INTRODUCCIÓN TEÓRICA
Cuando
un fluido no posee suficiente energía para vencer las diferencias de
altura, velocidad o presión, debidas estas últimas tanto a las
condiciones reinantes en los extremos de la conducción como a su
pérdida de energía por rozamiento, es preciso comunicársela con
aparatos mecánicos adecuados. Si el fluido que se va a impulsar es un
líquido, la máquina recibe el nombre de bomba.
Las bombas no
producen variaciones apreciables de la densidad del fluido, por lo que
su flujo se puede considerar incomprensible,
siéndole aplicable
las ecuaciones para dicho tipo de flujo.
En cualquiera de estas
máquinas, deberá distinguirse siempre entre el motor primario que
comunica a la máquina la potencia necesaria y el órgano que realmente
comunica la citada energía al fluido, que es la propiamente denominada
bomba. La forma de impulsión puede ser de dos tipos, por desplazamiento
volumétrico del fluido (bombas de desplazamiento positivo o
volumétricas), el líquido es confinado en un cierto espacio de la
bomba, donde se le comunica la energía, siendo luego desplazado hasta
la zona de expulsión, o por la acción de una fuerza centrífuga (bombas
centrífugas), el líquido circula libremente a su través y recibe la
energía por acción de la fuerza centrífuga que le comunica un disco
giratorio a gran velocidad, son las más extensamente utilizadas y la de
nuestra práctica es de este tipo.
Las bombas centrífugas están
formadas por un disco rotatorio denominado rodete, provisto de
nervaduras o álabes, que gira a gran velocidad dentro de una carcasa
metálica. El líquido entra a la bomba por el eje hueco del rodete,
aspirado como consecuencia de la disminución inicial de presión que
producen sus álabes al girar. A continuación, es proyectado radialmente
a lo largo de los álabes por la acción de la fuerza centrífuga,
aumentando considerablemente su energía cinética. A la salida del
rodete, esta energía cinética adquirida se transforma en energía de
presión, a costa de un estrechamiento paulatino de la sección de paso.
Se
caracterizan por su gran versatilidad, bajo coste, fácil diseño,
operación y mantenimiento. Pueden proporcionar caudales variables. No
producen pulsación de descarga, pueden trabajar en un amplio intervalo
de presiones y caudales, para una misma velocidad de giro, y la presión
de descarga es función de la densidad del fluido bombeado.
Para la
adecuada utilización de una bomba centrífuga resulta necesario conocer
la variación de determinadas magnitudes, presión de descarga, potencia
suministrada y rendimiento obtenido para cada valor de caudal. Esta
variaciones se expresan de forma gráfica para cada tipo de bomba, lo
que constituyen las determinadas curvas características de la bomba
centrífuga considerada.
H - Q: Variación de la carga
total (en metros de líquido)
frente al caudal (m3/min).
Na - Q: Variación de la potencia al
freno (en C.V.) frente al caudal.
Rto - Q: Rendimiento frente a caudal.
El
objeto de esta práctica es la realización de un ensayo elemental de
bomba, consistente en la obtención de las curvas características de la
bomba manteniéndose constante el número de revoluciones, frecuencia de
giro de la bomba y variando el caudal.
Los datos que se necesitan para la
representación se hallan empleando
el balance de energía siguiente:
Haciendo
las simplificaciones oportunas, la velocidad de entrada y la de salida
son iguales ya que los diámetros de entrada y salida de la bomba son
los mismos, por lo que los términos de velocidad se anulan. Al ser la
pérdida de carga por rozamiento tan pequeña se puede despreciar el
término de sumatorio de F, quedándonos una ecuación tal que así:
Necesitamos
hallar, para diferentes valores de caudal, la potencia al freno (Na),
la potencia suministrada (Pt) y el rendimiento de la bomba (Rto).
Para
ello, colocamos un rotámetro con el que vamos variando el caudal
suministrado a la bomba y el propio dispositivo experimental utilizado
nos proporciona los valores de la presión de entrada y de salida
mediante dos manómetros conectados uno antes de la entrada del fluido
en la bomba y otro a la salida del fluido de la misma. También
obtenemos la potencia al freno para cada caudal mediante un medidor de
energía. Y la diferencia de alturas es un valor constante para todo el
experimento y con el que contamos de partida.
Conociendo todos estos
valores sustituimos en el balance de energía obteniendo el valor de H,
a partir del cual calcularemos el de Wo, Pt y finalmente el
rendimiento.
