Informe laboratorio: Potencia de Bomba Hidráulica

7/25/2019 Informe laboratorio: Potencia de Bomba Hidrulica

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LABORATORIO DE FLUIDOS, SLIDOS YTRANSFERENCIA DE CALOR 2015719 - 1

PREINFORME DE PRCTICA BOMBA CENTRFUGAGr!" B

Fabian Leonardo Aguirre Izaquita; David Felipe Orjuela Hurtado; Luna VioletaCastellanos Manosalva; Deisy Carolina Velandia egura

Departa!ento de Ingenier"a #u"!i$a% Fa$ultad de Ingenier"a

&niversidad 'a$ional de Colo!bia(ede )ogot* D+C+

Pr#$#%&'(" ') Danilo Andrs Revelo Vargas F#*+') 24de agosto de 2013

RESUMEN)Con la siguiente prctica se pretende dar a conocer el funcionamiento de unabomba idrulica! as" como aprender a mane#ar esta clase de e$uipos! las partesimportante % posibles errores $ue se podr"an cometer al momento de poner enmarca la bomba&'os resultados dan una clara muestra de la relaci(n $ue e)iste entre el caudal % laaltura de la vertedera pues tienen una relaci(n directamente proporcional& *simportante aclarar $ue se debe tener sumo cuidado con el nivel del tan$ue!controlar atentamente las vlvulas para obtener buenos resultados! pues seobserv( $ue al disminuir en poca proporci(n el caudal! en el vertedero no se dabanlecturas claras& +tra relaci(n directamente proporcional con el caudal fue la lecturadel dinam(metro pues entre ms alto caudal ms ,g mostraba ste- la velocidad

media calculada para cada uno de los ensa%os fue variando de la misma manera- elpotencial de freno es muco ma%or cuando a% m)imo caudal! pues necesitama%or potencia! puesto $ue este caudal presenta ma%or energ"a cintica % para suclculo se mantuvieron constantes las R./ aun$ue esto pudo aber variado enalgn momento no es signicativo pues a simple vista parec"a estable&

*l Re%nolds calculado fue mu% alto lo cual es coerente por$ue las part"culas delagua nunca siguen una tra%ectoria denida % ordenada&inalmente la prctica podr"a ser un poco me#or si se iciera una aclaraci(n sobre

las lecturas en los medidores de presi(n pues llega a ser confusa&

1 INTRODUCCIN

na bomba es una m$uina $ue absorbe energ"a mecnica de un uido $ue laatraviesa para compensarlo con un suministro proporcional de energ"a idrulica&

5al m$uina puede usarse para suministrar energ"a 6impulsar7 todo tipo de l"$uidos!


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incluso posee la capacidad de e#ercer su traba#o en presencia de una emulsi(n o unl"$uido con s(lidos suspendidos& 8a% de 2 tipos r#.#r#%*/' 29

a) Rotodinmicas% las cuales son rotativas! % cu%o (rgano impulsor es el:Rodete;&


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de la brida de cone)i(n del tubo de aspiraci(n 6a neta desucci(n&


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P"%#r #% .%*/"%'3/#%&" ' "3'

/otor del dinam(metro frenado % balan>a en cerosColocar los 3 re(statos en posici(n .render los ventiladores de enfria

ArrancColocar el re(stato de armadura en la posici

INICIO

1

Vericar vlvulas 65odas deben estar cerradas menos la de salida $ue permanece abiert

22 O#&/8"$ #$!#*:;*"$

221 Construir las curvas caracter"sticas de una bomba de tipo radial con u#oconstante durante la e)periencia! por medio de la representaci(n de la cabe>a total

desarrollada en funci(n del caudal! potencia al freno en funci(n del caudal! % laeciencia de la bomba en funci(n del caudal&

222Calcular la cabe>a neta positiva de succi(n 6?.


