miércoles, 30 de mayo de 2012

MEC DE FLUIDO LAB PRACT 6


REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
 “FRANCISCO DE MIRANDA”
ÁREA DE TECNOLOGÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
CÁTEDRA LABORATORIO DE FLUIDO


PRÁCTICA Nº 6

                       

Santa Ana de Coro, Febrero de 2012



INVESTIGACIÓN
a)     Defina turbomaquina
Es una máquina cuyo elemento principal es un rodete (rotor) a través del cual pasa un fluido de forma continua, cambiando éste su cantidad de movimiento por acción de la máquina, dándose así una transferencia de energía entre la máquina y el fluido, la cual puede ser en sentido máquina-fluido o fluido-máquina.
Las turbomáquinas se diferencian de otras máquinas térmicas en el hecho de que funcionan de manera continua y no discreta, como es el caso de los compresores de émbolo, las bombas de vapor a pistón o los populares motores de pistón, las cuales son máquinas de desplazamiento volumétrico o positivo. A semejanza de otras máquinas térmicas, son transformadoras de energía, lo cual es una característica fundamental, entregándole energía mecánica al fluido de trabajo convirtiéndola en presión (energía potencial), energía térmica o energía cinética del fluido, pudiendo ser este intercambio en sentido contrario.
b)    ¿Cuándo se emplean bombas en un sistema de tuberías? Ejemplo.

Las bombas se incluyen en un sistema de tuberías para convertir energía mecánica (suministrada por un mecanismo impulsor) en energía hidráulica. Esta energía adicional permite transmitir un fluido de un lugar a otro cuando no es factible que fluya por gravedad, elevarlo a cierta altura sobre la bomba o recircularlo en un sistema cerrado. En general, el efecto de una bomba en un sistema es incrementar la energía total en una cantidad H.


c)     Tipos de bombas y su clasificación.
·         Según el principio de funcionamiento
o   La principal clasificación de las bombas según el funcionamiento en que se base:
- Bombas de desplazamiento positivo o volumétricas, en las que el principio de funcionamiento está basado en la hidrostática, de modo que el aumento de presión se realiza por el empuje de las paredes de las cámaras que varían su volumen. En este tipo de bombas, en cada ciclo el órgano propulsor genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada, por lo que también se denominan bombas volumétricas. En caso de poder variar el volumen máximo de la cilindrada se habla de bombas de volumen variable. Si ese volumen no se puede variar, entonces se dice que la bomba es de volumen fijo. A su vez este tipo de bombas pueden subdividirse en
- Bombas de émbolo alternativo, en las que existe uno o varios compartimentos fijos, pero de volumen variable, por la acción de un émbolo o de una membrana. En estas máquinas, el movimiento del fluido es discontinuo y los procesos de carga y descarga se realizan por válvulas que abren y cierran alternativamente. Algunos ejemplos de este tipo de bombas son la bomba alternativa de pistón, la bomba rotativa de pistones o la bomba pistones de accionamiento axial.
- Bombas volumétricas rotativas o rotoestáticas, en las que una masa fluida es confinada en uno o varios compartimentos que se desplazan desde la zona de entrada (de baja presión) hasta la zona de salida (de alta presión) de la máquina. Algunos ejemplos de este tipo de máquinas son la bomba de paletas, la bomba de lóbulos, la bomba de engranajes, la bomba de tornillo o la bomba peristáltica.
- Bombas rotodinámicas, en las que el principio de funcionamiento está basado en el intercambio de cantidad de movimiento entre la máquina y el fluido, aplicando la hidrodinámica. En este tipo de bombas hay uno o varios rodetes con álabes que giran generando un campo de presiones en el fluido. En este tipo de máquinas el flujo del fluido es continuo. Estas turbomáquinas hidráulicas generadoras pueden subdividirse en:
·         Radiales o centrífugas, cuando el movimiento del fluido sigue una trayectoria perpendicular al eje del rodete impulsor.
·         Axiales, cuando el fluido pasa por los canales de los álabes siguiendo una trayectoria contenida en un cilindro.
·         Diagonales o helicocentrífugas cuando la trayectoria del fluido se realiza en otra dirección entre las anteriores, es decir, en un cono coaxial con el eje del rodete.
·         Según el tipo de accionamiento
- Electrobombas. Genéricamente, son aquellas accionadas por un motor eléctrico, para distinguirlas de las motobombas, habitualmente accionadas por motores de combustión interna.
- Bombas neumáticas que son bombas de desplazamiento positivo en las que la energía de entrada es neumática, normalmente a partir de aire comprimido.
- Bombas de accionamiento hidráulico, como la bomba de ariete o la noria.
- Bombas manuales. Un tipo de bomba manual es la bomba de balancín.

d) ¿Qué son bombas rotodinámicas ó centrífugas? ¿Cómo funcionan?

Es un tipo de bomba hidráulica que transforma la energía mecánica de un impulsor rotatorio llamado rodete en energía cinética y potencial requeridas. El fluido entra por el centro del rodete, que dispone de unos álabes para conducir el fluido, y por efecto de la fuerza centrífuga es impulsado hacia el exterior, donde es recogido por la carcasa o cuerpo de la bomba, que por el contorno su forma lo conduce hacia las tubuladuras de salida o hacia el siguiente rodete.

e) Explique con una figura alusiva las partes de una bomba centrifuga.
f) ¿Qué representa la curva característica de una bomba? ¿Cómo se construye?
El comportamiento hidráulico de una bomba viene especificado en sus curvas características que representan una relación entre los distintos valores del caudal proporcionado por la misma con otros parámetros como la altura manométrica, el rendimiento hidráulico, la potencia requerida y la altura de aspiración, que están en función del tamaño, diseño y construcción de la bomba.
Estas curvas, obtenidas experimentalmente en un banco de pruebas, son proporcionados por los fabricantes a una velocidad de rotación determinada (N).
Se representan gráficamente, colocando en el eje de abcisas los caudales y en el eje de ordenadas las alturas, rendimientos, potencias y alturas de aspiración.
g) ¿Qué es el punto de funcionamiento de un sistema de bombeo?
La manera en la que una bomba trabaja depende no sólo de las características de funcionamiento de la bomba, sino también de las características del sistema en el cual vaya a trabajar. Para el caso de una bomba dada, mostramos las características de funcionamiento de la bomba (h respecto a Q) para una velocidad de operación dada, normalmente cercana a la velocidad que da el rendimiento máximo. También mostramos la curva característica del sistema (es decir, la altura de bombeo requerida respecto a Q). En este caso, la bomba está suministrando líquido a través de un sistema de tuberías con una altura estática D z. La altura que la bomba debe desarrollar es igual a la elevación estática más la pérdida total de carga en el sistema de tuberías (aproximadamente proporcional) a Q²). La altura de funcionamiento de la bomba real y el caudal son determinados por la intersección de las dos curvas.
Los valores específicos de h y Q determinados por esta intersección pueden ser o no ser los de máximo rendimiento. Si no lo son, significa que la bomba no es exactamente la adecuada para esas condiciones específicas.
El punto de funcionamiento o punto óptimo de una bomba solodinámica es el de la curva H – Q que corresponde a un rendimiento máximo. Cuanto más empinada se la curva H – Q, más significativo será el efecto de cualquier cambio de altura en el punto de funcionamiento.
Por ejemplo, una bomba con una curva H – Q empinada presentará un pequeño cambio de descarga pero la altura variará mucho si se desplaza el punto de funcionamiento, en cambio una bomba cuya curva H – Q sea plana, mostrará un gran cambio de capacidad pero la altura variará poco al desplazarse el punto de funcionamiento
Las curvas H – Q para las bombas centrífugas son sustancialmente planas, con tendencia a que el sedimento máximo se sitúe inmediatamente después de la capacidad media.
Las curvas H – Q para una bomba de flujo axial es aún más empinada, con su punto de demanda en la descarga nula y su curva de potencia es decreciente.
h) Definición de rendimiento de una bomba.

El rendimiento de una bomba varía considerablemente dependiendo de las condiciones bajo las cuales esté operando. Por tanto, cuando se selecciona una bomba para una situación dada, es importante que la persona encargada de realizar dicha selección tenga información relativa el funcionamiento de las distintas bombas entre las que vaya a realizarse la elección. El fabricante de bombas suele tener información de este tipo, basada en ensayos de laboratorio, sobre su catálogo de bombas estándar. Sin embargo, algunas veces las bombas de gran capacidad se fabrican a medida. A menudo se fabrica y se ensaya un modelo de tal bomba entes de realizar el diseño final del prototipo de la bomba. Aun cuando algunas bombas centrífugas son accionadas por motores de velocidad variable, la forma más frecuente de operación de las bombas es a velocidad constante.

