Curvas características de una bomba

“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

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“CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA” 2011

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).

- Eficiencia Total (nt).

- Potencia Eléctrica consumida (HPe).

II.- FUNDAMENTOS TEORICO

Las bombas son dispositivos que se encargan de transferir energía a la corriente del fluido impulsándolo, desde un estado de baja presión estática a otro de mayor presión. Están compuestas por un elemento rotatorio denominado impulsor, el cual se encuentra dentro de una carcasa llamada voluta. Inicialmente la energía es transmitida como energía mecánica a través de un eje, para posteriormente convertirse en energía hidráulica. El fluido entra axialmente a través del ojo del impulsor, pasando por los canales de éste y suministrándosele energía cinética mediante los alabes que se encuentran en el impulsor para posteriormente descargar el fluido en la voluta, el cual se expande gradualmente, disminuyendo la energía cinética adquirida para convertirse en presión estática.

Parámetros para la selección de una bomba.

Cuando se seleciona una bomba para una aplicación particular, se deben considerar los

siguiente 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 ha 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.

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La naturaleza del fluido está caracterizada por su temperatura en las condiciones de bombeo, gravedad espescífica, viscosidad, tendencia a generar corrosión o erosión en la diferentes partes de la bomba y presión de vapor a la temperatura de bombeo. El término presión de vapor se utiliza para definir la presión en la superficie libre de un fluido debido a la formación de un vapor. La presión de eleva conforme la temperatúta del líquido se eleva, y es esencial que la presión a la entrada de la bomba permanezca arriba de la presión de vapor del fluido.

Tipos de bombas

Los tipos de bombas comunmente utilizados para la entrega de fluídos puden

clasificarse 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 mixto

De 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.

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Figura 1: Curva característica de funcionamiento para una bomba Rotatoria de Desplazamiento Positivo.

Bombas cinéticasLas bombas cinéticas adicionan energía al fluido acelerándolo a través de la acción de un impulsor giratorio. En una Bomba centrifuga de flujo radial,la bomba de tipo cinético más común. El fluido se alimenta hacia el centro del impulsor y después de lanza hacia fuera a través de las paletas. Al dejar el impulsor, el fluido pasa a través de una voluta en forma de espiral en donde es frenado en forma gradual, provocado que parte de la energía cinética se convierteen presión de fluido.El tipo de impulsor de una bomba (flujo axial) depende de la acción hidrodinámica de las hojas impulsoras para levantar y aceleraral fluido en forma axial, a lo largo de una trayectoria paralela al eje del impulsor. La bomba de flujo mezclado incorpora algunas acciones de ambos tipos de bombas, la centrífuga y la de impulsor.

Datos de Funcionamietos de bombas centrífugas: Debido a que las bombas centrífugas no son de desplazamiento positivo, existe una gran dependencia entre la capacidad y la presión que debe desarrollar la bomba. Esto hace que su funcionamiento sea de alguna forma más complejo. En realidad, a un valor de corte en la cabeza, el flujo se detiene en forma total cuando toda la energía de entrada de la bomba se utiliza para mantener la cabeza. Por supuesto, la cabeza típica de operación está muy debajo de la cabeza de corte, por lo que se puede lograr una gran capacidad.La eficiencia y la potencia que se requieren son factores importantes en el buen funcionamieto de una bomba. La figura Nº02 muestra una evaluación del funcionamiento de una bomba más completa, cabeza superpuesta, eficiencias y curvas de potencia y la gráfica de las tres versus la capcidad. La operación

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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 las secciones 1 y 2 de la figura 3.

Figura 3. Sistema experimental para la obtención de curvas características de bombas centrífugas.

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Ecuación de Bernoulli

P1γ

+Z1+V 12

2g+Hm−Hr−ext=

P2γ

+Z2+V 22

2 g

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 :

H B=P2γ

+( z2−Z1 )+V 22

2g

Donde:

P2γ

+V 22

2 g

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 directamente

Bomba Centrifuga

Una bomba centrífuga es una máquina que consiste de un conjunto de paletas rotatorias encerradas dentro de una caja o cárter, o una cubierta o coraza. Se denominan así porque 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 partes principales: (1) Un elemento giratorio, incluyendo un impulsor y una flecha, y (2) un elemento estacionario, compuesto por una cubierta, estoperas y chumaceras. En la figura 1, se muestra una bomba centrífuga

