GUION 2 EFICIENCIA DE UNA BOMBA

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GUION 2

EFICIENCIA DE UNA BOMBA

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Problema.

En un sistema de flujo se requiere bombear agua con un flujo entre 20 GPM a un tanque que se

encuentra a una presión manométrica de 1.0 Kgf/cm2. Determine si en ese flujo la bomba, con diámetro de impulsor de 4 7/8 in, opera a su máxima

eficiencia y si la columna (cabeza) que suministra la bomba es aprovechada al máximo por el sistema. La bomba está acoplada a un motor de 2HP.

____________________________________________________________________ Material:

2 Flexómetros 1 Electro pinza

Descripción del sistema hidráulico:

Tanque de alimentación Tanque receptor presurizado a 1 Kgf/cm 2

con 3 bombas centrífugas. (manómetro)

Preparación de equipo:

Iniciar encendido de Delta V de EMERSON. La computadora para iniciar encendido de sensores e instrumentos de medición se encuentra en el cuarto de Dinámica y control. Localizar carpeta de Flujo de Fluidos Observar nivel de cada tanque y proceder a vaciar tanque receptor o llenar el tanque de alimentación, si es necesario. Accionar la válvula ON OFF para tener un nivel del 80% en el tanque de alimentación.

2

Delta V de EMERSON.

MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA EL DESARROLLO EXPERIMENTAL

1. En la presencia del profesor(a) abrir la caja con los interruptores de cuchillas. Ambos interruptores deben estar desconectados; si no es así bajar las cuchillas.

2. Verificar que ningún motor se encuentre conectado.

. .

3. Verificar que las zapatas de las líneas roja y azul de los transformadores, que entran y salen al

wattmetro, estén correctamente conectadas: 3.1 Línea roja en K

3.2 Línea azul en 5 o 10 Amperes, según indique el profesor.

3.3 Que estén fijas (apretando las zapatas con el tornillo correspondiente en cada transformador). 4. Subir las cuchillas para contar con el servicio eléctrico para los motores

Sistema mecánico:

1. Purgar la bomba para evitar cavitación, abrir la válvula de la línea de purga.

2. Verificar que el acople motor-bomba sea correcto para evitar rompimiento de flechas

3

Presurización del tanque receptor.

1. Con la asesoría del profesor(a) localizar el compresor en el cuarto de caldera y accionar el switch del compresor color naranja.

2. Seguir la línea de salida del compresor para verificar la correcta alineación del compresor al tanque receptor, hasta lograr que el manómetro en dicho tanque marque 1 Kgf/cm2, según indique el profesor.

3. Para mantener constante dicha presión, conforme el tanque recibe el flujo de agua, se abre y/o cierra la válvula de la línea de salida de aire a la atmósfera.

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I.

DETERMINACION EXPERIMENTAL DE LAS CURVAS

CARACTERÍSTICAS DEL PAR MOTOR - BOMBA:

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ACTIVIDADES PREVIAS AL DESARROLLO EXPERIMENTAL

1. Escribir la ecuación de Balance de Energía Mecánica (Ec. De Bernouilli modificada) 1.Punto de Succión 2. Punto de descarga

Motor trifásico de inducción

4

1. Sobre un diagrama de la bomba, aplicar la ecuación de balance de energía mecánica entre los límites 1 y 2.

2. Deduzca la ecuación para calcular el trabajo de bombeo.

3. Indicar cómo calcular el trabajo, la potencia, la Columna o Cabeza de la bomba correspondiente a cada flujo.

4. Con el propósito de comprender el Método de pérdidas separadas para determinar eficiencia del motor, explicar en máximo 5 líneas el funcionamiento de un motor de inducción, qué es el estator y qué es el rotor. (Apoyarse en los videos recomendados)

DESARROLLO EXPERIMENTAL

Identifique los datos de la bomba y del motor en las placas correspondientes. Llene la siguiente tabla:

1. Alinear el sistema; es decir, verificar del tanque de alimentación al tanque receptor, qué válvulas deben estar abiertas y las que tienen que estar cerradas.

Medición de la variación de flujo Válvula de globo para variar el flujo Utilizando el medidor tipo magnético. Manómetro de presión de descarga de bomba Abrir archivo de historial en Delta V.

