U.N.A.M.Facultad de Estudios Superiores de Aragn.
Laboratorio de Mecnica de Fluidos.
Prctica numero 7: Bomba de engranes.
Alumno: Fernndez Cano Veronico David Ricardo.
Nmero de cuenta: 41205778-6.
Fecha de realizacin: 01/03/2014. Fecha de entrega: 08/04/2014.
Calificacin:PRCTICA NUMERO 7BOMBA DE ENGRANESObjetivos.1. Determinar las curvas caractersticas por medio de la relacin existente entre la potencia de entrada, potencia de la bomba, flujo volumtrico, eficiencia mecnica de la bomba, eficiencia volumtrica y presin de descarga de una bomba de engranes a dos velocidades diferentes.2. Demostrar el efecto de cavitacin.
Introduccin.Las bombas hidrulicas de engranes se usan para bombear aceite de lubricacin, las bombas de engranes son bombas de caudal fijo, estas bombas hidrulicas 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 ste hace girar al otro (conducido).Esto produce un vaco en la lnea de succin, cuando se separan los dientes, por el aumento del volumen en la cmara de succin. En el mismo momento los dientes se van alejando, llevndose el fluido en la cmara de succin. La expulsin del fluido ocurre en el extremo opuesto de la bomba por la disminucin de volumen que tiene lugar al engranar los dientes separados.Los dientes llenados transportan el lquido a lo largo de la pared de la carcasa hacia la cmara de impulsin. En la cmara los piones que engranan transportan el lquido fuera de los dientes e impiden el retorno del lquido. Por lo tanto el lquido de la cmara tiene que salir hacia el receptor, el volumen del lquido suministrado por revolucin se designa como volumen suministrado (cm^3/rev).El rendimiento de la bomba de engranaje.La operacin y eficiencia de la bomba hidrulica, en su funcin bsica de obtener una presin determinada, a un nmero tambin determinado de revoluciones por minuto se define mediante tres rendimientos:Rendimiento volumtrico de la bomba de engranajeSe obtiene de la siguiente formula
Donde; Este rendimiento expresa las fugas de lquido que hay en la bomba durante el proceso de compresin. A partir de l se puede analizar lacapacidad de diseo y el estado de desgaste en que se encuentra una bomba.El rendimiento volumtrico es afectado tambin por la presin del fluido hidrulico que se transporta y por la temperatura del mismo.Rendimiento mecnico de la bomba de engranaje.Se calcula con la formula
Donde;
El rendimiento mecnico mide las prdidas de energa mecnica que se producen en la bomba, causadas por el rozamiento y la friccin de los mecanismos internos. En trminos generales se puede afirmar que una bomba de bajo rendimiento mecnico es una bomba de desgaste acelerado.Rendimiento total o global de la bomba de engranajeEl rendimiento total o global es el producto de los rendimientos volumtrico y mecnico. Se llama total porque mide la eficiencia general de la bomba en su funcin de bombear lquido a presin, con el aporte mnimo de energa al eje de la bomba.As pues el rendimiento total se expresa como el consumo de energa necesario para producir la presin hidrulica nominal del sistema.
Dibujo de prctica.
Desarrollo de la prctica.1. Colocar la placa de dren en la posicin 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 presin de succin.5. Cerrar lentamente la vlvula hasta obtener un valor deseado.6. Tomar las lecturas de presiones de la succin y la descarga.7. Ajustar el dinammetro de modo que el puntero del brazo coincida con el puntero fijo. Anotar el valor de la fuerza.8. Tomar la lectura del tacmetro.9. Mover la garza para que el tanque de medicin de flujo comience a llenarse.10. Mover la palanca de dren a la posicin de cierre.11. Tomar el tiempo en el que el nivel del tanque de medicin cambia de una altura a otra.12. Anotar todas las lecturas en la tabla correspondiente.13. Variar la presin de descarga mediante su vlvula 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 vlvulas de succin y de descarga, detener el motor elctrico y cambiar el rgimen 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 vlvulas de succin y de descarga, detener el motor elctrico, mover la palanca de dren a la posicin abierta y quitar la palanca del dinammetro.17. Finalmente desconectar la corriente elctrica.18. Se deben llenar las tablas con los valores obtenidos en cada variacin de presin.
