Pruebas de rendimiento de una bomba de diafragma doble de accionamiento neumático

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PRUEBAS DE RENDIMIENTO DE UNA BOMBA DE DIAFRAGMA

DOBLE DE ACCIONAMIENTO NEUMATICO

Proyecto de grado

Luis Felipe Espinosa Castro

Autor

Álvaro Enrique Pinilla Sepúlveda, Ph. D., M.Sc.

Asesor

Universidad de Los Andes

Facultad de Ingeniería

Departamento de Ingeniería Mecánica

Bogotá D.C., Colombia

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Agradecimientos

La finalización de este proyecto de grado es la culminación de una etapa de crecimiento

personal y profesional que he llevado a cabo durante los últimos años. Llegar al final de

esta etapa ha sido un proceso de altos y bajos, situaciones en las que siempre conté con el

apoyo de mi familia, mi padre Luis Fernando Espinosa y mi madre Liliana Castro, dos seres

humanos con cualidades impresionantes que supieron aconsejarme, guiarme, regañarme,

alcahuetearme, apoyarme, entre otras tantas cosas en su debida dosis para mostrarme

uno de los tantos caminos para terminar esta etapa, creo que fue el mejor de todos, por

eso GRACIAS.

Así mismo agradecerle al resto de mi familia y amigos que de una u otra manera

aportaron un granito de arena a quien soy hoy, con una etapa finalizada y otra nueva por

empezar. Se los agradezco y espero tenerlos aportando, como hasta ahora, en lo nuevo

que se viene.

A mi asesor de proyecto, el Profesor Alvaro Pinilla, le agradezco permitirme trabajar con

él, por su tiempo dedicado a apoyarme en sacar este proyecto adelante y por

demostrarme que siempre hay una solución a los problemas que enfrentamos.

Adicionalmente agradecerle al personal técnico que me apoyo y me colaboro en la

realización del proyecto.

Por ultimo gracias a todos los compañeros con los que estudie, trabaje y hasta goce en la

tarea de convertirnos ingenieros mecánicos.

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2

Resumen

La industria hoy en día tiene una cantidad considerable de procesos donde es necesario

transportar fluidos, con el uso de bombas, que son de riesgo explosivo, por lo que estar

trabajando junto a elementos eléctricos se descarta como una opción viable.

Adicionalmente el acceso de información que tiene el cliente, respecto a las características

del fabricante de un equipo, son limitadas. Por ello, en este proyecto se procedió a realizar

pruebas de rendimiento sobre una bomba de doble diafragma de accionamiento

neumático.

La bomba utilizada fue una bomba Graco Husky 515, con entrada neumática de ¼” NPT, y

salida y entra de fluido de ¾”NPT.

Se realizaron medición usando presiones de operación desde 206.84 kPa (30 Psi) hasta

620.53 kPa (90 Psi), midiendo la cabeza y caudal del fluido, y el consumo de aire de la

bomba. Con los datos mencionados anteriormente, se realizó un análisis energético

obteniendo una potencia neumática máxima de 8.78 kW. Así mismo se encontró que el

punto de mejor operación, con una eficiencia del 13%, se presentó con una presión de

operación de 206.84 kPa (30 Psi) y una cabeza del fluido de 165.47 kPa (24 Psi), arrojando

un caudal de 8 Lpm.

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3

Tabla de contenido

Agradecimientos ... 1

Resumen ... 2

Índice de ilustraciones ... 4

Índice de tablas ... 5

Índice de graficas ... 5

1. Introducción ... 6

2. Objetivos ... 7

2.1 Objetivo general ... 7

2.2 Objetivos específicos ... 7

3. Antecedentes ... 8

4. Marco teórico ... 9

4.1. Clasificación de bombas ... 9

4.2. Funcionamiento de bombas de doble diafragma de accionamiento neumático. ... 10

4.3. Trabajo, potencia y eficiencia... 11

4.4. Medidor volumétrico de gases ... 12

5. Metodología ... 13

5.1. Despiece de la bomba ... 13

5.2. Montaje de la bomba ... 18

5.3. Medidor de gases volumétrico. ... 21

6. Resultados y análisis de resultados ... 25

7. Conclusiones y recomendaciones ... 27

7.1. Conclusiones... 27

7.2. Recomendaciones ... 28

8. Bibliografía ... 28

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Índice de ilustraciones

Ilustración 1. Curva de Consumo vs Caudal del fabricante. (Graco, 2012) ... 6

Ilustración 2. Curva de Cabeza vs Caudal del fabricante. (Graco, 2012) ... 7

Ilustración 3. Curvas teóricas de una bomba de doble diafragma de accionamiento neumático. (Burton & Loboguerrero, 1991) ... 8

