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• Martín Sánchez González

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EFICIENCIA DE UNA BOMBA

Problema. En un sistema de flujo se requiere bombear agua con un flujo entre 30 y 35 GPM a un tanque que se encuentra a una presión manométrica de 1.0 kgf / cm 2. Determine si con ese flujo la bomba, con diámetro de impulsor de 4 7/8 in, opera a su máxima eficiencia y si la columna (cabeza) que suministra la bomba es aprovechada al máximo por el sistema. La bomba está acoplada a un motor de 2HP. Material: 2 Vernier 2 Flexómetros 1 Electro pinza 1 termómetro de mercurio DETERMINACION EXPERIMENTAL DEL PAR MOTOR - BOMBA:

DE

LAS

CURVAS

CARACTERÍSTICAS

Identifique los datos de la bomba y del motor en las placas correspondientes. Llene la siguiente tabla: Bomba

Marca: Diámetro del impulsor Serie: (Grupo):

CENTRIFUGA

Motor Marca:

Potencia:

RPM:

TRIFÁSICO

Medidas de seguridad para el desarrollo experimental Sistema eléctrico: 1. En la presencia del profesor(a) abrir la caja con los interruptores de cuchillas. Ambos interruptores deben estar desconectados; si no es así bajar las cuchillas. 2. Verificar que ningún motor se encuentre conectado. 3. Verificar que las zapatas de las líneas roja y azul de los transformadores, que entran y salen al wattmetro, estén correctamente conectadas: 3.1 Línea roja en K 3.2 Línea azul en 5 o 10 Amperes, según indique el profesor. 3.3 Que estén fijas (apretando las zapatas con el tornillo correspondiente en cada transformador). 4. Subir las cuchillas para contar con el servicio eléctrico a los motores 1

Sistema Hidráulico: 1. Verificar que el tanque receptor se encuentre vacío. (Ver indicador de nivel); si no, retornar el líquido al tanque de alimentación siguiendo la línea correspondiente y abrir las válvulas correspondientes. 2. Verificar que el tanque de alimentación se va llenando. Evitar derrame y desperdicio de agua (Ver indicador de nivel). 3. Alinear el sistema, es decir, abrir y/o cerrar válvulas que sean necesarias para que el agua fluya del tanque de alimentación al par motor - bomba especificado en el problema y que descargue al tanque receptor. Nota: Debido a que el tanque receptor estará presurizado, cerrar las válvulas de: a) las líneas que conectan las tomas de presión con los manómetros en “U” de la placa de orificio y del vénturi para evitar fuga de mercurio. b) la línea de retorno al tanque de alimentación, están ubicadas en la parte inferior izquierda de dicho tanque, para evitar salida de agua por la línea igualadora de presión a la atmósfera. 4. No bombear si el tanque de alimentación se encuentra a un 40% de su capacidad. Sistema mecánico: 1. Acoplar la bomba con el motor si no están acoplados. (Asesorarse con el profesor o con el Técnico del Taller de Mantenimiento). 2. Purgar la bomba para evitar cavitación, abrir la válvula de la línea de purga. 3. Verificar que el acople motor-bomba sea correcto para evitar rompimiento de flechas. Presurización del tanque receptor. 1. Con la asesoria del profesor(a) localizar el compresor cercano al cuarto de caldera y accionar el switch (aire húmedo), 2. Seguir la línea de salida del compresor para verificar la correcta alineación del compresor al tanque receptor, hasta lograr que el manómetro en dicho tanque marque 1 Kgf/cm2, según indique el profesor. 3. Para mantener constante dicha presión, conforme el tanque recibe el flujo de agua, se abre y/o cierra la válvula de la línea de salida de aire a la atmósfera. Recomendaciones para regular el flujo: 1. La válvula de globo, ubicada en la línea de descarga de la bomba, será la válvula de control de flujo. Con la válvula de control de flujo totalmente cerrada, (flujo = 0), accionar el motor-bomba y leer rápidamente en los manómetros correspondientes la presión de descarga (PD) y la de succión (PS) de la bomba. Anotar los valores. Apagar la bomba. 2. Con la válvula de control de flujo totalmente abierta; es decir, flujo máximo, accionar la bomba y leer rápidamente en los manómetros correspondientes la

