Bombas centrifugas serie y paralelo

U.N.A.M.

Facultad de Estudios Superiores de Aragón.

Laboratorio de Mecánica de Fluidos.

Práctica numero 7: “Bomba de engranes.”

Alumno: Fernández Cano Veronico David Ricardo.

Número de cuenta: 41205778-6.

Fecha de realización: 01/03/2014.

Fecha de entrega: 08/04/2014.

Calificación:

PRÁCTICA NUMERO 7

BOMBA DE ENGRANES

Objetivos.

1. Determinar las curvas características por medio de la relación existente entre la potencia de entrada, potencia de la bomba, flujo volumétrico, eficiencia mecánica de la bomba, eficiencia volumétrica y presión de descarga de una bomba de engranes a dos velocidades diferentes.

2. Demostrar el efecto de cavitación.

Introducción.

Las bombas hidráulicas de engranes se usan para bombear aceite de lubricación, las bombas de engranes son bombas de caudal fijo, estas bombas hidráulicas producen flujo al transportar el aceite entre los dientes de dos engranajes acoplados. Uno de ellos es accionado por la flecha de la bomba (motriz), y éste hace girar al otro (conducido).

Esto produce un vacío en la línea de succión, cuando se separan los dientes, por el aumento del volumen en la cámara de succión. En el mismo momento los dientes se van alejando, llevándose el fluido en la cámara de succión. La expulsión del fluido ocurre en el extremo opuesto de la bomba por la disminución de volumen que tiene lugar al engranar los dientes separados.

Los dientes llenados transportan el líquido a lo largo de la pared de la carcasa hacia la cámara de impulsión. En la cámara los piñones que engranan transportan el líquido fuera de los dientes e impiden el retorno del líquido. Por lo tanto el líquido de la cámara tiene que salir hacia el receptor, el volumen del líquido suministrado por revolución se designa como volumen suministrado (cm^3/rev).

El rendimiento de la bomba de engranaje.

La operación y eficiencia de la bomba hidráulica, en su función básica de obtener una presión determinada, a un número también determinado de revoluciones por minuto se define mediante tres rendimientos:

Rendimiento volumétrico de la bomba de engranaje

Se obtiene de la siguiente formula

ηV =QN

Donde;Q :caudal liquidoque comprime labomba . N :caudal que teoricamente deberia de comprimir labomba.Este rendimiento expresa las fugas de líquido que hay en la bomba durante el proceso de compresión. A partir de él se puede analizar la capacidad de diseño y el estado de desgaste en que se encuentra una bomba.El rendimiento volumétrico es afectado también por la presión del fluido hidráulico que se transporta y por la temperatura del mismo.

Rendimiento mecánico de la bomba de engranaje.

Se calcula con la formula

ηm=PA

PE

Donde;PA : potenciaagregada .

PE: potencia de entrada

El rendimiento mecánico mide las pérdidas de energía mecánica que se producen en la bomba, causadas por el rozamiento y la fricción de los mecanismos internos. En términos generales se puede afirmar que una bomba de bajo rendimiento mecánico es una bomba de desgaste acelerado.

Rendimiento total o global de la bomba de engranaje

El rendimiento total o global es el producto de los rendimientos volumétrico y mecánico. Se llama total porque mide la eficiencia general de la bomba en su función de bombear líquido a presión, con el aporte mínimo de energía al eje de la bomba.Así pues el rendimiento total se expresa como el consumo de energía necesario para producir la presión hidráulica nominal del sistema.

Dibujo de práctica.

Desarrollo de la práctica.

1. Colocar la placa de dren en la posición abierta.2. Poner en marcha el motor electico.3. La garza cambiadora de flujo debe estar descargando hacia el recipiente para aceite.4. Fijar un valor en la presión de succión.5. Cerrar lentamente la válvula hasta obtener un valor deseado.6. Tomar las lecturas de presiones de la succión y la descarga.7. Ajustar el dinamómetro de modo que el puntero del brazo coincida con el puntero fijo.