Tablas de lecturas.Tabla 3 de lecturas.LecturaP2 [Pa]P1 [Pa]F [N]N [rev/seg]h1 [m]h2 [m]t [seg]
1026.26765.514.8750.010.0244.87
23880026.26766.414.8750.0240.0364.21
37760026.26767.514.866666670.0360.0484.28
411640026.2676814.858333330.0480.0583.94
515520026.26769.314.841666670.0580.0683.06
619400026.26769.814.833333330.0680.084.5
723280026.267610.314.8250.080.094.42
827160026.267611.314.808333330.090.113.77
931040026.26761214.80.10.1124.1
1034920026.26761314.80.1120.1224
Tabla 4 de lecturas.LecturaP1 [Pa]P2 [Pa]F [N]N [rev/seg]h1 [m]h2 [m]t [seg]
126.267605.529.458333330.010.0242.44
226.2676388006.429.4450.0240.0362.51
326.2676776007.529.408333330.0360.0482.39
426.2676116400829.358333330.0480.0582.1
526.26761552009.329.3250.0580.0682
626.26761940009.829.308333330.0680.083.55
726.267623280010.329.241666670.080.091.28
826.267627160011.329.208333330.090.112.24
926.26763104001229.1750.10.1121.82
1026.26763492001329.158333330.1120.1222
Memoria de clculos.Calculo del caudal para baja velocidad.
Calculo de la potencia de entrada para baja velocidad.
Calculo de la potencia agregada para baja velocidad.
Calculo de la eficiencia mecnica a baja velocidad.
Calculo de la eficiencia volumtrica a baja velocidad.
Calculo del caudal para alta velocidad.
Calculo de la potencia de entrada para alta velocidad.
Calculo de la potencia agregada para alta velocidad.
Calculo de la eficiencia mecnica a alta velocidad.
Calculo de la eficiencia volumtrica a alta velocidad.
Tablas de resultados.Tabla para experimento a baja velocidad.#potE [watt]potA [watt]Q [m^3/seg]nmnv
192.010309280.0083818990.0003190979.1097E-052.7287E-08
2107.066541712.26760370.000316390.114579252.7055E-08
3125.39831324.14210550.0003112150.192523372.6628E-08
4133.68322432.785493140.0002817260.245247622.4118E-08
5155.232427456.288510770.0003627450.362607943.1089E-08
6163.486410557.416224790.0002960.351198762.5383E-08
7171.731021658.45675180.0002511310.340397162.1547E-08
8188.1921275159.91874960.0005888590.849763235.0582E-08
9199.737582100.83361260.0003248780.504830452.7922E-08
10216.382380596.895710740.00027750.447798522.385E-08
Tabla de resultados para experimento a alta velocidad.#potE [watt]potA [watt]Q [m^3/seg]nmnv
1182.216494816.729446890.6368852460.091810832.75005E-05
2211.937769420576.339270.53067729197.08670292.29248E-05
3248.055295243233.561320.557322176174.2900162.41059E-05
4264.142455561511.829980.528571429232.8736962.29013E-05
5306.716963486121.421480.555280.784672.40737E-05
6323.023430272781.130020.375211268225.3122321.62844E-05
7338.7319588201858.47110.8671875595.9239033.77223E-05
8371.1949391269148.96690.991071429725.0879224.31604E-05
9393.7394564227152.64370.731868132576.9110513.19087E-05
10426.3074039193791.42150.555454.5814122.42113E-05
Graficas.Grafica potencia de entrada vs presin de descarga baja velocidad.
Potencia de la bomba vs presin de descarga baja velocidad.
Eficiencia mecnica de la bomba vs presin de descarga baja velocidad.
Eficiencia volumtrica vs presin de descarga baja velocidad.
Grafica potencia de entrada vs presin de descarga alta velocidad.
Potencia de la bomba vs presin de descarga alta velocidad.
Eficiencia mecnica de la bomba vs presin de descarga alta velocidad.
Eficiencia volumtrica vs presin de descarga alta velocidad.
Cuestionario.1. Se requiere seleccionar un equipo para satisfacer una carga muy alta con un gasto constante, escogera una bomba de engranes? Porque?Si porque en los clculos el gasto msico es aproximadamente constante.2. La temperatura del fluido afecta el funcionamiento de la bomba? Por qu?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-filtracin, sistemas de lubricacin, circulacin en cierres mecnicos, inyeccin de tinta, sistemas de refrigeracin, dosificacin en caudal continuo, equipos de osmosis inversa (tratamiento de agua), sistemas de refrigeracin. Las bombas de menor caudal son excelentes bombas dosificadoras, con un caudal muy lineal respecto a las bombas de pistn/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 presin atmosfrica en la prctica?Porque el manmetro no toma en cuenta la presin atmosfrica.5. Qu ventajas y desventajas presenta una bomba de engranes sobre una centrifuga?Su caudal va de 1 a 600 lt/min. Su presin vara de 15 a 175 kg/cm^2, su velocidad va de 500 a 3000 rpm, su construccin no es muy compleja, cojinetes externos que facilitan el mantenimiento, trabajan con un motor elctrico, estas bombas pueden llegar a dar un 93% de rendimiento volumtrico.
