Informe de las curvas características de la bomba centrífuga 100-200 del laboratorio de termohidráulica de la UNCP (página 2)

BOMBA CENTRÍFUGA

       Una bomba centrífuga es una máquina que consiste de un conjunto de paletas rotatorias encerradas dentro de una caja o cárter, o una cubierta o coraza. Se denominan así porque la cota de presión que crean es ampliamente atribuible a la acción centrífuga. Las paletas imparten energía al fluido por la fuerza de esta misma acción. Así, despojada de todos los refinamientos, una bomba centrífuga tiene dos partes principales: (1) Un elemento giratorio, incluyendo un impulsor y una flecha, y (2) un elemento estacionario, compuesto por una cubierta, estoperas y chumaceras. En la figura 2 se muestra una bomba centrífuga.

FUNCIONAMIENTO

      El flujo entra a la bomba a través del centro o ojo del rodete y el fluido gana energía a medida que las paletas del rodete lo transportan hacia fuera en dirección radial. Esta aceleración produce un apreciable aumento de energía de presión y cinética, lo cual es debido a la forma de caracol de la voluta para generar un incremento gradual en el área de flujo de tal manera que la energía cinética a la salida del rodete se convierte en cabeza de presión a la salida.      

PARTES DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA:

Carcasa.   Es la parte exterior protectora de la bomba y cumple la función de convertir la energía de velocidad impartida al líquido por el impulsor en energía de presión.  Esto se lleva a cabo mediante reducción de la velocidad por un aumento gradual del área.

Impulsores. Es el corazón de la bomba centrífuga. Recibe el líquido y le imparte una velocidad de la cual depende la carga producida por la bomba.

Anillos de desgaste. Cumplen la función de ser un elemento fácil y barato de remover en aquellas partes en donde debido a las cerradas holguras entre el impulsor y la carcasa, el desgaste es casi seguro, evitando así la necesidad de cambiar estos elementos y quitar solo los anillos.

Estoperas, empaques y sellos. la función de estos elementos es evitar el flujo hacia fuera del líquido bombeado a través del orificio por donde pasa la flecha de la bomba y el flujo de aire hacia el interior de la bomba.

Flecha. Es el eje de todos los elementos que giran en la bomba centrífuga, transmitiendo además el movimiento que imparte la flecha del motor.

Cojinetes. Sirven de soporte  a la flecha de todo el rotor en un alineamiento correcto en relación con las partes estacionarias.  Soportan las cargas radiales y axiales existentes en la bomba.

Bases. Sirven de soporte a la bomba, sosteniendo el peso de toda ella.

CARGA DE SUCCIÓN Y ELEVACIÓN DE SUCCIÓN Y ALGUNAS CONDICIONES DE SUCCIÓN.

Elevación de succión.

Es la suma de la elevación estática de succión, de la carga de fricción de succión total y de las pérdidas de admisión (la elevación de succión es una carga de succión negativa).

Carga de succión.

Es la carga estática de succión menos la carga de fricción total y las pérdidas de admisión, más cualquier presión que se encuentre en la línea de succión. Es una presión negativa (hay vacío) y se suma algebraicamente a la carga estática de succión del sistema.

Condiciones de succión.

Por lo que respecta al líquido, se tomará en cuenta la influencia de su presión sobre la succión.

Presión de vapor.

Si un líquido se encuentra a una temperatura arriba de su punto de ebullición, sufre evaporación en su superficie libre. En el seno del líquido se origina una presión que se llama presión de vapor y que está en función directa con la temperatura del líquido.

Presión de bombeo.

Destinemos una bomba cualquiera para bombear un líquido. Al funcionar la bomba, tiende a formar un vacío en el seno del líquido. Éste succionar se conoce como presión de bombeo.

Carga neta de succión positiva (NPSH).

Es la presión disponible o requerida para forzar un gasto determinado, en litros por segundo, a través de la tubería de succión, al ojo del impulsor, cilindro o carcasa de una bomba. En el bombeo de líquidos la presión en cualquier punto en la línea de succión nunca deberá reducirse a la  presión de vapor del líquido.

