Estudo Experimental de Bomba Centrífuga

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Estudio experimental de bomba centrífuga
INTRODUCCION
Las bombas son dispositivos que necesitan ser accionados mecánicamente para poder impulsar fluidos líquidos venciendo un potencial adverso.
En los distintos tipos de diseño o funcionamiento, las bombas privilegiarán un caudal determinado o un aumento de presiones en el fluido.
Una típica clasificación típica de bombas, podemos encontrar las rotatorias, reciprocantes y centrífugas. Esta última, es con la que trabajamos en el ensayo de bombas.
Este tipo de bomba está compuesta por una cámara en forma de caracol que en su interior posee un disco central llamado rodete. Este a su vez posee pequeñas aletas llamadas álabes. Este mecanismo de impulsión permite que el líquido obtenga energía cinética y la transforme en energía de presión para así aumentar la velocidad de flujo. El líquido al chocar con las paredes de la cámara, disminuye su velocidad haciendo que se pierda energía.
En este ensayo trabajamos con una bomba, propiedad de la Universidad de Santiago de Chile, la cual tenía la posibilidad de variar la velocidad, la cual era uno de nuestros principales objetivos.
OBJETIVOS
Estudiar y comprender el funcionamiento de una bomba centrífuga.
Obtener mediante esta observación: el gráfico H v/s Q y la respectiva curva de rendimiento para el ensayo de la bomba a dos velocidades distintas.
Obtener, a partir de los datos recopilados (bomba funcionando a 3450 rpm), los datos proyectados a 3300 rpm, mediante análisis de semejanza y comparar los datos teóricos y reales.
Interpretar los resultados obtenidos.
DESCRIPCION
Se realizó la experiencia en una instalación de bomba centrífuga que se esquematiza a continuación: 1
2
3
4
6
5
8
7
9
10
7
1: Balanza
2: Motor conectado a un banco dinamométrico
3 - 4: Rotámetros
5: Manómetro
6: Vacuómetro
7: Bomba centrífuga
8: Sección rugosa de la tubería
9: Estanque de retorno del agua
10: Válvula de agua
La bomba poseía las siguientes características, según datos de placa: 3450 rpm, 180 GPM (681, 4 LPM aprox), 100 ft (30,5 m) de altura de presión y un diámetro de rodete de 5½ in (14 cm aprox).
La acción mecánica de la bomba la realizaba un motor, como se muestra en el esquema, conectado a un banco dinamométrico, que proporcionaba corriente eléctrica y voltaje. Este aparato era el que regulaba la velocidad de la bomba.
El ensayo comenzó con la activación del banco dinamométrico, con la posterior apertura de la válvula del paso de agua, la bomba comenzó a funcionar.
Se comenzó con una velocidad de 3450 rpm. En ese minuto se comenzaron a regular los porcentajes de caudal, mediante los dos rotámetros (eran dos por una cuestión de medición, ya que de lo contrario, hubiera producido choques del agua contra la cañería). Ambos rotámetros iban regulando las mismas cantidades de agua. A medida que se iba aumentando el caudal se tomaban las lecturas de la balanza, el manómetro y el vacuómetro. Con estos datos se obtuvieron las tablas anteriormente mostradas.
DATOS
La bomba de ensayo que se ocupó en esta experiencia tenía una capacidad de bombeo de 180 GPM (682 LPM aprox). Por motivos de disponibilidad de la instalación, este caudal se dividía en dos salidas. Los porcentajes de los dos caudales eran registrados en dos rotámetros.
En estas tablas se muestran los datos registrados en sólo un rotámetro, el manómetro y el vacuómetro, ubicados en la instalación.