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Las bombas centrífugas son turbomáquinas rotodinámicas que transfieren energía a unlíquido mediante la acción de un elemento en rotación denominado rodete, que impulsa al fluido a circular a través de unos canales delimitados por álabes de modo que el fluido entra en la dirección axial y sale en la dirección radial. El fluido que sale del rodete es recogido por una conducción de sección creciente, denominada voluta, que va rodeando la salida del rodete, dirigiendo finalmente el fluido hacia el conducto de impulsión a través de un tramo difusor. La energía específica (es decir, la energía 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 máximo. También la energía consumida por la bomba (la que absorbe del motor de accionamiento) y el rendimiento (relación entre la energía entregada al fluido y la energía consumida) son función del caudal en circulación.La representación gráfica de la energía específica, la potencia consumida y el rendimiento de la bomba en función del caudal se denominan curvas características de la bomba. Estas curvas constituyen la información básica necesaria para predecir las magnitudes de operación de la bomba en un circuito dado, y por lo tanto suelen ser aportadas por los fabricantes en sus catálogos y demás documentación técnica.En esta práctica se obtendrán las curvas características de funcionamiento de una bomba centrífuga accionada a velocidad constante. Los ensayos se llevarán a cabo en el banco de ensayo de bombas disponible en el laboratorio del Área de Mecánica de Fluidos. Los objetivos concretos de la práctica son pues:

a. Funcionamiento de una bomba centrifuga

El flujo entra a la bomba a través del centro o ojo del rodete y el fluido gana energía a medida que las paletas del rodete lo transportan hacia fuera en dirección radial. Esta aceleración produce un apreciable aumento de energía de presión y cinética, lo cual es debido a la forma de caracol de la voluta para generar un incremento gradual en el área

Figura 4.

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de flujo de tal manera que la energía cinética a la salida del rodete se convierte en cabeza 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

Impulsores. Es el corazón de la bomba centrífuga. Recibe el líquido y le imparte una velocidad de la cual depende la carga producida por la bomba.

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Figura 7. Impulsores de bomba centrífuga

Anillos de desgaste. Cumplen la función de ser un elemento fácil y barato de remover en aquellas partes en donde debido a las cerradas holguras entre el impulsor y la carcasa, el desgaste es casi seguro, evitando así la necesidad de cambiar estos elementos y quitar solo los anillos.

Figura 8. Anillos de Desgaste de una bomba centrífuga

Estoperas, empaques y sellos. la función de estos elementos es evitar el flujo hacia

fuera del líquido bombeado a través del orificio por donde pasa la flecha de la bomba

y el flujo de aire hacia el interior de la bomba.

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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 Centrifuga

Cojinetes. Sirven de soporte a la flecha de todo el rotor en un alineamiento correcto

en relación con las partes estacionarias. Soportan las cargas radiales y axiales

existentes en la bomba.

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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 definirse claramente 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, trasladar líquidos desde un punto a otro. Entonces, esto obliga a que la bomba y el sistema tengan iguales características para que este diseño sea óptimo. La manera de conocer tales características se realiza con la ayuda de las curvas características de la bomba, las cuales han sido obtenidas mediante ensayos realizados en un banco de pruebas el cual posee la instrumentación necesaria para medir el caudal, velocidad de giro, momento de torsión aplicado y la diferencia de presión entre la succión y la descarga de la bomba, con el fin de poder predecir el comportamiento de la bomba y obtener el mejor punto de operación el cual se conoce como PME, variando desde una capacidad igual a cero hasta un máximo, dependiendo del diseño y succión de la, bomba.

Generalmente este tipo de curvas se obtienen para velocidad constante, un diámetro del impulsor específico y un tamaño determinado de carcasa, realizando la representación gráfica de la carga hidráulica (curva de estrangulamiento), potencia absorbida y eficiencia adiabática contra la capacidad de la bomba.

Estas curvas son suministradas por los proveedores de bombas, de tal manera que el usuario pueda trabajar según los requerimientos de la instalación sin salir de los intervalos de funcionamiento óptimo, además de predecir que ocurrirá al variar el caudal manejado, sirviendo como una gran herramienta de análisis y de compresión del funcionamiento del equipo.

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Figura 12. Curva característica de Bomba

III. 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.

IV. RESULTADOS Y DISCUSIONES

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TABLA 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 0.00038866.5 0.88348684 1.932 0.001932 0.00038647.0 0.95144737 1.753 0.001753 0.00035067.5 1.01940789 1.420 0.00142 0.0002849.0 1.22328947 1.036 0.001036 0.00020729.8 1.33202632 0.230 0.00023 0.0000469.8 1.33202632 0.094 0.000094 0.0000188

10.0 1.35921053 0.000 0 0

0 0.00005 0.0001 0.00015 0.0002 0.00025 0.0003 0.00035 0.0004 0.000450

0.20.40.60.8

11.21.41.6

f(x) = − 3220630.45469363 x² − 54.6136150524987 x + 1.33561332529311R² = 0.983178561392945

Caudal VS H bomba

Q (m3/s)

H

(m.c.

a)

Figura 13. Q (m3/s) vs H (m.c.a).

