Ensayo de una Bomba Centrifuga

Vista previa del material en texto

Ensayo de una Bomba Centrifuga
Objetivo
Evaluar experimentalmente los parámetros que definen el funcionamiento y rendimiento de una Bomba Centrifuga Hidráulica.
Objetivo especifico
1. Reconocer las diferentes partes de una Bomba Centrifuga y su instalación.
2. Medir condiciones de revolución, presión en la salida y entrada, potencia en el eje.
3. Mediante la construcción de las curvas características experimentalmente definir el funcionamiento optimo
4. Construcción de Curvas Concha o Colinas.
Actividades a Realizar
Construir curva HQ para velocidad 3450 Rpm. Encontrando punto de mayor rendimiento
Aplicar teoría de semejanza, graficar curva H/Q para velocidad 3100 Rpm y comparar con curva H/Q para velocidad 3100 Real
Realizar Gráfico H/Q comparando los datos tomados para las velocidades 3450, 3100 y 3500 Rpm.
Características Técnicas de los equipos e instrumentos empleados
A continuación se nombrarán los equipos e instrumentos usados en el ensayo. Estos son:
Motor Pump
Marca Cameron Pump
Rpm = 3450
Altura en pies 100
Dinamómetro 
Marca Toledo
Rango 0 –30 kgf
Motor de potencia
Marca Westinghouse
Tipo Skh
Kw = 9,5
Volts = 250
Vel. Máxima 5000 Rpm
Manómetro
Marca MasterGauge
Rango 0- 60 medido en psi.
Bacuaometro
Marca SuperGauge 
Rango 0 – 30
Rotámetro 087A1
Graduado en % de caudal
Caudal que pasa por el = 325.5 {Lt/min}
Descripción del Método seguido
El forma en que se obtuvieron los datos fue la siguiente:
 Se observó que los rotámetros estuvieran en cero. Al encender la generadora de energía se estableció una velocidad determinada que para el primer caso resulto ser de 34550 Rpm. Dicha energía era distribuida a un motor de potencia que estaba sobre un dinamómetro que indicaba la fuerza con que este actuaba. Este motor estaba unido a la bomba por la cual iba a pasar un caudal determinado de agua. Con dos rotámetros se controlo el porcentaje de caudal que pasaba impulsada por la bomba. 
Un Bacuometro instalado antes de la bomba y un Manómetro en el lugar de salida de esta, pero cuyos indicadores se encontraban a la misma altura, nos indicaban las presiones en dichos lugares. 
Para obtener los datos, se izo variar el porcentaje en cada Rotámetro pero con un mismo porcentaje que vario de 10 en 10 del caudal total que correspondía a 172 gal/min.
El modelo a seguir fue el mismo, pero esta vez, se utilizo una velocidad de 3100 y 3500 Rpm. 
Para la obtención de la curvas H/Q, se utilizó la fórmula Nº1 contenida en el apéndice, y a su vez utilizando formulas de semejanza se obtuvo rendimientos ideados para otras velocidades.
Con las curvas reales obtenidas, se logró obtener curvas conchas para los caudales antes descritos. 
Montaje
Presentación de Resultados
De los datos obtenidos, se realizaron los gráficos H/Q para las distintas velocidades, Además se obtuvo Curvas Concha, que nos muestran el rendimiento para las distintas velocidades.
Gráfico H/Q (real) para velocidad 3450 Rpm. Con su rendimiento
 
Gráfico H/Q (real) y estimado para velocidad 3100 Rpm
 
Gráfico de Curvas Concha de rendimiento comparativo con velocidades 3450, 3100 y 3500 Rpm.
Conclusiones y Observaciones
A pesar de que en los datos obtenidos la variación de velocidades fue menor, fue posible realizar las tareas asignadas con una buena diferenciación en los gráficos.
