Estudio de Bomba Centrífuga

1 – introducción

2 – metodología.

3 . resultados

4 – análisis y discusión
de resultados

5 – bibliografía

1 – INTRODUCCIÓN

La presente experiencia ha tenido como objetivo
principal el ensayo de
bomba centrífuga. A partir de esta experiencia y de la
toma de datos, es posible
la confección de las curvas características para la misma; dentro de
éstas, la energía suministrada por la bomba (en
metros), la potencia de eje y
la de eficiencia.

Una vez obtenidas estas curvas, en especial la de la
energía medida en metros, se procederá a comparar
con la existente en el banco de ensayos de la
bomba centrífuga, la cual se encuentra trabajando a 1450
revoluciones por minuto (rpm); por lo tanto, se debe utilizar la
teoría
de semejanza para adecuar estos datos a las rpm con las que se
trabajó en el laboratorio.

Luego de analizados estos resultados se trabajo con la
misma bomba, pero operándola a un promedio de 800 rpm,
velocidad a la
cual se deben construir las correspondientes curvas para ser
comparadas con las obtenidas a 1050 rpm, además de aplicar
la teoría de la semejanza entre las dos series de valores
obtenidas experimentalmente.

2 –
METODOLOGÍA.

2.1 – Método
Experimental

La experiencia, como fue señalado en el inciso
anterior, consistió en realizar mediciones de:

1. Caudal: mediante un sistema
   conectado a un Venturímetro.
2. Presiones a la entrada y a la salida de la bomba
   mediante un manómetro.
3. Fuerza que ejerce el motor al girar
   mediante un sistema de freno.
4. Rpm de la bomba en forma directa mediante un sistema
   digital.

Para ello fue necesario variar el caudal mediante una
válvula dispuesta a la salida de la bomba, de forma que se
realizaran siete mediciones pasando desde la válvula
completamente abierta hasta la misma cerrada. Se espera que la
variación del caudal provoque un cambio en
los valores de
las presiones a la entrada y a la salida de la bomba como
así mismo, un cambio en sus rpm, y de variación de
la fuerza.

Estos datos servirán para calcular, mediante
determinadas relaciones (que se indicarán mas adelante),
la altura, eficiencia y potencia de la bomba, como contamos con
un set de caudales, contaremos también con un set de datos
que entraremos a graficar.

En la figura 2.1, se presenta el esquema del circuito a
trabajar.

Fig. 2.1

2.2 – Datos Experimentales

Tabla 2.2.1: Variables
obtenidas experimentalmente a 1050 Rpm.

Tabla 2.2.2: Variables obtenidas experimentalmente a 800
rpm

2.3 – Datos del Fabricante

Bomba SDB 2/3

Diámetro del rodete = 215mm

Brazo = 321.5mm

=0.92

3 .
RESULTADOS

3.1
– Fórmulas

Fig. 3.1

Si se analiza el caso presentado en la figura 3.1,
aplicando la ecuación Bernoulli se obtiene:

Donde

C: velocidad del fluido.

p: presión
(el subíndice e indica entrada y s
salida).

Z: altura.

g: aceleración de gravedad.

: corresponde al producto entre
g y la densidad del
fluido ().

Como Ce »
Cs y Ze »
Zs, , así el termino para la energía
entregada por la bomba al fluido, expresada en altura
es:

Esta bomba esta acoplada a un motor eléctrico
monofásico, al cual se le suministra una potencia,
Nelec dada por:

Para calcular la potencia eje del motor eléctrico
se dispone de un sistema de freno, mediante el cual se registra
la fuerza del motor a una distancia, b, del eje de giro, de esta
forma la calculamos mediante la expresión:

Conocidas estas dos potencias podemos calcular la
eficiencia del motor eléctrico:

Continuando, con las características de la bomba.
Como el motor está conectado con un sistema de
transmisión por correa a la bomba, la potencia eje de la
bomba se ve afectada por el rendimiento mecánico de dicha
transmisión, , así tenemos:

Por último la potencia útil, es decir la
potencia suministrada al fluido es:

Así la eficiencia d la bomba es:

3.2 – Tablas y Datos calculados

Tabla 3.2.1: Datos obtenidos tras la aplicación
de fórmulas y relaciones para 1050 rpm

Tabla 3.2.2: Datos obtenidos tras la aplicación
de fórmulas y relaciones para 800 rpm.

Datos calculados mediante un análisis de semejanza para la
comparación con los datos del grafico suministrado por el
fabricante:

Altura de la bomba con rodete de 215 mm a 1050
RPM

Eficiencia de la bomba con rodete de 240 mm

Si se compara el punto cuando la válvula esta
cerrada, con la bomba funcionando a 822.5 rpm con una altura de
6.006 m, se obtiene lo siguiente mediante el teorema de la
semejanza.

3.3 – Gráficos

Bomba operando a 1050 rpm

Bomba operando a 800 rpm.

