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determinacion experimental de las curvas caracteristicas de una bomba centrifuga 

Universidad de Santiago de Chile Facultad Tecnológica Dpto. Tecnologías Industriales Laboratorio Nº3. Determinación experimental de las curvas características de una bomba centrifuga.

Nombre: juanito peres Profesor: el loko carlos Carrera: quien sabe Ramo: Maquinas y equipos mecánicos

Universidad de Santiago de Chile Facultad Tecnológica Dpto. Tecnologías Industriales Laboratorio Nº3. Determinación experimental de las curvas características de una bomba centrifuga.

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Nombre: Cristian Ruiz Profesor: Pedro Saa Carrera: T. en Mantenimiento Industrial Ramo: Maquinas y equipos mecánicos Índice Resumen de la experiencia--------------------------------------------------------------------------------Pag.4 Objetivos y elementos a emplear------------------------------------------------------------------------Pag.5 Identificación de componentes Motor trifásico------------------------------------------------------------------------------------Pag.6 Partes y funcionamiento------------------------------------------------------------------------Pag7 Bomba Centrifuga--------------------------------------------------------------------------------Pag8 Funcionamiento y partes de una bomba centrifuga------------------------------------Pag.9 Preparación del equipo y toma de datos--------------------------------------------------------------Pag.10 Diagrama de la instalación y datos técnicos----------------------------------------------------------Pag11 Tabla de datos obtenidos y resultados de las variables-------------------------------------------Pag.12 Resultados Grafico Hb/Q y Grafico Wacc/Q -------------------------------------------------------------------------Pag.13 Grafico Eficiencia/Q, análisis y conclusiones y bibliografía---------------------------------------Pag14 Cálculos realizados Altura manométrica---------------------------------------------------------------------------------------Pag15 Potencia de accionamiento-----------------------------------------------------------------------------Pag.16 Rendimiento------------------------------------------------------------------------------------------------Pag.17

Resumen El objetivo de esta experiencia parte con lograr demostrar experimentalmente que se pueden obtener la curvas características de una bomba centrifuga con la toma de datos y cálculos de los mismos. Para empezar se definen e identifican los componentes del equipo que en este caso serian la bomba y el motor, a continuación se procede a preparar el equipo instalando los wattmetros, verificando que H sea igual a 0, tomado datos técnicos de las placas de la bomba y el motor y generando una tabla para dar comienzo con la toma de datos, luego de tener los datos se procederá a hacer los respectivos cálculos para la obtención de las curvas características de la bomba centrifuga. Cabe mencionar que también se muestran los implementos utilizados para la realización de la experiencia y una introducción a los principales componentes del equipo como la bomba y el motor trifásico.

Objetivos. Al término de la experiencia el alumno estará en condiciones de: A.- Determinar las variables que caracterizan el funcionamiento de una Bomba centrifuga. B.- Reconocer una instalación típica que posea una bomba centrifuga. Determinar en forma experimental el rendimiento y las curvas características.

Elementos a emplear. Equipo hidráulico del laboratorio. 2 wattmetros con escala para 380 volts. 2 Amperímetros. Nudo de conexión. Chicotes de conexión.

Desarrollo practico. Identifique los componentes de la instalación. Motor eléctrico trifásico Es una máquina eléctrica rotativa, capaz de convertir la energía eléctrica trifásica suministrada, en energía mecánica. La energía eléctrica trifásica origina campos magnéticos rotativos en el bobinado del estator (o parte fija del motor). Los motores eléctricos trifásicos, se fabrican en las mas diversas potencias, desde una fracción de caballo hasta varios miles de caballos de fuerza (HP), se los construye para prácticamente, todas las tensiones y frecuencias (50 y 60 Hz) normalizadas y muy a menudo, están equipados para trabajar a dos tensiones nominales distintas. Se emplean para accionar máquinas-herramienta, bombas, montacargas, ventiladores, grúas, maquinaria elevada, sopladores, etc. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Cuando la corriente atraviesa los arrollamientos de las tres fases del motor, en el estator se origina un campo magnético que induce corriente en las barras del rotor. Dicha corriente da origen a un flujo que al reaccionar con el flujo del campo magnético del estator, originará un para motor que pondrá en movimiento al rotor. Dicho movimiento es continuo, debido a las variaciones también continuas, de la corriente alterna trifásica. Solo debe hacerse notar que el rotor no puede ir a la misma velocidad que la del campo magnético giratorio. Esto se debe a que a cada momento recibe impulsos del campo, pero al cesar el empuje, el rotor se retrasa. A este fenómeno se le llama deslizamiento. Después de ese momento vendrá un nuevo empuje y un

