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INDICE

I. INTRODUCCIÓN....................................................................................................................2

II. OBJETIVOS............................................................................................................................3

III. GENERALIDADES...................................................................................................................4

IV. EQUIPO Y MATERIALES A UTILIZAR......................................................................................5

V. DESCRIPCION DEL EQUIPO...................................................................................................6

VI. FUNDAMENTOS TEORICOS...................................................................................................8

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I. INTRODUCCIÓN

Las leyes de afinidad expresan la relación matemática que existe entre el caudal, la velocidad de la bomba (rpm), la altura y el consumo de energía para el caso de bombas centrífugas. Las leyes muestran que incluso una pequeña reducción en el caudal se convertirá en reducciones importantes de potencia y, por tanto, de consumos energéticos. Las leyes son la base de los ahorros energéticos.

Cuando se modifica una de las variables involucradas en el rendimiento de la bomba, las otras variables se pueden calcular utilizando la ley de afinidad. Las bombas se pueden dividir en dos categorías principales, ya sean en bombas de desplazamiento positivo y las bombas roto dinámicas.

Las bombas de desplazamiento positivo tienen un volumen fijo de fluido que es forzado de una cámara a otra. Son similares las bombas de vapor, las de estribos y cilindros hidráulicos. Uno de los diseños más antiguos y más conocidos es el motor de intercambio, que utiliza un pistón que se mueve dentro de un cilindro.

La bombas rotodinámicas o simplemente dinámicas por el contrario imparten momento a un fluido, lo que provoca que este se desplace hacia la cámara de salida o descarga. Son similares las turbinas y las bombas centrífugas.

Las variables de funcionamiento de mayor interés en una bomba son la potencia consumida, la energía por unidad de peso comunicada al fluido y el rendimiento. La aplicación del análisis dimensional ha beneficiado en gran medida al desarrollo y utilización de bombas en la práctica de ingeniería. Las variables mencionadas anteriormente se pueden englobar en las siguientes categorías:

Propiedades del fluido; densidad ƿ y viscosidad μ. Características del fluido a través de la bomba, caudal Q. Características de la propia maquinaria: velocidad de giro ω, diámetro

característico D y rugosidad absoluta del material Ɛ.

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II. OBJETIVOS

1.-Conocer las variables matemáticas involucradas en el rendimiento de los tipos de bombas centrifugas y axial.

2.-Investigar el uso de las leyes de afinidad en la predicción de las características de carga-caudal.

3.-Conocer las variables involucradas tales como: Capacidad, Carga total, Velocidad, Diámetro y Potencia.

4.-Observar y tomar nota de las distintas demostraciones de la bomba FM50, principalmente de los resultados computarizados

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III. GENERALIDADES

El rendimiento de la bomba o rendimiento global es el consiste en la relación entre potencia útil y la potencia de freno, la cual es suministrada por los fabricantes de la bomba y considera las pérdidas por fuga (rendimiento volumétrico) y por rozamiento (fricción) en los ejes y caras del impulsor (rendimiento mecánico). Las leyes de Afinidad expresan la relación matemática entre varias variables involucradas en el rendimiento de las bombas

Es imposible probar el rendimiento de todos los tamaños de bomba en el rango de todas las velocidades a las que puede funcionar, por eso es de mucha utilidad disponer de una solución matemática que nos permita hacer suposiciones sobre las características de funcionamiento de una bomba a partir de los resultados experimentales tomados de otra bomba con condiciones de operación diferentes y así poder hacer una buena selección de bomba para un sistema

Las relaciones entre velocidad, presión de descarga y potencia de entrada de la bomba son representadas por las leyes de Afinidad, y así mismo estas leyes permiten predecir el rendimiento de una bomba a una velocidad que no sea la característica.

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IV. EQUIPO Y MATERIALES A UTILIZAR

FM50 (unidad de demostración de una bomba centrifuga)

Dispositivo interfaz LFD7

Computadora compatible con el software FM50-304

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V. DESCRIPCION DEL EQUIPO

En la práctica de este experimento se utilizó La FM50, que es un ejemplo de una bomba centrífuga. Debido a las características de este tipo de bombas, las aplicaciones más adecuadas son aquellas en las que el líquido no contiene residuos, donde se requiere un cambio de cabeza relativamente pequeña, y en una capacidad de operación o de un rango estrecho de capacidades es necesaria.

La bomba centrífuga es la máquina más empleada para mover líquidos de un lugar a otro. Como tal, es una unidad didáctica especialmente apropiada para presentar a los estudiantes todo el tema de las máquinas de fluido rotodinámicas.

