Bombas Fabian

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILEFACULTAD DE INGENIERÍA

Departamento de Ingeniería MecánicaSANTIAGO

TITULO DE LA EXPERIENCIA_______Ensayo de Bomba Hidráulica ________________________________________________________________

EXPERIENCIA N° ___E 974____Grupo N°__2____Fecha de la Exp__25/04/2016_______ Fecha de Entrega ___02/05/2016_____

NOMBRE ASIGNATURA____Sistemas Térmicos e Hidráulicos____________________________________CODIGO_15114____

CARRERA___Ing.____ _Ejecución Mecánica ___________________Modalidad (Diurna o Vespertina)_____Diurno___________________

NOMBRE DEL ALUMNO_________ Fabián Portilla__________________________________________________

________________________ Firma del alumno

Fecha de Recepción

Nota de Interrogación ________________ Nombre del Profesor ____Guillermo Aránguiz______________________

Nota de Participación ________________

Nota de Informe ____________________ _________________________________

Nota Final __________________ ______ ________________ Firma del Profesor

SE RECOMIENDA AL ESTUDIANTE MEJORAR EN SU INFORME LA MATERIA MARCADA CON UNA X

________ Presentación ________ Cálculos, resultados, gráficos________ Características Técnicas ________ Discusión, conclusiones________ Descripción del Método seguido _______ ApéndiceOBSERVACIONES

Fabián Portilla | Sistemas Térmicos e Hidráulicos | 02 de Mayo de 2016

Ensayo de Bomba HidráulicaPROFESOR: GUILLERMO ARÁNGUIZ

Contenido

Resumen:......................................................................................................................2

Contenido......................................................................................................................3

Objetivos:......................................................................................................................4

Procedimiento experimental:........................................................................................5

Especificaciones técnicas:............................................................................................6

Presentación de datos:..................................................................................................8

Presentación de resultados:........................................................................................10

Conclusiones:..............................................................................................................14

Bibliografía.................................................................................................................17

Anexo:.........................................................................................................................18

Cálculos:...............................................................................................................18

Resumen:

En el siguiente informe nos referiremos al ensayo de Bomba centrífuga. Analizaremos las variaciones de distintos factores a medida que aumentamos el caudal, y bajo 2 revoluciones distintas del motor eléctrico. Calcularemos la potencia eléctrica que requiere la bomba, su rendimiento y compararemos los resultados gráficamente para luego ver las curvas características. A través de esta veremos el comportamiento de la bomba a medida que variábamos el caudal.

Objetivos

Objetivo General

Reconocer en terreno y prácticamente la instalación de una bomba hidráulica, como así mismo los instrumentos y controles que deben existir en forma normada para efectuar un ensayo completo de laboratorios.

Objetivos Específicos

Graficar y analizar curvas características de funcionamiento, considerando la variación de 10 caudales, más un caudal igual a 0 (Q=0) Para 2800 y 3400 rpm.

Graficar y analizar la variación de la altura de descarga con el caudal. Graficar y analizar la variación de la potencia eléctrica con el caudal. Graficar N.P.S.H. respecto del caudal.

.

Características de los Instrumentos utilizados

1. Características Técnicas de los Equipos e Instrumentos

Bomba Centrifuga:

Marca: MOTOR PUMP Ingersoll-Rand Type 2CRV Model AC Nº 0865-5615 G.P.M. 180 RPM 3450 IMP 2RV3EX1 Head in Feet 100 HYD. Test 100

DIA 5 (1/2)

Caudalímetro:

Marca: Siemens Modelo Sistrans M MAGFLO MAG5000 Code Nº 7ME6910-1AA10-1AA0 Supply 115-230 V AC 50-60Hz 9 VA IP 67/NEMA6 Tamb. (-)20º a +50º C Maximun Tightening Torque 4 ft-Lb

Dinamómetro:

Marca: Toledo Rango de Operación 0 - 30 Kgf Resolución 0,1 Kgf

Motor Eléctrico:

Marca: Westinghouse Frame 286-AY S.O. 19B5127 Serial 15-66 Max safe speed 5000 RPM

Funcionamiento como Motor:

HP 10 VOLTS 240 AMPS 38 RPM 1500 a 4500

Fuente de Energía

Marca WESTINGHOUSE Corriente Continua CC (DC) Potencia 10HP Voltaje 240V Amperaje 38 A Rango de revoluciones 1500−4500 rpm Voltímetro

-Rango de operación 0−400V-Resolución 10V

Amperímetro-Rango de operación 0−30 A-Resolución 2 A

Tacómetro-Rango de operación 0−7000 rpm-Resolución 10 rpm

Transformador AC/DC

Marca WESTINGHOUSE Tipo Motor Generador Set

AC Input

Volts: 380 Fases: 3 Ciclos: 50

DC Output

kW: 130,5 Volts: 240 Amps: 56

Sensores de presión:

Manómetro de impulsión (Salida)

Marca: ITEC Rango de operación: 0-7 bar, 0-100 psi Resolución: 0,2 bar ; 5 psi

Manovacuometro de succión (entrada)

Marca: Nuova Fima Rango de operación: -1 – 0,6 bar, 0 – 10 psi Resolución: 0,02 bar.