nuevo deslizamiento, y así sucesivamente. De esta manera se comprende que el rotor nunca logre alcanzar la misma velocidad del campo magnético giratorio. Es por lo cual recibe el nombre de asíncrono o asincrónico. El deslizamiento puede ser mayor conforme aumenta la carga del motor y lógicamente, la velocidad se reduce en una proporción mayor. Los motores de corriente alterna y los de corriente continua se basan en el mismo principio de funcionamiento, el cual establece que si un conductor por el que circula una corriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo magnético, éste tiende a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético. El conductor tiende a funcionar como un electroimán debido a la corriente eléctrica que circula por el mismo adquiriendo de esta manera propiedades magnéticas, que provocan, debido a la interacción con los polos ubicados en el estator, el movimiento circular que se observa en el rotor del motor. Partiendo del hecho de que cuando pasa corriente por un conductor produce un campo magnético, además si lo ponemos dentro de la acción de un campo magnético potente, el producto de la interacción de ambos campos magnéticos hace que el conductor tienda a desplazarse produciendo así la energía mecánica. Dicha energía es comunicada al exterior mediante un dispositivo llamado flecha.

PARTES Y FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR ELÉCTRICOSTRIFÁSICO.Independientemente del tipo de motor trifásico del que se trate, todos los motores trifásicos convierten la energía eléctrica en energía mecánica. 1. El estator: está constituido por un enchapado de hierro al silicio, introducido generalmente a presión, entre una carcasa de hierro colado. El enchapado es ranurado, lo cual sirve para insertar allí las bobinas, que a su vez se construyen con alambre de cobre, de diferentes diámetros. 2. El rotor: es la parte móvil del motor. Está formado por el eje, el enchapado y unas barras de cobre o aluminio unidas en los extremos con tornillos. A este tipo de rotor se le llama de jaula de ardilla o en cortocircuito porque el anillo y las barras que son de aluminio, forman en realidad una jaula. 3. Los escudos: están hechos con hierro colado (la mayoría de veces). En el centro tienen cavidades donde se incrustan cojinetes de bolas sobre los cuales descansa el eje del rotor. Los escudos deben estar siempre bien ajustados con respecto al estator, porque de ello depende que el rotor gire libremente, o que tenga "arrastres" o "fricciones".

Imagen de un motor trifásico

BOMBA CENTRIFUGA Las bombas centrífugas, también denominadas rotativas, tienen un rotor de paletas giratorio sumergido en el líquido. El líquido entra en la bomba cerca del eje del rotor, y las paletas lo arrastran hacia sus extremos a alta presión. El rotor también proporciona al líquido una velocidad relativamente alta que puede transformarse en presión en una parte estacionaria de la bomba, conocida como difusor. En bombas de alta presión pueden emplearse varios rotores en serie, y los difusores posteriores a cada rotor pueden contener aletas de guía para reducir poco a poco la velocidad del líquido. En las bombas de baja presión, el difusor suele ser un canal en espiral cuya superficie transversal aumenta de forma gradual para reducir la velocidad. El rotor debe ser cebado antes de empezar a funcionar, es decir, debe estar rodeado de líquido cuando se arranca la bomba. Esto puede lograrse colocando una válvula de retención en el conducto de succión, que mantiene el líquido en la bomba cuando el rotor no gira .Si esta válvula pierde, puede ser necesario cebar la bomba introduciendo líquido desde una fuente externa, como el depósito de salida. Por lo general, las bombas centrífugas tienen una válvula en el conducto de salida para controlar el flujo y la presión. En el caso de flujos bajos y altas presiones, la acción del rotor es en gran medida radial. En flujos más elevados y presiones de salida menores, la dirección de flujo en el interior de la bomba es más paralela al eje del rotor (flujo axial). En ese caso, el rotor actúa como una hélice. La transición de un tipo de condiciones a otro es gradual, y cuando las condiciones son intermedias se habla de flujo mixto.