V. DISCUSIONES

Según Cuba (2008), la característica principal de una bomba centrifuga es convertir la energía de una fuente de movimiento (motor) primero en velocidad (energía cinética) y después en energía de presión. El rol de una bomba es el aporte de energía al liquido bombeado (energía transformada luego en caudal y altura de elevación), según las características constructivas de la bomba misma y en relación con las necesidades especificas de la instalación. Es así que de este modo en nuestra práctica de Bombas vemos que el rodete es el verdadero corazón de la bomba que convierte la energía del motor en energía cinética, esto se ve cuando el liquido entra del cuerpo de la bomba proyectando el fluido a la zona externa del cuerpo bomba debido a la fuerza centrifuga producido por la velocidad del rodete. El liquido en este caso el agua que utilizamos

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almacena energía potencial que se transforma en caudal y altura de elevación o energía cinética, este al mismo tiempo provoca una depresión capaz de aspirar el fluido que se debe bombear. Conectando después la bomba con la tubería de descarga, el líquido se encanalará fácilmente, llegando fuera de la bomba.

Según Mott (1996), el funcionamiento de la bomba centrífuga depende del momento inicial del cebado y del modo en el cual se asegura la aspiración del mismo líquido: si la bomba se coloca a un nivel inferior al de la vena de la que se extrae el líquido, éste entra espontáneamente 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, el líquido se aspirará: la bomba (así como la tubería de aspiración) tendrá que cebarse preventivamente, o sea, llena de líquido (se tratará de una bomba auto cebada). Esto se comprobó en el laboratorio.

Según Cuba (2008), las prestaciones de una bomba centrífuga se pueden evidenciar gráficamente por medio de una curva característica que, normalmente, tiene datos relativos a la altura geodésica total, a la potencia efectiva del motor (BHP), cada bomba centrífuga se caracteriza por su particular curva característica, que es la relación entre su caudal y su altura de elevación. Esta representación gráfica, o sea, la trasposición de esta relación en un gráfico cartesiano, es la mejor manera para conocer qué caudal se puede obtener a una determinada altura de elevación y viceversa. En la Figura 13 y Tabla 1, vemos que en este caso específico, la curva consiste en una línea que parte de un punto (equivalente a cero caudal /máxima altura de elevación) y que llega hasta el final de la curva con la reducción de la altura de elevación aumentando el caudal. Lo cual nos dio en la figura 13; de altura de bombeo vs caudal se puede apreciar que la altura de bombeo disminuye en forma parabólica pero contrario al de una instalación adecuada, esto se debe a las tuberías, porque en nuestro caso los datos supuestos de medida de tuberías nos muestran que el diámetro de la tubería de aspiración es menor que el de la tubería de descarga lo cual no debe ser así, si no más aun al contrario. Está claro que, para modificar esta representación, contribuyen otros elementos como la velocidad, la potencia del motor o el diámetro del rodete.

Según Lluis (2005), la altura de elevación de un líquido es el bombeo que sobreentiende la elevación de un líquido de un nivel más bajo a un nivel más alto. Expresado en metros de columna de líquido o en bar (presión). Esto lo podemos observar en la figura 13 y la Tabla 1, donde la altura tuvimos que transformarla a metros por columna (m.c.a). En este último caso el líquido bombeado no supera ningún desnivel, sino que va erogado exclusivamente a nivel del suelo a una presión determinada. Símbolo: H. Así a la vez la curva explicación de las prestaciones de la bomba, representa la curva formada por los valores de caudal y de altura de elevación, indicados con referencia a un determinado tipo de rodete diámetro y a un modelo específico de bomba.eso se comprueba en la figura 13 lo cual queda comprobado.

VI.- CONCLUSIONES

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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 BIBLIOGRÁFICAS

CUBA, M. (2008). Laboratorio de Termohidraúlica II. Universidad Nacional del Centro del Perú. Facultad de Ingeniería Mecánica. Perú.

MOTT R. (1996) Mecánica De Fluidos Aplicada 4ta Edición. Editorial PRENTICE HALL HISPANOAMÉRICA-México.LLUIS, J. (2005). Bombas, Ventiladores y Compresores. Ediciones CEAC.247 págs.

VI. ANEXOS

Figura 14. ESQUEMA DE POTENCIA PARA UNA BOMBA CENTRÍFUGA

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ECUACIONES POTENCIA ELÉCTRICA:

Figura 15. Curva de la bomba

Curvas características de una bomba

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