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a

Ar/r ' 8=8' (#

Ar/r ' 8=8' (# #%&r'('?1 (# *'(' @ #$!#r'r +'$&' "%T"3'r ' #*&r' (# .#r' (# ' ''%', !r#$/>% (# $**/>%, !r#$/>% (#

'@ ('&"$ !'r' 10 *'('#$

C#rr'r % !"*" ' 8=8' (# r#'*/>% (# *'('

2

C#rr'r ' 8=8' (# r#'*/>% @ (# #%&r'(' ' &S$!#%(#r .%*

.asar el interr.asar el interruptor de :'ine; a :


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41 C=*" (# *'(') ar este clculo se debe partir del clculo del nmero de Re%nolds debidoa $ue este se va a usar como criterio para distinguir el u#o entre un u#oturbulento! transitorio o laminar! este clculo se ace con la siguiente ecuaci(n9

N=Dv

2

D Dimetro de la tuber"a 6m7&

v Velocidad media del agua 6mHs7 Vmed=Q

A &


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O .ara u#o transitorio se puede asumir u#o turbulento % emplear la ecuaci(nanterior&

*l factor de fricci(n traba#ado en la ecuaci(n corresponde a Darc%! sin embargopara el clculo de las prdidas en las tuber"as mediante la ecuaci(n anteriormente

mencionada se re$uiere el factor de fricci(n de anning! en este caso se ace usode la siguiente relaci(n9

f=fDa

4 7

usando el resultado! % la siguiente ecuaci(n se determinan las prdidas porfricci(n9

8fs .rdidas por fricci(n 4f 6'HD76v2H2g7&

f actor de fricci(n de anning&' 'ongitud de la tuber"a 6m7&D Dimetro de la tuber"a 6m7&v Velocidad media del uido 6mHs7&

inalmente usando las prdidas por fricci(n en la siguiente ecuaci(n se determina lacabe>a total 6*sta ecuaci(n tiene en cuenta $ue la velocidad de succi(n % descargason iguales79

H=P dP s

g +Z+H

fs 9

.d .resi(n absoluta en la descarga 6pascales7&

.s .resi(n absoluta en la succi(n 6pascales7&

g Aceleraci(n de la gravedad (9,8m /s ) &

K Densidad del agua ( kgm ) &F G Diferencia de alturas entre la succi(n % la descarga 60 cm7&

4a en ,ilogramos % R./ revoluciones por minuto&


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44C=*" (# #;*/#%*/' (# ' "3')

.ara determinar la eciencia primero se debe determinar la potencia $ue se leentrega al uido 6Suido7 con la siguiente ecuaci(n9

SuidogN8NNK 11g Aceleraci(n de la gravedad (9,8m /s ) &

8 Cabe>a total desarrollada 6m7& Caudal 6m3Hs7&

K Densidad del agua ( kgm ) &

luego si se aplica la ecuaci(n a continuaci(n para determinar la eciencia9

=( WfluidoWfreno ) 12

45 E*'*/>% (# *=*" (# ' *'#' %#&' !"$/&/8' (# $**/>% NPS)

NPSH=PsPv

g +

vs2

2g 1


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Caudal en galones por minuto 6W./7! para la condici(n de eciencia m)ima6'e"do en la grca7&8 Cabe>a total en pies le"da de la grca para ver el valor de anterior&

5 RESULTADOS)

A 00 RPM

D/=3#&r" (# ' r:') 4HH 0,101 3

T'' 1'ecturas de presi(n de descarga! presi(n de succi(n! dinam(metro % alturavertedera&

E%$'@"A!#r&r

'

C'('A&r'*3

P(#$*'r'*3

P $**/>%*3

F#r' (# '"3' J

1 /a) 3E!12 T X1 4U00

2ma)X1vuelta

34!T 13!E X1 4E0

3ma)X3

1H2vueltas

34! 1E!E X14!E 400

4ma)XE

1H2

vueltas

33!2 21!E X10 44E0

Ema)XUvueltas

30!T 2U!E 0 3T00

ma)Xvueltas

2E!02 E1 300

Uma)X

1H2vueltas

20 ET T 23E0

ma)XTvueltas

14!3 2 10 21E0

N"&' E% ' #%&r#' (# r#$&'("$ $# !r#$#%&> % #rr"r ' !'$'r "$ ('&"$ '"&r' +"' !#$ $# /%8/r&/#r"% "$ 8'"r#$ (# !r#$/>% (# (#$*'r' @ $**/>%


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@ %" %"$ !#r*'&'3"$ ' &/#3!" P#r" "$ r#$&'("$ # $# '*''% (#!r#$#%&'r $/ #$&=% #% # "r(#% '(#*'("

T'' 2 'ecturas de presi(n de descarga 6.a7! presi(n de succi(n 6.a7!dinam(metro % altura vertedera&

