Laboratorio de Termodinamica.

1. OBJETIVOS.

OBJETIVO GENERAL.

Analizar la influencia de las variables de los sistemas de flujo, el flujo volumétrico, la carga de altura, la carga de presión y la carga de velocidad, en la carga de la bomba y su desempeño.

OBJETIVO ESPECIFICO.

• Medir la presión de succión y de descarga en un sistema de flujo.
• Determinar las cargas de altura, velocidad y presión en un sistema de flujo.
• Determinar la carga total que aporta una bomba centrífuga a un sistema de flujo.
• Construir las curvas de carga total, eficiencia, potencia y carga de succión neta positiva disponible para un sistema de flujo determinado.

1. INTRODUCCIÓN.

Los sistemas de flujo son un conjunto de parte destinadas al transporte de fluidos.

Entre las partes que lo componen se encuentran las siguientes: estanques, tuberías, racores o fittings, instrumentos y equipos de impulsión.

En los sistemas de transporte de flujos incompresibles, una parte fundamental lo compone el equipo de impulsión o bombas. El objetivo fundamental de estos equipos es incorporar energía mecánica al fluido o también definida como carga.

En la selección de una bomba, entre variados aspectos, se deben considerar el desempeño del sistema. Este desempeño se puede visualizar graficando las variables características del sistema contra el flujo volumétrico. Entre estas variables se encuentran la carga total que debe aportar la bomba, la potencia, la eficiencia y la carga de succión neta positiva disponible. Estas graficas generan las curvas características del sistema, estas curvas permiten encontrar los puntos de operación de una bomba cuando se superponen a las curvas características de una bomba que entregan los fabricantes. El análisis de los puntos de operación, permite mejorar la selección de una bomba.

La carga que aporta una bomba a un líquido se puede determinar a partir de la ecuación general de la energía para sistemas de flujo. Esta expresión, definida entre dos puntos 1 y 2 del sistema, es como sigue:

[pic 3]

Esta expresión puede utilizarse con una precisión adecuada, considerando las siguientes restricciones para el sistema entre los puntos 1 y 2:

• El sistema es adiabático.
• El sistema es isotérmico.
• Si la distancia entre los puntos 1 y 2 es razonablemente reducida, la pérdida de la carga es despreciablemente.
• Solo para fluidos incompresibles.

A partir de la carga de la bomba, hA , se puede determinar la potencia que incorpora la bomba al fluido. La potencia se puede determinar a partir de la expresión.

[pic 4]

Para el caso de una bomba impulsada por un motor eléctrico, el consumo de potencia puede determinarse a partir de la siguiente expresión:

[pic 5]

Donde V es la tensión eléctrica, en voltios, I es la intensidad de la corriente, en ampere y  es la potencia consumida por el motor, en watt.[pic 6]

La eficiencia de una bomba se puede calcular con la siguiente relación:

[pic 7]

Donde  es la eficiencia en porcentaje.[pic 8]

La carga de succión neta positiva disponible, , se puede calcular con la expresión siguiente:[pic 9]

[pic 10]

Donde  es la carga de presión estática, en función de la presión absoluta,  es la diferencia de elevación desde el nivel del fluido en el depósito y la línea central de la entrada de succión de la bomba y se expresa en metros o en pies; si el deposito esta sobre la bomba, este valor es positivo, si el deposito está bajo la bomba, es negativo.  es la perdida de carga en la línea de succión debido a la fricción en las paredes de la tubería y los dispositivos y recores;  es la carga de presión de vapor del fluido a la temperatura de bombeo.[pic 11][pic 12][pic 13][pic 14]

1. MATERIALES Y EQUIPOS.

1. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.

1. Verificar que el nivel de agua del estanque sea el adecuado para realizar la experiencia.
2. Revisar el estado general del equipo de flujo y conectar a la toma de energía eléctrica.
3. Abrir totalmente la válvula del rotámetro girando en el sentido contra reloj.
4. Verificar la lectura de los manómetros en cero. Si no están marcando cero, se debe registrar la lectura con el equipo detenido.
5. Medir la altura de elevación en los puntos de succión y de descarga. Registrar estos datos.
6. Registrar los diámetros nominales de las tuberías de succión y de descarga.
7. Contabilizar los implementos del equipo que produzcan perdidas menores.
8. Activar la energía del equipo desde el panel central del equipo.
9. Fijar el display del variador de frecuencia en 45,0.
10. Poner en funcionamiento la bomba, accionando el botón verde del variador de frecuencia con la leyenda “RUN”.
11. Observar las lecturas de los manómetros hasta su estabilización.
12. Esperar un minuto y registrar las lecturas de los manómetros de succión, el manómetro de descarga, el rotámetro, el amperímetro, el voltímetro y la temperatura del agua.
13. Simultáneamente, se debe medir el flujo volumétrico con el medidor de volumen y un cronometro. Para esto se registra la medida de volumen en el totalizador al mismo tiempo que se activa el cronometro. Luego se registrara la lectura del volumen cada 15 segundos en forma exacta durante un minuto.
14. Una vez tomados los registros, se debe cerrar la válvula del rotámetro girando en el sentido del reloj ¼ de vuelta. Volver al punto 9 y repetir las actividades siguientes.
15. Una vez tomados 6 puntos de operación diferentes, se debe abrir totalmente la válvula del rotámetro y accionar el botón rojo del variador de frecuencia rotulado con la leyenda “STOP” y cortar la alimentación desde el panel central.

1. DESARROLLO.

1. Convertir las mediciones a las unidades consistentes para el cálculo.
2. Confeccionar una tabla de datos con las columnas necesarias para completar con los cálculos necesarios.
3. Confeccionar una tabla resumen con los siguientes títulos: N°, flujo volumétrico, carga de la bomba, potencia entregada, potencia de consumo, eficiencia y .[pic 15]
4. Graficar estos puntos en un papel milimetrado, cuidando de definir adecuadamente las escalas de las abscisas de manera de incluir todas las curvas características en un solo grafico de líneas.
5. Graficar en planilla de cálculo tipo Excel, las mimas curvas del punto anterior.
6. Se debe tener cuidado de considerar adecuadamente todas las unidades.

1. INFORMACIÓN A INCLUIR EN EL ANEXO.

Contestar las siguientes preguntas:

1. ¿Cuáles son las unidades de la carga del sistema?
2. Escriba una expresión de la carga total del sistema en función del flujo volumétrico.
3. Escriba una expresión para la potencia en función del flujo volumétrico.
4. Escriba una expresión para la carga de succión neta positiva en función del flujo volumétrico.
5. Compare las gráficas del sistema obtenidas con graficas de bombas y determine dos puntos de operación.

1. REPORTE DE DATOS.

Tabla 1.- Datos de la práctica.

Tabla 2.- Datos de la práctica.

Tabla 3.- Datos de la práctica.

Paralelo:             .                                  Grupo:        .                                   Fecha:                .

INTEGRANTES.

ENTREGAR AL PROFESOR AL FINAL DEL LABORATORIO.

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