4 – ANÁLISIS Y
DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Parte experimental 1: Bomba a 1050
rpm.

El primer análisis que podemos realizar es el de
las curvas obtenidas a través de los datos experimentales
de laboratorio. Estas muestran una tendencia muy similar a la
vista en clases, por lo que podemos concluir que los resultados
obtenidos concuerdan con la teoría vista acerca de las
bombas
centrifugas.

Si analizamos los resultados obtenidos, y los comparamos
con los que entrega el fabricante de la bomba a través de
la teoría de la semejanza, vemos que estos discrepan
parcialmente, ya sea tanto en los resultados obtenidos de la
altura como la eficiencia de la bomba.

En el caso de la altura de la bomba se obtuvieron
resultados muy similares con los estregados por el fabricante,
solo con una muy pequeña discrepancia , la que fue
aumentando en un muy pequeño grado junto con el caudal,
pero puede observarse muy claramente que los resultados obtenidos
siguen la misma tendencia de curva gráfica que los
entregados por el fabricante.

Para la eficiencia se encuentra una discrepancia algo
mayor que para la altura, obteniéndose también
datos menores que los especificados por el fabricante, pero que
al igual que en el caso anterior estos siguen una misma tendencia
esperada.

Parte experimental 2: Bomba a 800 rpm.

Las curvas que se construyeron, en base a los datos
recogidos cuando la bomba gira a una velocidad promedio cercana a
las 800 rpm, también se aproximan bastante en su forma a
las vistas en clases y a las construidas en base a los otros
datos experimentales (1050 rpm). Al analizarlas, se puede
observar un descenso de todas las variables como por ejemplo, la
altura de la bomba, el caudal, la diferencia de presión
generada, las potencia, etc; lo que es concordante a lo que nos
dice el teorema de la semejanza (especialmente en referencia de
las dos primeras : altura y caudal), puesto que muestra una
dependencia directa con el número de vueltas que da el
rodete y el diámetro de este mismo, variable que no
influye que es la misma en los dos casos. Es importante destacar
que el descenso observado la altura con respecto a los datos
recogidos de la primera experiencia (1050 rpm) es mas brusco, lo
que se debe a que la dependencia de la altura es proporcional al
cuadrado del número de vueltas, a diferencia del caudal
cuya proporcionalidad a las revoluciones es lineal.

Al calcular mediante el teorema de la semejanza la
altura alcanzada para un valor nulo de
caudal, se obtiene como resultado un número mayor que el
obtenido del fabricante, pero de todas maneras se encuentra
dentro de los ordenes de magnitud, y puede atribuirse esta
diferencia a alguno de los tantos factores a los que esta sujeto
esta experiencia. El resto de los valores calculados mediante la
teoría de semejanza, al igual que en el caso anterior son
bastante aceptables, aunque a medida que aumenta el caudal, el
valor de la altura se aleja cada vez más del estipulado
por el fabricante. Por otro lado, los valores de las eficiencias,
se alejan bastante de la estipulada por el fabricante, pero son
de un orden similar a las calculadas mediante los datos recogidos
a una velocidad de giro aproximada a las 1050 rpm.

Análisis de los errores.

Las discrepancias observadas pueden ser posible a
múltiples factores entre los que podemos
enumerar:

• Una posible imprecisión en los instrumentos
  para medir la presión y el volumen, ya que
  estos oscilaban, o en el caso del caudal, era muy
  difícil obtener una medición exacta.
• El dato utilizado para la eficiencia de
  transmisión de la bomba, 0.92, el que era algo impreciso
  ya que esta variaba entre 0.92 y 0.94, sin poseer el valor
  exacto, lo que pudo inducir a posibles errores de
  calculo.
• El supuesto que la eficiencia solo dependía
  del tamaño del rodete, sin tomar en cuenta las
  variaciones velocidad angular, que pueden influir, aunque en
  menor grado en la eficiencia de la bomba.
• A la posible cavitación que pudo sufrir la
  bomba, la que pudo producir perdidas, bajando la eficiencia de
  esta.
• Al tiempo que
  llevaba funcionando, ya que esto pudo llevar consigo al
  desgaste de los materiales,
  lo que pudo en alguna medida bajar el rendimiento de la
  bomba.

A pesar de todo esto, podemos concluir que es posible
confiar en los datos entregados por el fabricante para el uso de
estas bombas, pero que se debe tener en cuenta pequeñas
discrepancias producidas por estos o otros factores.
Además podemos concluir que la teoría vista en
clases acerca del funcionamiento de las bombas es totalmente
aplicable en la practica.

5 –
BIBLIOGRAFÍA

– Parés, J.A. , "Máquinas y
equipos para la introducción de energía en los
procesos",
Depto. de Ingeniería Química, Universidad de
Concepción, 1984.

Franco Alexander Hermosilla Torres