	Tabla 1: Datos registrados a una velocidad de 3450 rpm
	Rotámetro
	Manómetro
	Vacuómetro
	Balanza
	Caudal (%)
	Psalida (psi)
	Psalida (mH20)
	Psuccion
(ft H2O)
	Psuccion (mH20)
	Fuerza (kgf)
	0 – 0
	53,0
	37,2590
	0
	0
	1,8
	10 – 10
	52,5
	36,9075
	0,25
	0,0762
	2,0
	20 – 20
	52,0
	36,5560
	0,50
	0,1524
	2,2
	30 – 30
	51,0
	35,8530
	1,00
	0,3048
	2,4
	40 – 40
	50,0
	35,1500
	1,50
	0,4572
	2,7
	50 – 50
	49,5
	34,7985
	2,25
	0,6858
	2,9
	60 – 60
	49,0
	34,4470
	3,25
	0,9906
	3,2
	70 – 70
	46,0
	32,3380
	4,50
	1,3716
	3,5
	80 – 80
	45,0
	31,6350
	5,75
	1,7526
	3,7
	90 – 90
	42,0
	29,5260
	7,25
	2,2098
	4,0
	100 – 100
	40,0
	28,1200
	8,50
	2,5908
	4,4
	Tabla 2: Datos registrados a una velocidad de 3300 rpm
	Rotámetro
	Manómetro
	Vacuómetro
	Balanza
	Caudal (%)
	Psalida (psi)
	Psalida (mH20)
	Psuccion
(ft H20)
	Psuccion (mH20)
	Fuerza (kgf)
	0 – 0
	49,0
	34,45
	0
	0
	1,7
	10 – 10
	48,5
	34,10
	0,25
	0,0762
	1,8
	20 – 20
	48,0
	33,74
	0,50
	0,1524
	2,0
	30 – 30
	47,0
	33,04
	1,00
	0,3048
	2,2
	40 – 40
	46,0
	32,34
	1,50
	0,4572
	2,5
	50 – 50
	45,5
	31,99
	2,25
	0,6858
	2,7
	60 – 60
	44,5
	31,28
	3,25
	0,9906
	3,0
	70 – 70
	42,5
	29,88
	4,25
	1,2954
	3,3
	80 – 80
	39,5
	27,77
	5,75
	1,7526
	3,5
	90 – 90
	37,5
	26,36
	7,25
	2,2098
	3,8
	100 – 100
	35,5
	24,96
	8,75
	2,6670
	4,0
RESULTADOS
Aplicando Bernoulli entre la entrada y salida de agua;
Hb = (Psal – Pent)/ + (v2sal – v2ent)/2g + hsal - hent
y anulando las presiones dinámicas y las alturas, obtenemos:
Hb = (Psal – Pent)/
Con esta fórmula, obtenemos los valores de la altura de bomba (Hb), para ambas velocidades:
TABLA 3:
	Caudal (%)
	Caudal total (LPM)
	Hb (m) a 3450 rpm
	Hb (m) a 3300 rpm
	0 – 0
	0
	37,2590
	34,4500
	10 – 10
	65,1
	36,9837
	34,1762
	20 – 20
	130,2 
	36,7084
	33,8924
	30 – 30
	195,3
	36,1578
	33,3448
	40 – 40
	260,4
	35,6072
	32,7972
	50 – 50
	325,5
	35,4843
	32,6758
	60 – 60
	390,6
	35,4376
	32,2706
	70 – 70
	455,7
	33,7096
	31,1754
	80 – 80
	520,8
	33,3876
	29,5226
	90 – 90
	585,9
	31,7358
	28,5698
	100 – 100
	651,0
	30,7108
	27,6270
Calculando,
Potencia del eje = F n	 y	Rendimiento () = Q H
2400				 Potencia del eje 76
Obtenemos;
	TABLA 4
	A 3450 rpm
	A 3300 rpm
	Caudal (m3/s)
	Hb (m)
	Potencia eje (HP)
	 (%)
	Hb (m)
	Potencia eje (HP)
	 (%)
	0
	37,2590
	2,5875
	0
	34,4500
	2,3375
	0
	0,0011
	36,9837
	2,8750
	0,1862
	34,1762
	2,4750
	0,1998
	0,0022
	36,7084
	3,1625
	0,3360
	33,8924
	2,7500
	0,3568
	0,0033
	36,1578
	3,4500
	0,4550
	33,3448
	3,0250
	0,4786
	0,0043
	35,6072
	3,8813
	0,5191
	32,7972
	3,4375
	0,5398
	0,0054
	35,4843
	4,1688
	0,6048
	32,6758
	3,7125
	0,6254
	0,0065
	35,4376
	4,6000
	0,6589
	32,2706
	4,1250
	0,6691
	0,0076
	33,7096
	5,0313
	0,6699
	31,1754
	4,5375
	0,6871
	0,0087
	33,3876
	5,3188
	*0,7186
	29,5226
	4,8125
	0,7022
	0,0098
	31,7358
	5,7500
	0,7117
	28,5698
	5,2250
	0,7051
	0,0109
	30,7108
	6,3250
	0,6964
	27,6270
	5,5000
	**0,7204
	*: Rendimiento máximo de la bomba a 3450 rpm
	**: Rendimiento máximo de la bomba a 3300 rpm
Usando los valores obtenidos en el gráfico HQ (Gráfico 1, Tabla 1) de la bomba, a una velocidad de 3450 rpm, mediante la aplicación de las leyes de semejanza calculamos los valores de la curva HQ de la bomba, pero ahora para una velocidad de 3300 rpm, con motivo de comparar y comprobar los cálculos obtenidos en el ensayo a 3300 rpm.
