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
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
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
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