E%$'@" A!#r&r'C'('A&r'*3

Pr#$/>% (#(#$*'r'

P'

Pr#$/>%$**/>%

P'

F#r' (#' "3'

J

1 /a) 3E!12 ET!3 E332! 4U00

2 ma)X1 vuelta 34!T T2E!UT E332! 4E0

3ma)X3 1H2

vueltas34! TE32E!23 EE32!3 400

4 ma)XE 1H2vueltas

33!2 103324!EE 132!12 44E0

Ema)XUvueltas

30!T 111323!U U40!32 3T00

ma)Xvueltas

2E!02 142E4!E4 E32!0 300

Uma)X 1H2

vueltas20 1E3320!3 ET!3 23E0

ma)XTvueltas

14!3 1EU31T!T UTT2!E2 21E0

MUESTRA DE CLCULOS)

5eniendo en cuenta la aclaraci(n anterior! a continuaci(n se e)plica la muestra declculos para la toma de datos nmero 1 $ue corresponde a la potencia m)ima dela bomba! toda su capacidad&

1 C=*" (# *'(')

*l primer paso es calcular los caudales respectivos para cada ensa%o&


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se procede a reempla>ar el F G por el valor le"do en la prctica $ue para lapotencia m)ima de la bomba fue 34!12 cm entonces9

K 0!0E1634!1272!4E 100!T4 'Hs

2 C'*" (# *'#' &"&' )

.ara reali>ar este clculo lo primero $ue se debe reali>ar es el clculo del nmerode Re%nolds para tener idea del rgimen de u#o en el $ue se encuentra el uido65urbulento! transitorio o laminar7! % con ello saber $u ecuaci(n para determinar elfactor de fricci(n de anning es la ms adecuada! no obstante! como en todos losensa%os el rgimen de u#o fue turbulento! se us( nicamente la ecuaci(n deColebroo,&Como para el clculo del ?mero de Re%nolds se necesita la Velocidad media delagua se procede a acer el siguiente clculo9

Vmed=Q

A=

Q

D

4

= 94,0494/ s

0,1016m

4

!( 1m10 )3

=12,4513m /s

N=

Dv

=

(0,1016m )12,4513m/ s1000kg/m

0,001kg /ms =1265053,5169

Como ?ReP 4000 se asume como u#o turbulento % se emplea la ecuaci(n deColeboo, para determinar primero el factor de fricci(n de darc%9

Rugosidad 0!1E mm&

1

fDa=2,0log( /D3,7 + 2,51NfDa)

Como para resolver se re$uiere iterar! se emple( la erramienta :Yuscar +b#etivo;presente en el programa /icrosoft *)cel! teniendo en una celda como condici(n la

ecuaci(n de Coleboo, igualada a 0 (2,0log( /D3,7 + 2,51NfDa)

1

fDa=0) ! % otra


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celda libre $ue es la $ue va a variar! pues corresponde a el valor de factor defricci(n de Darc%& Como valor inicial para la iteraci(n se us( un valor arbitrariodiferente de 0 6el cual corresponde a 0!001 %a $ue se encuentra en el mismo ordende las respuestas esperadas7& 'a respuesta para uno de los ensa%os es9

2,0log( /D3,7

+ 2,51NfDa)

1fDa

=0XXXXXXXXXXXXXXP fDaZ0!0212

Como fDaes 4 veces fanning9

f=fDa

4=

1,0164

4 "0,005456

Aora se calcula la longitud de la tuber"a a travs de la cual se estn generandoprdidas asociadas al u#o del agua! para este n se consideran todos lossegmentos de tuber"a desde la salida de la bomba asta la descarga& De acuerdo aldiagrama disponible para el monta#e de la bomba centr"fuga! se cuenta con lossiguientes accesorios desde la salida de la bomba asta la descarga en elvertedero9

X 1 secci(n de tuber"a de 40!E cm % 4 pulgadas de dimetroX 1 secci(n de tuber"a de 40!E cm % 3!E pulgadas de dimetroX 1 vlvula de globo&X 2 codos de T0[

X 1 secci(n de tuber"a de cm % 3!E pulgadas de dimetro&X 1 secci(n de tuber"a de 1T2 cm % 3!E pulgadas de dimetro&X U bridas