A través de las fórmulas de semejanza, se obtuvo los siguientes datos:
Q1/Q2 = n1/n2	;	H1/H2 = (n1/n2) 2		;	N1/N2 = (n1/n2)3
	A 3450 rpm
	A 3300 rpm
	Caudal Q1 (LPM)
	Hb1 (m)
	Potencia (HP)
	Caudal Q2 (LPM)
	Hb2 (m)
	Potencia (HP)
	0
	37,2590
	2,5875
	0
	34,09
	2,2645
	65,1
	36,9837
	2,8750
	62,27
	33,84
	2,5161
	130,2
	36,7084
	3,1625
	124,54
	33,59
	2,7677
	195,3
	36,1578
	3,4500
	186,81
	33,08
	3,0193
	260,4
	35,6072
	3,8813
	249,08
	32,59
	3,3967
	325,5
	35,4843
	4,1688
	311,35
	32,47
	3,6483
	390,6
	35,4376
	4,6000
	373,62
	32,42
	4,0257
	455,7
	33,7096
	5,0313
	435,88
	30,84
	4,4032
	520,8
	33,3876
	5,3188
	498,16
	30,55
	4,6548
	585,9
	31,7358
	5,7500
	560,43
	29,04
	5,0321
	651,0
	30,7108
	6,3250
	622,70
	28,09
	5,5353
Con estos datos, se graficó tanto la curva HQ real como la curva HQ teórica, ambas registradas en el gráfico 2.
CONCLUSION
A pesar de que los datos tomados en el ensayo no reflejaron un fiel registro de los verdaderos parámetros en los cuales funcionaba la bomba, las aproximaciones de los datos para la conclusión final fueron viables.
Al ensayar la bomba y haciendo un parámetro de los datos obtenidos se puede ver que a medida que la cantidad de caudal que pasaba por los rotámetros aumentaba,la presión de salida (Psal) disminuía; no así con la presión de succión (Psuc) ya que ésta, al igual que los caudales (Q), aumentaba. Esto es debido a que la presión de salida era la presión que ejercía el agua al entrar al rotámetro y, la sección donde se tomaba la presión de succión era corrugada, lo cual influyó en el momento del cálculo de la altura ya que finalmente las presiones se sumaban. Esto se vio reflejado para ambas velocidades de ensayo (3450 y 3300 rpm), aunque los valores de presión de salida disminuían con la velocidad y los valores para la presión de succión eran casi similares para ambas velocidades.
Al hacer el ensayo a 3450 rpm, graficar HQ y determinar la curva de rendimiento pude observar que la bomba tiene un mayor rendimiento (71,86%) para un caudal (Q) de 520,8 LPM y una altura de bomba (Hb) de 33,38 m aprox., como se muestra en el gráfico 1. Contrario a esto fue el resultado, sólo teórico, del rendimiento de la bomba a una velocidad de 3300 rpm, ya que ésta tiene un valor casi igual de rendimiento máximo (72,04 %) pero a un caudal total de 651 LPM y a una altura de 30,7 m aprox.
Posteriormente en el cálculo mediante análisis de semejanza, los valores arrojados fueron casi similares, comprobando la veracidad de estas leyes. Aunque en el gráfico se distingue en menor proporción esta diferencia (Gráfico 2), nuestro ensayo está acorde con resultados anteriores donde en la curva de rendimiento coincide con la cantidad de caudal (Q) necesaria para obtener un valor máximo. Es así como se puede concluir que los valores obtenidos en la curva de rendimiento son los que dictan los parámetros de evaluación de una bomba, los cuales son los que uno debe medir en el momento de la adquisición de una bomba.
En suma, los objetivos planteados al principio de este informe fueron ampliamente desarrollados en este ensayo, que dejan claro los componentes, funcionamiento y objetivo de estudio de las bombas centrífugas.
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