Ilustración 4. Clasificación de bombas. (Burton & Loboguerrero, 1991) ... 9

Ilustración 5. Corte transversal de bomba. (Burton & Loboguerrero, 1991) ... 10

Ilustración 6. Medidor volumétrico de gases. (Doebelin, 1990) ... 12

Ilustración 7. Plano explosionado de bomba Husky 515 del fabricante. (Graco, 2012) ... 13

Ilustración 8. Bomba Graco Husky 515. ... 14

Ilustración 9. Válvula tipo bola. ... 14

Ilustración 10. Cavidad para el agua. ... 15

Ilustración 11. Diafragma. ... 15

Ilustración 12. Empaque interno entre cavidades. ... 16

Ilustración 13. Pieza de escape de aire. ... 16

Ilustración 14. Cavidad para direccionar el flujo del aire. ... 16

Ilustración 15. Vástago de direccionamiento del aire. ... 17

Ilustración 16. Cavidad para el aire. ... 17

Ilustración 17. Piezas en contacto con el producto. ... 17

Ilustración 18. Área efectiva. (Institute, 2010) ... 18

Ilustración 19. Accesorio en acero galvanizado. ... 19

Ilustración 20. Conexión de accesorios. ... 19

Ilustración 21. Instalación de la bomba. ... 20

Ilustración 22. Flujometro Dwyer. ... 21

Ilustración 23. Tanque de 500 litros. ... 22

Ilustración 24. Modificaciones en tanque de 250 litros. ... 22

Ilustración 25. Accesorios para medidor de gases. ... 22

Ilustración 26. Tanque de 250 litros con modificaciones. ... 23

Ilustración 27. Configuración de tanques de medidor de gases. ... 24

Ilustración 28. Medidor de gases volumétrico. ... 24

Ilustración 29. Extensión de exosto. ... 25

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5

Índice de tablas

Tabla 1. Mediciones de diafragma. ... 18

Tabla 2. Mediciones de volumen de cavidad para producto. ... 18

Tabla 3. Presiones de operación a las que se trabajara. ... 26

Tabla 4. Análisis de potencias y eficiencias a 206.8 kPa. ... 29

Tabla 5. Análisis de potencias y eficiencias a 275 kPa. ... 29

Tabla 7. Análisis de potencia y eficiencias a 413.7 kPa. ... 30

Tabla 11. Rendimiento a 206.8 kPa. ... 31

Índice de graficas

Grafica 1. Cabeza vs Caudal - Datos experimentales vs Manual del fabricante. ... 20

Grafica 2. Calibración medidor volumétrico de gases. ... 23

Grafica 3. Caudal vs Consumo. ... 26

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6

1. Introducción

En los últimos años la energía se ha venido convirtiendo en un tema vital debido a su

necesario y constante uso por parte de la humanidad. Debido a que las fuentes actuales

de energía, que en su mayoría son contaminantes, y el poco avance en energías limpias,

nos ha llevado a pensar en un uso adecuado y eficiente de esta.

Debido a esta necesidad de un buen uso de la energía, y los costos de la misma, diferentes

países han empezado a establecer estándares de eficiencia en el uso de energía, buscando

que la eficiencia sea lo más alto posible.

Enfocándonos en el contexto colombiano, es bien conocido que la industria ofrece

variedad de equipos importados, fabricados y probados en otros países, de los cuales, la

información suministrada por la industria local es insuficiente para un óptimo uso del

equipo.

La Universidad de los Andes adquirió una bomba Graco Husky 515 de doble diafragma de

accionamiento neumático. Para esta bomba se encuentra un manual de especificaciones

técnicas y curvas de rendimiento, sin embargo en estas no se presentan curvas de

eficiencia y tampoco se tiene el punto de mejor operación. Adicionalmente estas curvas

son realizadas para un solo tipo de instalación, con entrada sumergida en agua, tal y como

se evidencia en la

Ilustración 1

e

Ilustración 2

.

(8)

7 Ilustración 2. Curva de Cabeza vs Caudal del fabricante. (Graco, 2012)

Por lo mencionado anteriormente, en este proyecto se busca obtener las curvas de

rendimientos y eficiencia para esta bomba.

2. Objetivos

2.1 Objetivo general

-

Realización de pruebas y obtención de curvas de rendimiento de la bomba de

doble diafragma de accionamiento neumático Graco Husky 515.