En el primer gráfico podemos distinguir la curva H/Q para la velocidad relacionada con 3450 Rpm., donde en el se aprecia claramente que a medida que el caudal aumenta, la Altura en m col de agua H, disminuye debido a las presiones registradas en el ensayo. Esta curva se aproxima a la esperada. Por otra parte, podemos ver el rendimiento a esta velocidad, donde al aumento de caudal Q, el rendimiento va aumentando levemente, si llegar al 100%, debido entre otras causas al las perdidas de la Bomba.
Para el gráfico de 3100 Rpm. Se aprecia la comparación de los rendimientos Real y teóricos. Donde el rendimiento teórico se desprende de los datos la velocidad de 3500 utilizando Leyes de Semejanza, confirmando lo esperado, que era que este rendimiento real debía ser menor al rendimiento teórico.
Para la fabricación de las curvas Concha, estas se aprecian levemente, por lo dicho anteriormente sobre la pequeña variación de velocidades.
Debemos tener en cuenta, que en las fórmulas utilizadas, no están consideradas las pérdidas que produce la Bomba en su funcionamiento. Aunque visualmente son pequeñas.
Con esta experiencia, podemos tomar en cuenta que este tipo de Bombas solo alcanza un rendimiento máximo que alcanza a las ¾ partes del 100% ideal. Donde este porcentaje sería menor si consideramos las perdidas ocurridas antes mencionadas, la temperatura del fluido y la calidad de este. Debemos tener en cuenta que la Bomba utilizada es de gran potencia, y que el caudal utilizado fue menor al máximo de esta, con lo que la Bomba no logro su mejor rendimiento.
Apéndice
Datos Obtenidos
Para velocidad de 3450 Rpm.
	Caudal % gal/min
	P. Suc. {Psi.} 
	P. Sal. {Psi.}
	Fuerza (kgf)
	0
	- 0
	0
	53
	1,8
	12
	- 10
	0
	54
	2,0
	20
	- 20
	0,3
	52
	2,2
	30
	- 30
	1,0
	52
	2,3
	40
	- 40
	1,5
	51
	2,6
	50
	- 50
	2,2
	50
	2,9
	60
	- 60
	3,1
	48
	3,2
	70
	- 70
	4,2
	46
	3,4
	80
	- 80
	5,5
	45
	3,7
	90
	- 90
	7,0
	43
	4,0
	100
	- 100
	8,5
	40
	4,2
Para velocidad de 3100 Rpm.
	Caudal % gal/min
	P. Suc. 
	P. Sal
	Fuerza (kgf)
	0
	- 0
	0
	43
	1,6
	12
	- 10
	0,1
	44
	1,7
	20
	- 20
	0,3
	43
	1,8
	30
	- 30
	0,7
	42
	2,0
	40
	- 40
	1,5
	41
	2,3
	50
	- 50
	2,2
	40
	2,5
	60
	- 60
	3,1
	39
	2,8
	70
	- 70
	4,3
	37
	2,9
	80
	- 80
	5,8
	35
	3,2
	90
	- 90
	7,0
	33
	3,4
	100
	- 100
	8,8
	30
	3,6
Para velocidad de 3500 Rpm.