*n un balance general de la tuber"a se tienen las siguientes condiciones

X 1 secci(n de tuber"a de 40!E cm % 4 pulgadas de dimetroX 1 secci(n de tuber"a de 31!E cm % 3!E pulgadas de dimetroX 2 codos de T0[


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H fs=(40,005641)(3,185m /0,0889m)((16,2629m /s )2

29,8m/s )+(40,005456)(0,405m /0,1016m)(

(12,4529

+(20,3)(3,185m /0,0889m)((16,2629 m/s )2

29,8m / s )=19,6930m

'uego nalmente usando las prdidas por fricci(n se determina la cabe>a total 6879

H=P dP s

g +Z+Hfs=

86659,3Pa53328,8Pa9,8m /s 1000kg /m

+0,6m+19,6930m=23,6941m

% 3=/3' (# #;*/#%*/')


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*l caudal con el $ue se reali>a el clculo es el de m)ima eciencia& Adems estecaudal debe estar en W./ 6Walones por minuto7 la cabe>a total 687 en pies&

*n este caso el caudal de m)ima eciencia es el $ue corresponde al primer datodonde se encuentra abierta toda la vlvula&

Ns=nQ

0,5

H0,75

=

800&P'(0,10095m s ! 264gal

m !60 s

min )0,5

(23,6941m! f(0.30480m )0,75

=1221,93 f(/min

7 GRFICOS Y RESULTADOS FINALES

71 GRFICAS)

T'' a total de la bomba % caudal&

C'('3$

CABEALTOTAL

3

0!100TE 23!T41

0!0TT40 23!U103

0!0TU32 22!TT1

0!0T204 21!220

0!0U424 1E!00U

0!043T 10!20T0

0!02E41 !E4

0!0111U U!T231

Gr=;*' N" 1) cabe>a total de la bomba en funci(n del caudal9


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T'' 4 .otencia de freno % caudal&

C'('3$

POTENCIA ALFRENO

6'&/"$0!100TE 1T0T

0!0TT40 14T212

0!0TU32 12T32

0!0T204 1UTU

0!0U424 1EE0TE2

0!043T 1E1114

0!02E41 T34E4

0!0111U EE012

Gr=;*' N" 2) .otencia de freno en funci(n del Caudal


16/21

T'' 5 *ciencia de la bomba % caudal&

C'('3


17/21

72 RESULTADOS FINALES)

T'' % !'r' *'(' *'('

ENSAYOC'('3$

NPS 3

1 0,10095 1


18/21

6#"*/('( #$!#*:;*' (# ' "3' !'r' %' *"%(/*/>% (# 3=/3' #;*/#%*/')

Ns=1221,93 f(/min

ANLISIS DE RESULTADOS)

De acuerdo a las grcas obtenidas relacionando tanto los datos tomados 6talescomo la altura medida en el vertedero7 como los datos calculados 6 caudales encada determinaci(n % cabe>a total de la bomba7 se puede apreciar $ue los paresCabe>a total X Caudal % *ciencia X Caudal guardan una relaci(n e)ponencial con ungrado aceptable de precisi(n! otorgndole un cierto grado de conabilidad a lae)perimentaci(n reali>ada- sin embargo en el par .otencia de freno X Caudal ciertosdatos presentan un ale#amiento marcado a la tendencia constituida por los demsdatos tomados! lo $ue puede ser debido al amplio margen de uctuaci(n de lalectura en la balan>a encargada de medir la potencia de freno! aciendo $ue el

grado de incertidumbre de este instrumento afectar considerablemente todas lasdeterminaciones reali>adas con estas medidas&

.ese a lo anterior! se observa un comportamiento de resultados $ue concuerda conlo $ue se esperaba! % en general cumple con los re$uerimientos esperados delfuncionamiento de la bomba& *n todas las grcas se observa ciertaproporcionalidad entre las 2 magnitudes anali>adas- en el caso de la primeragrca! por e#emplo! se aprecia $ue a medida $ue aumenta el caudal saliente de labomba! la cabe>a total aumenta! lo cual tiene sentido %a $ue ma%ores caudalesre$uieren de ma%ores fuer>as de impulsi(n dentro del dispositivo! lo $ue se traduce

en una ma%or cobertura de la cabe>a de la bomba en cuesti(n! todo esto debido ala tendencia e)ponencial presentada por la relaci(n entre estas 2 magnitudes&

n comportamiento similar se observa en la grca nmero 29 A medida $ueaumenta el caudal! la potencia al freno es ma%or! pero a diferencia de la primeragrca! la l"nea de tendencia mostrada sugiere un comportamiento lineal dependiente positiva! sugiriendo $ue se re$uiere una cantidad similar de energ"aproporcional para mantener en funcionamiento la bomba a ese caudal&


