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Facultad de Ingeniería – Universidad Nacional de La Plata Introducción: Cuando a un sistema debemos instalarle una bomba, para cumplir determinados requerimientos, es necesario conocer sus características y cuál es su régimen de funcionamiento. Para ello, a la bomba se le realizan ensayos que nos permiten saber previamente cual va a ser el comportamiento de la bomba de acuerdo a las condiciones a las que se la someta. Ensayo circuito serie/paralelo: Consignas: a) Construir una planilla de ensayos para una bomba funcionando aislada con el objetivo de obtener sus curvas características principales H-Q y η-Q. b) Relevar dos puntos de funcionamiento del sistema funcionando en paralelo y dos puntos de funcionamiento con el sistema funcionando en serie. c) Si la bomba aislada se instala en un circuito cuya ley de pérdidas se indica debajo. Indicar qué caudal entregará la bomba. ∆z=4 m J tot ( m) =7.5 Q 2 ( l / s ) d) Se prevé para la misma instalación, que el caudal entregado hoy por la bomba no será suficiente después de cinco años de operación, debido al crecimiento de la demanda. El crecimiento previsto es de 15 % del caudal actual. El rodete actual tiene un diámetro de 100 mm y la carcasa de la bomba admite un diámetro máximo de 110 mm. ¿Es posible satisfacer el aumento de la demanda cambiando el rodete? Datos del banco de ensayos: 17 de abril de 2013 Página 1

Laboratorio Bombas - Máquinas Hidráulicas

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Facultad de Ingeniera Universidad Nacional de La PlataMquinas Hidrulicas Laboratorio BombasIntroduccin:

Cuando a un sistema debemos instalarle una bomba, para cumplir determinados requerimientos, es necesario conocer sus caractersticas y cul es su rgimen de funcionamiento. Para ello, a la bomba se le realizan ensayos que nos permiten saber previamente cual va a ser el comportamiento de la bomba de acuerdo a las condiciones a las que se la someta.

Ensayo circuito serie/paralelo:

Consignas:

a) Construir una planilla de ensayos para una bomba funcionando aislada con el objetivo de obtener sus curvas caractersticas principales H-Q y -Q.

b) Relevar dos puntos de funcionamiento del sistema funcionando en paralelo y dos puntos de funcionamiento con el sistema funcionando en serie.

c) Si la bomba aislada se instala en un circuito cuya ley de prdidas se indica debajo. Indicar qu caudal entregar la bomba.

d) Se prev para la misma instalacin, que el caudal entregado hoy por la bomba no ser suficiente despus de cinco aos de operacin, debido al crecimiento de la demanda. El crecimiento previsto es de 15 % del caudal actual.El rodete actual tiene un dimetro de 100 mm y la carcasa de la bomba admite un dimetro mximo de 110 mm. Es posible satisfacer el aumento de la demanda cambiando el rodete?

Datos del banco de ensayos:

Bombas tipo centrfuga. Ecuacin del Venturi

Procedimiento:

El banco de ensayos de la figura 1, se configura, mediante la apertura y cierre de las vlvulas disponibles, de manera tal que circule agua por una de las bombas. Luego se enciende dicha bomba y, mediante el cierre parcial de la vlvula esclusa se regula el caudal. Para cada caudal se releva la informacin que nos proporcionan los manmetros, vacumetro, el Venturi, y el panel de control de las bombas. sta informacin nos permitir confeccionar las curvas caractersticas principales H-Q y -Q, para las dos bombas, ya que ambas son iguales.

Figura 1: Banco de ensayos de bombas centrfugas.Tubo VenturiVlvula esclusaPanel de controlVacumetroManmetrosVlvulasResultados:

a) Bomba aislada:Para la bomba funcionando aislada se obtuvieron los siguientes valores:

Tabla 1: Valores obtenidos durante el ensayo para una bomba funcionando aislada.

PuntoHHCaudalP Imp.P/ Imp.P/ Asp.P/ Asp.P/ Asp.H bomba Pot.Pot H

[cm][mmca][l/s][kg/cm][m][cmHg][kg/cm][m][m][kW][kW]

1161600,853360,1170,09520,950,0480,2500,0016

2151500,825240,226,50,08840,881,1160,250,010,0361

314,51450,810840,3360,08160,822,1840,250,020,0695

4131300,766140,5550,0680,684,320,250,030,1299

59,5950,651010,7740,05440,546,4560,240,040,1718

61,4140,240891,41436,76470,5590,180,020,1182

Vlv. Cerr.0,161,60,078111,4514,536,76470,559,50,170,010,0428

Los resultados que se obtuvieron a partir de los datos de la tabla 1 se muestran a continuacin.