NPSH disponible.

Esta depende de la carga de succión o elevación, la carga de fricción, y la presión de vapor del líquido manejado a la temperatura de bombeo. Si se varía cualquiera de estos puntos, la NPSH puede alterarse.

NPSH requerida.

Esta depende sólo del diseño de la bomba y se obtiene del fabricante para cada bomba en particular, según su tipo, modelo, capacidad y velocidad.

Cebado de las Bombas.

Consiste en la extracción del aire de la tubería de succión de la bomba para permitir un correcto funcionamiento. Esta operación se realiza en todas las bombas centrífugas ya que no son autocebantes, generalmente cuando ésta se encuentra en una posición superior al tanque de aspiración.

Carga Hidráulica.

Es la energía impartida al líquido por la bomba, es decir, la diferencia entre la carga de descarga y la succión.

Punto de Shut-off.

Representa la carga hidráulica que produce la bomba cuando el caudal a través de ella es nulo. (La válvula a la salida de la bomba esta cerrada, con el fluido en contacto con el rodete).

Potencia Absorbida  (N).

Representa la potencia requerida por la bomba para transferir líquidos de un punto a otro y la energía requerida para vencer sus pérdidas.

Potencia Hidráulica (Ph).

Potencia cedida al líquido en el proceso de su transferencia de un punto a otro.

Rango de Operación.

Es la zona en la cual la bomba opera en forma eficiente. Esta zona se determina como:

Eficiencia Mecánica.

Es la eficiencia relacionada con las pérdidas de energía útil, debidas al rozamiento en el cojinete, prensa-estopas y el rozamiento del fluido en los espacios entre la cubierta del rodete y la carcasa de la máquina, llamado rozamiento del disco y se define para una bomba centrifuga como:

Eficiencia Hidráulica.

Se define en términos de la relación entre el trabajo específico ideal de la máquina y el real del rodete, el trabajo específico ideal de la máquina se calcula basado en las condiciones totales o estáticas.

Eficiencia Total.

Redefine en términos de la relación entre la potencia eléctrica suministrada a la máquina y la potencia hidráulica entregada por ésta.

CURVAS CARACTERÍSTICAS

    Antes de que un sistema de bombeo pueda ser diseñado o seleccionado debe definirse claramente su aplicación. Así sea una simple línea de recirculación o un gran oleoducto, los requerimientos de todas la aplicaciones son siempre los mismos, es decir, trasladar líquidos desde un punto a otro. Entonces, esto obliga a que la bomba y el sistema tengan iguales características para que este diseño sea óptimo.        La manera de conocer tales características se realiza con la ayuda de las curvas características de la bomba, las cuales han sido obtenidas mediante ensayos realizados en un banco de pruebas el cual posee la instrumentación necesaria para medir el caudal, velocidad de giro, momento de torsión aplicado y la diferencia de presión entre la succión y la descarga de la bomba, con el fin de poder predecir el comportamiento de la bomba y obtener el mejor punto de operación el cual se conoce como PME, variando desde una capacidad igual a cero hasta un máximo, dependiendo del diseño y succión de la, bomba.

   Generalmente este tipo de curvas se obtienen para velocidad constante, un diámetro del impulsor específico y un tamaño determinado de carcasa, realizando la representación gráfica de la carga hidráulica (curva de estrangulamiento), potencia absorbida  y eficiencia adiabática contra la capacidad de la bomba.

   Estas curvas son suministradas por los proveedores de bombas, de tal manera que el usuario pueda trabajar según los requerimientos de la instalación sin salir de los intervalos de funcionamiento óptimo, además de predecir que ocurrirá al variar el caudal manejado, sirviendo como una gran herramienta de análisis y de compresión del funcionamiento del equipo.  

ESQUEMA DE POTENCIA PARA UNA BOMBA CENTRÍFUGA

ECUACIONES POTENCIA ELÉCTRICA

EQUIPOS Y/O MATERIALES

• 1 Bomba centrifuga HIDROSTAL 100-200.

