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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS (Universidad del Perú, Decana de América) FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA MECANICA DE FLUIDOS

INFORME TECNICO BCV N° 1 “Características de la bomba centrífuga PITBULL” BOMBAS COMPRESORES Y VENTILADORES

Octubre del 2018

PROFESOR DEL CURSO: Ph.D Ing. ORMEÑO VALERIANO Miguel Angel. ESTUDIANTE: Espinoza Acosta, Eric Alberto. CÓDIGO: 14130038.

Universidad Nacional Mayor de San Marcos INGENIERIA MECANICA DE FLUIDOS

1. INTRODUCCION. Es importante saber qué tipo de bomba se debe seleccionar para el transporte del fluido líquido disponible. Es por ello por lo que las bombas diseñadas, pasan tras varias pruebas y recolección de datos, estableciendo los parámetros adecuados de funcionamiento del equipo que le asegurarán una larga duración, así como una eficiencia óptima, para evitar problemas de recirculación o de cavitación. Las respectivas pruebas son realizadas en ambientes especializados con medidores para las magnitudes necesarias (velocidades, presiones, caudales), correctamente calibrados. 2. OBJETIVOS. a) Obtención y procesamiento de los datos del ensayo. b) Obtener las curvas características experimentales de una bomba centrífuga. c) Evaluación de resultados y comparación con las características del manual de operaciones.

3. MARCO TEORICO. Curva altura-caudal 𝐻 − 𝑄. Es importante analizar la CURVA DE COMPORTAMIENTO de una bomba centrífuga. Esta curva obtenida en laboratorio de pruebas la proporciona el fabricante.

Otras curvas características. Además de la curva característica altura-caudal (𝐻 − 𝑄), se grafican con frecuencia otras curvas características como: - Potencia hidráulica en función del caudal (𝑁 − 𝑄). - Rendimiento en función del caudal (𝜂 − 𝑄). - 𝑁𝑃𝑆𝐻𝑅 en función del caudal (𝑁𝑃𝑆𝐻𝑅 − 𝑄).

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Ecuaciones: a. Caudal (𝑸): Es el volumen de fluido manejado por unidad de tiempo. El caudal se puede expresar como el producto de la velocidad del fluido por el área transversal del ducto por el cual fluye: 𝑄 = 𝑣. 𝐴 𝑄=

𝑉 𝑡

Donde: 𝑄 - caudal. 𝑣 - velocidad del fluido. 𝐴 - área transversal de la tubería. 𝑉 –Volumen. 𝑡 – tiempo. b. Altura de la bomba (𝑯): 𝐻=

𝑃𝑑 − 𝑃𝑠 𝐶𝑑2 − 𝐶𝑠2 + ℎ𝑚 + 𝛾 2𝑔

Donde: 𝑃𝑠 - Presión en la brida de entrada. 𝑃𝑑 - Presión en la brida de salida. ℎ𝑚 - Altura manométrica (Distancia entre centro de los manómetros de entrada y salida). 𝐶𝑠 - Velocidad del líquido en la tubería succión. 𝐶𝑑 - Velocidad del líquido en la tubería descarga.

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c. Potencia hidráulica de la bomba (𝑵): Es la energía requerida para transportar un fluido por unidad de tiempo: 𝑁ℎ =

𝐻𝛾𝑄 102

[𝑘𝑊]

𝑁ℎ =

𝐻𝛾𝑄 75

[𝐻𝑃]

Donde: 𝑁 - potencia hidráulica. 𝐻 - altura total o carga total de la bomba. 𝛾 - peso específico del líquido. d. Rendimiento de la bomba: Es la relación entre la potencia hidráulica de la bomba y la potencia mecánica de la misma: 𝜂=

𝑁ℎ 𝑁𝑚

Por lo tanto, la fórmula para calcular la potencia mecánica o de freno de la bomba resulta entonces: 𝐻𝛾𝑄

𝑁𝑚 = 102𝜂 [𝑘𝑊]

𝑁𝑚 =

𝐻𝛾𝑄 75𝜂

[𝐻𝑃]

Donde: 𝜂 - rendimiento de la bomba. 𝑁𝑚 - potencia mecánica de la bomba. 𝑁ℎ - potencia hidráulica de la bomba.

Funcionamiento de una bomba centrífuga. Las bombas centrífugas son el sistema de bombeo de mayor preferencia en el mundo de la hidráulica. En el corazón del sistema, descansa el impulsor, que posee una serie de álabes curvados. El impulsor está siempre sumergido en agua, así cuando este se hace rotar, hace que el fluido en el que está sumergido también empiece a rotar. Esto hace que se transmita fuerza centrífuga a las partículas de agua y el agua se mueve radialmente hacia afuera. Puesto que la energía mecánica rotacional es transferida al fluido, en el lado de la descarga del impulsor, ambas, presión y energía cinética del agua, se incrementarán. En el lado de succión, el agua está siendo succionada, entonces una presión negativa será inducida al centro del impulsor. Esa presión negativa, es la que ayuda en la succión de agua del reservorio hacia el sistema de nuevo, y este proceso continúa. Esta es la razón de por qué el cebado es importante en las bombas centrífugas. Si inicialmente no