Dentro de las principales aplicaciones de la FM50 están:

Demostración de una bomba centrífuga de agua de una sola etapa en operación.

Medición de la velocidad inherente de la bomba y producción de curvas características como:

Carga total de la bomba. Potencia de entrada del motor. Velocidad del impulsor. Eficiencia total.

Introducción a las leyes de la velocidad de las bombas.

Investigación de tipos de impulsor.

Comparación de los cálculos con los resultados computarizados.

El equipo consta de una bomba centrífuga de agua impulsado por un motor eléctrico, el cual está montado sobre un soporte de apoyo junto con un tanque acrílico transparente asociado a tuberías de circulación continua. El flujo de agua a través de la bomba centrífuga está regulado por una válvula de control del flujo en el lado de descarga de la bomba.

Sensores apropiados están incorporados para permitir la precisión en el análisis de la bomba. Los parámetros de operación de la bomba se controlan usando el software suministrado en un equipo adecuado, a través de un

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dispositivo de interfaz (IFD). El software también permite conectar sensores de salida para ser cargados, y realiza los cálculos necesarios para las diferentes investigaciones.

La bomba centrífuga, que es impulsada por motor, está montada en una base de acero inoxidable con un depósito de agua y tuberías para la circulación continua. La voluta de la bomba y el depósito de agua están fabricados en material acrílico transparente para la máxima visibilidad. Las tuberías también están fabricadas en PVC transparente. Unas válvulas manuales situadas en la entrada y la salida de la bomba permiten controlar el caudal y también facilitan el estudio de los efectos de la aspiración.

La voluta de la bomba ha sido diseñada para permitir acceder a y sustituir fácilmente el impulsor sin necesidad de utilizar herramientas. El FM50 se suministra con dos impulsores, uno con palas curvas orientadas hacia adelante y el otro con palas curvas orientadas hacia atrás, lo que permite a los estudiantes investigar los efectos de las características de las bombas.

Incorpora sensores electrónicos para medir la presión de entrada de la bomba, la presión de salida, el caudal y la temperatura del agua.

La velocidad de la bomba es controlada con precisión mediante un inversor electrónico avanzado en el IFD7 (un accesorio esencial). Este inversor también calcula el par producido en el eje de transmisión del motor, permitiendo el cálculo de la potencia consumida por la bomba.

Las conexiones con el IFD7 constan de un solo conector de múltiples vías para los sensores, y un conector para el motor de la bomba.

El IFD7 también proporciona la circuitería electrónica de acondicionamiento para los sensores, lo que permite mostrar su salida en el software de la computadora.

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VI. FUNDAMENTOS TEORICOS

Se puede reducir a una sola curva, las curvas obtenidas de trazar la medida de las múltiples características de la bomba sobre ejes dimensionales, con el uso de grupo adimensionales adecuados, siempre y cuando el efecto de la viscosidad del fluido en el rendimiento de la bomba sea pequeño y no ocurra cavitación, las características de un determinado tipo y forma de la bomba puede ser representado por:

gHt

Ƞ2D2 = ʃ

Q

ȠD3(1)

Donde Ƞ = Velocidad de la bomba (rpm, Hz) D = Diámetro del impulsor (m)

Con lo antes dicho, para una sola curva del tipo sugerido por esta ecuación, el criterio de similitud dinámica se debe cumplir. Es decir, que todas las velocidades del fluido en los puntos correspondientes dentro de la bomba están en la misma dirección y son proporcionales a la velocidad del impulsor.

Las ecuaciones adimensionales dadas anteriormente, son la base de la cual se derivan las Leyes de Afinidad de bombas, las cuales permiten predecir con bastante precisión y para fines prácticos, el funcionamiento de bombas geométricamente similares pero de diferentes tamaños y velocidades.

Las leyes de afinidad son las siguientes:

Coeficiente de potencia

P =P

PȠ3D 3 (2)

Coeficiente de flujo

Ø =Q

ȠD3 (3)

Coeficiente de carga

Ѱ = gHt

Ƞ2D2(4)

Con estas leyes se puede calcular el Caudal Q, la Carga Ѱ y la Potencia P, de una bomba cuando el tamaño, velocidad rotacional ω y la Densidad ƿ del flujo varían.

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Las siguientes fórmulas se derivan de las condiciones anteriores y permiten calcular la Carga total Ht y la Potencia P a una velocidad Ƞ1, las cuales se deducen a partir de parámetros medidos a una velocidad diferente Ƞ2:

Q1Q2

= Ƞ1Ƞ2

Ht1Ht2

=Ƞ12

Ƞ22

Pm1Pm2

= Ƞ12

Ƞ22