PROCEDIMIENTO

2. Determinar la curva de altura de la instalación y graficarlo para diferentes caudales, con la tabla de datos ya procesados.
3. Calcular la eficiencia de la bomba a partir de la potencia útil y la potencia al eje, para luego graficarlo.

TABLA DE DATOS SUPUESTOS

ANÁLISIS DE LOS CÁLCULOS PARA LA TABLA DE DATOS PROCESADOS

* Q=V.A ; Q=Volumen/tiempo

* Q=0.318/47=0.00671 m^3/s

*

*

* Peje = 5830.08 W

* Potencia hidráulica = Ph =

* Ph = (9790).(21.232).(0.00671) = 1394,491

* ………………….(1)

* V=Q/A

* Ve = m/s

* Vs = m

*

* m

*

* H g = altura geodésica o altura geométrica

* H g = 3.32 m

* H totales = + = R (Q^2)

* R= =

Hallando:

p = 998 Kg. /m3

y = 9790 N/m3

Para las tuberías se tiene las longitudes de:

L (aspiración) = 1.73m

D(aspiración) = 10.558cm = 0.10558 m.

L1 (descarga) = 4.77m ; D1 (descarga) = 11.42cm= 0.1142m

L2 (descarga) = 14.02m ; D2 (descarga) = 11.448cm= 0.11448m

L3 (descarga) = 12.67m ; D3 (descarga) = 10.264cm= 0.10264m

* R= =

R tubo de aspiración =

R tubo de aspiración = 3601.603

R tubo de Desc =

R tubo de Desc = 20515.2443

* H totales = R (Q^2)

• H totales =(3601.603+20515.2443)((0.00671)^2)
• H totales =1.0854704m

Entonces:

*

*

* m

* n = Ph/Peje (%)

* n = 1394.491/4067.250 (%)

* n = 34.286%

TABLA DE DATOS PROCESADOS

A CONTINUACIÓN GRAFICAREMOS LAS CURVAS CORRESPONDIENTES

e

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES

– La bomba hidrostal 100-200 tiene pérdidas por las erosiones sufridas por el uso, eso hace que esta bomba baje su eficiencia.

– En la gráfica de altura de bombeo vs caudal se puede apreciar que la altura de bombeo disminuye en forma parabólica pero contrario al de una instalación adecuada, esto se debe a las tuberías, porque en nuestro caso los datos supuestos de medida de tuberías nos muestran que el diámetro de la tubería de aspiración es menor que el de la tubería de descarga lo cual no debe ser así, si no mas aun al contrario.

• La altura geodésica es pequeña, para la bomba 100-200, por lo tanto podemos bombear agua a una altura mas elevada y no a esa altura que tiene el sistema de bombeo del laboratorio de la FIM.
• En nuestras graficas no se encuentran las curvas de la altura de la bomba con la altura del sistema debido a que la altura geodésica es pequeña.
• El agua que fluye por el sistema de bombeo esta con impurezas y algunas sólidas el cual daña el interior de la bomba.

RECOMENDACIONES

• El sistema de bombeo del laboratorio debe de tener mayor altura, se sugiere una reinstalación de la tubería de descarga con una tubería de descarga de mayor longitud vertical.
• Incrementar la altura geodésica es recomendable para poder hallar el punto de operación óptimo.
• Se deben de reinstalar las tuberías teniendo en cuenta que la tubería de aspiración debe de ser de mayor diámetro que el de descarga.
• Son dos posibilidades que se pueden hacer con respecto a las estopas, una sería que se encuentra desajustado el perno de unión: es necesario ajustarlo; la otra sería que ya está gastada la estopa y debe de ser cambiada, se recomienda revisar.

Autor:

Julcapari Cuba Miguel Ángel

CÁTEDRA: LABORATORIO DE TERMOHIDRÁULICA II

CATEDRÁTICO: Ing. MARIO HUATUCO

SEMESTRE: VIII

Ciudad universitaria _ 2008

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA