Laboratorio de Mecánica de Fluidos IICaracterísticas externas de bombas centrifugas y cavitación Martes 20 de junio del 2017, I Termino Adriano Arenas Mortola Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción (FIMCP) Escuela Superior Politécnica del Litoral (ESPOL) Guayaquil - Ecuador [email protected] Resumen Esta práctica consistió en encontrar las curvas características del comportamiento de diferentes bombas centrifugas, determinando su potencia mecánica, eficiencia, y cabezal total a partir del caudal que aportaban, los cabezales de entrada y salida y la fuerza. Se analizaron dos bombas distintas a las cuales se le variaba las revoluciones a las cuales se las hacia trabajar, en el caso de la bomba 1 entre 2300, 2500 y 2600RPM, y la bomba 2 entre 1800, 2500 y 3000RPM. Se obtuvieron resultados esperados, que a pesar de que los equipos no se encontraban en su optimo estado, se pudo obtener resultados aceptables con la excepción de una eficiencia. Palabras Clave: Bomba centrifuga, cabezal, potencia mecánica, eficiencia. Introducción El cabezal total puede ser determinado de la Finalmente, la eficiencia es igual a la potencia siguiente manera: hidráulica dividida para la potencia mecánica: 𝑃𝑃 𝐻𝐻𝑡𝑡 = 𝐻𝐻𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 − 𝐻𝐻𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 (ecuación 1) 𝑛𝑛 = 𝑃𝑃𝑤𝑤 (ecuación 4) 𝑚𝑚 Donde: 𝐻𝐻𝑡𝑡 =Cabezal total Equipos, instrumentación y procedimiento 𝐻𝐻𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 =Cabezal de descarga En esta práctica, se utilizó el banco de bombas, donde 𝐻𝐻𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 =Cabezal de admisión se encuentran 2 bombas centrifugas homologas que operan en un circuito cerrado, así mismo este sistema cuenta con un medidor de caudal, así mismo como Para el cálculo de las potencias hidráulicas y con su propio tanque de agua. mecánicas, utilizamos las siguientes ecuaciones Equipo Banco de bombas respectivamente: Marca GILKES 𝑃𝑃𝑤𝑤 = 𝐻𝐻𝑡𝑡 ∗ 𝑚𝑚 ∗ 𝑔𝑔 (ecuación 2) Serie CE41675 Modelo GH90 𝑃𝑃𝑚𝑚 = 𝑤𝑤 ∗ 𝑇𝑇 (ecuación 3) Código ESPOL 03701 Donde: 𝑃𝑃𝑤𝑤 =Potencia hidráulica Los instrumentos utilizados fueron los siguientes: 𝑚𝑚=flujo másico • Tacómetro (incertidumbre 0.1RPM) • Manómetro (incertidumbre 0.5m agua) 𝑔𝑔=gravedad • Medidor de flujo (incertidumbre 0.1 L/s) 𝑃𝑃𝑚𝑚 =Potencia mecánica • Dinamómetro (incertidumbre 0.5 x 50N) 𝑤𝑤=velocidad angular 𝑇𝑇=Torque Resultados Los resultados se encuentran adjuntos en el Anexo B figura 2.6 litros por segundo dándole 120 cabezal de la bomba. NY: McGrawHill. ESPOL podemos acertar que existió una mala toma de datos • White. para nuestro caudal máximo de 1. disminuye el último punto fue a 1. La figura 1 y figura 4 nos muestran el En la bomba 2. figura 5. ya que usualmente las eficiencias máximas de las bombas llegan a valores de entre 80 y 90%. realizando las tendencias. Para la bomba 1. que a su vez está relacionado con la velocidad. una eficiencia mayor