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hay agua presente, la presión negativa generada al hacer rotar el aire en el centro del impulsor, no será la suficiente para succionar agua del reservorio. El impulsor está instalado dentro de una caja, así el agua que se mueve de manera centrífuga será recolectada en su interior, y se moverá en la misma dirección de la rotación del impulsor, hacia la tobera de descarga. Esta caja, también conocida como caracol, será de área transversal creciente siguiendo la dirección del flujo del fluido. Este aumento de área ayudará en el acomodamiento del agua que va ingresando al flujo y a la vez ayudará a reducir la velocidad de salida del flujo. Esta reducción de velocidad conllevará un incremento de la presión estática, que es necesaria para superar la resistencia del sistema de bombeo. Si la presión de succión a la entrada disminuye tanto que llega a estar por debajo de la presión de vaporización del agua, un fenómeno peligroso puede ocurrir. El agua empezará a evaporarse, formando burbujas de vapor que irán dañando el material del impulsor conforme pase el tiempo. A este fenómeno se le conoce como cavitación. Conforme más altura de succión se tenga, menor será la presión en el lado de la succión del impulsor para absorber el agua. Este hecho, implica establecer un límite a la altura máxima de succión que una bomba puede tener. La selección cuidadosa de la bomba es requerida para evitar problemas de cavitación. 𝑁𝑃𝑆𝐻𝐴 > 𝑁𝑃𝑆𝐻𝑅 Hay varios tipos de impulsadores, cerrados, que es el caso de la bomba PITBULL, semicerrado, y abierto dependiendo de la aplicación. Si el fluido con el que se trabaja está inmerso en la naturaleza, será preferible usar un impulsor de tipo abierto. Sin embargo, son ligeramente menos eficientes. El diseño mecánico de bombas centrífugas siempre será un desafío. Se usa un eje que conecta el motor y el impulsor. Como la presión dentro de la caja es muy grande, un apropiado sellado es indispensable en cuanto a la detención de fugas de agua a través del espacio entre el eje y la caja. Un sellado mecánico o unos prensaestopas es usado para este propósito. El impulsor está montado sobre rodamientos, pero en el lado de succión del impulsor, no es recomendable usar un rodamiento, puesto que bloqueará el flujo de fluido. Entonces, los rodamientos tendrán que ser colocados al otro extremo, es decir, el impulsor es montado como viga voladiza. Para bombas de elevado caudal, un sistema de rodamientos con aceite refrigerante es necesario, para alargar la vida de estos.

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4. DESARROLLO DE LA EXPERIENCIA. Para la siguiente experiencia se hizo el uso del laboratorio de energética de nuestra escuela, el cual cuenta con un pequeño sistema de bombeo.

Este consta de la bomba que se analizará, tuberías, conexiones en “T”, codos, llaves, un reservorio de agua, del cual será succionada el agua y a la vez será descargada, así como también los instrumentos de medición respectivamente calibrados antes de empezar con la prueba. Siendo el objetivo obtener las curvas de la bomba, se procedió a la recolección de datos: Caudales, presiones a la entrada y salida de la bomba, velocidad del rodete, voltaje y amperaje para el funcionamiento de la bomba. Se hicieron varias tomas, conforme se iba cerrando la llave, para así ir disminuyendo el caudal. •

Para la medición del caudal, con la ayuda de un cronómetro, durante un minuto se anotó la cantidad de agua inicial y final que fluyó, la diferencia sería el caudal en 𝑙/𝑚𝑖𝑛.

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•

Para la medición de las presiones, se observaron los manómetros instalados ya en el sistema de tuberías, ubicados a la salida y entrada del agua en la bomba.

•

En cuanto a la medición de la velocidad de rotación, se usó un medidor de revoluciones (tacómetro laser), lo cual mide la velocidad de rotación en el ventilador de la bomba, que gira a la misma velocidad que el rodete.

•

La medición del voltaje y amperaje, nos la daba el tablero de control eléctrico al cual estaba conectada la bomba. Todos los datos fueron anotados en unos cuadros en EXCEL para así poder procesarlos y obtener las deseadas gráficas. Al momento de poner en funcionamiento la bomba, esta presentó un pequeño atascamiento por el acumulamiento de oxidación en el eje y en el rodete lo cual ocasionaba fricción. Para superar el percance, se realizó el giro manual del eje con una llave inglesa para poder ayudar a girar el eje. Bomba, Compresores y Ventiladores

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5. RESULTADOS DE LA EXPERIENCIA. Los resultados obtenidos han sido anotados en el siguiente cuadro:

CAUDAL Q (L/min)

No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Hm

v1, lt

v2, lt

Q (L/min)

m

125 752 817 866 905 928 956 971 988 993

152 776 837 883 920 939 965.00 977.00 991.00 993.00

27 24 20 17 15 11 9 6 3 0

0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13 0.13

f (Hz) 60.00 60.00 60.00 60.00 60.00 60.00 60.00 60.00 60.00 60.00

L/min. 27.46572 24.67149 20.79503 17.88491 15.97321 11.88091 9.864032 6.707495 3.447242 0

