ESCUELA POLITCNICA NACIONALFACULTAD DE INGENIERA MECNICALABORATORIO DE MECNICA DE FLUIDOS Y TURBOMQUINAS

ESCUELA POLITCNICA NACIONALFACULTAD DE INGENIERA MECNICALABORATORIO DE MECNICA DE FLUIDOS Y TURBOMQUINAS

Practica N 2 1. Ttulo de la Prctica: Bombas centrifugas 2. Grupo: VIernes de 9 a 11 2.1 Integrantes: Toasa Jimenes Alex DanielZurita Yugs Kevin Javier

3. Cuestionario3.1 Una bomba Qu tipo de energa transforma?

Una bomba absorbe energa mecnica que puede ser provista de un motor trmico, elctrico y la transfiere a un lquido en forma de energa hidrulica.

3.2 Mencione un ejemplo de bombeo de fluido en el que se adicione energa de presin y otro en el que se aplique energa de velocidad.

El bombeo de un fluido en el que se adicione energa de presin se ve ejemplificado en una bomba de oleoducto en la cual la altura requerida, el dimetro de la tubera y por ende la velocidad del fluido se mantienen constantes el incremento de presin se da con el fin de compensar las prdidas que sufre el fluido a lo largo de su trayecto. Este tipo de bombeo se utiliza cuando se trabajan en sistemas que se hallen a la misma altura y tengan la misma presin y solo interese el caudal suministrado, esto se puede ejemplificar en las bombas de combustible tipo diafragma que posean los vehculos a carburador diseadas solo para suministrar caudal desde el depsito de combustible a presin atmosfrica hasta la entrada del carburador a presin atmosfrica.

3.3 Qu se entiende por succin negativa?

Esto quiere decir que el nivel de lquido que se requiere bombear est ms debajo de la altura de la bomba

3.4 Explique el fenmeno denominado pre-rotacin y escriba que efectos causa.

Este fenmeno ocurre a la entrada del impulsor en el cual el fluido adquiere una rotacin previa que depende al ngulo de aspa , mientras ms se acerque el ngulo de entrada al ngulo de aspa menor es el efecto. El principal efecto que produce son prdidas en la impulsin

3.5 Defina: alabes curvados hacia adelante, alabes curvados hacia atrs y alabes radiales.

Alabes curvados hacia adelante: Si su ngulo es menor que 90 se tienen labes curvados hacia adelante.Alabes curvados hacia atrs: Si su ngulo es mayor que 90 se tiene alabes curvados hacia atrs.Alabes radiales: Son aquellos que tienen su ngulo igual a 90

3.6 Qu sucede al invertir el sentido de giro de la bomba?

En las bombas centrifugas no resulta viable cambiar el sentido de giro de la bomba, ya que los labes estn diseados para que la bomba funcione en cierto sentido de giro, al hacerla funcionar en cierto en sentido contrario se generara un remolino en el flujo chocante de agua donde se producir una condicin de estancamiento y la turbo maquinaria resultar perjudicada.

3.7 Cmo vara la curva caracterstica de la bomba centrfuga con el dimetro del rotor? A medida que el rotor es mas grande la eficiencia aumenta notoriamente pero tambin aumenta la potencia requerida para la bomba lo cul dependiendo de la aplicacin puede ser perjudicial.

fig1:Curvas caractersticas para una misma familia de bombas centrifuga para diferentes dimetros del rotor, tomado de Cengel Y. Cimbala J.(2006).Mecnica de fluidos fundamentos y aplicaciones (745). Mxico: Mc Graw Hill

3.8 Con un esquema trace la trayectoria relativa y absoluta de una partcula de fluido en un rodete de una bomba en movimiento. Fig2:Trayectoria absoluta y relativa de una partcula de fluido, tomado de https://ingelibreblog.wordpress.com/2014/09/08/teoria-elemental-de-las-turbomaquinas-triangulo-de-velocidades-y-ecuacion-de-euler/

3.9 Realice la deduccin de la ecuacin de Euler para bombas centrfugas. Suponiendo un flujo estacionario, despreciando flujos viscosos y transferencia de calor se tiene que la altura manomtrica H esta representada por

donde:= Carga de presin= Carga de velocidad= Carga de altura= Carga suministrada por la bomba= Prdida de la cargaPor lo general las velocidades son similares a la entrada y salida de la bomba y la altura dentro de la bombo es despreciable puesto que no suele ser ms de un metro, por lo que la ecuacin se reduce a:

La potencia suministrada es igual al peso especifico por el caudal y por la altura manomtrica, con lo que la ecuacin para la potencia es:

Aplicando el teorema de momento cintico se obtiene que el par aplicado a la bomba es:

y con lo cual definiendo nuestra potencia de freno como :

tenemos que:

si la relacin es ideal y la potencia de freno es igual a la potencia requerida

3.10 Cul es la curva caracterstica ms importante para las bombas centrfugas? Para seleccionar la bomba ms adecuada la curva caracterstica mas importante ser aquella que pueda representar como la carga varia frente al caudal, y como las curvas varen frente a los distintos dimetros del rotor de la bomba.

3.11 Escriba cuales son las condiciones de rendimiento mximo en una bomba centrfuga. Cuando el caudal de diseo denominado Q*, es igual a un 60 por 100 del caudal mximo, aparece el punto de mximo rendimiento (PMR) Con el dimetro ms grande de rodete

Fig3:Curvas caractersticas de una bomba tpica, tomado de White F.(2004). Mecnica de fluidos (736). Espaa: Mc Graw Hill

3.12 Cul es la curva ideal =(), y como varia sta con el ngulo (2). Explique todas las partes de la curva. La curva de altura en funcin del caudal varia de acuerdo a como cambia el ngulo 2 de la siguiente manera: si 2=0 se tiene entonces una altura manomtrica que varia linealmente en funcin del caudal, si 290 la curva presenta una pendiente positiva (alabes curvados hacia adelante).

3.13 Cules son las causas principales que causan la deformacin de la curva ideal =()? Prdidas por recirculacin (importante para caudales grandes) Prdidas por desprendimiento (alteraciones o desajustes en los ngulos de labes ) Prdidas por friccin Perdidas por turbulencias

3.14 Qu es velocidad especfica? Para qu sirve?Es la relacin entre el coeficiente de caudal () y el coeficiente manomtrico () y es aquella velocidad a la cual un impulsor geomtricamente semejante al original, desarrollara una carga unitaria a una capacidad unitaria. Este es un nmero que define la geometra del impulsor y la operacin de una bomba centrfuga, sin tomar en cuenta su tamao.

3.15 Cmo afecta el ngulo de alabe a la salida (2) en la altura de Euler?El ngulo de arista de salida o 2 cuando tiene un valor de 0, la altura manomtrica o de Euler se transforma en un valor lineal, si es mayor a 90 la altura disminuye (se generan perdidas), pero si este es menor a 90 la altura aumenta.

3.16 Qu parmetro define el nmero de labes en una bomba centrfuga? La velocidad Eficiencia Caudal especifico Carga hidrostticaSi se usan muy pocos labes existirn elevadas perdidas de flujo circulatorio, si existen demasiados labes , existirn perdidas excesivas porque el flujo se bloquea y la capa limite crece generando velocidades no uniformes y eficiencias bajas 11m 14 y 16 son las cantidades mas comunes para bombas de tamao mediano

3.17 Qu ventaja presenta la bomba centrfuga sobre las volumtricas?Las bombas volumtricas no manejan caudales constantes las cuales dan flujos variados a travs del tiempo, mientras que las bombas centrifugas tienen el gran beneficio de permitir un flujo continuo y caudal constante debido al intercambio de cantidad de movimiento.

3.18 Menciones 3 formas de controlar el caudal en una bomba. Descrbalas. Aumentando o reduciendo la altura de la superficie del deposito: esto genera una mayor o menor carga hidrosttica respectivamente, lo cual influencia en el caudal directamente. Variando las prdidas menores: reacomodando la tubera, cambiando vlvulas (por ejemplo cambiar una vlvula esfrica por una de globo ), variando el nmero de codos, etc. Variando las perdidas mayores: variando el dimetro y la rugosidad de la tubera

3.19 Describa qu es la colina de rendimientosLa colina de rendimiento son un conjunto de curvas que se las obtiene mediante ensayos elementales en el plano H-Q y esta permite calcular los rendimientos y las alturas manomtricas en funcin de los caudales.