	Caudal % gal/min
	P. Suc. 
	P. Sal
	Fuerza (kgf)
	0
	- 0
	0
	55
	1,9
	10
	- 10
	0
	54
	2,0
	20
	- 20
	0,1
	53
	2,2
	30
	- 30
	0,8
	52
	2,4
	40
	- 40
	1,5
	52
	2,7
	50
	- 50
	2,2
	51
	2,9
	60
	- 60
	3,1
	50
	3,2
	70
	- 70
	4,2
	48
	3,5
	80
	- 80
	5,8
	46
	3,8
	90
	- 90
	7,2
	44
	4,1
	100
	- 100
	8,5
	42
	4,3
Desarrollo de Cálculos
Para la obtención de los resultados, se procedió de la siguiente manera:
Calculo de Caudales:
Caudal que pasaba por cada Rotámetro 
 86 {gal/min} = 325,5 {l/min} = 0,3255 {m3/min} = 0,005425 {m3/seg} 
entonces con 
n = porcentaje de caudal 
N = números de Rotámetros
 Qn-n = (325,5 * n)*N /100
	Q0-0 =
	0
	{l/min}
	Q10-10 =
	65,1
	{l/min}
	Q20-20 =
	130,2
	{l/min}
	Q30-30 =
	195,3
	{l/min}
	Q40-40 =
	260,4
	{l/min}
	Q50-50 = 
	325,5
	{l/min}
	Q60-60 =
	390,6
	{l/min}
	Q70-70 =
	455,7
	{l/min}
	Q80-80 =
	520,8
	{l/min}
	Q90-90 =
	585,9
	{l/min}
	Q100-100 =
	651
	{l/min}
Para el cálculo de la Altura de Presión tenemos, usando Bernoulli.
H = Pe-Ps + Vs2-Ve2 + Zs-Ze
 γ 2g
Donde tenemos que caudal de entrada y salida son iguales, entonces consideramos las velocidades de entrada y salida en la Bomba ; Vs = Ve, por lo cual Vs2 – Ve2 =0.
Considerando que las alturas entre los manómetros son iguales, entonces Zs = Ze, por lo que nos queda Zs-Ze =0
Lo que nos queda solamente H= Pe-Ps
 γ 
Psuc. = Presión de succión.
Psal. = Presión de Salida
Debemos considerar que en los factores 0.3048 y 0.703 nos dan el cambio de unidad de Psi a m col de agua, y donde estan considerados la división por γ. Lo que la fórmula a utilizar nos queda:
Hn-n = ( Psuc. n-n{Psi.}*0.3048) + ( Psal. n-n{Psi.} * 0.703) = {m de agua}
Cálculo de Alturas para las distintas velocidades
	Hn-n
	Vel. 3450 Rpm.
	Vel. 3100 Rpm.
	 Vel. 3500 Rpm.
	H0-0
	37,25
	30,22
	38,66
	H10-10
	37,96
	30,96
	37,96
	H20-20
	36,64
	30,32
	37,28
	H30-30
	36,86
	29,73
	36,79
	H40-40
	36,31
	29,28
	37.01
	H50-50
	35,82
	28,79
	36,52H60-60
	34,68
	28,36
	36,09
	H70-70
	33,61
	27,32
	35,02
	H80-80
	33,31
	26,37
	34,10
	H90-90
	32,36
	25,33
	33,12
	H100-100
	30,71
	23,77
	32,11
Con los datos tomados para las velocidades de 3450 Rpm, se estimará H para una velocidad de 3100 Rpm utilizando leyes de semejanza.
Formula Leyes de semejanza:
H1 = N12
H2 = N22
Donde 
H1= Altura Real
H2= Altura a estimar
N1= Velocidad Real (3450Rpm.)
N1= Velocidad estimada (3100 Rpm.)
Despejando H2, tenemos que
 H2= H1 * N12 {m de col de agua}
 N22
Ocupando la fórmula anterior tenemos un Hn-n para cada Qn-n. Realizando los cálculos tenemos que:
	H0-0
	33,45
	H10-10
	34,08
	H20-20
	32,90
	H30-30
	33,10
	H40-40
	32,60
	H50-50
	32,16
	H60-60
	32,15
	H70-70
	31,18
	H80-80
	29,91
	H90-90
	29,06
	H100-100
	27,57
Para el cálculo de rendimiento (η) de cada Caudal de las curvas H/Q. Tenemos que.
η=Nu
 Na
Donde Nu= Q*H {Hp}; Na = F*vel {Hp} (Potencia en el Eje)
		4500			2400
Las unidades y valores para cada uno son:
F = {kgf} según tabla
H = {m col de agua} según tabla
Vel = {Rpm.} ; las velocidades varían para 3450, 3100 y 3500 Rpm.
