Laboratorio 2 Termo- Bombas - Torvisco Y Santos PDF

Preview

Summary

Download Laboratorio 2 Termo- Bombas - Torvisco Y Santos PDF

Description

UPC UNIVERSIDAD PERUANA DE CIENCIAS APLICADAS Carrera de Ingeniería Industrial TERMODINÁMICA APLICADA Laboratorio N°2: FUNCIONAMIENTO DE LAS BOMBAS OBJETIVOS: Al finalizar la parte experimental y la entrega del informe, el alumno será capaz de: • Describir el funcionamiento de una bomba y sus aplicaciones o usos. • Medir y analizar la relación entre caudal y aumento de la presión del fluido transportado por la bomba. • Calcular la potencia transmitida al fluido y compararla con la potencia nominal. FUNDAMENTO TEÓRICO: Las bombas se utilizan en el transporte de líquidos. Hay que tener en cuenta que los líquidos son fluidos incompresibles lo que significa que la densidad (o el volumen específico) prácticamente no cambia al aumentar la presión. Las bombas trabajan“acopladas” a un motor. La función del motor es convertir el trabajo (o potencia) eléctrico, (entrada) en trabajo (o potencia) mecánico o de eje (salida). En toda transformación suele haber pérdidas de energía, por eso se expresa la eficiencia eléctrica de un motor como la relación entre la potencia mecánica y la potencia eléctrica. De la potencia transmitida en el eje, una parte se pierde por la fricción que aparece entre el fluido y los componentes físicos de la bomba, resultando que la potencia de entrada al fluido será menor que la potencia que se transmite a través del eje. Podemos hablar entonces de una eficiencia mecánica que relaciona el trabajo o potencia que recibe el fluido y el trabajo o potencia que transmite el eje. 𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑚𝑒𝑐á𝑛𝑖𝑐𝑎 =

𝑊 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑎𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 =

𝑊 𝑒𝑗𝑒

𝑊 𝑒𝑗𝑒

𝑊𝑒𝑙é 𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎

𝑥 100

𝑥 100

𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 = 𝑊 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑎𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜

𝑊𝑒𝑙é 𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎

𝑥 100

Ecuación de continuidad Un proceso continuo, en estado estable, se caracteriza porque no se acumula la masa en el sistema, por tanto, la velocidad de la masa al entrar y salir del sistema es la misma. me = ms

 s vs As = e ve Ae 𝑚 = 𝜌𝑣𝐴

 = 𝑣𝐴

para líquidos:

s = e = densidad constante

flujo de masa → kg/s caudal → m3/s 1

v → velocidad m/s A → área por la que pasa el fluido m2

𝑃𝑠− 𝑃𝑒 +

Ecuación, primera ley de la termodinámica, aplicada a una bomba

𝑊

𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎

= 𝑚 [𝐶



(𝑇 − 𝑇 ) + 𝑠

𝑒



𝑣2 − 𝑣2 𝑠

𝑒

2000

+

𝑔 (𝑧𝑠 − 𝑧𝑒)

]

1000

Esta ecuación es válida bajo las siguientes condiciones: 1) No hay pérdidas de calor 2) La variación de energía interna sólo depende de la temperatura 3) La densidad del líquido no cambia con la temperatura DESCRIPCIÓN DEL EXPERIMENTO: 1. Verificar que SOLO las válvulas (25), (26), (12) y (24) del equipo H38D, estén ABIERTAS. 2. Comprobar que la válvula (24) debe estar abierta completamente y colocar las tomas de presión donde indique el profesor. 3. Prender la bomba pulsando el interruptor; esperar un minuto y tomar los datos utilizando el programa computarizado: Caudal ( ) y variación de presión (P). 4. Cerrar 25% de la válvula (24) (un cuarto de vuelta); esperar un minuto y tomar los datos, como en el paso 3. 5. Continuar cerrando la válvula (24) tomando los datos de ( ) y ∆P cada cuarto de vuelta, hasta completar 3 vueltas completas. Nota importante, observe que no esté saliendo agua por alguna de las válvulas o instrumentos pues sería indicativo que la válvula (24) ya está casi cerrada. 6. Abrir completamente la válvula (24) y apagar el equipo. 7. Medir la diferencia de alturas entre los puntos 1 y 2 (ver esquema) 8. Medir el diámetro de la tubería de descarga de la bomba

2

SISTEMA DE BOMBA Y TUBERÍAS: 1) Registre los datos en la hoja respectiva (Tabla 1). 2) Calcule la potencia transmitida al fluido (en kW) para cada caudal. Para esto aplique la ecuación de energía eligiendo como sistema (abierto) desde la superficie libre de la cisterna (entrada -1) hasta la parte superior, después del manómetro (salida-2) 3) Compare cada valor de esta potencia con la potencia nominal de la bomba que es 0.45 kW. 4) Presente un ejemplo de cálculo y llene el cuadro donde se muestra la potencia de entrada para cada caudal (Tabla 2).

5) Presente un gráfico de potencia de entrada( 𝑊𝑒) vs caudal( ). (Gráfico 1). 6) Escriba como mínimo dos conclusiones respecto al experimento de laboratorio.

