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