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Universidad Tecnológica de Panamá Facultad de Ingeniería Eléctrica Ingeniería Electromecánica Grupo: 1IE451 /subgrupo: A

Informe de laboratorio #2 “CURVA CARACTERÍSTICA H x Q DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA” Instructor Ramiro Cabrera Integrantes Arciniegas, Manuel 8-909-990 Castillo, Luis 9-748-1869 González, Blas 6-719-1790 Morales, José 1-738-528 Fecha de entrega 21-5-2019

Universidad Tecnológica de Panamá Facultad de Ingeniería Eléctrica Ingeniería Electromecánica Grupo: 1IE451 /subgrupo: A

OBJETIVOS El objetivo principal de esta experiencia consiste en observar, analizar y comprender el funcionamiento de una bomba centrífuga y obtener la curva característica de carga-caudal de la misma. Nos encargaremos de graficas las curvas de carga de la bomba, y de realizar y entender la puesta en marcha de una bomba centrifuga, así como también comprender todo acerca d su funcionamiento y regulaciones necesarias.

MARCO TEÓRICO Cuando es necesario seleccionar una bomba centrífuga, la principal fuente de información para la selección adecuada de la misma, es sin duda, sus curvas características. Las curvas características proveen la información básica necesaria para predecir las condiciones de operación de una bomba en un sistema dado. La curva característica carga (H) versus caudal (Q) es comúnmente considerada la más importante, porque ésta relaciona los dos parámetros fundamentales en la operación de un sistema de bombeo, a saber, carga y caudal. En este reporte se trabajará con una bomba disponible en el laboratorio para hacer una serie de procedimientos, mediante los cuales se medirá la presión de succión y de descarga de la bomba, así como el caudal bombeado. La bomba centrífuga, también denominada bomba rotodinámica, es actualmente la máquina más utilizada para bombear líquidos en general. Las bombas centrífugas son siempre rotativas y son un tipo de bomba hidráulica que transforma la energía mecánica de un impulsor en energía cinética o de presión de un fluido incompresible. El fluido entra por el centro del rodete o impulsor,1 que dispone de unos álabes para conducir el fluido, y por efecto de la fuerza centrífuga es impulsado hacia el exterior, donde es recogido por la carcasa o cuerpo de la bomba. Debido a la geometría del cuerpo, el fluido es conducido hacia las tuberías de salida o hacia el siguiente impulsor. Son máquinas basadas en la Ecuación de Euler. Curva Característica La Curva Característica de una Bomba Centrífuga, es un gráfico que representa la relación única de Carga – Caudal que garantiza la Bomba a determinada velocidad de rotación de su impulsor. El impulsor o rodete de una Bomba Centrífuga es el componente que, a través de su rotación a altas velocidades, incrementa la velocidad del fluido generando a la vez el incremento de la energía cinética en el fluido bombeado. Las características geométricas (forma, tipo y tamaño) del impulsor son las que definen la Curva Característica de una Bomba Centrífuga.

Universidad Tecnológica de Panamá Facultad de Ingeniería Eléctrica Ingeniería Electromecánica Grupo: 1IE451 /subgrupo: A De esta forma, los fabricantes de las Bombas para Agua y otros productos, suelen generar para cada uno de sus modelos, Catálogos desde los cuales el diseñador de las Estaciones de Bombeo pueda seleccionar la Curva Característica de una Bomba Centrífuga en función del punto de operación de la instalación en la que ésta se dispondrá. Un ejemplo de Curva Característica de una Bomba Centrífuga se presenta en la siguiente figura, en la que hemos anotado varios de sus componentes principales:

EQUIPOS Y MATERIALES: -

Banco de pruebas para bombas en serie y paralelo (Fig. 1). Cronómetro. Llave de tuercas # 14 cerrada o destornillador plano.