2.2 Objetivos específicos

-

Comprender el funcionamiento de las bombas de doble diafragma de

accionamiento neumático.

-

Comprender el funcionamiento de la bomba Graco Husky 515.

-

Comprender las especificaciones técnicas recomendadas para la instalación y

operación especificadas en el manual del equipo.

-

Comprender las especificaciones técnicas de las normas establecidas para la

realización de pruebas de rendimiento de este tipo de bombas.

-

Verificar la correcta instalación del equipo para su operación y pruebas.

-

Obtener datos de rendimiento del equipo.

(9)

8

-

Obtener curvas teóricas de rendimiento del equipo.

-

Comparar y analizar datos experimentales y teóricos.

-

Comparación de curvas con las descritas por la ilustración 4, mostrada en el

numeral 5.

3. Antecedentes

Se encontraron curvas de rendimiento en el manual de la bomba Husky 515 marca Graco,

en las cuales se relacionan consumo de aire, caudales y presiones de trabajo, sin embargo

no se muestran curvas de rendimiento, ni el punto de mejor operación, ver la

Ilustración 1

e

Ilustración 2

.

Adicionalmente, se encontraron unas curvas de rendimiento de bombas de doble

diafragma de accionamiento neumático en el libro de Bombas Rotodinamicas y de

Desplazamiento Positivo, (Burton & Loboguerrero, 1991). Curvas las cuales relacionan la

eficiencia, consumo y presión de aire, cabeza y caudal del fluido, como se muestra a

continuación.

Ilustración 3. Curvas teóricas de una bomba de doble diafragma de accionamiento neumático. (Burton & Loboguerrero, 1991)

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9

4. Marco teórico

4.1. Clasificación de bombas

Las bombas están clasificadas principalmente en bombas dinámicas y rotodinamicas, y bombas de desplazamiento positivo, teniendo estas 2 ramas diferentes sub-clasificaciones. La bomba actual, Graco Husky 515, es una bomba de desplazamiento positivo y por ello se presenta el siguiente diagrama de clasificación con una ampliación en las sub-divisiones de esta.

Ilustración 4. Clasificación de bombas. (Burton & Loboguerrero, 1991)

Basándose en la Ilustración 4, la bomba que se tiene actualmente, siendo de desplazamiento positivo, sigue por la sub-clasificación de reciprocante y pasa a la sub-división de diafragma y de acción directa por aire.

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10

4.2. Funcionamiento de bombas de doble diafragma de

accionamiento neumático.

Conociendo el tipo de bomba, se procede a conocer el funcionamiento general de estas. Para ello se tomara la Ilustración 5, mostrada a continuación, como referencia.

Ilustración 5. Corte transversal de bomba. (Burton & Loboguerrero, 1991)

La bomba consta de 4 cámaras, la A y B donde se presenta el trabajo del aire comprimido, y las cámaras C y D, donde se presenta el producto. Así mismo consta de un tubo de aspiración y otro de impulsión.

El funcionamiento de la bomba inicia con la cámara A ingresándole aire teniendo como efecto el desplazamiento del diafragma y con esto impulsando el producto de la cámara C hasta dejarla vacía. Durante ese proceso, las cámaras B y D están realizando lo contrario, la cámara B está expulsando el aire por el exosto, ver Ilustración 13, y la cámara de esta aspirando producto. Esta aspiración se debe a que el diafragma entre la cámara A y C está conectada por medio de un eje con el diafragma de la cámara B y D, y con el movimiento del primer diafragma, comprimiendo la cámara C, genera la reacción en el segundo diafragma, expandiendo la cámara D, y así generando la aspiración del producto.

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11 Una vez la cámara A se encuentra llena de aire, un vástago, ver Ilustración 15, cambia de posición y re direcciona el aire hacia la cámara B, y con esto se repite el mismo ciclo descrito anteriormente en las otras cámaras.

El proceso realizado por el aire en este tipo de bombas, se puede suponer como un proceso adiabático, es decir que no se tiene intercambio de calor entre el proceso y el exterior, esto ya que los ciclos llevados a cabo en tiempos muy cortos. Con esto en mente, se presenta la ecuación de este tipo de procesos.

Ecuación 1. Ecuación de gases en proceso adiabáticos. (Cengel & Boles, 2007)

Adicionalmente se considera, que en el proceso el aire trabajara a temperatura ambiente, por lo que se obtiene que (Cengel & Boles, 2007).

