UNIVERSIDAD CARLOS III DE MADRID ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR

Departamento De Ingeniería Térmica y de Fluidos Área de Ingeniería Térmica

PROYECTO FIN DE CARRERA

ENSAYO, MODELADO Y MOTORIZACIÓN DE BOMBAS DE MECATE Autor: Mª ISABEL MADRID MADRID Director: ULPIANO RUIZ-RIVAS HERNANDO

Ensayo, modelado y motorización de bombas de mecate Título: Ensayo, modelado y motorización de bombas de mecate Autor: Mª Isabel Madrid Madrid Director: Ulpiano Ruíz-Rivas Hernando

EL TRIBUNAL

Presidente:

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Vocal:

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Secretario:

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Realizado el acto de defensa y lectura del Proyecto Fin de Carrera el día __ de _______ de 20__ en Leganés, en la Escuela Politécnica Superior de la Universidad Carlos III de Madrid, acuerda otorgarle la CALIFICACIÓN de

VOCAL

SECRETARIO

PRESIDENTE

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Ensayo, modelado y motorización de bombas de mecate

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Ensayo, modelado y motorización de bombas de mecate

AGRADECIMIENTOS En primer lugar me gustaría agradecer a Ulpiano Ruíz-Rivas por la ayuda que me han prestado, ya que la realización y consecución del presente proyecto de fin de carrera no hubiese sido posible sin su colaboración. Gracias compañeros de universidad por esos buenos ratos que hemos disfrutado, en especial agradecer a mis compañeros Manuel Patrón y Jacobo Mosquera por su apoyo durante toda la carrera, ya que sin su colaboración no habría podido alcanzar los objetivos propuestos. Por último, y no por ello menos importante, agradecer a mis padres, mis hermanos y a mis amigos por todo el ánimo que me han dado durante toda la carrera.

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Ensayo, modelado y motorización de bombas de mecate

RESUMEN El siguiente proyecto se centra en el estudio de la motorización y simulación de las condiciones de campo de una bomba de agua, en este caso, de una bomba de mecate. Durante el proyecto se ha estado estudiando los diferentes parámetros que afectaban a la extracción de agua, modelando el sistema con el fin de valorar y evaluar los resultados obtenidos. Con la investigación desarrollada se han podido extraer una serie de conclusiones respecto a la instalación ejecutada, que podrán ayudar a que aumente el rendimiento del sistema. Para la realización de este trabajo, se ha hecho uso de varios materiales que ayudaron a la configuración del motor en la bomba y para llevar a cabo, con la máxima exactitud posible la toma de datos, se requirieron numerosos elementos de medida.

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Ensayo, modelado y motorización de bombas de mecate

ABSTRACT This Project focuses on the study of a water pump motorization, simulation and field conditions, in particular a mecate pump. Parameters affecting water extraction have been analyzed during the development of the project, by modeling the system in order to asses and evaluate the obtained results. With the investigation performed, some conclusions regarding this installation have been extracted. These inferences will help to improve the performance of the system. To accomplish this work, several materials were used, which helped to configure the motor of the pump, and a large quantity of measuring devices were required to carry on a data collection with high precision.

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Ensayo, modelado y motorización de bombas de mecate

ÍNDICE DEL DOCUMENTO

1.

2.

INTRODUCCIÓN............................................................................................................... 18 1.1.

OBJETIVOS DEL PROYECTO....................................................................................... 20

1.2.

ESTRUCTURA DEL PROYECTO ................................................................................... 21

INSTALACIÓN DEL SISTEMA ............................................................................................. 22 2.1.

2.1.1.

Descripción y funcionamiento de la bomba de mecate ..................................... 23

2.1.2.

Historia de la bomba de mecate ....................................................................... 25

2.1.3.

Tipos de bombas de mecate ............................................................................. 26

2.1.4.

Componentes de la bomba de mecate ............................................................. 35

2.2.

4.

MOTORIZACIÓN DE BOMBA DE MECATE ................................................................. 42

2.2.1.

Componentes motor eléctrico.......................................................................... 42

2.2.2.

Instalación para la motorización de la bomba de mecate ................................. 47

2.3. 3.

BOMBA DE MECATE................................................................................................. 23

ELEMENTOS DE MEDIDA .......................................................................................... 52

CARACTERIZACIÓN TEÓRICA DE LA INSTALACIÓN ............................................................ 58 3.1.

ESTIMACIÓN DE LA ALTURA DE FUNCIONAMIENTO ................................................. 59

3.2.

CAUDAL ................................................................................................................... 65

3.3.

RELACIÓN DE TRANSMISIÓN .................................................................................... 67

3.4.

POTENCIAS DE TRABAJO .......................................................................................... 69

3.5.

RENDIMIENTOS ....................................................................................................... 71

3.6.

FUERZA DE ROZAMIENTO ........................................................................................ 73

CARACTERIZACIÓN EXPERIMENTAL DE LA INSTALACIÓN ................................................. 75 4.1.

RANGO DE FUNCIONAMIENTO DE LA INSTALACIÓN................................................. 76

4.1.1.

Freno ............................................................................................................... 77

4.1.2.

Motor .............................................................................................................. 82

4.2.

CAUDAL ................................................................................................................... 83

4.2.1.

Toma de medidas sin sistema de frenado......................................................... 84

4.2.2.

Toma de medidas con sistema de frenado ....................................................... 88

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Ensayo, modelado y motorización de bombas de mecate 4.2.3.

Comparación resultados ideales y experimentales ........................................... 90

4.2.4.

Caracterización teórica del caudal de pérdidas ................................................. 94

4.2.4.1.

Caracterización teórica del caudal de pérdidas para x