V (V) 231.00 232.00 232.00 232.00 231.00 232.00 231.00 231.00 232.00 231.00

cos  0.80 0.80 0.80 0.80 0.80 0.80 0.80 0.80 0.80 0.80

m3/s 0.000466 0.000423 0.000360 0.000314 0.000283 0.000214 0.000180 0.000125 0.000066 0.000000

I (A) 1.42 1.43 1.48 1.52 1.57 1.64 1.71 1.80 1.91 1.98

MEDIDA DE PRESION P2, P1 Inch P1, m P2, m Hg PSI -5.20 4.0 -1.796 2.81 -5.00 10.0 -1.727 7.03 -4.80 15.0 -1.658 10.55 -4.60 20.0 -1.588 14.06 -4.55 25.0 -1.571 17.58 -4.60 30.0 -1.588 21.09 -4.50 35.0 -1.55 24.61 -4.50 40.0 -1.55 28.12 -4.40 45.0 -1.52 31.64 -3.00 48.0 -1.04 33.75

MOTOR Pe(kW) 0.262 0.265 0.275 0.282 0.290 0.304 0.316 0.33 0.35 0.37

Pe(Hp) 0.352 0.356 0.368 0.378 0.389 0.408 0.424 0.45 0.48 0.49

BOMBA rpm 3450 ADT (m) Ph (kW) 4.90 0.0224 9.39 0.0389 13.33 0.0471 17.47 0.0537 21.86 0.0608 26.61 0.0558 31.58 0.0558 37.25 0.0456 43.95 0.0284 48.37 0.0000

RPM 3391.50 3356.10 3318.10 3279.30 3239.80 3194.20 3147.80 3086.10 3002.40 2931.10

Ph(Hp) 0.030 0.052 0.063 0.072 0.082 0.075 0.075 0.061 0.038 0.000

ADT

4.738 8.887 12.334 15.780 19.278 22.811 26.291 29.807 33.288 34.913

 0.64 0.64 0.65 0.65 0.65 0.66 0.66 0.66 0.66 0.66

% 13.2930 22.8051 26.5084 29.2951 32.0982 27.9314 26.8059 20.7695 12.1420 0.0000

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Con los resultados obtenidos se obtienen las gráficas respectivas: Ef(%)

H (m) 80

40

Gráfica 𝑯 − 𝑸 (azul), 𝜼 − 𝑸 (rojo).

76

38

72

36

68

34

64

32

Ef %

60

30

56

28

52

26 H-Q

48

24

44

22

40

20

36

18

32

16

28

14

24

12

20

10

16

8

12

6

8

4

4

2

0

0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

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P2 (HP) 0.40 0.35

Nm(HP

0.30 0.25 0.20 0.15 0.10

0

5

10

15

20

25

30

35 40 CAUDAL (l/min)

Gráfica 𝑵 − 𝑸.

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. Conclusiones: •

Se logró procesar todos los datos y después de hacer algunas conversiones en las presiones, se obtuvo las curvas características de la bomba.

•

En la experiencia se obtiene las curvas características H-Q, η-Q y N-Q. En la gráfica Altura – Caudal (H-Q) se observa que a mayor caudal la altura disminuye y por consiguiente a menor caudal la altura aumenta, además hay que tener en cuenta que no se consideran las pérdidas. En la gráfica Eficiencia – Caudal (η-Q) se observa que al aumentar el caudal aumenta la eficiencia hasta llegar a un punto de máxima eficiencia en la curva y luego comienza a descender. En la gráfica Potencia – Caudal (N-Q) se puede observar que existe una relación inversa entre la potencia (N) y el caudal (Q).

•

Para nuestro caso la máxima eficiencia hidráulica del equipo es 32.098 %, con ello podemos obtener una altura de 15.97 m y 16 lt/min de caudal.

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Recomendaciones: • • • • • • •

Antes de arrancar la bomba, primero hay que leer el manual de instalación y operaciones. Verificar y reconocer si el equipo está en succión negativa o en succión positiva. Si es succión negativa hay que desarrollar el cebado la bomba. Verificar la calidad de energía eléctrica en la placa de la bomba y verificar también que el voltaje este en un rango de ±10% del factor de servicio. Revisar siempre la posición de las llaves para saber por dónde va a estar fluyendo el agua para evitar resultados erróneos. Si las tuberías son de grandes magnitudes se recomienda estrangular la bomba cerrando la válvula en la descarga a un 50% o un poco más. Tener los instrumentos de medición correctamente calibrados, para así obtener resultados confiables.

7. REFERENCIAS. -

MANUAL DE OPERACIÓN PARA BOMBAS DE AGUA LIMPIA PURA MODELO TPM-60FIRMA HUMBOLT MANUAL DEL USUARIO ELECTROBOMBAS PERIFERICAS MODELO QB-60 –FIRMA KARSON

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