i) ¿Cuándo se dice que un sistema de bombas está en serie y cuando se dice que está en paralelo? Explique
Hay casos en que las necesidades de un sistema exigen que varíe la presión o el gasto, así como los requerimientos de succión y descarga; para ello se emplea el uso de bombas en serie o en paralelo y con ello aumentar la eficiencia de dicho sistema. En el primer caso se suman las cargas a la misma capacidad, mientras que en el segundo se suman las capacidades y operan a la misma carga.
Bomba Simple:
Altura del agua del tanque (m)
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Tiempo (s)
525,70
265,72
181,03
143,36
113,37
93,72
79,36
70,37
60,38
Caudal (m3/s)
0,0019
0,0038
0,0055
0,0070
0,0088
0,0107
0,0126
0,0142
0,0166
Presión en succión (mca)
-0,8
-0,9
-1
-1,1
-1,2
-1,28
-1,3
-1,45
-1,5
Presión en descarga (mca)
32,5
32
31,5
30,5
29,5
28,5
26
23,5
20
HB (m)
33,30
32,90
32,50
31,60
30,70
29,78
27,30
24,95
21,50
PH (N*m/seg)
619,38
1210,66
1755,39
2155,24
2647,94
3106,95
3363,72
3466,90
3481,46
Intensidad
3,354
3,590
3,791
3,909
4,066
4,208
4,346
4,485
4,635
Voltaje
440,01
439,99
440,1
440,03
440,04
440,04
439,95
440,03
440,4
Pe (N*m/seg)
2170,15
2322,75
2453,41
2529,37
2631,02
2722,91
2811,63
2902,08
3001,66
Eficiencia %
28,54
52,12
71,55
85,21
100,64
114,10
119,64
119,46
115,98


Podemos observar que mientras el caudal aumenta la altura a la cual llega la bomba disminuye.

Podemos observar que mientras el caudal aumenta la eficiencia también lo hace.


Bombas en Serie:

Altura del agua del tanque (m)
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Tiempo (s)
198,04
99,03
65,38
49,03
39,05
32,04
28,03
25,02
23,02
Caudal (m3/s)
0,0050494
0,01009802
0,01529411
0,02039526
0,02561104
0,03121229
0,03567479
0,0399643
0,04344049
Presión en succión (mca)
-0,8
-0,9
-1
-1
-1,2
-1,5
-1,5
-1,5
-1,6
Presión en descarga (mca)
27,5
27,5
27,8
27,8
27,9
28,1
28,1
28,2
28,3
HB 1 (m)
28,300
28,400
28,800
28,800
29,100
29,600
29,600
29,700
29,900
HB 2 (m)
28,300
28,400
28,800
28,800
29,100
29,600
29,600
29,700
29,900
HB total (m)
56,600
56,800
57,600
57,600
58,200
59,200
59,200
59,400
59,800
PH (N*m/seg)
2794,51
5608,34
8613,84
11486,87
14574,72
18067,47
20650,62
23211,79
25400,71
Intensidad
38,832
39,108
39,528
40,074
50,601
41,495
42,336
43,251
44,124
Voltaje
440,03
440,02
439,95
440,02
440,01
439,95
440,03
440,04
440,04
Pe (N*m/seg)
24535,58
24709,40
24970,79
25319,74
31970,24
26213,40
26749,54
27328,29
27879,96
Eficiencia %
11,39
22,70
34,50
45,37
45,59
68,92
77,20
84,94
91,11


Podemos observar que si se cumple, con la combinación de bombas en serie, se ha duplicado la altura HB.

Bombas en Paralelo:

Altura del agua del tanque (m)
0,100
0,100
0,100
0,100
0,100
0,100
0,100
0,100
0,100
0,100
Tiempo (s)
15,097
9,084
9,019
7,066
4,07
4,059
3,083
3,039
2,052
2,019
Caudal (m3/s)
0,006624
0,011008
0,011088
0,014152
0,024570
0,024637
0,032436
0,032906
0,048733
0,049529
Presión en succión 1 (mca)
-0,9
-1
-1,1
-1,1
-1,2
-1,2
-1,4
-1,4
-1,6
-1,6
Presión en succión 2 (mca)
-0,9
-0,9
-0,9
-0,9
-1
-1
-1
-1,1
-1,1
-1,4
Presión en descarga (mca)
14
13
13,5
12
10
10
8
7
5
3
HB 1 (m)
14,9
14
14,6
13,1
11,2
11,2
9,4
8,4
6,6
4,6
HB 2 (m)
14,9
13,9
14,4
12,9
11
11
9
8,1
6,1
4,4
HB (m)
14,900
13,950
14,500
13,000
11,100
11,100
9,200
8,250
6,350
4,500
PH (N*m/seg)
965,04
1501,58
1572,03
1798,95
2666,73
2673,95
2917,86
2654,44
3025,84
2179,35
Intensidad 1
3,847
4,194
4,196
4,393
4,54
4,54
4,66
4,776
4,865
4,957
Intensidad 2
1,952
1,952
1,952
1,954
2,631
2,63
2,995
3,153
3,195
3,141
Voltaje
440,03
440,02
439,95
440,02
440,01
439,95
440,03
440,04
440,01
440,05
Pe 1 (N*m/seg)
2430,68
2649,87
2650,71
2775,61
2868,42
2868,03
2944,37
3017,73
3073,76
3132,17
Pe 2 (N*m/seg)
1233,35
1233,32
1233,13
1234,59
1662,29
1661,43
1892,36
1992,23
2018,63
1984,70
Pe total (N*m/seg)
3664,03
3883,19
3883,84
4010,19
4530,71
4529,46
4836,73
5009,97
5092,39
5116,87
Eficiencia 1 %
39,70
56,67
59,31
64,81
92,97
93,23
99,10
87,96
98,44
69,58
Eficiencia 2 %
78,25
121,75
127,48
145,71
160,42
160,94
154,19
133,24
149,90
109,81
Eficiencia total
58,97
89,21
93,39
105,26
126,70
127,09
126,65
110,60
124,17
89,69


Podemos observar que se cumple con la agrupación de bombas en paralelo, se ha duplicado el caudal.