3.20 En un sistema de bombeo definir: Carga esttica de descarga, Carga esttica de succin, Carga esttica total, Carga de friccin, Carga de succin, Carga de velocidad, Elevacin de succin, Carga total. Carga esttica de descarga: Es la distancia entre el punto de entrega libre del fluido y el eje de la bomba Carga esttica de succin: Es la distancia entre el eje de la bomba y el nivel del fluido cuando la bomba esta bajo el nivel libre de bombeo Carga esttica total: Es la distancia vertical entre la descarga y el nivel de succin. Carga de friccin: Es la columna necesaria para vencer la resistencia de la tubera de succin y de sus accesorios, dicha columna de fluido o liquido es equivalente en metros. Carga de succin: Es la suma algebraica entre la carga esttica de succin del sistema, la carga esttica de succin, la carga de friccin total, las perdidas de admisin y la presin negativa. Carga de velocidad: Es la carga que contiene la energa cintica Elevacin de succin: Es una carga negativa y es la suma de la carga de friccin, elevacin esttica y las perdidas de admisin. Carga total: Es la suma de las cargas de succin y descarga

3.21 Qu es el NPSH?Es la diferencia entre la carga de estancamiento a la entrada de la bomba y la carga de presin de vapor

donde los dos primeros trminos representan la carga de estancamiento y el ultimo la carga de presin de vaporEl NPSH tambin se lo podra definir como la altura mnima para que el sistema no cavite, pues mas debajo de esta altura el sistema empieza a cavitar. En los diagramas de curvas caractersticas se puede denotar que la altura de la bomba siempre debe estar enzima de la curva de NPSH mnimo que el fabricante determina.

3.22 Qu es NPSH disponible?Es el NPSH con el cual esta trabajando la bomba y siempre debe ser mayor al disponible (este depende del diseo).

3.23 Qu es NPSH requerido?Es la altura mnima a la que debe trabajar la bomba y que se da para evitar cavitacin en la misma. Tiene que ver con la geometra, las cadas de presin y la presin de saturacin del liquido. 3.24 De qu depende la elevacin esttica terica de succin? Depende de la altura (en relacin al nivel del mar) a la cual se va a instalar la bomba Las perdidas de succin en la tubera Accesorios NPSH requerido NPSH disponible

3.25 Por qu es tan importante el NPSH?Debido a que con este podemos determinar el diseo de la bomba y as evitar mucho problemas de funcionamiento, es decir predecir el funcionamiento de la bomba. Este tambin ayuda al calculo de la presin esttica mnima del flujo a travs de la tubera. 3.26 Cmo evitar la cavitacin en una bomba? Cul es la parte del rodete de la bomba ms propensa a cavitacin y por qu?Los labes son los ms propensos a cavitacin debido a que el flujo al no ingresar con una presin requerida mayor a la presin de saturacin se producen burbujas de vapor las cuales al chocar a gran velocidad contra el labe producen implosiones que generan fallas en el materialPara evitar la cavitacin en una bomba se debe: Disminuir las perdidas de carga de succin Disminuir el caudal Disminuir la altura en la succin

3.27 Qu es la curva de friccin de un sistema?Es una curva que representa las perdidas por carga de friccin en un sistema de bombeo, esta est en funcin de la geometra, el tipo de accesorios y la velocidad del flujo.Esta curva tambin se la denomina curva de carga-capacidad y siempre pasan por el origen.

Fig4:Curva de friccin, tomado de Zubicaray, M. V. (2005).Bombas: teora, diseo y aplicaciones: Editorial Limusa.

4. Problemas:

4.1 Se tiene un impulsor de una bomba centrfuga de 10 pulgadas de dimetro de descarga. Est accionado por un motor elctrico de 2 polos y 60 ciclos. Calcule la velocidad perifrica.

4.2 Un impulsor que gira a 1160 rpm tiene las siguientes caractersticas: a) Ancho del impulsor a la entrada b1=1 14 pulg. b) Ancho del impulsor a la salida b2= 34 pulg. c) Dimetro de Entrada D1= 7 pulg. d) Dimetro de Salida D2= 15 pulg. e) ngulos de alabe : 1=18,2=20 Considrese el rea de la seccin transversal =. Suponiendo el flujo radial y despreciando el ancho de los alabes, dibujar a escala los tringulos de velocidad y calcular la carga ideal, el caudal que pasa por la bomba y el grado de reaccin de la bomba.

se asume que

=11,35

Para caudal constante se tiene que

4.3 Un impulsor que gira 3500 rpm tiene un dimetro de descarga de 8,5 pulgadas, el ngulo de alabe a la salida es de 22 y la componente meridional de la velocidad cm2 es de 12 pies/s. Suponiendo que el flujo de entrada es radial dibuje a escala los tringulos de velocidad y calcular la carga ideal total.

Pero tenemos que:

5. Referencias White F.(2004). Mecnica de fluidos (736). Espaa: Mc Graw Hill Zubicaray, M. V. (2005).Bombas: teora, diseo y aplicaciones. Editorial Limusa.Cengel Y. Cimbala J.(2006).Mecnica de fluidos fundamentos y aplicaciones (745). Mxico: Mc Graw Hillhttps://ingelibreblog.wordpress.com/2014/09/08/teoria-elemental-de-las-turbomaquinas-triangulo-de-velocidades-y-ecuacion-de-euler/Mataix, C. (1975). Turbomquinas hidrulicas: turbinas hidrulicas, bombas, ventiladores. ICAI.

Informe: Reconocimiento del CIERHIElaborado por:

Zurita Yugs Kevin JavierToasa Jimenes Alex Daniel

Fecha de entrega: 5 de noviembre del 2014

Introduccin:

El CIERHI lleva acabo el estudio de modelos hidrulicos mediante Este informe detalla la visita tcnica realizada en el CIERHI donde se podr constatar a las primeras instalaciones que se llevan a cabo en este lugar y de la funcin que desempaarn en un futuro, particularmente refirindonos al sistema de suministro de agua. Donde se detallar el funcionamiento del sistema de bombeo sus caractersticas y sus componentes adicionalmente se revisar el diseo algunas caractersticas de diseo.

Antecedentes:Dado que se est revisando de forma terica el funcionamiento de la turbo maquinaria en las aulas, resulta necesario un acercamiento ms prctico al funcionamiento y caractersticas de las mismas, esto se espera lograr mediante el estudio del sistema de bombeo del CIERHI. Adicionalmente se espera conocer la importancia y la gran utilidad que presentan las bombas centrfugas en los sistemas de bombeo hidrulico.

Objetivos: Identificar el diseo de sistemas de bombeo Observar la distribucin de bombas en paralelo Revisar las caractersticas principales de bombas centrfugas

General: Estudiar el sistema de bombeo que posee el CIERHI en sus instalaciones

Especficos: Aprender a reconocer las diferentes partes que constituyen un sistema de bombeo especialmente del utilizado en el CIERHI. Comprender la funcin que desempean los principales componentes que constituyen el sistema. Conocer la importancia de las bombas centrfugas en sistemas de bombeo

Alcance:

Este informe se redacta con fines acadmicos para adquirir ms conocimientos acerca del uso y el funcionamiento de las bombas centrfugas.

Justificacin:

Dada la importancia de las bombas centrfugas en el campo industrial y de investigacin surge la necesidad de realizar esta visita tcnica al CIERHI y conocer de cerca el sistema de bombeo con el que cuenta

Actividades realizadas

Se inici la visita al CIERHI ubicado en las inmediaciones de la Escuela Politcnica Nacional a las 9:00am. Nos dirigimos al rea de bombeo que utiliza en centro de investigacin Procedemos a escuchar las indicaciones y toda la informacin que concierne al sistema de bombeo por parte del Ingeniero Galarza Se procedi a bajar al lugar donde se hallan ubicadas ubicados los motores y las bombas. A continuacin se tomaron fotos de las instalaciones. Luego de unas instrucciones adicionales por parte del Ingeniero se dio por terminada la visita. Potencial HumanoIngeniero Jos Luis Galarza encargado el laboratorio de TurbomquinasPresentacin de hallazgos y resultados Para que las bombas inicien su operacin es necesario primero cebarlas que consiste en llenar previamente la carcasa y la tubera de succin con el fluido que se requiera bombear, esto es debido a que si se pone en marcha la bomba sin haber realizado previamente este proceso la bomba solo podr aspirar algo de aire que tender a comprimirse sin tener la capacidad de absorber agua e impulsarla.

Se posee una un regulador de velocidad a la salida del motor elctrico, esto debido a que las bombas operan a una velocidad determinada para los requerimientos del sistema basado en las curvas caractersticas del fabricante, por ende es necesario regular la velocidad de giro.

