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Ejercicio práctico de Sistemas y Maquinas de Fluidos...

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ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES DE ALBACETE SISTEMAS Y MÁQUINAS DE FLUIDOS

EJERCICIO PRÁCTICO IV BOMBAS CENTRÍFUGAS. NECESIDAD DE REGULACIÓN

Nombre: Sergio Tomás Valero Fecha: 5 de Noviembre de 2020 Curso: 2020-2021

EJERCICIO IV

SISTEMAS Y MÁQUINAS DE FLUIDOS

Índice 1. Introducción .............................................................................. 3

2. Material a utilizar ...................................................................... 3

3. Análisis y representación de datos ............................................... 5

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EJERCICIO IV

SISTEMAS Y MÁQUINAS DE FLUIDOS

1. Introducción En esta práctica vamos a estudiar el comportamiento de una bomba centrífuga cuando está funcionando a distintas velocidades en la misma instalación. Para ello realizaremos las distintas curvas características. Para el desarrollo de esta práctica debemos tener conocimientos de curvas características tanto de bombas como de instalaciones, así como de medidas de flujo y consumos eléctricos.

2. Material a utilizar Los materiales que vamos a utilizar son una bomba centrifuga que gira a distintas velocidades y un circuito para diferentes acciones de control. Los diferentes elementos que componen el equipo son: -

Puntos de medición de presión con cierre rápido.

-

Purgador aire tubos flexibles

-

Interruptor principal de la bomba

-

Bomba centrífuga

-

Caudalímetro de flotador

-

Válvula de estrangulación

-

Llave de estrangulación

-

Medidor de presión diferencial

-

Depósito

-

Medidor de consumo eléctrico

El principio de funcionamiento consiste en que la bomba hace impulsar un fluido en el circuito de control que consta de diferentes elementos. El medidor de presión diferencial permite obtener diferentes presiones en diversos puntos. En la siguiente imagen podremos observar el equipo de ensayos con los componentes previamente nombrados.

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Figura 1. Panel de ensayos con diferentes componentes

También utilizaremos un medidor de consumo eléctrico para poder registrar la potencia eléctrica obtenida por el caudal aplicado. También usaremos un medidor de presión, que se debe purgar previamente el aire de los tubos flexibles. Los dos elementos se muestran a continuación en las Figuras 2 y 3.

Figura 2. Medidor de consumo eléctrico

Figura 3. Medidor de presión

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También usaremos un caudalímetro que consta de un cono con un flotador, que nos va dando diferentes medidas de caudal.

Figura 4. Caudalímetro de flotador

3. Análisis y representación de datos En primer lugar, haremos un resumen de los datos recogidos en el laboratorio. La manera de proceder fue la siguiente: 1) Conectar el equipo a la corriente eléctrica a través del medidor eléctrico. 2) Fijar el punto cero del medidor de presión. 3) Conectar la bomba. 4) Esperar hasta que se ajusten los valores medidos, tanto de cauda como de presión. 5) Cerrar progresivamente el estrangulador y anotar los valores medidos tanto de potencia eléctrica como de altura manométrica. Repetir en distintos pasos para obtener diferentes puntos de funcionamiento. 6) Hacer el mismo proceso con tres velocidades de giro diferentes. Tabla 1. Datos obtenidos para n1

N1 Altura Caudal (l/h) Potencia manométrica eléctrica (m) (W) 1.12 1.35 1.94 2.16 2.39

900 800 400 200 0

5

41 39.6 36.6 35 33.7

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SISTEMAS Y MÁQUINAS DE FLUIDOS Tabla 2. Datos obtenidos para n2

N2 Altura Caudal (l/h) Potencia manométrica eléctrica (m) (W)

1.93 2.3 2.64 2.92 3.13 3.26

1350 1100 800 500 200 0

56.3 54 51.3 49.3 47.3 45.8

Tabla 3. Datos obtenidos para n3

N3 Altura Caudal (l/h) Potencia manométrica eléctrica (m) (W) 2.64 2.96 3.18 3.37 3.57 3.67

1600 1300 1000 700 300 0

67.7 65.5 63.5 61.9 59.8 58.3

A continuación, se mostrarán las ecuaciones principales que vamos a utilizar. La primera ecuación será la de potencia hidráulica: ℎ

=𝛾∗

∗

(1)

Donde Q es el caudal, 𝛾 es el peso específico y H la altura manométrica. La segunda ecuación que utilizaremos será para calcular el rendimiento:

ղ=

ℎ

(2)

La última ecuación que utilizaremos será para calcular la potencia en un eje: 𝑗

=ղ∗

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(3)

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Una vez hecho un resumen de las ecuaciones a utilizar, podremos hacer los apartados del ejercicio IV. En primer lugar, representaremos las tablas con sus cálculos. Tabla 4. Cálculos obtenidos para n1

N1 Altura Caudal (l/h) Potencia manométrica eléctrica (m) (W)