Anotar el valor de la fuerza.8. Tomar la lectura del tacómetro.9. Mover la garza para que el tanque de medición de flujo comience a llenarse.10. Mover la palanca de dren a la posición de cierre.11. Tomar el tiempo en el que el nivel del tanque de medición cambia de una altura a otra.12. Anotar todas las lecturas en la tabla correspondiente.13. Variar la presión de descarga mediante su válvula de control y registrar nuevamente todas

las lecturas en la tabla correspondiente.14. Al terminar la serie de toma de lecturas en baja velocidad, se debe abrir las válvulas de

succión y de descarga, detener el motor eléctrico y cambiar el régimen a alta velocidad.15. Realizar los ajustes para alta velocidad procediendo de la misma forma que se realizo para

la baja velocidad.16. Abrir completamente las válvulas de succión y de descarga, detener el motor eléctrico,

mover la palanca de dren a la posición abierta y quitar la palanca del dinamómetro.17. Finalmente desconectar la corriente eléctrica.18. Se deben llenar las tablas con los valores obtenidos en cada variación de presión.

Tablas de lecturas.

Tabla 3 de lecturas.

Lectura P2 [Pa] P1 [Pa] F [N] N [rev/seg] h1 [m] h2 [m] t [seg]1 0 26.2676 5.5 14.875 0.01 0.024 4.872 38800 26.2676 6.4 14.875 0.024 0.036 4.213 77600 26.2676 7.5 14.86666667 0.036 0.048 4.284 116400 26.2676 8 14.85833333 0.048 0.058 3.945 155200 26.2676 9.3 14.84166667 0.058 0.068 3.066 194000 26.2676 9.8 14.83333333 0.068 0.08 4.57 232800 26.2676 10.3 14.825 0.08 0.09 4.428 271600 26.2676 11.3 14.80833333 0.09 0.11 3.779 310400 26.2676 12 14.8 0.1 0.112 4.110 349200 26.2676 13 14.8 0.112 0.122 4

Tabla 4 de lecturas.

Lectura P1 [Pa] P2 [Pa] F [N] N [rev/seg] h1 [m] h2 [m] t [seg]1 26.2676 0 5.5 29.45833333 0.01 0.024 2.442 26.2676 38800 6.4 29.445 0.024 0.036 2.513 26.2676 77600 7.5 29.40833333 0.036 0.048 2.394 26.2676 116400 8 29.35833333 0.048 0.058 2.15 26.2676 155200 9.3 29.325 0.058 0.068 26 26.2676 194000 9.8 29.30833333 0.068 0.08 3.557 26.2676 232800 10.3 29.24166667 0.08 0.09 1.288 26.2676 271600 11.3 29.20833333 0.09 0.11 2.249 26.2676 310400 12 29.175 0.1 0.112 1.8210 26.2676 349200 13 29.15833333 0.112 0.122 2

Memoria de cálculos.

Calculo del caudal para baja velocidad.

Q1=(0.024 m−0.01m ) (0.111m2)

4.87 seg=0.000319097

m3

seg

Q2=(0.036 m−0.024 m ) ( 0.111m2 )

4.21 seg=0.00031639

m3

seg

Q3=(0.048 m−0.036 m) (0.111m2)

4.28 seg=0.000311215

m3

seg

Q4=(0.058 m−0.048 m ) ( 0.111m2 )

3.94 seg=0.000281726

m3

seg

Q5=(0.068 m−0.058 m ) (0.111m2 )

3.06 seg=0.000362745

m3

seg

Q6=(0.08m−0.068 m) (0.111m2)

4.5 seg=0.000296

m3

seg

Q7=(0.09m−0.08m ) (0.111m2)

4.42 seg=0.000251131

m3

seg

Q8=(0.11m−0.09m ) (0.111m2 )

3.77 seg=0.000588859

m3

seg

Q9=(0.112m−0.1 m) (0.111m2)

4.1 seg=0.000324878

m3

seg

Q10=(0.122 m−0.112m ) (0.111m2 )

4 seg=0.0002775

m3

seg

Calculo de la potencia de entrada para baja velocidad.

potE1=(5.5 N ) (14.875 rev /seg )

.88916667 rev /m=92.01030928 watts

potE2=(6.4 N ) (14.875 rev /seg )

.88916667 rev/m=92.01030928 watts

potE3=(7.5 N ) (14.86666667 rev/ seg )