El sistema de bombeo presenta vlvulas de compuerta antes de la entrada a las bombas centrfugas mientras que posee vlvulas check a la salida de las bombas. Estas vlvulas se tienen con el fin de detener el flujo de agua al momento de dar mantenimiento a las bombas, la vlvula de compuerta se utilizar para cerrar (o abrir) totalmente el flujo de agua entrante a la bomba, mientras que la vlvula check se encargar de evitar el retorno del fluido desde el depsito superior hacia la bomba. Las bombas tambin cuentan con un cambio de seccin a la entrada de la tubera de succin esto con el fin de incrementar la velocidad debido a que el fabricante recomienda una velocidad especfica para la entrada del fluido a la bomba y lograr un ptimo funcionamiento.

A la salida de las bombas se cuenta con un manmetro para conocer la presin a la que es despedido el fluido esto se tienen con la finalidad de saber si hay algn tipo de prdida o mal funcionamiento de la bomba, ya que en este caso la presin de salida disminuir lo cual ser marcado por el manmetro y se proceder a tomar las acciones adecuadas.

Un rodete se puede obstruir por impurezas que se han introducido en el sistema debido a una vlvula de pie incorrecta o con mal funcionamiento, a tambin por objetos extraos introducidos en la tubera al momento de la instalacin.

En el caso que se requiera desramar una bomba para su mantenimiento o revisin resulta necesario tener una orden autorizada por el fabricante, esto para evitar la prdida de la garanta del equipo

Tambin se acot que mientras ms larga sea la tubera o se tenga ms accesorios mayores prdidas de presin se puede sufrir el fluido, lo cual le vuelve ms propenso a sufrir efectos de cavitacin. En el caso que exista cavitacin algunas opciones para mitigar este efecto es acercar la bomba al tanque de succin disminuir accesorios o bajar la bomba de nivel.

Desde un punto de vista constructivo se requiere de soportes en la tubera de descarga muy cercanas al codo, esto se debe a que el cambio de la cantidad de movimiento del fluido al cambiar de direccin (flujo vertical a flujo horizontal) producir fuerzas que tendern a mover el conducto en cierta direccin y a sacar el codo del sistema, para lo cual es necesario estabilizarlo con los soportes anteriormente mencionados.

Adicionalmente se menciona que los codos son fabricados mediante soldadura y con un cambio de direccin no tan pronunciado para evitar concentradores de esfuerzos debido a las grandes fuerzas generadas por el flujo.

Conclusiones: Las bombas centrifugas tiene una gran utilidad en la industria y los centros de investigacin por lo cual es necesario conocer las partes que componen un sistema real de bombeo.

Un sistema de bombeo siempre presentan vlvulas para cada bomba que permiten detener el flujo con el fin de poder dar mantenimiento a las bombas de forma individual sin detener al sistema en su totalidad Las bomba centrifugas tienen puntos de operacin caractersticos para una funcin requerida por lo cual es necesario conocer todas estas caractersticas y adecuar al sistema para que proporcione los parmetros necesarios y obtener el rendimiento ptimo.

Uno de los principales problemas que se deben evitar en los sistemas de bombeo es la cavitacin debido a la baja presin que se puede generar a la entrada de la bomba ya que este efecto puede producir el deterioro de la tubera o los labes.

Gran parte de los conocimientos adquiridos en clases en sistemas simples se aplican o son vlidos para los sistemas reales grandes por lo cual es necesario tener siempre una base de conocimientos de la mecnica de fluidos y turbomaquinas slidos.

Para un sistema de bombeo no basta solo con hacer un anlisis del flujo hidrulico sino que tambin es necesario hacer un anlisis mecnico de los elementos que componen el sistema ya que aqu se involucran efectos estudiados en las dems ramas que involucra la ingeniera mecnica.

Recomendaciones: Dar un poco de informacin acerca del proveedor de las bombas para familiarizarnos con las industrias que distribuyan turbomquinas.

Informar del proceso de mantenimiento del sistema ya que tambin resulta importante mantener el sistema en buenas condiciones de funcionamiento a lo largo del tiempo

Anexos

a) b)fig5: Sistema de bombeo de 4 bombas en paralelo a) vista de las 4 tuberas, b) vista de las bombas centrifugas y sus respectivos codos, fuente: propia

a)

b)fig6: Vlvulas a) vista superior, b) vista frontal, fuente: propia

a) b)fig7: Motor y eje de transmisin a) vista superior, b) vista lateral, fuente: propiaPg. 1 de 11

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