4.3. Trabajo, potencia y eficiencia

El trabajo y la potencia no son únicamente eléctricos, también se encuentran de forma neumática e hidráulica. Lo potencia ejercida por un fluido se conoce de la siguiente forma:

Ecuación 2. Potencia de un fluido. (White, 2008)

Ecuación 3. Presión de un fluido. (White, 2008)

Por lo anterior se tiene que la potencia se puede determinar como:

Ecuación 4. Potencia

Así mismo, se sabe que el trabajo, es la potencia en un determinado intervalo de tiempo.

Ecuación 5. Trabajo de un fluido.

Por último, en bombas de accionamiento neumático la entrada es potencia neumática y la salida es hidráulica, por lo que la eficiencia es considerada de la siguiente forma.

Ecuación 6. Eficiencia.

Dónde:

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12

4.4. Medidor volumétrico de gases

Un medidor volumétrico de gases consta de 2 recipientes, 1 de ellos con agua, y el 2do sumergido dentro del primero de manera invertida. Este 2do recipiente tiene un contrapeso por medio de un sistema de polea, como se evidencia en la siguiente ilustración.

Ilustración 6. Medidor volumétrico de gases. (Doebelin, 1990)

Este sistema es usado para la medición de consumo de gases, entre ellos aire, esto debido a que es un medidor acumulativo. El funcionamiento de este sistema se basa en el desplazamiento del recipiente invertido a causa del volumen de aire ingresado al sistema. El contra peso que se tiene cumple con la función que al ingresar el aire este facilite el desplazamiento del recipiente sin generar compresión del aire por el peso de este, es decir que el aire dentro del recipiente invertido se tenga a 1 atmosfera de presión absoluta.

El recipiente invertido debe tener una geometría conocida o de fácil medición, y así con el desplazamiento que provoque el aire ingresado, en un determinado delta de tiempo conocido, se podrá calcular el volumen de aire consumido.

Gasómetro Barómetro

Entrada de aire

Flujo - metro

Temperatura _Presión

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13

5. Metodología

5.1. Despiece de la bomba

Lo primero que se realizó en este proyecto fue el despiece de la bomba, esto con el fin de analizar la función de cada componente y así comprender más a fondo el funcionamiento en conjunto. Para llevar a cabo este proceso, se usó el plano explosionado que entrega el fabricante en su manual, como se puede ver en la Ilustración 7.

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14 A continuación se evidencia en imágenes el despiece realizado.

Ilustración 8. Bomba Graco Husky 515.

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15 Ilustración 10. Cavidad para el agua.

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16 Ilustración 12. Empaque interno entre cavidades.

Ilustración 13. Pieza de escape de aire.

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17 Ilustración 15. Vástago de direccionamiento del aire.

Ilustración 16. Cavidad para el aire.

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18 Con todas las piezas separadas, se procedieron a analizar su función, adicionalmente se tomaron medidas del diafragma, ver Ilustración 11, para conocer el área efectiva según la norma ANSI/HI 10.6 (Institute, 2010) basándose en la siguiente ecuación e imagen.

[ _]

Ecuación 8. Área efectiva. (Institute, 2010)

Ilustración 18. Área efectiva. (Institute, 2010)

Obteniendo lo siguiente:

Tabla 1. Mediciones de diafragma.

Así mismo se realizó la medición de la carrera (L), y con ello el volumen desplazado por ciclo.

Tabla 2. Mediciones de volumen de cavidad para producto.

Una vez se tiene esta caracterización se procedió a ensamblar de nuevo la bomba y realizar el montaje.

5.2. Montaje de la bomba

La instalación del equipo se inició con los accesorios que se tenían previamente para este propósito, sin embargo algunos de estos accesorios, los de acero galvanizado, estaban oxidados y en mal estado. Debido a loa anterior se decidió la adquisición de nuevos accesorios en acero inoxidable para evitar este tipo de deterioro en el futuro.

Plato interno de diafragma Plato externo de diafragma Diafragma Carrera

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19 Ilustración 19. Accesorio en acero galvanizado.

A pesar de esto, estas piezas ya adquiridas se usar para hacer un instalación preliminar para poner en funcionamiento la bomba y corroborar su correcto funcionamiento.

Ilustración 20. Conexión de accesorios.

Una vez se realizaron las conexiones pertinentes se alimentó la bomba con aire a presión observando que la bomba empezó a operar sin inconvenientes, sin embargo no se realizaron toma de datos ya que la instalación presentaba fugas.