.88916667 rev /m=92.01030928 watts

potE4=(8N ) (14.85833333 rev /seg )

.88916667 rev /m=92.01030928 watts

potE5=(9.3 N ) (14.84166667 rev /seg )

.88916667 rev/m=92.01030928 watts

potE6=(9.8 N ) (14.83333333 rev /seg )

.88916667 rev/m=92.01030928 watts

potE7=(10.3 N ) (14.825 rev / seg)

.88916667 rev /m=92.01030928 watts

potE8=(11.3 N ) (14.80833333 r ev /seg )

.88916667 rev /m=92.01030928 watts

potE9=(12 N ) (14.8 rev /seg )

.88916667 rev /m=92.01030928 watts

potE10=(13 N ) (14.8 rev /seg )

.88916667 rev /m=92.01030928 watts

Calculo de la potencia agregada para baja velocidad.

potA 1=(26.2676−0 ) Pa × 0.000319097 m3 /seg=0.008381899 watts

potA 2=(38800−26.2676 ) Pa ×0.00031639 m3/ seg=12.2676037 watts

potA 3=(77600−26.2676 ) Pa ×0.000311215 m3/seg=24.1421055 watts

potA 4= (116400−26.2676 ) Pa ×0.000281726 m3/ seg=32.78549314 watts


potA 6=(194000−26.2676 ) Pa × 0.000296 m3 /seg=57.41622479 watts

potA 7=(232800−26.2676 ) Pa× 0.000251131m3/seg=58.4567518 watts

potA 8=(271600−26.2676 ) Pa× 0.000588859 m3/ seg=159.9187496 watts



Calculo de la eficiencia mecánica a baja velocidad.

ηm1=0.008381899 watts92.01030928 watts

=9.1097 ×10−5

ηm2=12.2676037 watts92.01030928 watts

=0.11457925

ηm3=24.1421055 watts92.01030928 watts

=0.19252337

ηm 4=32.78549314 watts92.01030928 watts

=0.24524762

ηm5=56.28851077 watts92.01030928 watts

=0.36260794

ηm6=57.41622479 watts92.01030928 watts

=0.35119876

ηm7=58.4567518 watts92.01030928 watts

=0.34039716

ηm 8=159.9187496 watts92.01030928 watts

=0.84976323 ηm 9=100.8336126 watts92.01030928 watts

=0.50483045

ηm10=96.89571074 watts92.01030928 watts

=0.447798

Calculo de la eficiencia volumétrica a baja velocidad.

ηv1=(0.000319097 m3/seg ) ×60

(.0000212 m3/rev ) (14.875 rev /seg )=2.7287 ×10−8

ηv2=(0.00031639 m3/seg ) ×60

(.0000212 m3/rev ) (14.875 rev /seg )=2.7055 ×10−8

ηv3=( 0.000311215m3/seg ) ×60

(.0000212 m3/rev ) (14.86666667 rev / seg )=2.6628 × 10−8

ηv 4=( 0.000281726 m3/seg )× 60

(.0000212 m3 /rev ) (14.85833333 rev /seg )=2.4118×10−8

ηv5=(0.000362745 m3/ seg) ×60

(.0000212 m3/rev ) (14.84166667 rev / seg )=3.1089 ×10−8

ηv6=(0.000296 m3/ seg) × 60

( .0000212m3/rev ) (14.83333333rev / seg)=2.5383 × 10−8

ηv7=( 0.000251131m3/seg ) ×60

(.0000212 m3/rev ) (14.825 rev / seg)=2.1547 × 10−8

ηv 8=(0.000588859 m3/ seg) ×60

( .0000212m3/rev ) (14.80833333rev / seg)=5.0582 ×10−8

ηv 9=(0.000324878 m3/ seg) ×60

( .0000212m3/rev ) (14.8rev / seg )=2.7922 ×10−8

ηv10=(0.0002775 m3/seg ) ×60

(.0000212 m3/rev ) (14.8 rev /seg )=2.385 ×10−8

Calculo del caudal para alta velocidad.