2. Iniciar la primera medición con válvula totalmente cerrada, rápidamente hacer las lecturas de solicitadas en la Tabla I; sin parar la bomba, abrir la válvula de globo (control de flujo) hasta lograr el siguiente valor de presión de descarga, registrar los datos. Continuar abriendo la válvula para cada presión de descarga indicada, hasta válvula totalmente abierta.

3. Mantener constante la presión en el tanque receptor, controlarla abriendo la línea de descarga de aire a la atmosfera.

TABLA 1 Bomba

CENTRIFUGA

Marca: Diámetro del impulsor

(Grupo):

Serie:

Motor TRIFÁSICO

5 PD (Kgf /cm2 ) PS (Kgf /cm2 ) y (cm Hg) POT. ELEC.

(Watts) INTENSIDAD I (Amperes) RPM FLUJO AGUA (L/min )

2.95 0 2.80 2.70 2.60 2.50 2.40 2.05

5. Terminadas las mediciones apagar la bomba.

6. Retornar el agua al tanque de alimentación con válvulas ‘”ON-OFF”. 7. Abrir poco a poco la válvula de salida de aire a la atmósfera hasta que el manómetro del

tanque marque cero. MEDIDAS DE SEGURIDAD PARA PARO DE EQUIPO.

1 Bajar el swicht de la caja amarilla.

2. Desconectar el motor, con cuidado girar la clavija.

3. Enredar el cable del motor. 4. Bajar los dos interruptores de cuchilla. 5. Cerrar la caja de los interruptores. 6. Cerrar las válvulas de succión y descarga de la bomba. 7. Apagar el compresor verificando que otro grupo no lo esté utilizando.

8. Apagar Sistema Delta V y cerrar el cuarto.

CÁLCULOS PARA CURVAS DE LA BOMBA Preparar hojas de cálculo en Excel o Mathcad.

Utilice el sistema de unidades (MKS). 1. Escribir los resultados en la Tabla 2.

TABLA 2 FLUJO DE H2O (m3 /s) FLUJO GPM W f (Kgf m/Kg) Potencia (HP) H (m)

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2. Calcular la potencia mecánica del motor, la eficiencia del motor y de la bomba, con el Método de pérdidas separadas1 .

I Pérdidas por calentamiento en el motor sin acoplar (S/A).

(PeEJ)(S/A)=Io2Ro = Pérdidas mecánicas y magnéticas: PeMM(S/A) = Wo - PeEJ(S/A) = Dónde:

Wo= 50 Watts; Io= 1.5 Amp; Para motor 2 HP: Ro= 2.45 ohms. II PÉRDIDAS EN EL MOTOR YA ACOPLADO

 PeEJ(A)=I2Ro Dónde: I es Intensidad de corriente para cada flujo. Ro es resistencia en ohms.

 Pérdidas totales en el Estator. (PeTE) PeTE = PeMM + PeEJ

 Potencia comunicada al Rotor. (PCR)

1

Pérez Camacho Ricardo, Tesis, 1982

Medir para cada flujo

a) Con la electro pinza la Intensidad de corriente (I amperes) b) La energía eléctrica consumida en % Watts

MÉTODO DE PÉRDIDAS SEPARADAS EN EL ROTOR Y EN EL ESTATOR

7 PCR = W – PeTE

Dónde:

W son Watts consumidos por el motor para cada flujo.

 Pérdidas por deslizamiento del Rotor. (PeDR) PeDR=PCR*S

Dónde:

S es el Factor de deslizamiento

RPM son: Revoluciones por minuto del motor.

 Potencia en la flecha del motor (PFM), en Watts. PFM = PCR – PeDR

 Si la potencia final en la flecha del motor se expresa en unidades de HP, se obtiene el conocido Break Horse Power: (BHP), y si la Potencia eléctrica suministrada se expresa en HP se denominará EHP, calcular la eficiencia del motor.

 De este último cálculo deduzca cómo calcular la Eficiencia de la bomba B. Indique los valores en la Tabla 3. TABLA 3. FLUJO (GPM) POTENCIA ELECTRICA (Watts) I (Amp) PeEJ (Watts) PeTE (Watts) PCR (Watts) 0 S PeDR (Watts) PFM (Pot. Mec.) (Watts) BHP

_EHP





_(%)

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3. Mostrar en una gráfica (Gráfica 1) las curvas experimentales características del par motor-bomba de acuerdo a la variación flujo volumétrico:

 Columna de la bomba (m o ft)

 La Potencia mecánica (HP), conocida como BHP  La Eficiencia de la bomba (%)

 Potencia eléctrica (HP).