6. Qu produce la cavitacin? (mencionar al menos 3 causas explicando cada una de ellas).Cavitacin de succinLa cavitacin de succin ocurre cuando la succin de la bomba se encuentra en unas condiciones de baja presin/alto vaco que hace que el lquido se transforme en vapor a la entrada del rodete. Este vapor es transportado hasta la zona de descarga de la bomba donde el vaco desaparece y el vapor del lquido es de nuevo comprimido debido a la presin de descarga. Se produce en ese momento una violenta implosin sobre la superficie del rodete.
Cavitacin de descargaLa cavitacin de descarga sucede cuando la descarga de la bomba est muy alta. Esto ocurre normalmente en una bomba que est funcionando a menos del 10% de su punto de eficiencia ptima. La elevada presin 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 fenmeno se le conoce como "slippage". A medida que el lquido fluye alrededor del rodete debe de pasar a una velocidad muy elevada a travs de una pequea apertura entre el rodete y el tajamar de la bomba. Esta velocidad provoca el vaco en el tajamar lo que provoca que el lquido se transforme en vapor.7. Cundo se presenta la cavitacin 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 instalacin, antes de tomar cualquier decisin. La cavitacin en la aspiracin se puede deber a algn cuerpo extrao que obstruya la tubera de succin de la bomba o bien, a la altura de aspiracin. Cuando se detecta un atasco en la tubera de aspiracin, se debe limpiar lo antes posible. No hay que inyectar aire comprimido, ya que lo devolvera al depsito y se podra aspirar de nuevo. Si la altura de aspiracin es excesivamente alta, acerque la bomba a la superficie del lquido o cambie la consigna de nivel del pozo de bombeo.8. En qu velocidad resulto la bomba ms eficiente?En la alta velocidad segn los clculos correspondientes.
Conclusiones.Concluyo que las medidas no fueron tomadas en los intervalos ms adecuados y por eso las graficas quedan como lneas rectas envs de curvas, adems que el grado de inclinacin que tienen estas rectas es casi de 90, lo que impide un ajuste de tipo exponencial.En los clculos se puede ver adems que la eficiencia volumtrica es demasiado pequea para ambas velocidades, y con respecto a la eficiencia mecnica el primer clculo es demasiado pequeo comparado con los dems clculos del mismo concepto, esto debido a que la presin de descarga fue tomada inicialmente como cero; lo cual tambin 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 clculos errneos en unidades de tiempo diferentes en vez de hacer las conversiones correspondientes, las cuales yo si inclu en esta prctica.Por lo anterior considero que el error principal se encuentra en las medidas de la presin de descarga a excepcin de que las formulas proporcionadas sean errneas. Tambin concluyo que la bomba es ms eficiente cuando est trabajando en la alta velocidad.
Bibliografa.Dayly J. W. Dinmica de los Fluidos, Trillas. Mxico, 1997, 511 pgs. ISBNQA903D322d. Fox R. W. Introduccin a la Mecnica de Fluidos. Editorial Mc Graw Hill. Mxico, 1989, 575 pgs. ISBN9684517318 Frank M. White. Editorial Mc. Graw Hill. Mecnica de FluidosMxico, 2004, 757 pgs. ISBN8448140761 Hansen A. G. Mecnica de Fluidos. Editorial. Limusa. Mxico, 1982, 757 pgs. ISBN9681801822 Hughes W. F. Dinmica de los Fluidos. Editorial Mc Graw Hill. (Serie Schaum). Mxico, 1999, 365 pgs. ISBN0070311188 John J. Bertin. Mecnica de los Fluidos para Ingenieros. Trillas. Mxico, 1986, 650 pgs. ISBN968-880-071-6 Joseph B. Franzini, E. John Finnemore. Mecnica de Fluidos con Aplicaciones en Ingeniera. Editorial Mc Graw Hill. 9. Edicin. Espaa, 1999, 503 pgs. ISBN844812474XMerle C. Potter, David C. Wiggert. Mecnica de Fluidos. 3a. Edicin Thomson. Mxico, 2002, 769 pgs. ISBN9706862056 Victor L. Streeter Mecnica de Fluidos Editorial Mc Graw Hill.3. Edicin. Colombia, 2001, 741 pgs. ISBN968-451-841-2