Procedimiento experimental:

Primero que todo, nos familiarizamos prácticamente con la instalación y el profesor se encargó de dar las explicaciones de esta para el apropiado funcionamiento de todos los

Departamento de Ingeniería Mecánica

Universidad de Santiago de Chile

Presentación de resultados:A continuación mostraremos los resultados obtenidos para el ensayo a 2800RPM

Tabla 1

1

Resultados

Caudal [m3/s] Hm(m.c.a)

Potencia Hidráulica[HP]

Potencia en Mecánica[HP]

Rendimiento bomba[%]

Rendimiento del Motor[%] PotElec[HP]

0,0000032,22315 0,00000 1,51667 0,00000 62,83222 2,41384

0,00074 31,50935 0,30680 1,63333 18,78377 60,41559 2,70350

0,00157 31,10146 0,64249 1,75000 36,71375 65,02127 2,69143

0,00234 30,89752 0,95132 1,98333 47,96563 66,62044 2,97706

0,00312 30,79554 1,26424 2,10000 60,20182 70,53929 2,97706

0,00390 30,89752 1,58553 2,21667 71,52769 67,99550 3,26002

0,00472 30,59160 1,89990 2,45000 77,54691 68,89018 3,55639

0,00547 30,28568 2,17977 2,68333 81,23375 69,96379 3,83532

0,00624 29,46991 2,41963 2,80000 86,41552 67,79100 4,13034

0,00700 28,75610 2,64859 2,91667 90,80875 66,20887 4,40525

0,00780 28,04230 2,87803 3,15000 91,36589 67,34399 4,67748



0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.0090

102030405060708090

100

f(x) = − 1564230.25612999 x² + 23560.5722811651 x + 1.68047247976415

Rendimiento Bomba vs Caudal

Caudal[m^3/s]

Ren

dim

ient

o en

%

Gráfico 1.1

0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.00954.0

56.0

58.0

60.0

62.0

64.0

66.0

68.0

70.0

72.0

Rendimiento Motor vs Caudal

Rendimiento Motor vs Caudal

Caudal [m^3/s]

Ren

dim

ient

o [%

]

Gráfico 1.2

2



.000 .001 .002 .003 .004 .005 .006 .007 .008 .009.000

.500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

f(x) = 211.844914658949 x + 1.46471392373919

Potencia Mecánica vs Caudal

Caudal [m^3/s]

Pote

ncia

mec

ánic

a [H

P]

Gráfico 1.3

0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.00925.0

26.0

27.0

28.0

29.0

30.0

31.0

32.0

33.0

f(x) = 1316850000000 x⁵ − 20439000000 x⁴ + 70101100 x³ + 138134 x² − 1051.82 x + 32.2165

Altura manométrica vs Caudal

Altura manométrica vs CaudalPolynomial (Altura manométrica vs Caudal)

Caudal [m^3/s]

Altu

ra m

anom

étri

ca[m

.c.a

]

Gráfico 1.4

3



0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.0090.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

f(x) = 287.733702706731 x + 2.29853675762557

Potencia Eléctrica vs Caudal

Caudal [m^3/s

Pote

ncia

elé

ctri

ca [H

P]

Gráfico 1. 5

0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.0090

50100150200250300350400450

Costos vs Caudal

Caudal [m^3/s

cons

umo

[$kW

h]

Gráfico 1. 6

4



0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.0090

0.5

1

1.5

2

2.5

3

f(x) = − 64.0586950106856 x + 2.58619254690531

Presión de descarga vs Caudal

Presión de descarga vs CaudalLinear (Presión de descarga vs Caudal)

Caudal [m^3/s]

Pres

ión

[Bar

]

Gráfico 1. 7

A continuación mostraremos los resultados para el ensayo a 3400RPM.5



Tabla 2

3400 RPM

Q[m3/s] Hm[m.c.a] Nh[HP] Ne[HP] Rendimiento [%]Potencia Elect.[HP]

Rendimiento Bomba[HP]

0 44,051904 0 2,69166667 0,66265388 4,06194958 0

0,00092 44,153876 0,53449429 2,83333333 0,65331466 4,336858680,18864504

0,00187 43,236128 1,06383631 3,11666667 0,59182622 5,266185540,34133785

0,0028 43,3381 1,59666684 3,4 0,61241148 5,55182280,46960789

0,00375 42,420352 2,09310947 3,68333333 0,66344577 5,55182280,56826502

0,0047 42,624296 2,6359762 3,96666667 0,67983163 5,834778020,66453182

0,00561 42,012464 3,1011832 4,39166667 7,44288721 0,59004880,70615177

0,00663 40,7888 3,55828611 4,675 0,70115695 6,667551440,76113072

0,00754 40,584856 4,02644492 4,95833333 0,6877668 7,209323520,81205612

0,00846 38,953304 4,33611779 5,38333333 0,72330761 7,4426610,8054708

0,00944 38,545416 4,78774641 5,66666667 0,73540536 7,705500920,84489643

6



0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.010.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

90.00

Rendimiento Bomba vs Caudal

Caudal [m^3/s]

Ren

dim

ient

o [%

]

Gráfico 2. 1

0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.010

10

20

30

40

50

60

70

80

Rendimiento motor vs Caudal

Caudal [m^3/s]

Ren

dim

ient

o [%

]

Gráfico 2. 2

7



0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.010

1

2

3

4

5

6

f(x) = 325.921775315082 x + 2.53727204067006

Potencia mecánica vs Caudal

Caudal[m^3/s]

Pote

ncia

Mec

ánic

a

Gráfico 2.3

0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.013536373839404142434445

Altura manométrica vs Caudal

Caudal[m^3/s]

Altu

ra M

anom

étri

ca [m

.c.a

]

Gráfico 2. 4

8



0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.010123456789

f(x) = 377.45562712969 x + 4.19707815135022

Potencia Eléctrica vs Caudal

Caudal [m^3/s]

Pote

ncia

elé

ctri

ca [H

P]

Gráfico 2. 5

0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.010

100

200

300

400

500

600

700

Consumo vs Caudal

Caudal [m^3/s

Con

sum

o $k

Wh

Gráfico 2.6

9



0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.010

0.51

1.52

2.53

3.54

f(x) = − 84.754454309557 x + 3.7939545797173

Presión de Descarga vs Caudal

Presión de Descarga vs CaudalLinear (Presión de Descarga vs Caudal)

Caudal [m^3/s]

Pres

ión

[Bar

]

Gráfico 2. 7

Análisis y Conclusiones:Comenzaremos por señalar que para el cálculo de la altura manométrica, cuando tenemos fluidos incompresibles y de la misma densidad, asumimos la velocidad como constante, por lo que no tiene posee una influencia al igual que la altura potencial debido al tipo de instalación.

Análisis con las relaciones de semejanza:

(1 )N1

N2=Q1

Q2

Tomando como ejemplo los datos de la tabla 1.1 , y 1.2

34002800

×0,00092=0,000756[ m3

s]

El cual concuerda con el dato medido que arrojó un valor de 0,0007 4[ m3

s]

10



Para la relación

(2 )N1

2

N22 =Hm1

Hm2

Idem a lo anterior tenemos y de las mismas tablas utilizadas:

28002

34002×44,15=29,94 [m.c .a ]

Dato que está cercano al calculado y entregado en la tabla 1.1 de 32,2[m.c .a]

Ahora, para cada caso

Rendimiento Bomba vs CaudalDe la 1era curva característica rendimiento de la bomba vs caudal, apreciamos el comportamiento logarítmico, en el cual nos acercamos al 90% de la energía aprovechada para el ensayo con 2800 RPM. Podemos ver que a medida que aumenta el caudal la energía hidráulica utilizada se acerca al total de la energía mecánica suministrada por el eje. Este comportamiento fue similar para el ensayo de 3400RPM, sólo que finalmente la energía aprovechada fue menos (cercano al 84%) . Esto se debe a que al aumentar la cantidad de agua que pasa aumenta la velocidad, la que es directamente proporcional con el número de Reynolds, este último es interviene directamente en la pérdida de carga.

Rendimiento Motor EléctricoEl comportamiento del rendimiento del motor eléctrico osciló para ambas velocidades.

Potencia Mecánica vs CaudalA medida que se aumentó el caudal, el aumento de la potencia mecánica apreciable en el gráfico, fue directamente proporcional, llegando a un máximo de 5,67 HP para el ensayo de 3400 RPM y 3,15 para el caso de 2400 RPM. Lo cual es lógico debido a que la potencia mecánica es directamente proporcional al producto de las fuerza con las revoluciones.

Altura Manométrica vs CaudalEl comportamiento polinomial concuerda con los modelos matemáticos vistos.Para ambos casos fue con una tendencia decreciente, llegando a ser máxima en el ensayo de 3400 RPM, debido a una mayor valor en la diferencia de presiones.

