Facultad de Ingeniera Universidad Nacional de La PlataMquinas
Hidrulicas Laboratorio BombasIntroduccin:
Cuando a un sistema debemos instalarle una bomba, para cumplir
determinados requerimientos, es necesario conocer sus
caractersticas y cul es su rgimen de funcionamiento. Para ello, a
la bomba se le realizan ensayos que nos permiten saber previamente
cual va a ser el comportamiento de la bomba de acuerdo a las
condiciones a las que se la someta.
Ensayo circuito serie/paralelo:
Consignas:
a) Construir una planilla de ensayos para una bomba funcionando
aislada con el objetivo de obtener sus curvas caractersticas
principales H-Q y -Q.
b) Relevar dos puntos de funcionamiento del sistema funcionando
en paralelo y dos puntos de funcionamiento con el sistema
funcionando en serie.
c) Si la bomba aislada se instala en un circuito cuya ley de
prdidas se indica debajo. Indicar qu caudal entregar la bomba.
d) Se prev para la misma instalacin, que el caudal entregado hoy
por la bomba no ser suficiente despus de cinco aos de operacin,
debido al crecimiento de la demanda. El crecimiento previsto es de
15 % del caudal actual.El rodete actual tiene un dimetro de 100 mm
y la carcasa de la bomba admite un dimetro mximo de 110 mm. Es
posible satisfacer el aumento de la demanda cambiando el
rodete?
Datos del banco de ensayos:
Bombas tipo centrfuga. Ecuacin del Venturi
Procedimiento:
El banco de ensayos de la figura 1, se configura, mediante la
apertura y cierre de las vlvulas disponibles, de manera tal que
circule agua por una de las bombas. Luego se enciende dicha bomba
y, mediante el cierre parcial de la vlvula esclusa se regula el
caudal. Para cada caudal se releva la informacin que nos
proporcionan los manmetros, vacumetro, el Venturi, y el panel de
control de las bombas. sta informacin nos permitir confeccionar las
curvas caractersticas principales H-Q y -Q, para las dos bombas, ya
que ambas son iguales.
Figura 1: Banco de ensayos de bombas centrfugas.Tubo
VenturiVlvula esclusaPanel de
controlVacumetroManmetrosVlvulasResultados:
a) Bomba aislada:Para la bomba funcionando aislada se obtuvieron
los siguientes valores:
Tabla 1: Valores obtenidos durante el ensayo para una bomba
funcionando aislada.
PuntoHHCaudalP Imp.P/ Imp.P/ Asp.P/ Asp.P/ Asp.H bomba Pot.Pot
H
[cm][mmca][l/s][kg/cm][m][cmHg][kg/cm][m][m][kW][kW]
1161600,853360,1170,09520,950,0480,2500,0016
2151500,825240,226,50,08840,881,1160,250,010,0361
314,51450,810840,3360,08160,822,1840,250,020,0695
4131300,766140,5550,0680,684,320,250,030,1299
59,5950,651010,7740,05440,546,4560,240,040,1718
61,4140,240891,41436,76470,5590,180,020,1182
Vlv. Cerr.0,161,60,078111,4514,536,76470,559,50,170,010,0428
Los resultados que se obtuvieron a partir de los datos de la
tabla 1 se muestran a continuacin.
Figura 3: Curvas de potencia mecnica e hidrulica de la bomba en
funcin del caudal.Figura 2: Curvas caractersticas de la bomba
cuando funciona aislada. b1) Bombas en paralelo:Para las bombas
funcionando en paralelo se obtuvieron los siguientes
resultados.
Tabla 2: Valores relevados para las dos bombas funcionando en
paralelo.
PuntoHHCaudalP Imp.P/ Imp.P/ Asp.P/ Asp.P/ Asp.H bomba Pot.Pot
H
[cm][mmca][l/s][kg/cm][m][cmHg][kg/cm][m][m][kW][kW]
148,14811,51120,33180,24482,450,5520,490,010,0167
246,54651,484890,353,5180,24482,451,0520,490,020,0313
30001,4143,676470,050,513,50,3200
Figura 4: Curvas caractersticas obtenidas cuando las bombas
funcionan en paralelo.b2) Bombas en serie:Para las bombas
funcionando en serie se obtuvieron los siguientes resultados.
Tabla 3: Valores relevados para las dos bombas funcionando en
serie.
PuntoHHCaudalP Imp.P/ Imp.P/ Asp.P/ Asp.P/ Asp.H bomba Pot.Pot
H
[cm][mmca][l/s][kg/cm][m][cmHg][kg/cm][m][m][kW][kW]
115,91590,850580,447,50,1021,022,980,250,020,0995
212,31230,744441,21260,08160,8211,1840,250,080,3267
30002,7273,676470,050,526,50,1700
Figura 5: Curvas caractersticas obtenidas cuando las bombas
funcionan en serie.c) Bomba aislada instalada en circuito con
distinta ley de prdidas:La altura del sistema es la suma entre z y
Jtot. Dndole valores a Q, obtenemos la curva del sistema. Si la
graficamos en el mismo grfico de la figura 2, la interseccin entre
la curva del sistema y la curva de la bomba determina el caudal y
la altura que proporcionar la bomba para sta circuito.A continuacin
se muestran la tabla de valores y el grfico con las curvas del
sistema y de la bomba.Tabla 4: Altura del sistema en un circuito
cuya ley de prdidas es z = 4m y Jtot = 7.5 Q.
QJtotzHsist
[ l/s][m][m][m]
0,10,07544,075
0,20,344,3
0,30,67544,675
0,41,245,2
0,51,87545,875
0,62,746,7
0,73,67547,675
Figura 6: La curva del sistema se muestra en color naranja, y la
curva de la bomba obtenida mediante el ensayo se muestra en color
celeste.
Observamos en el grfico que la interseccin de las dos curvas
corresponde aproximadamente a un caudal de 0,6 l/s y a una altura
de 6.67 m.
d) Cambio de rodete:
Tabla 5: Altura y caudal de la bomba con un rodete de 110
mm.
PuntoCaudalH bomba
[l/s][m]
10,9386921850,05808
20,9077592621,35036
30,8919209692,64264
40,8427591885,2272
50,7161074697,81176
60,2649804210,89
Vlvula cerrada0,08592572411,495
En la tabla 5 se muestran los valores modificados de altura y
caudal que proporcionar la bomba si le cambiamos el rodete de 100
mm por uno de 110 mm. Dichos valores se obtienen mediante las
ecuaciones de continuidad. Por otro lado, el caudal actual es 0,6
l/s. Un incremento del 15% del caudal significa que en 5 aos el
caudal ser de 0,69 l/s.En la figura 7 se grafican la curva del
sistema y la curva de la bomba con el nuevo rodete. Nuevamente la
interseccin de ambas corresponder a las condiciones en que
trabajarn conjuntamente el sistema y la bomba.
Figura 7: Curva del sistema y la curva de la bomba con el rodete
de 110 milmetros obtenida mediante las ecuaciones de
continuidad.Observamos en el grfico que la interseccin de las dos
curvas corresponde aproximadamente a un caudal de 0,7 l/s. Por lo
tanto es posible satisfacer el aumento de la demanda luego de 5
aos.
Ensayo de bomba axial:
Consignas:
a) Construir una planilla de ensayos para la bomba axial. El
objetivo es obtener sus curvas H-Q y -Q. Para su construccin seguir
los lineamientos indicados para el ensayo serie/paralelo.
b) Calcular el ANPA disponible de la bomba para cada uno de los
puntos ensayados.
c) Cmo realizara ensayos de cavitacin en este circuito? Indique
en un esquema del banco de ensayos los puntos de medicin, el
instrumental y los equipos que se requeriran para dicho ensayo.
Datos del banco de ensayos:
Dimetro de la tubera (seccin de entrada): Ecuacin de la Placa
Orificio: Brazo de palanca de la balanza:
Procedimiento:
En el circuito de las figuras 10 y 11 se enciende la bomba y
comienza a circular el agua. La potencia mecnica del motor se
calcula midiendo la cupla y sabiendo cul es la velocidad de giro
del motor. Para medir la cupla se colocan pesas al motor hasta que
est en equilibrio. Se releva dicho peso. Luego, como sabemos cul es
el brazo de palanca, podremos calcular la cupla. El vacumetro
arroja la altura del agua a la entrada de la bomba, y el manmetro
la altura del agua a la salida de la bomba. La diferencia entre
ambas es la altura que proporciona.Se releva la diferencia de
altura de una placa orificio lo que luego nos permitir calcular el
caudal. Conociendo el caudal y la altura podremos calcular la
potencia hidrulica.Luego se vara el caudal regulando el ngulo de
apertura de los labes de la turbina y se relevan todos los datos
nuevamente. El procedimiento se repite 6 veces.
Vacumetro
Figura 8: Banco de turbinas y bombas de flujo axial.Rodete de
bomba axialMotor de bomba axialManmetro
Tubo piezomtricoFigura 9: Banco de turbinas y bombas de flujo
axial.Palanca de regulacin del distribuidor
Resultados:
a) Planilla de ensayos y curvas H-Q y -Q:
La tabla 6 contiene la informacin relevada en el ensayo y los
resultados obtenidos para la potencia mecnica, potencia hidrulica,
altura de la bomba y rendimiento. Las figuras 10 y 11 muestran
respectivamente las curvas caractersticas y las curvas de potencia
hidrulica y mecnica de la bomba.
Tabla 6: Informacin relevada durante el ensayo que permitir
construir las curvas caractersticas de la bomba.
PuntoAp. Dist.(vlvula)PesoV.giroPot. MHH prom.QP/ Asp.P/ Imp.H
bombaPot. H
[kg][kgm][rpm][kW][mmca][mmca][m/s][m][m][m][kW]
16016,56,279806,31325324,40,1040,63,83,23,250,515
323,8
324,5
250166,089806,12290,1289,80,0980,63,93,33,180,52
289,8
289,6
34016,56,279806,31250,8251,10,0920,843,22,880,457
253,7
248,7
43016,56,279806,31179,8183,40,0790,94,53,62,80,444
184,5
186
52017,56,659806,6988,985,30,0561,44,93,51,90,284
80,39
86,75
610228,369808,4214,9160,02526,54,51,120,133
16,7
16,4
Figura 10: Curvas caractersticas obtenidas para la bomba axial
del circuito indicado.
Figura 11: Curvas de potencia hidrulica y mecnica de la bomba
axial.b) ANPA disponible de la bomba para cada punto:
Tabla 7: Clculo del ANPA disponible por la bomba a partir de los
datos de la tabla 6.
PuntoAp. Dist. (vlvula)CaudalreaVelocidadV/2gH atmP/
Asp.HvANPA
[m/s][m][m/s][m][m][m][m][m]
1600,103650,049092,111610,2272610,330,60,2310,9273
2500,098330,049092,003150,2045210,330,60,2310,9045
3400,091940,049091,873070,1788210,330,80,2311,0788
4300,079390,049091,617390,1333310,330,90,2311,1333
5200,055510,049091,130930,0651910,331,40,2311,5652
6100,025380,049090,516960,0136210,3320,2312,1136
Figura 12: Curva obtenida del ANPA disponible, calculada a
partir de los datos de la tabla 7.c) Ensayos de cavitacin:
Para realizar ensayos de cavitacin se requerira una bomba de
vaco.El procedimiento consistira en conectar la bomba de vaco al
tubo piezomtrico. Luego para un determinado rgimen de
funcionamiento se reduce gradualmente la presin mediante la bomba
de vaco hasta que se produce la cavitacin. ste fenmeno puede
detectarse observando el visor donde se encuentra el rodete,
evaluando el brusco cambio en el rendimiento o midiendo los ruidos
y vibraciones que acompaan la cavitacin.Luego el procedimiento se
repite para distintos regmenes de funcionamiento, y se releva toda
la informacin obtenida.
Ecuaciones utilizadas:
Factores de conversin utilizados:
PresinAlturas piezomtricas
Columna de mercurioColumna de agua
[kg/cm][cmHg][mmca][cm][m]
173,5310000100010
Caudal
[m/s][l/s]
11000
17 de abril de 2013Pgina 9