PROCEDIMIENTO 1. Llene el depósito inferior de agua. 2. Ponga agua en el depósito superior hasta que el indicador de nivel muestre una columna inicial de 10 cm o cualquier otra referencia. 3. Estudie y reconozca la operación del banco de bombas. 4. Cerciórese de que todas las válvulas de succión y descarga estén cerradas. 5. Asegúrese de cebar las bombas, utilice para ello la Llave de tuercas # 14 cerrada. 6. Abra la válvula V5 del tanque 3 (inferior) y la válvula de succión V7 de la bomba manteniendo cerrada la válvula de descarga V11. 7. Introduzca la llave en el interruptor de encendido principal y gire la llave para activar el sistema. La luz roja es indicativa de que el sistema está activo. 8. Seleccione la operación manual de la bomba 1. 9. Accione el interruptor de la bomba1. 10. Abra totalmente la válvula de descarga de la bomba 1 (V11) y la válvula V3 (entrada al tanque 3).

Universidad Tecnológica de Panamá Facultad de Ingeniería Eléctrica Ingeniería Electromecánica Grupo: 1IE451 /subgrupo: A 11. Abra la válvula de descarga total V15 por aproximadamente 10 segundos (Al hacer esto, el agua recirculará desde y hacia el tanque 3 a través de la bomba 1, esto es útil para liberar gases atrapados en la línea). 12. Cierre la válvula V15. Anote la presión de succión del manómetro VAC-1 y la presión de descarga de la bomba 1, mostrada en el manómetro M1. Abra la válvula V1 y mantenga cerrada la válvula V2. 13. Abra lentamente la válvula de descarga total V15 hasta que la presión de descarga en el manómetro M1 disminuya en 5 psi o hasta una disminución de la presión tal que permita repetir el experimento para diferentes presiones, con al menos 5 puntos de ensayo. Mantenga la descarga de la bomba comunicada con el tanque 3, es decir, que la válvula del tanque 2 (V2) debe estar cerrada mientras que las válvulas V1 y V3 abiertas. 14. Tome nota de la presión de succión y presión de descarga de la bomba 1. 15. Prepare un cronómetro y cierre la válvula V3, el agua descargará ahora a través de la válvula V1 hacia el tanque 1. Tan pronto escuche al agua caer dentro del tanque 1, accione el cronómetro. Al transcurrir 60 segundos abra la válvula V3 (el agua empezara a recircular hacia el tanque 3, sin alterar la columna de agua colectada previamente en el tanque 1. 16. Mida la altura (h) en el indicador de nivel del tanque 1 (superior). 17. Repita el procedimiento anterior (puntos 13 a 16) hasta llegar al mínimo valor de presión de descarga de la bomba 1, con al menos 5 puntos de ensayo. Nota: Verificar la altura de la columna de agua en el tanque superior, de ser necesario, abra la válvula V4, la cual conecta el tanque 1 con el tanque 3, para drenar el tanque superior. Luego, continúe con el experimento hasta la máxima apertura de la válvula V15. 18. Drene el tanque superior hacia cualquiera de los tanques inferiores, manipulando las válvulas respectivas. 19. Apague la bomba 1 y cierre todas las válvulas.

RESULTADOS  Confeccione una tabla para los datos medidos en el experimento. Tabla 1. Datos obtenidos para el experimento en la bomba 1.

Muestra 1 2 3 4 5 6

P entrada (psi) 0 0 0 0 0 0

P salida (psi) 35 30 25 20 15 10

Hi (m)

Hf (m)

Tiempo (s)

0,11 0,11 0,11 0,11 0,11 0,11

-0,035 0,003 0,035 0,055 0,065 0,068

60 60 60 60 60 60

Universidad Tecnológica de Panamá Facultad de Ingeniería Eléctrica Ingeniería Electromecánica Grupo: 1IE451 /subgrupo: A Tabla 2: Datos obtenidos para el experimento en la bomba 2.

P entrada (psi) 0 0 0 0 0

Muestra 1 2 3 4 5

P salida (psi) 30 25 20 15 10

Hi (m)

Hf (m)

Tiempo (s)

0,11 0,11 0,11 0,11 0,11

-0,072 -0,02 0,04 0,055 0,07

60 60 60 60 60

Para el calculo de la H (bomba) se utilizará la siguiente ecuación: 𝐻=

𝑃2 − 𝑃1 𝜌𝑔

Tabla 3. Resultados obtenidos de H (m) para la bomba 1.