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comportamiento general de la eciencia en cuesti(n parece ser totalmenteconcordante con lo $ue se espera en el funcionamiento de una bomba encondiciones normales! %a $ue una bomba de tipo radial debe estar dise=ada demodo $ue la eciencia no var"e de forma signicativa respecto a los caudalesmane#ados! es decir! una bomba debe ser capa> de operar a condiciones tales $ue

su eciencia se mantenga constante en un rango de condiciones especicados porel fabricante % dentro de los cuales es seguro operarla- lo anterior indica $ue laeciencia ?+ debe ser funci(n del caudal! o por lo menos esta no debe variar deforma abrupta como se observ( en los datos mostrados& Aun as"! % ba#o lascondiciones de operaci(n del laboratorio se pueden observar diferencias m"nimasen las eciencias $ue pueden ser e)plicadas por las fuer>as a las $ue puede estarsometida la bomba con cada caudal&

*l aspecto $ue en lo $ue a la eciencia respecta! es a la magnitud de los valorescalculados a partir de esos valores e)perimentales9 ?(tese $ue en general laeciencia de la bomba es inferior al E\! lo $ue es simplemente inaceptable& *l E\de eciencia no puede ser atribuido en su totalidad a los errores e)perimentales!pero estos contribu%en a la reducci(n de tal valor- en la prctica $ue nos respecta!mucas lecturas mostraron gran error debido a las uctuaciones sucesivas $ue enellas ten"an lugar! por e#emplo! la agu#a del dinam(metro $ue med"a la potencia alfreno! uctuaba de una forma tal $ue la incertidumbre de los datos calculadossuperaba los 1000 S& Como resultado se produ#o una ba#a en los valores de laeciencia de la bomba $ue repercuti( directamente en la eciencia en una formatan pronunciada $ue arro#( tales valores& *l control de vlvulas tambin es un buene#emplo de la prdida paulatina del control a medida $ue las condiciones deoperaci(n se acen ms dif"ciles de manipular! en gran parte debido a la toma de

decisiones a nivel apreciativo por parte del e)perimentador sin algn otro criteriode carcter cuantitativo&

'as tres grcas muestran! entonces un comportamiento ra>onable en donde seevidencian los re$uerimientos energticos en funci(n de bombear un uido aciertos caudales! % su magnitud en las cabe>as de altura& 'a eciencia por su partevar"a en pro del control de esas variables& .ero! ]$u se puede decir del nmero deRe%nolds^ Como se observa! este es alto lo $ue est en concordancia con loesperado9 lu#o turbulento en las condiciones de operaci(n de la bomba! dado $uese imprime una fuer>a relativamente alta para mantener la bomba en

funcionamiento! lo $ue e)pulsa el uido con una magnitud a tal $ue este sigue unatra%ectoria desordenada&

*n cuanto a la cabe>a positiva neta de succi(n! se puede observar como suvalor aumenta a medida $ue el caudal suministrado por la bomba aumenta! %a$ue como el uido tiende a ser incompresible! se genera un vac"o dentro de lamisma bomba $ue ace $ue se genere un gradiente de presiones desde laentrada asta la bomba misma! generando u#o&


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presentar el caso en $ue la presi(n en la alimentaci(n sea la misma $ue ele$uilibrio dictado por la temperatura a la $ue se encuentra ste! ocasionando laformaci(n de burbu#as por el proceso de ebullici(n % consecuentementecavitaci(n& 'a relaci(n lineal de los datos puede indicar $ue los datos seencuentran le#os de este punto! %a $ue a ma%ores caudales la succi(n generada

es muco ma%or % por ende la posibilidad de generar este e$uilibrio l"$uido Xvapor aumenta&

9 CONCLUSIONES)

1& *l grado de incertidumbre generado tanto por las uctuaciones presentes enalgunos de los instrumentos de medici(n como en los rangos de unidadesmane#ados pueden inuir considerablemente en la e#ecuci(n de clculos con el nde la obtenci(n de la eciencia de la bomba&

2&


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