___________________________________________________________________ II. DETERMINACION DEL TRABAJO Y COLUMNA (CABEZA)

QUE REQUIERE EL SISTEMA

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1. En un diagrama isométrico, representar el sistema de flujo marque los puntos 1 y 2 para hacer el balance de energía.

2. Aplicar la ecuación de balance de energía mecánica, indique si se pueden hacer

simplificaciones en la ecuación, arguméntelas. Escriba la ecuación simplificada para calcular el trabajo que requiere el sistema.

3. Para determinar las pérdidas de energía por fricción verificar el siguiente inventario de válvulas, accesorios, introducir los valores del coeficiente de resistencia (K), L/D y con el flexómetro medir la longitud de tramo recto.

INVENTARIO DE ACCESORIOS POR TRAMO

D Nominal = (in) Dint= cm Área de flujo= (m2 ) Tramo 1 LTR = Accesorio Cantidad L/D K Le (m) Salida de borda 1 Codo de rincón 1

Válvula Check (swing) 1

T recta 1

T lateral 1

Contracción tipo

Busching

9 Tramo 2 D Nominal= (in) Dint= cm Área de flujo= (m2 ) L TR = (m) Accesorio Cantidad L/D K Le (m)

Codo 90° radio largo 1

Válvula de compuerta 1

Σ Le +L TR= m

Tramo 3 D Nominal = (in)

Dint= cm Área de flujo= (m2 ) L TR = (m) Accesorio Cantidad L/D K Le (m) T Recta 1 Válvula globo 1 T lateral 1 Expansión Brusca Σ Le +L TR= (m) Tramo 5 D Nominal = (in) Dint= cm Área de flujo= (m2 ) LTR = Accesorio Cantidad L/D K Le (m) Válvula de globo 100% ABIERTA 1 Expansión 1 0.18 Σ Le +L TR= m Tramo 6 D Nominal= (in) Dint= cm Área de flujo= (m2 ) L TR= Accesorio Cantidad L/D K Le (m) Tramo 4 D Nominal= (in) Dint= cm Área de flujo= (m2 ) LTR = Accesorio Cantidad L/D K Le (m) T Lateral 2 T Recta 1 Cruz (T lateral) 1 Válvula de globo 100% ABIERTA 1 Contracción Busching 1 0.55 Σ Le +L TR= m

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T lateral 3

T recta 3

Codo 90° 2

Válvula check (swing) 1

Entrada de borda

Σ Le +LTR= (m)

3. Determinar las pérdidas por fricción para cada tramo y para cada flujo. TABLA 4

Tramo

5. Calcular el trabajo mecánico, la Columna y la Potencia que requiere el sistema. Escriba sus resultados en la siguiente Tabla 5.

Tabla 5 FLUJO DE H2O (m3 /s) ó (ft3 /s) W f (Kgf m/Kg) H (ft) Potencia (HP) 6. Calcular el NPSH disponible CUESTIONARIO

1. Trasponer en la (Gráfica 1), la curva de la columna del sistema, desde flujo cero al flujo máximo. (Gráfica 2)

2. Para el flujo solicitado: ¿Existe un punto de intersección entre las dos curvas?,¿cuál es el valor de la cabeza de la bomba y cuál el del sistema?, Explique ¿cuál es el significado de la distancia entre la curva de la bomba y la curva del sistema?

3. Para el flujo solicitado con qué eficiencia opera la bomba, ¿corresponde a la máxima?

4. De acuerdo a los resultados: qué recomienda: a) operar a la máxima eficiencia,

b) cambiar la potencia del motor, c) cambiar el diámetro del impulsor,

11 d) cambiar las RPM,

e) operar con el mínimo consumo de energía eléctrica. 3. Consulte curvas anexas de bombas Worthington

Los fabricantes de bombas proveen las curvas características de la bomba, las cuales muestran la cabeza, la eficiencia, potencia y NPSH-Requerido, versus el flujo manejado por la bomba.

EJEMPLO DE ISOMETRICO