FUNCIONAMIENTO DE UNA BOMBA CENTRIFUGA. Las bombas centrífugas mueven un cierto volumen de líquido entre dos niveles; son pues, máquinas hidráulicas que transforman un trabajo mecánico en otro de tipo hidráulico. Los elementos de que consta una instalación son: a) Una tubería de aspiración, que concluye prácticamente en la brida de aspiración. b) El impulsor o rodete, formado por un conjunto de álabes que pueden adoptar diversas formas, según la misión a que vaya a ser destinada la bomba, los cuales giran dentro de una carcasa circular. El rodete es accionado por un motor, y va unido solidariamente al eje, siendo la parte móvil de la bomba. El líquido penetra axialmente por la tubería de aspiración hasta la entrada del rodete, experimentando un cambio de dirección más o menos brusco, pasando a radial, (en las centrífugas), o hermaneciendo axial, (en las axiales), acelerándose y absorbiendo un trabajo .Los álabes del rodete someten a las partículas de líquido a un movimiento de rotación muy rápido, siendo proyectadas hacia el exterior por la fuerza centrífuga, creando una

altura dinámica de forma que abandonan el rodete hacia la voluta a gran velocidad ,aumentando también su presión en el impulsor según la distancia aleje. La elevación del líquido se produce por la reacción entre éste y el rodete sometido al movimiento de rotación) c) La voluta es un órgano fijo que está dispuesta en forma de caracol alrededor del rodete, a su salida, de tal manera que la separación entre ella y el rodete es mínima en la parte superior, y va aumentando hasta que las partículas líquidas se encuentran frente a la abertura de impulsión. Su misión es la de recoger el líquido que abandona el rodete a gran velocidad, cambiar la dirección de su movimiento y encaminarle hacia la brida de impulsión de la bomba .La voluta es también un transformador de energía, ya que frena la velocidad del líquido, transformando parte de la energía dinámica creada en el rodete en energía de presión, que crece a medida que el espacio entre el rodete y la carcasa aumenta, presión que se suma a la alcanzada por el líquido en el rodete. En algunas bombas existe, a la salida del rodete, una corona directriz de álabes que guía el líquido antes de introducirlo en la voluta. d) Una tubería de Impulsión, instalada a la salida de la voluta, por la que el líquido es evacuado a la presión y velocidad creadas en la bomba. Estos son, en general, los componentes de una bomba centrífuga aunque existen distintos tipos y variantes. La estructura de las bombas centrífugas es análoga a la de las turbinas hidráulicas, salvo que el proceso energético es inverso; en las turbinas se aprovecha la altura de un salto hidráulico para generar una velocidad de rotación en la rueda, mientras que en las bombas centrífugas la velocidad comunicada por el rodete al líquido se transforma, en parte, en presión, lográndose así su desplazamiento y posterior elevación. e) un eje o chavetera, el cual se usa para la transmisión de potencia entre el motor y la bomba centrifuga. f) una chumacera, que se utiliza como apoyo en las bombas centrifugas.

Preparación del equipo El equipo utilizado estaba ubicado en la sala de maquinas del la facultad tecnológica Proceda a la conexión de los instrumento (en este caso los wattmetros). Coloque en marcha el equipo y deje la llave de paso cerrada para comenzar con h=0, asegúrese de que h sea igual a cero o cercano para proceder. Proceda a abrir la llave de paso hasta que fluya una pequeña cantidad de líquido para comenzar a tomar las mediciones, abriendo poco a poco la llave para las diferentes mediciones. Registre los datos obtenidos en una tabla. Toma de datos Para lograr tomar las mediciones fue necesario hacer lo siguiente: En el caso de las presiones (P1 y P2) solo era necesario leer el valor que mostrara el manómetro este medido en PSIg.