Potencia Eléctrica vs CaudalPara el este caso, podemos ver en los gráficos 1.5 y 2.5 un aumento lineal y siendo mayor para el caso de 3400RPM, ya que las mediciones de voltaje e

11



intensidad de corriente son directamente proporcionales a medida que el motor requiera aumentar su velocidad. Esto sucede porque la bomba tiene que mover mayor cantidad de agua en un determinado tiempo.

Consumo vs CaudalLógicamente, a medida que nuestra potencia eléctrica aumenta, nuestro consumo sufre el mismo comportamiento, ya que dependen de la misma variable. Con un precio de 112,36$ el kWh en consumo doméstico, pudimos ver el consumo máximo en el ensayo ed 3400 RPM llegando a ser 645$ kWh.

Presión de Descarga vs CaudalA medida que aumentamos el caudal, la velocidad aumenta, y por principio de Bernoulli, la presión debe disminuir para mantener el equilibrio energético en el sistema. Por lo que en los Gráficos 1.7 y 2.7 podemos observar el comportamiento decreciente lineal.

Apéndice

Tabla 3

Ensayo 2800 rpm

n° Qpos [lts/seg]] Qreal [lts/seg] F [kgf] Presión Entrada [kPa] Presión Salida [kPa] Voltaje[V] Corriente[A]

1 0 0 1,3 -59 257 225 8

2 0,76 0,74 1,4 -59 250 224 9

3 1,54 1,57 1,5 -60 245 223 9

4 2,32 2,34 1,7 -60 243 222 10

5 3,1 3,12 1,8 -62 240 222 10

6 3,88 3,9 1,9 -63 240 221 11

12



7 4,66 4,72 2,1 -65 235 221 12

8 5,44 5,47 2,3 -67 230 220 13

9 6,22 6,24 2,4 -69 220 220 14

10 7 7 2,5 -72 210 219 15

11 7,18 7,8 2,7 -75 200 218 16

Tabla 4

Ensayo 3400 rpmn° Qpos Qreal F Presión E Pres Eb Pres Sal Pres SB Voltaje Corriente

1 0 0 1,9 -0,62 -62 3,7 370 233 132 0,94 0,92 2 -0,63 -63 3,7 370 231 143 1,89 1,87 2,2 -0,64 -64 3,6 360 231 174 2,83 2,8 2,4 -0,65 -65 3,6 360 230 185 3,78 3,75 2,6 -0,66 -66 3,5 350 230 186 4,72 4,7 2,8 -0,68 -68 3,5 350 229 197 5,66 5,61 3,1 -0,72 -72 3,4 340 22 208 5,61 6,63 3,3 -0,75 -75 3,25 325 226 229 7,55 7,54 3,5 -0,78 -78 3,2 320 224 24

10 8,5 8,46 3,8 -0,82 -82 3 300 222 2511 9,44 9,44 4 -0,88 -88 2,9 290 221 26

Marco Teórico:

Objetivo de una bomba centrifuga

Es una máquina hidráulica capaz de transformar energía mecánica en hidráulica.

13



Altura manométrica

La altura manométrica es referida a la variación en la energía que genera el movimiento del fluido bajo estudio, la cual se ve representada por la siguiente formula:

Hm=P s−Peρg

+vs−ve

2g+z s−ze

Potencias

Para cuantificar la energía hidráulica se debe evaluar las potencias involucradas.

Potencia Mecánica, evaluada en el Eje de acople al motor de accionamiento.

Ne=T e×W

Considerando que la única variable del torque en el eje (Te) es la fuerza (F) y para la velocidad angular (W) la única variable es la Velocidad N cuantificada en R.P.M. se escribe:

N e=F×NC+e

Donde los valore de la cuenta depende de loas unidades de F,N y del sistema que se emplea para evaluar “F” (Dinamómetro u otro).

Potencia Hidráulica.14

BOMBA

Pérdidas

Energía Hidráulica Energía Mecánica



NH=ρg QbHm

ρ→ Densidad de líquidos bombeado.

g→ Aceleración de gravedad.

Qb→ Caudal de la bomba.

Hm→ Altura Manométrica.

Los valores numéricos que obtengan para “NH” dependen de las unidades que se empleen para ρ ,g ,Qb , Hn .

Rendimiento

Es un índice que permite establecer, en términos de porcentaje, cuanto es la energía que se logró transformar. De esta forma no existe una bomba con rendimientos del ciento por ciento.

ηB=N HN e

Resulta importante hacer notar la homogeneidad dimensional que debe existir entre NH y Ne, dado

que ηB es adimensional.

15



CURVAS CARACTERÍSTICAS

Permiten observar y analizar el comportamiento de una bomba funcionando en un sistema de tuberías.

Figura 1. Curvas características.

16

Curva de Rendimiento

Curva de Descarga

Potencia al Freno

Qb

HmNeNe

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