Figura 3: Curvas de potencia mecnica e hidrulica de la bomba en funcin del caudal.Figura 2: Curvas caractersticas de la bomba cuando funciona aislada. b1) Bombas en paralelo:Para las bombas funcionando en paralelo se obtuvieron los siguientes resultados.

Tabla 2: Valores relevados para las dos bombas funcionando en paralelo.

PuntoHHCaudalP Imp.P/ Imp.P/ Asp.P/ Asp.P/ Asp.H bomba Pot.Pot H

[cm][mmca][l/s][kg/cm][m][cmHg][kg/cm][m][m][kW][kW]

148,14811,51120,33180,24482,450,5520,490,010,0167

246,54651,484890,353,5180,24482,451,0520,490,020,0313

30001,4143,676470,050,513,50,3200

Figura 4: Curvas caractersticas obtenidas cuando las bombas funcionan en paralelo.b2) Bombas en serie:Para las bombas funcionando en serie se obtuvieron los siguientes resultados.

Tabla 3: Valores relevados para las dos bombas funcionando en serie.

PuntoHHCaudalP Imp.P/ Imp.P/ Asp.P/ Asp.P/ Asp.H bomba Pot.Pot H

[cm][mmca][l/s][kg/cm][m][cmHg][kg/cm][m][m][kW][kW]

115,91590,850580,447,50,1021,022,980,250,020,0995

212,31230,744441,21260,08160,8211,1840,250,080,3267

30002,7273,676470,050,526,50,1700

Figura 5: Curvas caractersticas obtenidas cuando las bombas funcionan en serie.c) Bomba aislada instalada en circuito con distinta ley de prdidas:La altura del sistema es la suma entre z y Jtot. Dndole valores a Q, obtenemos la curva del sistema. Si la graficamos en el mismo grfico de la figura 2, la interseccin entre la curva del sistema y la curva de la bomba determina el caudal y la altura que proporcionar la bomba para sta circuito.A continuacin se muestran la tabla de valores y el grfico con las curvas del sistema y de la bomba.Tabla 4: Altura del sistema en un circuito cuya ley de prdidas es z = 4m y Jtot = 7.5 Q.

QJtotzHsist

[ l/s][m][m][m]

0,10,07544,075

0,20,344,3

0,30,67544,675

0,41,245,2

0,51,87545,875

0,62,746,7

0,73,67547,675

Figura 6: La curva del sistema se muestra en color naranja, y la curva de la bomba obtenida mediante el ensayo se muestra en color celeste.

Observamos en el grfico que la interseccin de las dos curvas corresponde aproximadamente a un caudal de 0,6 l/s y a una altura de 6.67 m.

d) Cambio de rodete:

Tabla 5: Altura y caudal de la bomba con un rodete de 110 mm.

PuntoCaudalH bomba

[l/s][m]

10,9386921850,05808

20,9077592621,35036

30,8919209692,64264

40,8427591885,2272

50,7161074697,81176

60,2649804210,89

Vlvula cerrada0,08592572411,495

En la tabla 5 se muestran los valores modificados de altura y caudal que proporcionar la bomba si le cambiamos el rodete de 100 mm por uno de 110 mm. Dichos valores se obtienen mediante las ecuaciones de continuidad. Por otro lado, el caudal actual es 0,6 l/s. Un incremento del 15% del caudal significa que en 5 aos el caudal ser de 0,69 l/s.En la figura 7 se grafican la curva del sistema y la curva de la bomba con el nuevo rodete. Nuevamente la interseccin de ambas corresponder a las condiciones en que trabajarn conjuntamente el sistema y la bomba.

Figura 7: Curva del sistema y la curva de la bomba con el rodete de 110 milmetros obtenida mediante las ecuaciones de continuidad.Observamos en el grfico que la interseccin de las dos curvas corresponde aproximadamente a un caudal de 0,7 l/s. Por lo tanto es posible satisfacer el aumento de la demanda luego de 5 aos.

Ensayo de bomba axial:

Consignas:

a) Construir una planilla de ensayos para la bomba axial. El objetivo es obtener sus curvas H-Q y -Q. Para su construccin seguir los lineamientos indicados para el ensayo serie/paralelo.

b) Calcular el ANPA disponible de la bomba para cada uno de los puntos ensayados.

c) Cmo realizara ensayos de cavitacin en este circuito? Indique en un esquema del banco de ensayos los puntos de medicin, el instrumental y los equipos que se requeriran para dicho ensayo.

