Download Lab Report Performance Characteristics of Centrifugal Pump PDF

TitleLab Report Performance Characteristics of Centrifugal Pump
File Size381.1 KB
Total Pages10
Document Text Contents
Page 1

Laboratory Report 
Performance characteristics of centrifugal pump 

 
Instructor:      Dr. Rajendra Shrestha 

Head of Department, Mechanical Engineering 
Center for Energy Studies, IOE, Pulchowk 

 
Date of Experiment:  July 24th 2009 
Date of Submission:  August 25th 2009 

 
 
 
 
 
 
Report submitted by: 

Ram Krishna Singh

Page 2

Objective 

To draw the performance characteristics of  

• single pump 
• pumps combination in series  
• pumps combination in parallel 

Apparatus 

• Centrifugal pump apparatus bench 
• Stop watch 

Procedure 

First of all, operation was done for single pump. A pump was operated with control rate of flow taken 
for 0, 10, 15, 30, 30 liters per minute observed in V notch. To assure the exact flow rate, pipe reading 
with stop watch was taken for each case. Correspondingly, measurements of pressures were taken for 
suction and delivery side. Also corresponding power was observed. 

Similar operations were done for two pumps arranged in series as well as parallel. 

Theory 

A centrifugal pump converts the input power to kinetic energy in the liquid by accelerating the liquid by 
a revolving device ‐ an impeller. Fluid enters the pump through the eye of the impeller which rotates at 
high speed. The fluid is accelerated radially outward from the pump chasing. A vacuum is created at the 
impellers eye that continuously draws more fluid into the pump. 

The energy created by the pump is kinetic energy according the Bernoulli Equation. The energy 
transferred to the liquid corresponds to the velocity at the edge or vane tip of the impeller. The faster 
the impeller revolves or the bigger the impeller is, the higher will the velocity of the liquid energy 
transferred to the liquid be. This is described by the Affinity Laws. 

it is important to understand that the pump will pump all fluids to the same height if the shaft is turning 
at the same rpm. 

Centrifugal Pumps are "constant head machines". 
 
The head of a pump in metric units can be expressed in metric units as: 

h = (p2 ‐ p1)/(ρ  g) + v2
2/(2 g)         (1) 

where 
h = total head developed (m)  
p2 = pressure at outlet (N/m

2) 
p1 = pressure at inlet (N/m

2)

Page 3

ρ =   density (kg/m3) 
g = acceleration of gravity (9.81)  m/s2 
v2 = velocity at the outlet (m/s) 

Energy Usage 

The energy usage in a pumping installation is determined by the flow required, the height lifted and the 
length and characteristics of the pipeline. The power required to drive a pump (Pi), is defined simply 
using SI units by: by: 

 

where: 

Pi is the input power required (W) 
ρ is the fluid density (kg/m3) 
g is the gravitational constant (9.81 m/s2) 
H is the energy Head added to the flow (m) 
Q is the flow rate (m3/s) 
η is the efficiency of the pump plant as a decimal 

The head added by the pump (H) is a sum of the the static lift, the head loss due to friction and any 
losses due to valves or pipe bends all expressed in metres of water. Power is more commonly expressed 
as kW (103 W) or horsepower (multiply kW by 0.746). The value for the pump efficiency η may be stated 
for the pump itself or as a combined efficiency of the pump and motor system. 

The energy usage is determined by multiplying the power requirement by the length of time the pump 
is operating. 

Performance curve: 

The performance curve is the easiest and most satisfactory way to show graphically the relationship 
between head, capacity, horsepower, etc., of any pump. For a given rotational speed and impeller size, 
the performance of a pump can be represented on a head‐capacity curve of total developed head in feet 
of water versus flow in gallons per minute. 

Total dynamic head (TDH) is the difference between suction and discharge pressure and includes the 
difference between the velocity head at the suction and discharge connection. The lines sloping 
downward from left to right represent the varying quantities of water delivered by the pump with 
variations in head or pressure for a given impeller size.  

The intersection of this line with zero delivery line shows the “shut‐off head”, which is the pressure 
developed by the pump when the discharge valve is shut.