Q1=(0.024 m−0.01m ) (0.111m2)

2.44 seg=0.636885246

m3

seg

Q2=(0.036 m−0.024 m ) ( 0.111m2 )

2.51 seg=0.530677291

m3

seg

Q3=(0.048 m−0.036 m) (0.111m2)

2.39 seg=0.557322176

m3

seg

Q4=(0.058 m−0.048 m ) ( 0.111m2 )

2.1 seg=0.528571429

m3

seg

Q5=(0.068 m−0.058 m ) (0.111m2 )

2 seg=0.555

m3

seg

Q6=(0.08m−0.068 m) (0.111m2)

3.55 seg=0.375211268

m3

seg

Q7=(0.09m−0.08m ) (0.111m2)

1.28 seg=0.8671875

m3

seg

Q8=(0.11m−0.09m ) (0.111m2 )

2.24 seg=0.991071429

m3

seg

Q9=(0.112m−0.1 m) (0.111m2)

1.82 seg=0.731868132

m3

seg

Q10=(0.122 m−0.112m ) (0.111m2 )

2 seg=0.555

m3

seg

Calculo de la potencia de entrada para alta velocidad.

potE1=(5.5 N ) (29.45833333 rev / seg)

.88916667 rev /m=182.2164948 watts

potE2=(6.4 N ) (29.445 rev /seg )

.88916667 rev/m=211.9377694 watts

potE3=(7.5 N ) (29.40833333rev / seg)

.88916667 rev /m=248.0552952 watts

potE4=(8N ) (29.35833333 rev /seg )

.88916667 rev /m=264.1424555 watts

potE5=(9.3 N ) (29.325 rev /seg )

.88916667 rev/m=306.7169634 watts

potE6=(9.8 N ) (29.30833333 rev /seg )

.88916667 rev /m=323.0234302 watts

potE7=(10.3 N ) (29.24166667 rev /seg )

.88916667 rev/m=338.7319588 watts

potE8=(11.3 N ) (29.20833333 rev /seg )

.88916667 rev /m=371.1949391 watts

potE9=(12 N ) (29.175 rev / seg)

.88916667 rev /m=393.7394564 watts

potE10=(13 N ) (29.15833333 rev /seg )

.88916667 rev /m=426.3074039 watts

Calculo de la potencia agregada para alta velocidad.

potA 1=(26.2676−0 ) Pa × 0.636885246 m3 /seg=16.72944689 watts



potA 4= (116400−26.2676 ) Pa ×0.528571429 m3/seg=61511.82998watts


potA 6=(194000−26.2676 ) Pa × 0.375211268m3/seg=72781.13002 watts

potA 7=(232800−26.2676 ) Pa× 0.8671875 m3 /seg=201858.4711watts


potA 9=(310400−26.2676 ) Pa× 0.731868132m3/ seg=227152.6437 watts


Calculo de la eficiencia mecánica a alta velocidad.

ηm1=16.72944689 watts182.2164948 watts

=0.09181083 ηm2=20576.33927 watts211.9377694 watts

=97.0867029

ηm3=43233.56132 watts248.0552952 watts

=174.290016

ηm 4=61511.82998 watts264.1424555 watts

=232.873696

ηm5=86121.42148 watts306.7169634 watts

=280.78467

ηm6=72781.13002 watts323.0234302 watts

=225.312232

ηm7=201858.4711watts338.7319588 watts

=595.923903

ηm 8=269148.9669 watts371.1949391 watts

=725.087922

ηm 9=227152.6437 watts393.7394564 watts

=576.911051

ηm10=193791.4215 watts426.3074039 watts

=454.581412

Calculo de la eficiencia volumétrica a alta velocidad.