En el momento que se adquirieron los accesorios deseados se realizó de nuevo la respectiva instalación y se verifico que no se presentaran fugas, obteniendo un resultado positivo al respecto.

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20 Ilustración 21. Instalación de la bomba.

Finalizada la instalación, la bomba fue puesta en funcionamiento, debido a que las fugas en las conexiones habían sido eliminadas.

Con esto se realizar pruebas de rendimiento, tomando datos de caudal de producto y cabeza, ya que en el momento se estaba a la espera del medidor de consumo de aire, obteniendo resultados satisfactorios en cuanto a funcionamiento a pesar de ser inferiores a lo indicado por el fabricante, ver Grafica 1. Es necesario aclarar que el fabricante entrega curvas de cabeza vs caudal a 3 presiones de trabajo diferentes, 280 kPa (40 Psi), 480 kPa (70 Psi) y 700 kPa (100 Psi), sin embargo no fue posible operar la bomba a 700 kPa ya que la red neumática de la universidad alcanzaba dicha presión en momentos de operación.

Grafica 1. Cabeza vs Caudal - Datos experimentales vs Manual del fabricante.

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Cab

e

za

[K

Pa]

Caudal [L/min]

280 kPa Experimentales 480 kPa Experimentales

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21 Con la llegada del instrumento solicitado, un flujometro mostrado en la Ilustración 22, para la medición de consumo de aire de la bomba se procedió a realizar las adecuaciones necesarias a las mangueras neumáticas la conexión adecuada de este, el cual tiene 2 entradas hembra roscadas de ½”.

Ilustración 22. Flujometro Dwyer.

Al poner a prueba la bomba para realizar mediciones de consumo, se evidencio que el instrumento era inapropiado debido a que era un instrumento de mediciones instantáneas, característica que no fue analizada detalladamente. El problema generado consistía básicamente en que cuando la bomba se operaba a consumos inferiores al máximo, los ciclos por minuto disminuían y el aire consumido se comportaba igual, como pulsaciones, lo que llevaba a tener mediciones poco confiables.

El inconveniente descrito anteriormente dejo como conclusión que para este tipo de mediciones, el instrumento adecuado sería un medidor acumulativo, de los cuales en la industria se encuentran electrónicos y a un costo muy elevado, es por esto que se decidió implementar el uso del medidor de gases volumétrico descrito en el numeral 4.4.

5.3. Medidor de gases volumétrico.

Para la construcción del medidor sería necesario adquirir un reciente con un volumen aproximado de 763 litros (recipiente invertido, ver Ilustración 6) y uno de mayor capacidad en donde el primer recipiente ingresara sin problema. Los tamaños mencionados anteriormente fueron basados en el consumo máximo que podría tener la bomba en un intervalo de 1 minuto.

Debido al gran tamaño de estos recipientes, lo que generaba un difícil manejo y trabajo en ellos se adquirieron 2 tanques, uno de 250 litros y el segundo de 500 litros, lo que permitiría en principio mediciones de 19 segundos con la bomba consumiendo al máximo.

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22 Ilustración 23. Tanque de 500 litros.

Debido a que los tanques no están diseñados para el propósito para el cual fueron adquiridos, se le realizaron las modificaciones pertinentes y que lograran cumplir su función.

Ilustración 24. Modificaciones en tanque de 250 litros.

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23 Ilustración 26. Tanque de 250 litros con modificaciones.

Ya con las modificaciones realizadas, se procedió a realizar mediciones de volumen del tanque y así conocer su volumen en términos de su altura, obteniendo la siguiente gráfica.

Grafica 2. Calibración medidor volumétrico de gases.

0,00 15,00 30,00 45,00 60,00 75,00 90,00 105,00 120,00 135,00 150,00 165,00 180,00 195,00 210,00 225,00 240,00

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00

Vo

lu

m

e

n

[

L]

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24 Una vez se realizaron las mediciones necesarias se llenó de agua el tanque de 500 litros y se ubicó el tanque de 250 litros invertido. Adicionalmente se realizó la ubicación de la campana de contrapeso como se muestra en las siguientes ilustraciones.

Ilustración 27. Configuración de tanques de medidor de gases.

Ilustración 28. Medidor de gases volumétrico.

Con el propósito de realizar unas mediciones adecuadas, era necesario conectar el medidor de gases al exosto de la bomba, y para ello fue necesario realizarle una extensión a este usando accesorios en PVC, como se muestra en la Ilustración 29.