a 1 no se puede dar. necesitaremos proporcionarle aumentamos el caudal. en las otras dos velocidades. (2004) Mecánica de Fluidos. En el caso de la bomba 2. a 2500 nuestro a medida que aumentamos el caudal.5 litros por segundo. Hoboken. tenemos datos muy inconsistentes que no siguen secuencia alguna y obtenemos unas eficiencias muy bajas. conclusiones. ya que.8 comportamiento del cabezal a medida que litros por segundo. y para el caso de la bomba 2. En la figura 2 y 5 podemos observar el Practica #3 “CARACTERISTICAS comportamiento de la eficiencia de cada bomba. algo que está completamente mal. una potencia de 647 Watts a 2500RPM recomendaciones y una potencia de 457 Watts a 2300RPM. En la bomba 1 para nuestro caudal máximo de 3. ya que esta está relacionada curvas se desarrollan pueden variar en las distintas directamente a la fuerza y obtuvimos una fuerza bombas. donde a una mayor velocidad de rotación. F. En el caso de la bomba 1 podríamos decir que se tuvo una toma mala de datos para 2300RPM. Por lo general mientras mayor tamaño constante de 0.5N tengan las bombas. En las figuras 3 y 6 podemos observar las curvas potencia vs caudal. podemos obtener un mayor cabezal con el mismo caudal. para el caso de la bomba 1.Análisis de resultados. ya que. Claramente se puede observar en todos los casos que mientras mayor caudal deseemos transportar. encontraban en buenas condiciones. • Guía de Practica de Mecánica de Fluidos II. obtenemos eficiencias de 21% para 2500RPM. requeriremos de una mayor potencia. obtenemos rangos muy buenos de eficiencias. 5ta o el equipo y los instrumentos de lectura no se edición. necesitaremos proporcionarle a la bomba una potencia de aproximadamente 808 Watts . mientras que para las velocidades de 2500 y 2600RPM con las tendencias obtenemos unas eficiencias de 84 y 82% respectivamente. mientras que la bomba 2 se encontraba en malas condiciones por eso sus bajas eficiencias. con lo que podríamos vagamente asumir que la bomba 1 tiene un mayor Referencias tamaño. En esta curva se observa que alrededor de 270 Watts a 3000RPM. Este comportamiento es Watts. y a 2600RPM. necesitaremos una mayor potencia. 13% para 3000RPM y 10% para 1800RPM. y para 1800RPM obtenemos una potencia normal. aunque las pendientes con las que estas constante de 15 watts. a 2300RPM obtenemos una eficiencia de 140% al realizar la tendencia polinomeal. Con EXTERNAS DE BOMBAS CENTRIFUGAS tan solo verla y sin realizar un análisis muy profundo Y CAVITACION”. 5 14.0 15.5 2.30 -0.0 10.5 10.5 0.85 -0.5 10.50 -0.5 1.5 2500 1.0 8.90 -0.5 11.0 3.5 Tabla 2-Datos de bomba 1 a 2300RPM .5 2.5 RPM 2.0 22.5 0.60 -0.5 17.5 18.0 3.5 19.5 2.5 20.5 4.5 21.5 1.0 2.5 14.00 -0.90 -0.5 2.25 -0.5 15.5 1.5 10.0 Tabla 1-Datos de bomba 1 a 2500RPM Bomba Q Hadm Hdes F N-1 Lt/s m m N 0.5 12.20 -0.5 2.5 20.0 1.5 7.5 10.95 -0.45 -0.5 RPM 2.Anexos Anexo A – Datos de la practica Bomba Q Hadm Hdes F N-1 Lt/s m m N 0.5 16.0 8.30 -0.5 0.0 8.5 2.35 -1.5 11.5 4.50 -0.5 18.5 11.0 2.0 0.55 -0.0 10.5 4.15 -0.50 -0.5 3.5 18.80 -0.5 10.5 3.0 10.5 18.5 2300 1.5 17.5 10.60 -1.0 10.0 22.5 1.0 11.70 -0.5 9.20 -0.5 2.5 12.00 -0.25 -0. 