Datos del banco de ensayos:

Dimetro de la tubera (seccin de entrada): Ecuacin de la Placa Orificio: Brazo de palanca de la balanza:

Procedimiento:

En el circuito de las figuras 10 y 11 se enciende la bomba y comienza a circular el agua. La potencia mecnica del motor se calcula midiendo la cupla y sabiendo cul es la velocidad de giro del motor. Para medir la cupla se colocan pesas al motor hasta que est en equilibrio. Se releva dicho peso. Luego, como sabemos cul es el brazo de palanca, podremos calcular la cupla. El vacumetro arroja la altura del agua a la entrada de la bomba, y el manmetro la altura del agua a la salida de la bomba. La diferencia entre ambas es la altura que proporciona.Se releva la diferencia de altura de una placa orificio lo que luego nos permitir calcular el caudal. Conociendo el caudal y la altura podremos calcular la potencia hidrulica.Luego se vara el caudal regulando el ngulo de apertura de los labes de la turbina y se relevan todos los datos nuevamente. El procedimiento se repite 6 veces.

Vacumetro

Figura 8: Banco de turbinas y bombas de flujo axial.Rodete de bomba axialMotor de bomba axialManmetro

Tubo piezomtricoFigura 9: Banco de turbinas y bombas de flujo axial.Palanca de regulacin del distribuidor

Resultados:

a) Planilla de ensayos y curvas H-Q y -Q:

La tabla 6 contiene la informacin relevada en el ensayo y los resultados obtenidos para la potencia mecnica, potencia hidrulica, altura de la bomba y rendimiento. Las figuras 10 y 11 muestran respectivamente las curvas caractersticas y las curvas de potencia hidrulica y mecnica de la bomba.

Tabla 6: Informacin relevada durante el ensayo que permitir construir las curvas caractersticas de la bomba.

PuntoAp. Dist.(vlvula)PesoV.giroPot. MHH prom.QP/ Asp.P/ Imp.H bombaPot. H

[kg][kgm][rpm][kW][mmca][mmca][m/s][m][m][m][kW]

16016,56,279806,31325324,40,1040,63,83,23,250,515

323,8

324,5

250166,089806,12290,1289,80,0980,63,93,33,180,52

289,8

289,6

34016,56,279806,31250,8251,10,0920,843,22,880,457

253,7

248,7

43016,56,279806,31179,8183,40,0790,94,53,62,80,444

184,5

186

52017,56,659806,6988,985,30,0561,44,93,51,90,284

80,39

86,75

610228,369808,4214,9160,02526,54,51,120,133

16,7

16,4

Figura 10: Curvas caractersticas obtenidas para la bomba axial del circuito indicado.

Figura 11: Curvas de potencia hidrulica y mecnica de la bomba axial.b) ANPA disponible de la bomba para cada punto:

Tabla 7: Clculo del ANPA disponible por la bomba a partir de los datos de la tabla 6.

PuntoAp. Dist. (vlvula)CaudalreaVelocidadV/2gH atmP/ Asp.HvANPA

[m/s][m][m/s][m][m][m][m][m]

1600,103650,049092,111610,2272610,330,60,2310,9273

2500,098330,049092,003150,2045210,330,60,2310,9045

3400,091940,049091,873070,1788210,330,80,2311,0788

4300,079390,049091,617390,1333310,330,90,2311,1333

5200,055510,049091,130930,0651910,331,40,2311,5652

6100,025380,049090,516960,0136210,3320,2312,1136

Figura 12: Curva obtenida del ANPA disponible, calculada a partir de los datos de la tabla 7.c) Ensayos de cavitacin:

Para realizar ensayos de cavitacin se requerira una bomba de vaco.El procedimiento consistira en conectar la bomba de vaco al tubo piezomtrico. Luego para un determinado rgimen de funcionamiento se reduce gradualmente la presin mediante la bomba de vaco hasta que se produce la cavitacin. ste fenmeno puede detectarse observando el visor donde se encuentra el rodete, evaluando el brusco cambio en el rendimiento o midiendo los ruidos y vibraciones que acompaan la cavitacin.Luego el procedimiento se repite para distintos regmenes de funcionamiento, y se releva toda la informacin obtenida.

Ecuaciones utilizadas:

Factores de conversin utilizados:

PresinAlturas piezomtricas

Columna de mercurioColumna de agua

[kg/cm][cmHg][mmca][cm][m]

173,5310000100010

Caudal

[m/s][l/s]

11000

17 de abril de 2013Pgina 9