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presión de descarga y la de succión de la bomba, anotar los valores. Apagar la bomba. 3. Con base en los valores de presión de descarga medidos en los límites: de totalmente cerrado a totalmente abierto, dividir en 5 intervalos los valores de la presión de descarga. Anotar los valores acordados. DESARROLLO EXPERIMENTAL 1. Observar cuidadosamente las escalas de los instrumentos de medición y hacer las mediciones utilizando el sistema de unidades que indique el profesor(a). 2. Iniciar la primera medición con válvula totalmente cerrada. Y rápidamente hacer las lecturas para no forzar la bomba. 3. Abrir la válvula de control de flujo hasta lograr el primer valor de la presión de descarga. El flujo se medirá en el rotámetro correspondiente. 4. Sin parar la bomba aumentar el flujo que corresponda con las presiones de descarga seleccionadas. 5. Conforme se llena el tanque receptor verificar que la presión en ese tanque se mantenga constante. 6. Para cada Presión de descarga (desde flujo cero a flujo máximo) realice las mediciones solicitadas en la siguiente Tabla 1 TABLA 1 PD

PS

(Kgf /cm2 )

(Kgf /cm2 )

(lbf /in2)

(lbf /in2)

POT. ELEC. (Watts)

INTENSIDAD I (Amp)

(cm Hg)

RPM

FLUJO ESCALA (HCl 30%)

(GPM)

FLUJO AGUA (GPM)

FLUJO AGUA (m3 /s) ó (ft3 /s)

 PORIFICIO (cm Hg)

 PVENTURI (cm Hg)

7. Terminadas las mediciones apagar la bomba. 8. Desacoplar, la bomba del motor. 9. Accionar el motor y medir: 1) Potencia eléctrica suministrada watts, sin acoplar (S/A) W o = 2) Intensidad de corriente en amperes, sin acoplar (S/A) I 0 = 10. Retornar el agua al tanque de alimentación por la línea correspondiente. 11. Abrir poco a poco la válvula de salida de aire a la atmósfera hasta que el manómetro del tanque marque cero. 3

Medidas de seguridad para paro de equipo. 1. Desconectar el motor girando debidamente y con cuidado la clavija. 2. Enredar el cable del motor. 3. Bajar los dos interruptores de cuchilla. 4. Cerrar la caja de los interruptores. 5. Cerrar las válvulas de succión y descarga de la bomba. 6. Apagar el compresor.

Cálculos para la elaboración de las Curvas de la bomba 1. En un diagrama que represente la bomba como sistema, marque los puntos 1 y 2 para aplicar la ecuación de balance de energía mecánica. . 2. Indicar las simplificaciones que puede hacer en el balance para determinar el trabajo que realiza la bomba. Escribir la ecuación simplificada: 3. Calcular el trabajo y la potencia de la bomba correspondiente a cada flujo Utilice el sistema de unidades indicado por el profesor(a). 4. Transforme el trabajo de bombeo a unidades de longitud: Columna o Cabeza de la bomba. Escriba sus resultados en la siguiente Tabla 2. TABLA 2

FLUJO DE H2O /s) ó (ft3 /s)

(m3

W f (Kgf m/Kg) (lbf ft/lbm)

Potencia (HP)

H (m) ó (ft)

5. Con lo datos de potencia eléctrica e intensidad de corriente para cada flujo determinar: la potencia mecánica del motor, la eficiencia del motor y de la bomba. Utilizar el Método de pérdidas separadas1 (Ver Anexo). Escribir los resultados en la tabla 3. TABLA 3 I PÉRDIDAS EN EL MOTOR SIN ACOPLAR 1

Pérez Camacho Ricardo, Tesis, 1982

4

(PeEJ)(S/A)=Io2Ro =

PeMM(S/A) = Wo - PeEJ(S/A) = II PÉRDIDAS EN EL MOTOR ACOPLADO

FLUJO (GPM)

POTENCIA ELECTRICA (Watts)

I

(Amp)

PeEJ (Watts)

PeTE (Watts)

PCR

(Watts)

0

BHP S

PeDR (Watts)

PFM (Pot. Mec.) (Watts)

M

(%)

B

(%)

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6. Mostrar en una gráfica (Gráfica 1) las curvas características del par motorbomba experimentales de acuerdo a la variación flujo volumétrico:  Columna de la bomba (m o ft)  La Potencia mecánica (HP), conocida como BHP  La Eficiencia de la bomba (%)  Potencia eléctrica (HP). 7. Utilizar para cada curva la escala correspondiente. DETERMINACION DEL TRABAJO Y COLUMNA (CABEZA) QUE REQUIERE EL SISTEMA