Potencia Rendimiento hidráulica (W) ℎ

1.12 1.35 1.94 2.16 2.39

900 800 400 200 0

41 39.6 36.6 35 33.7

2.7468 2.943 2.1146 1.1772 0

(ɳ 0.066995 0.074318 0.057776 0.033634 0

Tabla 5. Cálculos obtenidos para n2

N2 Altura Caudal (l/h) Potencia manométrica eléctrica (m) (W)

Potencia Rendimiento hidráulica (W) ℎ

1.93 2.3 2.64 2.92 3.13 3.26

1350 1100 800 500 200 0

56.3 54 51.3 49.3 47.3 45.8

7.0999875 6.89425 5.7552 3.9785 1.70585 0

(ɳ 0.126110 0.127671 0.112187 0.080700 0.036064 0

Tabla 6. Cálculos obtenidos para n3

N3 Altura Caudal (l/h) manométrica (m)

Potencia eléctrica (W)

Potencia Rendimiento hidráulica (W) ℎ

2.64 2.96 3.18 3.37 3.57 3.67

1600 1300 1000 700 300 0

67.7 65.5 63.5 61.9 59.8 58.3

7

11.5104 10.4858 8.6655 6.428275 2.918475 0

(ɳ 0.170021 0.160089 0.136465 0.103849 0.048804 0

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En el primer apartado nos pide la representación gráfica de H-Q para las tres velocidades, y aparte la representación de la curva característica de la bomba,

=𝑘∗

2,

para la

velocidad n3. Debemos coger un valor de caudal entre 800 y 1000 l/h, en nuestro caso será de 1000 l/h. A ese caudal hay una altura manométrica de 3,18 m. Con estos valores obtenemos un valor de 𝐾 = 3,18 ∗ 10−6.Con este valor de K podemos obtener los nuevos valores de H. Tabla 7. Nuevos valores de altura manométrica para la curva de la instalación

N3 Altura Caudal (l/h) manométrica (m) 8.1408 5.3742 3.18 1.5582 0.2862 0

1600 1300 1000 700 300 0

Una vez calculados todos los valores, podremos obtener el gráfico que compare las curvas a distintas velocidades y observar la curva característica de la instalación.

Gráfico 1. Representación de caudal frente a altura a distintas velocidades y curva de la instalación

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Observamos en el gráfico que a medida que aumenta el caudal, disminuye la altura manométrica. También podemos ver como influye la velocidad, ya que a medida que aumenta también lo hace la altura manométrica y los caudales máximos que puede admitir. El punto de funcionamiento varía en función de la velocidad y cada curva tiene uno distinto.

Curva característica Caudal-Rendimiento Ahora haremos una representación gráfica del caudal frente al rendimiento de la bomba, para las distintas velocidad es.

Gráfico 2. Representación de caudal frente a rendimiento a distintas velocidades

Observamos que a medida que aumenta la velocidad, el rendimiento del grupo motorbomba también lo hace. También podemos ver que cuando la velocidad es mayor, y por lo consiguiente el caudal también, el rendimiento crece más rápido.

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Curva característica Caudal-Potencia En la última representación gráfica, representaremos el caudal frente a la potencia eléctrica, hidráulica y en el eje. Para obtener la potencia en el eje, debemos establecer un rendimiento entre 50 y 75%. En nuestro caso será de un 65%, por lo que en primer lugar deberemos de calcular nuestra potencia en el eje. Tabla 8. Potencia en el eje para n1, para un rendimiento de 65%

N1 Potencia eléctrica (W)

Potencia en el eje (W)

41 39.6 36.6 35 33.7

26.65 25.74 23.79 22.75 21.905

𝑗

Tabla 9. Potencia en el eje para n2, para un rendimiento de 65%

N2 Potencia eléctrica (W)

Potencia en el eje (W)

56.3 54 51.3 49.3 47.3 45.8

36.595 35.1 33.345 32.045 30.745 29.77

𝑗

Tabla 10 . Potencia en el eje para n3, para un rendimiento de 65%

N3 Potencia eléctrica (W)

Potencia en el ej e (W) 𝑗

67.7 65.5 63.5 61.9 59.8 58.3

44.005 42.575 41.275 40.235 38.87 37.895

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Una vez que ya tenemos todas las potencias, podremos hacer los gráficos. En primer lugar, representaremos las tres potencias frente al caudal para la velocidad n1.

Gráfico 3. Representación del caudal frente a las distintas potencias para la velocidad n1

Gráfico 4. Representación del caudal frente a las distintas potencias para la velocidad n2

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Gráfico 5. Representación del caudal frente a las distintas potencias para la velocidad n2

Observamos que las tres graficas son parecidas, siendo la potencia eléctrica la mayor, la hidráulica la menor y la potencia en el eje la intermedia. Como ocurre en los anteriores gráficos, a medida que aumenta la velocidad, y por consiguiente el caudal, aumentan también las tres potencias.

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