ηv1=(0.636885246 m3/seg ) ×60

(.0000212 m3/rev ) (29.45833333 rev /seg )=2.75005 ×10−5

ηv2=(0.530677291 m3/seg ) ×60

(.0000212 m3/rev ) (29.445 rev / seg)=2.29248 ×10−5

ηv3=(0.557322176 m3/ seg) ×60

(.0000212 m3/rev ) (29.40833333 rev / seg)=2.41059 ×10−5

ηv 4=( 0.528571429 m3 /seg )× 60

(.0000212 m3 /rev ) (29.35833333 rev /seg )=2.29013 ×10−5

ηv5=(0.555 m3/seg ) ×60

(.0000212 m3/rev ) (29.325 rev / seg)=2.40737 × 10−5

ηv6=( 0.375211268m3/seg ) ×60

( .0000212m3/rev ) (29.30833333 rev/ seg )=1.62844 ×10−5

ηv7=(0.8671875 m3/ seg) × 60

(.0000212 m3/rev ) (29.24166667 rev /seg )=3.77223× 10−5

ηv 8=(0.991071429 m3/ seg) ×60

( .0000212m3/rev ) (29.20833333 rev/ seg )=4.31604 ×10−5

ηv 9=(0.731868132 m3/seg ) ×60

( .0000212m3/rev ) (29.175 rev/ seg )=3.19087 × 10−5

ηv10=(0.555 m3/seg ) ×60

(.0000212 m3/rev ) (29.15833333 rev /seg )=2.42113× 10−5

Tablas de resultados.

Tabla para experimento a baja velocidad.

# potE [watt] potA [watt] Q [m^3/seg] nm nv1 92.01030928 0.008381899 0.000319097 9.1097E-05 2.7287E-082 107.0665417 12.2676037 0.00031639 0.11457925 2.7055E-083 125.398313 24.1421055 0.000311215 0.19252337 2.6628E-084 133.683224 32.78549314 0.000281726 0.24524762 2.4118E-085 155.2324274 56.28851077 0.000362745 0.36260794 3.1089E-086 163.4864105 57.41622479 0.000296 0.35119876 2.5383E-087 171.7310216 58.4567518 0.000251131 0.34039716 2.1547E-088 188.1921275 159.9187496 0.000588859 0.84976323 5.0582E-089 199.737582 100.8336126 0.000324878 0.50483045 2.7922E-0810 216.3823805 96.89571074 0.0002775 0.44779852 2.385E-08

Tabla de resultados para experimento a alta velocidad.

# potE [watt] potA [watt] Q [m^3/seg] nm nv

1 182.2164948 16.72944689 0.636885246 0.09181083 2.75005E-05

2 211.9377694 20576.33927 0.530677291 97.0867029 2.29248E-05

3 248.0552952 43233.56132 0.557322176 174.290016 2.41059E-05

4 264.1424555 61511.82998 0.528571429 232.873696 2.29013E-05

5 306.7169634 86121.42148 0.555 280.78467 2.40737E-05

6 323.0234302 72781.13002 0.375211268 225.312232 1.62844E-05

7 338.7319588 201858.4711 0.8671875 595.923903 3.77223E-05

8 371.1949391 269148.9669 0.991071429 725.087922 4.31604E-05

9 393.7394564 227152.6437 0.731868132 576.911051 3.19087E-0510 426.3074039 193791.4215 0.555 454.581412 2.42113E-05

Graficas.

Grafica potencia de entrada vs presión de descarga baja velocidad.

Potencia de la bomba vs presión de descarga baja velocidad.

Eficiencia mecánica de la bomba vs presión de descarga baja velocidad.

Eficiencia volumétrica vs presión de descarga baja velocidad.

Grafica potencia de entrada vs presión de descarga alta velocidad.

Potencia de la bomba vs presión de descarga alta velocidad.

Eficiencia mecánica de la bomba vs presión de descarga alta velocidad.

Eficiencia volumétrica vs presión de descarga alta velocidad.

Cuestionario.

1. Se requiere seleccionar un equipo para satisfacer una carga muy alta con un gasto constante, ¿escogería una bomba de engranes? ¿Porque?

Si porque en los cálculos el gasto másico es aproximadamente constante.

2. ¿La temperatura del fluido afecta el funcionamiento de la bomba? ¿Por qué?

No porque como se puede ver en las ecuaciones nunca interviene la temperatura.

3. Investigue algunas aplicaciones de la bomba de engranes, justificando su empleo.

Proceso de ultra-filtración, sistemas de lubricación, circulación en cierres mecánicos, inyección de tinta, sistemas de refrigeración, dosificación en caudal continuo, equipos de osmosis inversa (tratamiento de agua), sistemas de refrigeración. Las bombas de menor caudal son excelentes bombas dosificadoras, con un caudal muy lineal respecto a las

bombas de pistón/membrana alternativas. Las bombas industriales se ocupan para el trasiego de productos complicados, como bitumen caliente, resinas, pigmentos, etc.