3

Laboratorio N°2: FUNCIONAMIENTO DE LAS BOMBAS

DATOS EXPERIMENTALES Integrantes del grupo:

SANTOS PACHECO, CLAUDIA TORVISCO PARRAGA, ROCIO

TABLA 1

0.7

 (m3/h)

1.30

2.52

1.9

2.18

2.5

1.88

3.4

1.44

4.5

0.93

P (kPa)

2.79

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Presión atmosférica:

101 kPa

Diámetro de tubería de descarga: 31,85mm= 0,03185 Alturas respecto a la bomba: Potencia nominal: Fecha: 21/04/2020

Z1= 42 cm(0,42m)

Z2 = 168 cm(1,68m)

0.45km Profesor:

4

𝑚 = 𝜌

𝑣 = 2



𝐴2

𝑣 ≈0 1

𝑊𝑒 = 𝑚 [

CÁLCULOS

𝑇 =𝑇 1

∆𝑃

𝜌

+

2

∆𝑃 = 𝑃 − 𝑃 2

𝑣22−𝑣 2 1 2000

+

𝑔(𝑧2 −𝑧1 ) 1000

1

𝑍= 1

𝑍= 2

]

Para un caudal conocido, calcule el flujo de masa (kg/s), la velocidad del fluido en la tubería (m/s). Luego evalúe la potencia recibida o entregada al fluido (kW). Compare esta potencia con la potencia nominal (0.45 kW). Presente un ejemplo de cálculo y luego complete el cuadro. PARA LA 1ª FILA: P=1 Bar 𝑚° = 𝜌. 𝑣

𝑘𝑔 𝑚3 1ℎ × 2.79 × 3 3600𝑠 𝑚 ℎ 𝑘𝑔 𝑚° = 0,775 𝑠 𝑣 𝑣2 = 𝐴2 1ℎ 𝑚3 2.79 ℎ × 3600𝑠 = 𝜋(0.3185)2 𝑚2 4 𝑚 𝑣 = 0.973 𝑠 𝑃𝑠 − 𝑃𝑒 𝑣𝑠 − 𝑣𝑒 𝑔(𝑍𝑠 − 𝑍𝑒 𝑊𝑒 = 𝑚° [ + + ] 2000 𝜌 1000 𝑚 (0.973 )2 9.81(1.68 − 0.42)𝑚 𝑘𝑔 70𝐾𝑃𝑎 𝑠 + ] 𝑊𝑒 = 0.775 [ + 𝑘𝑔 𝑠 1000 2000 1000 3 𝑚 𝑘𝑔 𝐾𝐽 𝐾𝐽 𝐾𝐽 𝑊𝑒 = 0.775 [0.07 + 0.0124 ] + 4.865 × 10−4 𝑠 𝑘𝑔 𝑘𝑔 𝑘𝑔 𝐾𝐽 𝑊𝑒 = 0.0642 = 0.064 𝐾𝑊 𝑠 AL COMPARAR We con Wnominal: 𝑚° = 100

We

< Wnominal

0.45Kw < 0.0642Kw 𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 =

0.0642𝐾𝑤 × 100% = 14.27% 0.45 𝐾𝑤

TABLA 2

Nº1 1

𝑚 𝑣2 ( ) 𝑠

Δ𝑃 (𝑘𝑃𝑎)

𝑊𝑒 (𝑘𝑊)

0.775

0.973

0.07

0.064

1.422

0.893

0.13

0.203

45.11%

1.850

0.74

0.19

0.375

83.29%

2.100

0.589

0.25

0.551

122.44%

1.944

0.488

0.34

0.684

152.00%

1.533

0.321

0.43

0.677

150.44%

𝑚(

𝑘𝑔 ) 𝑠

𝑊𝑒

𝑊𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙

× 100

14.22%

2 3 4 5 6

Analice e interprete sus resultados.

•

A mayor potencia transmitida la eficiencia de la bomba es mayor.

•

El flujo de masa y la presión es directamente proporcional a la potencia, es decir que mientras la velocidad, el flujo de masa y la presión aumenta, la potencia también aumentará.

•

El valor de la velocidad es indiferente para los demás elementos.

•

Se podría aumentar la potencia para poder llegar a un 10% de eficiencia de la bomba.

6

GRÁFICO 1 Represente la relación de Potencia de entrada (𝑊𝑒) vs caudal ().

PRESIÓN VS CAUDAL Caudal (Q)

Presión (p)

35.00 30.99

30.00

28.44

25.00

23.57

20.00

18.76 15.54

15.00 10.00

10.22

5.00

0.07

1

•

0.19

0.13

0.00 2

3

0.25

4

0.34

5

0.43

6

Se observa que mientras la presion aumenta el caudal va disminuyendo.

POTENCIA VS CAUDAL Caudal (Q)

Pontencia (P)

35.00 30.99

30.00

28.44

25.00

23.57

20.00

18.76

15.54

15.00

10.22

10.00 5.00 0.06

0.00 1

•

0.10 2

0.13 3

0.14 4

0.14 5

0.11 6

Se observa que mientras la potencia aumenta la potencia disminuye.

7

CONCLUSIONES • • • • •

La potencia que se transmite al fluido tiene una magnitud menor que la potencia nominal (Welec < Wnominal) Para mejorar la eficiencia que tiene la bomba, se deberá aumentar la potencia de fluido, porque esta depende de la mejora. El flujo masico y el caudal tienen una relación directamente proporcional. se puede determinar que mientras el caudal disminuye, la presión que es ejercida aumenta para poder seguir tratando el liquido. El caudal es indirectamente proporcional a la presión y a la potencia.

8...