor 3 veces y repetir los pasos 6
7 8 y 9
Q*Q0
H= ( )H Q
QP (
)
=P
Q( )
=
P =(
)PQ
ee
mx
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11. Invertir el sentido de giro con el variador de frecuencia y
repetir los pasos 6 7 8 y 9
13. Presione el botn apagar.
14. Drene el tanque y limpie el espacio ocupado por el
equipo.
Procedimiento para la construccin del diagrama Sankey
1. Determinar la potencia elctrica del motor 2. Determinar la
potencia mecnica generada en el motor 3. Determinar la potencia
hidrulica de la bomba 4. Comparar los valores obtenidos en cada
caso y establecer las prdidas de energa que sufre el sistema.
PREPARACIN DEL INFORME
Cuadros de datos y resultados
Velocidad del motor
Apertura de la
vlvula
Presin succin
Presin descarga
Voltaje Corriente Peso Torque Altura tanque
Volumen Tiempo Caudal
W1
W2
W3
W4
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Desarrollo del Informe
Construir la curva Presin vs Caudal a las diferentes velocidades
del motor
Construir la curva Potencia til vs Caudal a las diferentes
velocidades del motor
Construir la curva rendimiento de la bomba vs Caudal a las
diferentes velocidades del motor.
Realizar el diagrama Sankey del proceso a una velocidad
especfica
Figura 5. Estructura Diagrama de Sankey
Anlisis de resultados para cada grfica
Conclusiones (mnimo 3 por persona)
Recomendaciones (mnimo 2 por persona)
Bibliografa
Preguntas del Informe
Qu sucede al invertir el sentido de giro de la bomba?
En base a las grficas construidas, qu caudal de trabajo
recomendara para cada velocidad del motor?
Velocidad del motor
Apertura de la
vlvula
Potencia elctrica
Potencia mecnica
Potencia Hidrulica
Rendimiento de la bomba
Rendimiento mecnico
Rendimiento del conjunto
W1
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LABORATORIO DE TURBOMQUINAS BOMBA CENTRFUGA Preguntas del
Preparatorio
1. Cmo vara la curva caracterstica de la bomba centrfuga con el
dimetro del rotor?
2. Explique la ecuacin de Euler
3. Qu ventaja presenta la bomba centrfuga sobre las
volumtricas?
4. Por qu es tan importante el NPSH?
5. Cmo evita la cavitacin en una bomba?. Cul es la parte del
rodete de la bomba ms
propensa a cavitacin y por qu?
6. Cmo evita los golpes de ariete?
7. Mencione 3 formas de controlar el caudal de una bomba.
Descrbalas.
8. Describa qu es la colina de rendimientos.
Bibliografa
JCOME, V; Laboratorio de Fluidos Guas de Ensayos: Escuela
Politcnica Nacional
ENRIQUEZ D., SIMBAA J., Tesis: Diseo e implementacin de un
sistema Scada, para el equipo de ensayo con bomba centrfuga del
Laboratorio de fluidos de la facultad de Ingeniera Mecnica de la
Escuela Politcnica Nacional , EPN, 2011 Institute, ASHRAE Learning.
Fundamentals of Water System Design, SI Version. Atlanta: s.n.,
1999.
Citas de Internet
http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/5091/fichero/6+-+BOMBAS+CENTR%CDFUGAS.pdf
http://www.academia.edu/7244736/Temario-UD2