Q = {l/min}
El valor 4500 considera la transformación del caudal m3/seg a l/min y el γ del agua de 1000 k/m3
entonces reemplazando Nu y Na en η, tenemos
η= (Q*H ) * 2400
 F*vel * 4500
η = porcentaje de rendimiento
Utilizando la fórmula anterior, calculamos el rendimiento para cada una de las velocidades. Con el objetivo de construir las Curvas Concha.
	Caudal 
	η para vel 3450 rmp 
	η para vel 3100rpm
	η para vel 3500rpm
	Q0-0
	0
	0
	0
	Q10-10
	19
	20
	18
	Q20-20
	33
	37
	33
	Q30-30
	48
	49
	45
	Q40-40
	56
	57
	54
	Q50-50
	62
	64
	62
	Q60-60
	65
	68
	67
	Q70-70
	69
	73
	69
	Q80-80
	72
	73
	71
	Q90-90
	73
	75
	72
	Q100-100
	73
	73
	74
Grafico H/Q Real y Teorico para vel. 3100 Rpm
H (Real)	0	65.099999999999994	130.19999999999999	195.3	260.39999999999998	325.5	390.6	455.7	520.79999999999995	585.9	651	30.228999999999999	30.962479999999999	30.320439999999998	29.739360000000001	29.280199999999997	28.790559999999999	28.361879999999999	27.321639999999999	26.372839999999997	25.332599999999999	23.77224	H(teorico)	0	65.099999999999994	130.19999999999999	195.3	260.39999999999998	325.5	390.6	455.7	520.79999999999995	585.9	651	33.458582	34.089875999999997	32.909401119999998	33.100998400000002	32.606559599999997	32.166862880000004	31.150614239999999	30.189107680000003	29.9136372	29.061614800000001	27.578298400000001	Caudal {l/min}
H {m col de agua}
Gráfico "Curvas Concha" para las distintas velocidades
H Vel 3450	0	65.099999999999994	130.19999999999999	195.3	260	.39999999999998	325.5	390.6	455.7	520.79999999999995	585.9	651	37.259	37.961999999999996	36.647439999999996	36.860799999999998	36.310199999999995	35.82056	34.688879999999997	33.618160000000003	33.311399999999999	32.3626	30.710799999999999	H Vel 3100	0	65.099999999999994	130.19999999999999	195.3	260.39999999999998	325.5	390.6	455.7	520.79999999999995	585.9	651	30.228999999999999	30.962479999999999	30.320439999999998	29.739360000000001	29.280199999999997	28.790559999999999	28.361879999999999	27.321639999999999	26.372839999999997	25.332599999999999	23.77224	H Vel 3500	0	65.099999999999994	130.19999999999999	195.3	260.39999999999998	325.5	390.6	455.7	520.79999999999995	585.9	651	38.664999999999999	37.961999999999996	37.289479999999998	36.799839999999996	37.013199999999998	36.523559999999996	36.094879999999996	35.024160000000002	34.10584	0000000001	33.126559999999998	32.116799999999998	Caudal Q {l/min}
H {m col de agua}
Grafico H/Q y rendimiento -vel 3450 rpm
Rendimiento	0	65.099999999999994	130.19999999999999	195.3	260.39999999999998	325.5	390.6	455.7	520.79999999999995	585.9	651	0	19.102038260869563	33.528303472990771	48.385897013232508	56.218066622073557	62.153415452273876	65.456408347826084	69.655222560954812	72.483936263219732	73.280182956521728	73.587230917874393	H/Q	0	65.099999999999994	130.19999999999999	195.3	260.39999999999998	325.5	390.6	455.7	520.79999999999995	585.9	651	37.259	37.961999999999996	36.6474	39999999996	36.860799999999998	36.310199999999995	35.82056	34.688879999999997	33.618160000000003	33.311399999999999	32.3626	30.710799999999999	Caudal {l/min}
H {m col de agua} - %rendimiento
image1.png