(26)

25 Ilustración 29. Extensión de exosto.

Con el accesorio mencionado anteriormente, se continuó con la instalación completa del montaje, ver la Ilustración 30, y así realizar las pruebas de rendimiento completas.

Ilustración 30. Instalación completa.

6. Resultados y análisis de resultados

Con el montaje descrito anteriormente, se procedió a realizar la toma de datos para conocer el rendimiento de la bomba Graco Husky 515. Los datos que se tomaron fueron los siguientes:

-

Presión manométrica de operación por medio de un regulador con manómetro, ubicado en la línea neumática antes de llegar a la bomba.

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26

-

Cabeza del fluido, con un manómetro ubicado en la línea hidráulica a la salida del producto.

-

Caudal del fluido, con un tanque Armfield a la salida del producto, midiendo el volumen en un determinado intervalo de tiempo.

-

Consumo de aire, con el medidor de gases volumétrico descrito anteriormente, conectado al exosto de la bomba. Para esta medición cabe aclarar que la medición tomada será la altura que el tanque invertido aumentara y con esta ingresamos a la tabla de calibración del tanque (Grafica 2).

Para realizar la toma de datos anteriormente mencionados, el usuario necesita manejar 2 variables de las mencionadas anteriormente. Se escogió manipular la presión de operación, y la válvula de salida del fluido, la cual manipula la relación entre caudal y cabeza.

Revisando el manual de la bomba entregada por el fabricante, se encuentra que la bomba tiene un rango de presiones de operación, que van desde 207 KPa (30 Psi) hasta 690 KPa (100 Psi). Por lo anterior, y adicionalmente que el manómetro del regulador, indica la presión en ‘Psi’, se decidió tomar las siguientes presiones:

Presión 1 Presión 2 Presión 3 Presión 4 Presión 5 Presión 6 Presión 7

206.8 kPa 275.8 kPa 344.7 kPa 413.7 kPa 482.6 kPa 551.6 kPa 620.5 kPa

Tabla 3. Presiones de operación a las que se trabajara.

Con estos parámetros se obtuvieron los siguientes resultados:

Grafica 3. Caudal vs Consumo.

0 100 200 300 400 500 600 700 800

0 10 20 30 40 50 60

Co n su m o [L/m in ] Caudal [L/min]

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27 Grafica 4. Curva de rendimiento de bomba Graco Husky 515.

Como se evidencia en la gráfica anterior las eficiencias de la bomba son muy bajas, y su punto de mejor operación alcanza el 13% de eficiencia, a una presión de operación de 30 Psi.

Los datos obtenidos los pueden encontrar en los anexos de la Tabla 11 a la Tabla 17.

Con los datos obtenidos se procede a usar las ecuaciones descritas en la sección 4.3 y obtener los siguientes resultados.

Como se resalta en la Tabla 4, el punto de mejor operación se presenta a presión de operación de 30 Psi, teniendo como entrada una potencia neumática de , con una eficiencia del .

Adicionalmente se observa en la Tabla 10, con una presión de operación de 90 Psi que la máxima potencia entregada por la bomba es de , pero su eficiencia siendo del .

7. Conclusiones y recomendaciones

7.1. Conclusiones

-

La potencia neumática es una gran fuente de energía para la industria donde se manejen fluidos con riesgos de explosión.

1% 2% 3% 4%

5% 13%

(29)

28

-

Conocer el rendimiento de un equipo, como la bomba estudiada es algo muy importante, ya que como sus eficiencias son tan bajas, se puede incurrir en operarla en un punto de operación bastante ineficiente y esto generaría altos costos a largo plazo.

-

La máxima potencia neumática alcanzada fue de , sin embargo se ve que su eficiencia en este punto fue de , entregando una potencia hidráulica de . A diferencia de cuando se trabajó a , alcanzando su punto de mejor operación con 13% de eficiencia.

7.2. Recomendaciones

-

Las mediciones de caudal y consumo deben ser tomadas con medidores acumulativos, esto debido a su comportamiento cíclico.

-

Sería un interesante analizar el comportamiento del exosto en la eficiencia de la bomba, ya que está diseñado para tener una velocidad de salida específica, debido a su porosidad, y a pesar de esto se encontraron lugares adicionales al exosto por donde había salida de aire, que se cree, no era deseada.

-

La presión de operación debe ser regulada con el equipo en funcionamiento, ya que esta cae aproximadamente 10 Psi entre el equipo apagado y este funcionando.

8. Bibliografía

Cengel, Y. A., & Boles, M. A. (2007). Termodinámica. Mexico D.F: Mc Graw Hill.