Tabla de datos:
§  Velocidad de rotación de la bomba (rpm)= 4000
§  Zd (metros)= 0,40
#
Q
Rotámetro
(m3/hora)
Presión de
Succión
(cms de Hg)
Presión de
Descarga
(Bar)
Voltaje

(voltios)

Intensidad

(amp)
1
2,9
30,4
0,50
26
2,45
2
2,8
30,4
0,50
26
2,45
3
2,7
29,64
0,52
26
2,45
4
2,6
28,88
0,58
26
2,43
5
2,5
27,36
0,60
26
2,40
6
2,4
26,6
0,64
26
2,40
7
2,3
25,08
0,69
26
2,39
8
2,2
23,56
0,73
26
2,38
9
2,1
22,8
0,78
26
2,35
10
2,0
22,8
0,81
26
2,35




Tabla de Resultados:
Curva Característica de una Bomba centrifuga.
Velocidad de rotación de la Bomba (rpm)= 4000
#
Q

Rotámetro

(Lit./min)
Presión
De
Succión
(Kg/mt2)

Presión De Descarga
(Kg/mt2)
HB

(mt2)
PH

(kg.m/seg)
Pe

(kg.m/mt2)
Efic

%
1
48,33
4134,4
5100
0,386
0,311
6,369
4,88
2
46,67
4134,4
5100
0,386
0,210
6,369
3,30
3
45
4031,04
5304
0,509
0,382
6,369
6,00
4
43,33
3927,68
5916
0,795
0,574
6,317
9,09
5
41,67
3720,96
6120
0,960
0,666
6,239
10,67
6
40
3617,6
6528
1,164
0,776
6,239
12,44
7
38,33
3410,88
7038
1,451
0,927
6,213
14,92
8
36,67
3204,16
7446
1,697
1,037
6,187
16,76
9
35
3100,8
7956
1,942
1,132
6,109
18,53
10
33
3100,8
8262
2,064
1,148
6,109
18,79

Curva característica de una bomba centrifuga
Cuadro de texto: HBCuadro de texto: Q (lit/min)

Curva característica de dos bombas en paralelo a partir de la curva característica de una bomba
Cuando en determinado sistema se refiere aumenta el caudal.
La energía de bombeo HB del sistema no se vera afectada, en cambio el caudal del sistema será el que bombean las dos bombas; es decir; se duplicara, así:
Q (sistema en paralelo)= Q bomba1+ Q bomba2
HB (sistema en serie)= H Bomba1= H bomba2

Curva de tres bombas colocadas en serie a partir de la curva característica de una bomba
Cuando en determinado sistema se quiera aumentar la energía de bombeo HB.
En este caso el caudal que bombean las dos bombas no se vera afectada sino que la altura de bombeo se duplicara así:
HB (sistema en serie)= H bomba1+ H bomba2
Q (sistema en serie)= Q bomba1= Q bomba2





Curva de Eficiencia de una bomba (Eficiencia vs Q)






Analizar y concluir
1) Determinar la Ecuación de la curva característica. Para ello, deben estimarse los valores de los coeficientes A, B y C del siguiente polinomio.
HB= AQ²+BQ+C
HB1=0,174
Q1=42,709
HB2=0,164
Q2=39
HB3=1
Q3=31,936
A (31,936)2+ B (31,936) + C= 1
A (39)2+ B (39) + C= 0,164
A (42,709)2 + B (42,709) + C= 0,164
Aplicando krämer:
·         Calculando (A):
A (31,936)2+ B (31,936) + C= 1
A (39)2+ B (39) + C= 0,164
A (42,709)2 + B (42,709) + C= 0,164
·         Calculando (B):
A (31,936)2+ B (31,936) + C= 1
A (39)2+ B (39) + C= 0,164
A (42,709)2 + B (42,709) + C= 0,164
·         Calculando (C):
Sustituyendo A y B en algunas de los 3 polinomios y obtendremos a C
A (31,936)2+ B (31,936) + C= 1
2
0,011235(1019,91)-0,915294(31,936) + =1
11,4791-29,2308+
Ya obtenidos los valores A, B y C se obtuvo la Ecuación del Polinomio correspondiente a la curva característica de una bomba; dicho valores son:
 
2) Determine el valor de eficiencia máxima