1. En un diagrama de flujo o isométrico representar el sistema de flujo marque los puntos 1 y 2 para hacer el balance de energía. 2. Aplicar la ecuación de balance de energía mecánica, indique si se pueden hacer simplificaciones en la ecuación, argumente por escrito cuales y porqué. Escriba la ecuación simplificada. 3. Para determinar las pérdidas de energía por fricción hacer un inventario de válvulas y accesorios que se encuentran en el sistema de flujo. 4. Identificar primero el diámetro nominal de cada tramo de tubería, márquelo en el diagrama de flujo. 5. Para cada tramo llene una tabla como la siguiente indicando los valores de (L/D), (K) y/o Le correspondientes a cada accesorio. Medir con un flexómetro la longitud de tramo recto de tubería. D N __________ ( in) o

N de tramo: ________

L TRAMO RECTO __ __( m) DEXT

Tipo de Accesorio o Válvula

Cantidad

cm

(L/D)

DINT

cm

K

Le

 Le + L TR = 6. Con los valores de  Le + L TR determine las pérdidas por fricción para cada tramo y para cada flujo. 7. Cuando el tanque no se encuentre presurizado medir las pérdidas de presión de la

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placa de orifico y en el venturi se miden directamente en los manómetros en “U”. Escriba los valores en las columnas correspondientes de la Tabla 1. 8. Determine el trabajo mecánico, la Columna y la Potencia que requiere el sistema. Escriba sus resultados en la siguiente Tabla 5. Tabla 5 FLUJO DE H2O /s) ó (ft3 /s)

(m3

Wf (Kgf m/Kg) ó (lbf ft/lbm)

H (m) ó (ft)

Potencia (HP)

0

CUESTIONARIO 1. Evalúe la contribución de cada energía que interviene en el trabajo que requiere el sistema para flujo = 0 y para flujo máximo. Reportar dicha contribución en % considerando el trabajo de bombeo como el 100%. 2. Muestre en una (Gráfica 2), cómo varía la columna del sistema con la variación de flujo, desde flujo cero hasta el flujo máximo. 3. Anexe a esta gráfica la curva de cabeza de la bomba y la curva de eficiencia que determinó en la primera parte. ¿Existe un punto de intersección entre las dos curvas? 4. ¿Qué nombre recibe este punto de intersección y cuál es su significado? 5. Para el flujo solicitado, ¿Cómo es el valor de la cabeza de la bomba con respecto al del sistema? Y ¿Cuál es el valor de la eficiencia? 6. ¿Es correcto operar el sistema con ese par motor-bomba?. ¿Tendría que hacer alguna modificación para lograr un consumo de energía optimo, asegurar el flujo solicitado y lograr la máxima eficiencia? 7. Argumente cada una de sus recomendaciones y muestre ecuaciones empleadas, los cálculos y gráficas que avalan las recomendaciones dadas. Anexo Determinación experimental de la potencia real del motor. I PÉRDIDAS EN EL MOTOR SIN ACOPLAR

a) Pérdidas por calentamiento del motor o pérdidas por efecto de Joule (PeEJ), sin acoplar (S/A) el motor a la bomba:

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(PeEJ)(S/A)=Io2Ro Donde: Io es intensidad de la corriente Ro es resistencia en ohms. Para motor 2 HP; 2.45 ohms. b) Pérdidas mecánicas y magnéticas del motor (PeMM) sin acoplar el motor a la bomba. PeMM(S/A) = Wo - PeEJ(S/A) Donde: Wo son Watts consumidos por el motor sin acoplar. I PÉRDIDAS EN EL MOTOR ACOPLADO

c) Pérdidas por calentamiento del motor acoplado (A) a la bomba (PeEJ). PeEJ(A)=I2Ro I es Intensidad de corriente para cada flujo. Ro es resistencia en ohms. d) Pérdidas totales en el Estator. (PeTE) PeTE = PeMM + PeEJ e) Potencia comunicada al Rotor. (PCR) PCR = W - PeTE W son Watts consumidos por el motor para cada flujo. f) Pérdidas por deslizamiento del Rotor. (PeDR) PeDR=PCR*S

S es el Factor de deslizamiento RPM son: Revoluciones por minuto del motor. g) Potencial en la flecha del motor (PFM), conocida como Potencia al freno: PFM = PCR - PeDR Por lo tanto la eficiencia del motor M es:

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Si la potencia final en la flecha del motor se expresa en unidades de HP, se obtiene la conocida Potencia al freno Break Horse Power: (BHP), y si la Potencia eléctrica suministrada se expresa en HP se denominará EHP, entonces la eficiencia del motor será:

De esto último deduzca cómo calcular la Eficiencia de la bomba B

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