5 22.60 -0.80 -0.70 -0.0 2.5 3.0 2.20 3.0 18.5 16.5 24.0 3.5 10.5 0.0 11.0 0.5 1.0 Tabla 3-Datos de bomba 1 a 2600RPM Bomba Q Hadm Hdes F N-2 Lt/s m m N 0.0 0.0 1.0 8.30 3.0 0.50 3.5 4.0 2600 1.0 14.20 -0.70 2.85 2.5 1.5 Tabla 4-Datos de bomba 2 a 1800RPM .5 0.0 3.0 3.Bomba Q Hadm Hdes F N-1 Lt/s m m N 0.40 -0.5 1800 0.5 24.5 RPM 2.0 16.0 0.0 0.5 19.5 18.60 -0.0 0.00 1.0 4.5 1.0 3.0 2.60 3.0 0.5 23.0 0.00 -0.25 -0.5 8.10 0.5 21.5 2.5 4.0 4.0 10.5 0.5 14.40 3.90 -0.15 -0.5 0.0 9.5 8.5 0.5 RPM 0.50 -0.5 2.0 13.35 -0.0 0.5 0.5 22.0 1.0 0.10 4.5 0.5 0.0 16.5 17. 0 1.60 6.60 12.0 3.5 4.5 1.00 6.15 13.0 7.0 Tabla 6-Datos de bomba 2 a 3000RPM .0 2500 0.0 7.5 RPM 1.5 2.85 0.80 7.5 1.0 2.0 16.60 8.0 13.0 1.5 1.5 12.0 1.0 9.0 RPM 1.5 15.5 10.5 10.0 4.0 3.Bomba Q Hadm Hdes F N-2 Lt/s m m N 0.40 8.0 0.60 0.5 0.0 4.0 10.90 11.0 2.40 3.20 9.20 4.5 0.0 3000 0.0 6.80 12.5 5.0 0.35 13.5 4.0 0.5 4.35 8.0 0.0 Tabla 5-Datos de bomba 2 a 2500RPM Bomba Q Hadm Hdes F N-2 Lt/s m m N 0.0 0.0 15.20 8.5 1.5 0.5 5.5 1.5 1.0 14.5 3.5 1.0 8. 0 211.7897875 0.538592094 2.0 250.469023949 19.3365 99.665097118 20.398843356 16.0 282.0 313.0 46.5540625 0.5540625 0.934375 0.5540625 0.5 85.5540625 0.870574277 15.139725 0.5540625 0.59 453.5 163.0097125 0.333015433 17.155 178.8298875 1.7496875 0.5 362.298482609 22.823333062 8.644052368 18.238 453.0 102.9198 0.9599 1.5 361.3499375 1.3499375 1.92 496.Anexo B – Resultados Ht Pw Pm bomba bomba bomba 1 n bomba 1 [m] 1 [W] [W] 1 (2500 (2500 (2500 (2500 Rpm) Rpm) Rpm) Rpm) 23.3499375 0.5 301.6575 453.5540625 0.5 278.5 80.43125 337.151875 0.97 453.428257657 21.82675 317.761322367 10.961961948 12.0 257.378 453.567765833 20.7897875 0.579870143 14.746 457.74375 475.44 437.031852687 18.95625 0.80027946 18.80027946 17.0 235.631948057 2.5 305.8375 647.5 300.5 394.0 194.896 158.97 453.8525 453.5540625 0.141673138 Tabla 8-Resultados bomba 1 a 2300RPM .5975 99.0 64.528 178.5145 99.889402999 10.8298875 1.0 135.843537809 12.186794959 23.68725 431.5125 453.132478694 Tabla 7-Resultados bomba 1 a 2500RPM Ht Pw Pm bomba bomba bomba n bomba 1 [m] 1 [W] 1[W] 1 (2500 (2300 (2300 (2300 Rpm) Rpm) Rpm) Rpm) 19.0 362.1135 337.0 382.5540625 0. 896 381.25234037 0.063085093 0.5 426.0 361.5 411.5 60.5 144.207 404.924 15.564 628.31105 0.15795 0.160375 0.550425 0.4715 15.593697445 11.550425 0.109185737 Tabla 9-Resultados bomba 1 a 2600RPM Ht Pw Pm bomba bomba bomba n bomba 2 [m] 2[W] 2 [W] 2 (1800 (1800 (1800 (1800 Rpm) Rpm) Rpm) Rpm) 0.29 808.981 15.550425 0.3876 0.849325 0.5 379.08625 494.554920452 23.4905 15.5 435.756 359.4985 786.0 0 15.550425 0 0.0 270.921254657 21.0875 359.031542546 0.6221 0.0 3.3876 0.5 0.5 331.7752 0.5 0.753381586 22. Ht Pw Pm bomba bomba bomba n bomba 1 [m] 1 [W] 1[W] 1 (2600 (2600 (2600 (2600 Rpm) Rpm) Rpm) Rpm) 24.0 0 15.356673408 24.0 0 15.0 0 15.696225 0.4525 15.692549532 16.121593207 24.550425 0 0.0 211.647 471.735 718.550425 0 Tabla 10-Resultados bomba 2 a 1800RPM .459827933 2.550425 0 0.7752 0.608028073 14.550425 0.0 0 15.804854862 19.157712731 0.5 2.0355 718.550425 0.550425 0 0.00485 0.28425 584.5 437.704248004 18.9283 0.5 88.094627639 1.5 1. 