Para la altura (h) se uso un instrumento llamado vertedero que tiene forma de V y por el cual pasa el caudal de agua medido en un tubo de vidrio con una regla ubicada fuera del contenedor del agua. La imagen muestra al vertedero (el de la imagen no es el que realmente se uso en el laboratorio si no que un ejemplo). Para medir la potencia(Watts 1 y 2) se utilizo la técnica de los 2 wattmetros la cual se muestra en la siguiente imagen:

Diagrama de la instalación (solo se aprecia la función de la bomba)

Especificaciones técnicas del equipo Bomba Marca: VOGT Año: 1977 Nº443 Tipo: 610 - 160 Tamaño: 3HP * 2850 Q= 12 m³/H H= 19 mca

Motor: Marca: Brown Boveri MU= 90 L2 A= 4,7 Tamaño: 3HP V Y 380 RPM

2850 RPM

Tabla de Datos obtenidos. lectura P1(PSIg) P2 H(mm) W1(Watts) W2(Watts) 1 0 34 0 280 1020 2 0 32 20 310 1050 3 0 32 37 350 1120 4 0 32 47 370 1150

5 0 29 57 430 1220 6 0 26 66 480 1280 7 0 23 72 520 1300 8 0 22 74 530 1330 9 0 21 74 530 1330 Desarrollo de cálculos. VARIABLES A DETERMINAR

Solución y datos obtenidos después del cálculo.

Q (lt/min) Q (m3/s) Hb (mca) Whid (kW) Wacc (kW) Rendimiento (%) 1 0 0 23,9205862 0 1300 0 2 12,5219807 0,0002087 22,5134929 46,0458754 1360 3,38572613 3 58,2911133 0,00097152 22,5134929 214,348306 1470 14,5815174 4 106,008987 0,00176682 22,5134929 389,816654 1520 25,6458325 5 171,705885 0,00286176 20,4028529 572,204019 1650 34,6790314 6 247,718179

0,00412864 18,292213 740,114569 1760 42,0519642 7 307,913891 0,0051319 16,181573 813,813414 1820 44,7150227 8 329,744332 0,00549574 15,4780264 833,619273 1860 44,8182405 9 329,744332 0,00549574 14,7744797 795,727488 1860 42,7810477 A continuación se presentan los resultados

Grafico Hb/Q Q M3/s Hb 0 23,9205862 0,0002087 22,5134929 0,000971519 22,5134929 0,001766816 22,5134929 0,002861765 20,4028529

0,004128636 18,292213 0,005131898 16,181573 0,005495739 15,4780264 0,005495739 14,7744797

Grafico Wacc/Q Q M3/s Wacc (kW) 0 1300 0,0002087 1360 0,00097152 1470 0,00176682 1520 0,00286176 1650 0,00412864 1760 0,0051319 1820 0,00549574 1860 0,00549574 1860

Grafico eficiencia/Q Q M3/s rendimiento 0 0 0,0002087 3,38572613 0,00097152 14,5815174 0,00176682 25,6458325 Análisis y conclusiones La primera acotación que se puede hacer es respecto a Z ( altura de rociadores respecto a la bomba, la cual se considero despreciable por ser una distancia muy pequeña en comparación a la que se usaría habitualmente para llevar agua a alturas mayores como por ejemplo para dar abastecimiento a un edificio por decir algo. Cabe agregar que las curvas obtenidas corresponden con las curvas características de una bomba centrifuga por lo que el laboratorio fue un éxito en cuanto a la obtención de los resultados propuestos. En cuanto a la los RPM que no se pudieron medir, señalaría de que estas disminuían a medida que se le agregaba mas trabajo a la bomba. Según los datos obtenidos se puede observar que la Hb (altura manométrica) disminuye a medida que aumenta el caudal y que la potencia de accionamiento aumenta a medida que aumenta el caudal.