Doebelin, E. O. (1990). Measurement systems: application and design. New York: McGraw-Hill Book.

Graco. (2012). Instrucciones - Accionadas por aire Bombas neumaticas - 3A1958ZAC. Minneapolis: Graco.

Institute, H. (2010). American National Standard forAir-Operated Pump Tests. New Jersey: American National Standard Institute.

Loboguerrero, J. D. (1991). Bombas rotodinamicas y de desplazamiento positivo. Bogota: Universidad de los Andes.

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29

Anexos

206.8 kPa (30 Psi)

Aire Agua

[ ]

2,33E-03 280,34 653,11 4,83E-04 13,79 6,66 1,0

2,05E-03 280,34 576,06 4,42E-04 41,37 18,27 3,2

1,94E-03 280,34 543,00 4,08E-04 62,05 25,34 4,7

1,42E-03 280,34 397,13 3,17E-04 103,42 32,75 8,2

1,07E-03 280,34 299,50 2,58E-04 131,00 33,84 11,3

6,11E-04 280,34 171,21 1,33E-04 165,47 22,06 12,9 PMO

0,00 280,34 0,00 0,00 199,95 0,00 0,0

Tabla 4. Análisis de potencias y eficiencias a 206.8 kPa.

275.8 kPa (40 Psi)

Aire Agua

[ ] [ ]

4,64E-03 349,29 1620,96 6,33E-04 6,89 4,36 0,3%

4,21E-03 349,29 1469,56 5,73E-04 41,37 23,71 1,6%

3,66E-03 349,29 1278,89 5,30E-04 68,95 36,51 2,9%

2,80E-03 349,29 979,42 4,17E-04 117,21 48,84 5,0%

2,29E-03 349,29 799,64 3,25E-04 158,58 51,54 6,4%

1,24E-03 349,29 431,86 1,08E-04 241,32 26,14 6,1%

0,00 349,29 0,00 0,00 268,9 0,00 0,0%

Tabla 5. Análisis de potencias y eficiencias a 275 kPa.

344.7 kPa (50 Psi)

Aire Agua

[ ]

6,12E-03 418,24 2560,00 6,92E-04 6,89 4,77 0,2%

5,66E-03 418,24 2366,98 6,33E-04 41,37 26,17 1,1%

4,42E-03 418,24 1847,41 4,75E-04 117,21 55,66 3,0%

3,41E-03 418,24 1427,79 3,31E-04 193,05 63,86 4,5%

2,65E-03 418,24 1107,22 2,25E-04 248,21 55,85 5,0%

1,95E-03 418,24 814,19 1,08E-04 303,37 32,87 4,0%

0,00 418,24 0,00 0,00 330,95 0,00 0,0%

(31)

30

413.7 kPa (60 Psi)

Aire Agua

[ ] [ ]

7,74E-03 487,18 3772,44 7,31E-04 6,20 4,54 0,1%

6,81E-03 487,18 3318,78 6,23E-04 75,84 47,23 1,4%

5,51E-03 487,18 2684,36 5,01E-04 151,68 75,94 2,8%

4,08E-03 487,18 1990,01 3,56E-04 241,32 85,86 4,3%

3,50E-03 487,18 1706,44 2,67E-04 303,37 80,90 4,7%

2,06E-03 487,18 1005,91 6,67E-05 372,32 24,82 2,5%

0,00 487,18 0,00 0,00 399,9 0,00 0,0%

Tabla 7. Análisis de potencia y eficiencias a 413.7 kPa.

482.6 kPa (70 Psi)

Aire Agua

[ ]

9,72E-03 556,13 5404,99 7,73E-04 6,20 4,80 0,1%

8,74E-03 556,13 4861,08 6,93E-04 68,95 47,76 1,0%

7,33E-03 556,13 4079,12 5,71E-04 165,45 94,45 2,3%

5,49E-03 556,13 3051,37 3,93E-04 268,9 105,72 3,5%

4,42E-03 556,13 2457,18 2,81E-04 344,74 96,92 3,9%

3,22E-03 556,13 1792,36 1,25E-04 413,69 51,71 2,9%

0,00 556,13 0,00 0,00 475,74 0,00 0,0%

551.6 kPa (80 Psi)

Aire Agua

[ ] [ ]