5 8.06369168 2.069119319 0.43 202.0 7.848 39.131022884 1.093587775 2.08734859 2.3499375 0.6938 0.487 202.77035 0.81 59.039306865 2.232075 0.0 9.0 0 269.6938 0.6099625 0.219925 0 Tabla 11-Resultados bomba 2 a 2500RPM Ht Pw Pm bomba bomba bomba n bomba 2 [m] 1 [W] 1 [W] 1 (3000 (3000 (3000 (3000 Rpm) Rpm) Rpm) Rpm) 3.544 247.772 59.715 157.739975 0.5 8.5 6.772 79.0725 179.222169239 1.8699875 0.829 39.155525 0.0 4.696 179.4145 112.078975 0.867 99.943 19.5 23.5 11.095289371 0.308625 0.148112826 0.0 11.155525 0.5407 0 Tabla 12-Resultados bomba 2 a 3000RPM .148112826 2.5 22.5 14.164569807 1.122833954 2. Ht Pw Pm bomba bomba bomba n bomba 2 [m] 1 [W] 1 [W] 1 (2500 (2500 (2500 (2500 Rpm) Rpm) Rpm) Rpm) 1.58375 134.0 15.0 0 119.145580983 2.0 26.5 29.197483768 1.739975 0.197483768 1.47995 0.6099625 0.5 2. 0 0.50 1.4 1.00 3.2 0 0.00 2.0 5.50 1.6 Poly. (2500RPM) 0.2 2500RPM 1 2300RPM n 2600RPM 0.00 0.50 2.00 2. Bomba 1 30.50 4.00 Q [l/s] Figure 2-Eficiencia vs Caudal bomba 1 .0 20.8 1. (2600RPM) 0.0 0.00 Q [l/s] Figure 1-Cabezal vs Caudal bomba 1 Bomba 1 1.50 3.50 4.0 Ht [m] 15.00 1.8 Poly.0 2500RPM 2300RPM 2600 RPM 10. (2300RPM) Poly.50 2.6 1.00 3.00 0.0 25.4 0.00 1.50 3. 00 3.50 3.80 2.5 2.00 1.50 1.20 0.60 0.80 1.50 2.00 Q [l/s] Figure 4-Cabezal vs Caudal bomba 2 .20 1.50 4.5 0.40 1.00 0.5 3.0 3000RPM 0.00 0. Bomba 1 900 800 700 600 500 Pm [W] 2500RPM 400 2300RPM 2600RPM 300 200 100 0 0.40 0.00 Q [l/s] Figure 3-Potencia mecánica vs Caudal bomba 1 Bomba 2 3.00 2.0 Ht [m] 1800RPM 1.0 0.00 1.60 1.0 2.5 2500RPM 1. 80 2.05 0 0.3 0.40 1.00 Q [l/s] Figure 6-Potencia mecánica vs Caudal bomba 2 .2 1800RPM 2500RPM 0.00 0.15 n 3000RPM Poly. (2500RPM) Poly.20 0.60 1. Bomba 2 0.00 1.60 0.20 1.1 Poly. (3000RPM) 0.25 0.00 0.50 2. (1800RPM) 0.80 1.00 1.40 0.00 Q [l/s] Figure 5-Eficiencia vs Caudal bomba 2 Bomba 2 300 250 200 Pm [W] 150 1800RPM 2500RPM 100 3000RPM 50 0 0.50 1. Anexo C – Cálculos representativos Para el cálculo del cabezal utilizamos la ecuación 1: 𝐻𝐻𝑡𝑡 = 𝐻𝐻𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 − 𝐻𝐻𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 𝐻𝐻𝑡𝑡 = 22.5 − (−1) 𝐻𝐻𝑡𝑡 = 23.5 𝑚𝑚 Una vez obtenido el valor del cabezal.18 = 18% . dividiendo la potencia mecánica para la potencia hidráulica: 𝑃𝑃𝑚𝑚 𝑛𝑛 = 𝑃𝑃𝑤𝑤 431.95𝑊𝑊 Finalmente. utilizamos la ecuación 4.81 ∗ 23.5 𝑃𝑃𝑚𝑚 = 1000 𝑃𝑃𝑚𝑚 = 431.6 𝑃𝑃𝑤𝑤 = 1000 ∗ 9.95 𝑛𝑛 = 80.5 ∗ 1000 𝑃𝑃𝑤𝑤 = 80. lo ingresamos en nuestra ecuación 2 con el resto de datos que ya conocemos: 𝑃𝑃𝑤𝑤 = 𝜌𝜌𝜌𝜌𝜌𝜌𝜌𝜌 0.68 𝑊𝑊 Para la potencia mecánica reemplazamos los datos que ya conocemos en la educación 3: 2𝜋𝜋𝜋𝜋𝜋𝜋𝜋𝜋 𝑃𝑃𝑚𝑚 = 1000 2 ∗ 𝜋𝜋 ∗ 2500 ∗ 0. para hallar la eficiencia.165 ∗ 2.68 𝑛𝑛 = 0.