4. ¿Porque no se empleo el valor de la presión atmosférica en la práctica?

Porque el manómetro no toma en cuenta la presión atmosférica.

5. ¿Qué ventajas y desventajas presenta una bomba de engranes sobre una centrifuga?

Su caudal va de 1 a 600 lt/min. Su presión varía de 15 a 175 kg/cm^2, su velocidad va de 500 a 3000 rpm, su construcción no es muy compleja, cojinetes externos que facilitan el mantenimiento, trabajan con un motor eléctrico, estas bombas pueden llegar a dar un 93% de rendimiento volumétrico.

6. ¿Qué produce la cavitación? (mencionar al menos 3 causas explicando cada una de ellas).

Cavitación de succiónLa cavitación de succión ocurre cuando la succión de la bomba se encuentra en unas condiciones de baja presión/alto vacío que hace que el líquido se transforme en vapor a la entrada del rodete. Este vapor es transportado hasta la zona de descarga de la bomba donde el vacío desaparece y el vapor del líquido es de nuevo comprimido debido a la presión de descarga. Se produce en ese momento una violenta implosión sobre la superficie del rodete.

Cavitación de descargaLa cavitación de descarga sucede cuando la descarga de la bomba está muy alta. Esto ocurre normalmente en una bomba que está funcionando a menos del 10% de su punto de eficiencia óptima. La elevada presión de descarga provoca que la mayor parte del fluido circule por dentro de la bomba en vez de salir por la zona de descarga, a este fenómeno se le conoce como "slippage". A medida que el líquido fluye alrededor del rodete debe de pasar a una velocidad muy elevada a través de una pequeña apertura entre el rodete y el tajamar de la bomba. Esta velocidad provoca el vacío en el tajamar lo que provoca que el líquido se transforme en vapor.

7. ¿Cuándo se presenta la cavitación en alguna bomba que se tiene que hacer para corregirla?

Reducir la altura de bombeo. Aumentar el caudal de trabajo para que la bomba ‘entre’ en la curva. En ocasiones, aumentar la velocidad puede ayudar aunque se debe conocer la curva de la instalación, antes de tomar cualquier decisión. La cavitación en la aspiración se puede deber a algún cuerpo extraño que obstruya la tubería de succión de la bomba o bien, a la altura de aspiración. Cuando se detecta un atasco en la tubería de aspiración, se debe limpiar lo antes posible. No hay que inyectar aire comprimido, ya que lo devolvería al depósito y se podría aspirar de nuevo. Si la altura de aspiración es excesivamente alta, acerque la bomba a la superficie del líquido o cambie la consigna de nivel del pozo de bombeo.

8. ¿En qué velocidad resulto la bomba más eficiente?

En la alta velocidad según los cálculos correspondientes.

Conclusiones.

Concluyo que las medidas no fueron tomadas en los intervalos más adecuados y por eso las graficas quedan como líneas rectas envés de curvas, además que el grado de inclinación que tienen estas rectas es casi de 90ᵒ, lo que impide un ajuste de tipo exponencial.

En los cálculos se puede ver además que la eficiencia volumétrica es demasiado pequeña para ambas velocidades, y con respecto a la eficiencia mecánica el primer cálculo es demasiado pequeño comparado con los demás cálculos del mismo concepto, esto debido a que la presión de descarga fue tomada inicialmente como cero; lo cual también afecta a la potencia agregada donde se tiene que obtener su valor absoluto para evitar que aparezcan valores negativos por esta diferencia de presiones.

Las unidades de la constante de potencia que aparece en el manual son a mi parecer muy dudosas pues para ella toman 2 unidades de tiempo diferentes (segundos sobre minutos), y eso hace pensar que para obtenerla se hicieron cálculos erróneos en unidades de tiempo diferentes en vez de hacer las conversiones correspondientes, las cuales yo si incluí en esta práctica.

Por lo anterior considero que el error principal se encuentra en las medidas de la presión de descarga a excepción de que las formulas proporcionadas sean erróneas. También concluyo que la bomba es más eficiente cuando está trabajando en la alta velocidad.

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Bombas centrifugas serie y paralelo

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