1,15E-02 625,08 7201,69 8,46E-04 6,20 5,25 0,1%

1,05E-02 625,08 6532,67 7,80E-04 96,53 75,26 1,2%

8,86E-03 625,08 5537,63 6,63E-04 172,37 114,32 2,1%

8,25E-03 625,08 5157,15 6,07E-04 234,42 142,38 2,8%

6,30E-03 625,08 3938,35 4,32E-04 372,32 160,89 4,1%

4,63E-03 625,08 2897,05 2,55E-04 448,16 114,45 4,0%

0,00 625,08 0,00 0,00 537,79 0,00 0,0%

(32)

31

620.5 kPa(90 Psi)

Aire Agua

[ ] [ ]

1,27E-02 694,03 8786,52 8,84E-04 5,52 4,88 0,1%

1,23E-02 694,03 8513,21 8,39E-04 68,95 57,82 0,7%

1,12E-02 694,03 7795,36 7,59E-04 172,37 130,84 1,7%

9,95E-03 694,03 6906,31 6,56E-04 282,69 185,47 2,7%

8,42E-03 694,03 5840,29 5,45E-04 386,11 210,58 3,6%

5,26E-03 694,03 3651,99 3,01E-04 517,11 155,63 4,3%

0,00 694,03 0,00 0,00 613,63 0,00 0,0%

206.8 kPa (30 Psi)

Volumen [L] H [cm] Tiempo [seg] Caudal [L/min] Cabeza [Psi] Consumo [L/min]

29,00 54,00 60,00 29,00 2,00 139,78

26,50 48,50 60,00 26,50 6,00 123,29

24,50 46,10 60,00 24,50 9,00 116,22

19,00 35,20 60,00 19,00 15,00 85,00

15,50 27,70 60,00 15,50 19,00 64,10

8,00 17,20 60,00 8,00 24,00 36,64

0,00 0,00 60,00 0,00 29,00 0,00

Tabla 11. Rendimiento a 206.8 kPa.

275.8 kPa (40 Psi)

26,00 70,00 41,08 37,97 1,00 278,44

26,50 71,00 46,24 34,39 6,00 252,44

28,70 72,00 54,20 31,77 10,00 219,68

25,00 63,20 60,00 25,00 17,00 168,24

19,50 53,20 60,00 19,50 23,00 137,36

6,50 31,30 60,00 6,50 35,00 74,18

0,00 0,00 60,00 0,00 39,00 0,00

(33)

32

344.7 kPa (50 Psi)

22,30 71,80 32,23 41,51 1,00 367,26

22,40 72,50 35,41 37,96 6,00 339,57

21,00 71,20 44,22 28,49 17,00 265,03

18,70 70,60 56,53 19,85 28,00 204,83

13,50 60,30 60,00 13,50 36,00 158,84

6,50 46,40 60,00 6,50 44,00 116,80

0,00 0,00 60,00 0,00 48,00 0,00

413.7 kPa (60 Psi)

18,00 70,00 24,62 43,87 0,90 464,60

17,50 70,20 28,10 37,37 11,00 408,73

18,60 73,60 37,15 30,04 22,00 330,60

18,00 74,10 50,59 21,35 35,00 245,08

16,00 75,00 60,00 16,00 44,00 210,16

4,00 48,80 60,00 4,00 54,00 123,88

0,00 0,00 60,00 0,00 58,00 0,00

482.6 kPa (70 Psi)

16,00 72,80 20,70 46,38 0,90 583,13

16,50 74,50 23,82 41,56 10,00 524,45

15,20 71,20 26,63 34,25 24,00 440,09

14,50 73,00 36,88 23,59 39,00 329,21

13,00 73,50 46,24 16,87 50,00 265,10

7,50 70,80 60,00 7,50 60,00 193,37

0,00 0,00 60,00 0,00 69,00 0,00

551.6 kPa (80 Psi)

15,20 74,20 17,97 50,75 0,90 691,27

16,00 76,10 20,52 46,78 14,00 627,06

15,50 74,20 23,37 39,79 25,00 531,54

15,50 75,10 25,52 36,44 34,00 495,02

14,20 74,30 32,86 25,93 54,00 378,03

11,30 73,70 44,25 15,32 65,00 278,08

0,00 0,00 60,00 0,00 78,00 0,00

(34)

33

620.5 kPa(90 Psi)

13,70 71,40 15,49 53,07 0,80 759,61

13,30 71,00 15,86 50,32 10,00 735,98

13,20 71,20 17,39 45,54 25,00 673,92

14,50 77,50 22,10 39,37 41,00 597,06

14,00 76,50 25,67 32,72 56,00 504,90

12,40 76,80 41,20 18,06 75,00 315,72

0,00 0,00 60,00 0,00 89,00 0,00