Muestra 1 2 3 4 5 6

Muestra 1 2 3 4 5 6

P entrada (psi) 0 0 0 0 0 0

P entrada (Pa) 0 0 0 0 0 0

P salida (psi) 35 30 25 20 15 10

P salida (Pa) 241316.6 206842.8 172369.0 137895.2 103421.4 68947.6

∆P (psi)

∆P (Pa) 24.1216.6 206842.8 172369.0 137895.2 103421.4 68947.6

35 30 25 20 15 10 H (bomba) (m) 24.7 21.1 17.6 14.1 10.6 7.0

Universidad Tecnológica de Panamá Facultad de Ingeniería Eléctrica Ingeniería Electromecánica Grupo: 1IE451 /subgrupo: A Tabla 4. Resultados obtenidos de H (m) para la bomba 2.

Muestra 1 2 3 4 5

Muestra 1 2 3 4 5

P entrada (psi) 0 0 0 0 0

P salida (psi) 30 25 20 15 10

P entrada (Pa) 0 0 0 0 0

P salida (Pa) 241316.6 206842.8 172369.0 137895.2 103421.4

∆P (psi)

H (bomba)

30 25 20 15 10

0,0150 0,125 0,010 0,0075 0,0.05

∆P (Pa) 24.1216.6 206842.8 172369.0 137895.2 103421.4

H (bomba) (m) 24.7 21.1 17.6 14.1 10.6

Tabla 5. Variaciones en la altura de cada bomba.

Muestras B1 / B2 1 2 3 4 5 6

∆h (m) B1 0,075 0,113 0,145 0,165 0,175 0,178

∆h (m) B2 0,038 0,09 0,15 0,165 0,18

Para el calculo de los caudales, ya contábamos con el radio, y utilizamos la altura obtenida en las variaciones de cada bomba para finalmente encontrar el volumen. Volumen 𝑉 = 𝜋𝑟2𝛥ℎ Caudal 𝑄 =

𝑉 𝑡

Universidad Tecnológica de Panamá Facultad de Ingeniería Eléctrica Ingeniería Electromecánica Grupo: 1IE451 /subgrupo: A Tabla 6. Datos obtenidos de caudal para bomba 1 y bomba 2.

Volumen

Tiempo

0,0075537 0,01138091 0,01460382 0,01661814 0,0176253 0,01792745

60 60 60 60 60 60

0,00382721 0,00906444 0,0151074 0,01661814 0,01812888

60 60 60 60 60

Caudal (m^3/s) BOMBA 1 0,000125895 0,000189682 0,000243397 0,000276969 0,000293755 0,000298791 BOMBA 2 6,37868E-05 0,000151074 0,00025179 0,000276969 0,000302148

Caudal (L/min) 7,55 11,38 14,60 16,62 17,63 17,93 3,83 9,06 15,11 16,62 18,13

Gráfica 1.Curva característica de bomba 1 y bomba 2.

Curvas carcterísticas Caudal vs Carga

30,00000

Cabeza de agua (m)

25,00000 20,00000 15,00000 10,00000 5,00000

0,00000 0,0000

2,0000

4,0000

6,0000

8,0000 10,0000 12,0000 14,0000 16,0000 18,0000 20,0000 Caudal (L/min)

Universidad Tecnológica de Panamá Facultad de Ingeniería Eléctrica Ingeniería Electromecánica Grupo: 1IE451 /subgrupo: A

Ilustración 1 Banco utilizado en la experiencia.

CONCLUSIÓN Con esta experiencia de laboratorio nos instruimos sobre el manejo de un sistema de bombas; Con la obtención de los datos fue posible trazar la curva característica de cada bomba. En el gráfico de la curva, los datos involucrados fueron el caudal y la cabeza de agua o carga, permitiendo observar que mientras mayor sea el caudal, menor será la cabeza de agua que se obtendrá, es decir, que la energía que proporcione una bomba es inversamente proporcional al caudal que la misma impulse. Además, con este tipo de curvas es posible hacer otros análisis a partir del caudal y obtener una idea de lo que pasará, permitiendo a los usuarios llevar a cabo los procesos con un funcionamiento óptimo.

REFERENCIAS Antioquía, E. d. (s.f.). Obtenido http://fluidos.eia.edu.co/lhidraulica/guias/bombas/Bombas.html

de

Arlette Mayela Canut Noval, F. J. (2008). Curvas de bombas. México. Obtenido de http://www.fjartnmusic.com/Personal/6o_Semestre_files/CB.pdf S., Y. E. (2011). Curvas características de una bomba.