Page 4

Starting from the shut‐off head, as the pump delivers more water, the mechanical efficiency of the 
pump increases until a “best efficiency point” (BEP) is reached. Increasing the flow further decreases the 
efficiency until a point known as “end of curve” where the manufacturer no longer publishes the 
performance. As the impeller gets smaller, the pump efficiency also decreases. 

The power requirements are also shown on the performance curve. The horsepower line that does not 
cross the pump curve is called “non‐overloading” horsepower because operation at any point on the 
published pump curve will not overload the motor. 

Parallel Operation 

The primary purpose of operating pumps in parallel is to allow a wider range of flow than would be 
possible with a single fixed speed pump for systems with widely flow demand.  

Usually there are no more than three or four pumps operating in parallel. 

The combined parallel pump curve can be drawn holding the head constant and adding the flow. Fig. 
shows a combined pump curve of a system with three identical pumps operating in parallel. 

Curve A represents the head‐flow curve for any one of the pumps. Curve B is the combined pump curve 
for two pumps operating at the same time in parallel and curve C represents the combined performance 
for the three pumps. Notice that at any head value, the flow on curve B is twice the flow at the same 
head on curve A. Likewise, flow on curve C is three times the flow on curve A for the same head value. 
Curve X represents the system head curve. Points a, b, and c represents the flow that is delivered by the

Page 5

pumps at the three operating conditions which are: a single pump, two pumps and all (three) pumps 
operating at the same time. 

 

 

Series Operation 

In series operation, the discharge of one pump feeds the suction of a second pump (Fig 97). Unlike 
parallel operation, series pump curve can be drawn holding the flow constant and adding the head. 
Series operation allows that commercially available equipment can be used in a particular system 
because sometimes a single pump operation would result in a pump with an extremely high head and 
thus an equally high horsepower. For example, distributing pumping schemes applied in chilled water 
plants avoid using to big pumps for chilled water circulation that create unnecessary overpressure at the 
buildings close to the plant. Small pumps situated just at the building they feed mitigate the 
overpressure problem and at the same time save considerable pumping energy. Such schemes are 
based on the series pumps operation principles.

Page 6



Page 7

Observation 

Single centrifugal pump 

Pump speed: 70 rps 

S.N  Volume flow 
rate  

(Q liters/min) 

Inlet 
pressure 
(bar) 

Outlet 
pressure 
(bar) 

Electric power 
input 
(watt) 

Head 
(m) 

Pump 
Hydraulic 
power 

(Wh watt) 
1  0  0  0.6  90  6.11  0 
2  8.05  0  0.5  110  5.09  8.313667 
3  12.5  0  0.48  118  4.89  11.9805 
4  21.42  0  0.38  142  3.87  12.642 
5  28  0  0.3  155  3.05  15.94133 

             

 

Centrifugal pumps in parallel combination 

S.N  Volume flow 
rate  

(Q liters/min) 

Inlet 
pressure 
(bar) 

Outlet 
pressure 
(bar) 

power input 
(watt) 

Head 
(m) 

Pump 
Hydraulic 
power 

(Wh watt) 
1  0  0  0.6  190  6.11   
2  8.57  0  0.53  225  5.4   
3  15.65  0  0.51  232  5.19   
4  21.17  0  0.50  250  5.09   
5  36  0  0.49  295  4.99   

             

 

Pumps in series combination 

S.N  Volume flow 
rate  

(Q liters/min) 

Inlet 
pressure 
(bar) 

Outlet 
pressure 
(bar) 

power input 
(watt) 

Head 
(m) 

Pump 
Hydraulic 
power 

(Wh watt) 
1  0  0  0.6  210  6.11   
2  8.57  0  0.55  235  5.6   
3  15  0  0.50  250  5.09   
4  18  0  0.49  300  4.99   
5  32.72  0  0.2  390  2.03

Page 8

Head vs Flow rate 

 

 

Discharge vs Efficiency 

 

 

 

 

0

1

2

3

4

5

6

7

0 10 20 30 40

single

parallel combination

series combination

0

2

4

6

8

10

12

0 5 10 15 20 25 30 35

single 

parallel 

series

Page 9

Hydraulic efficiency vs Flow rate 

 

 

 

Input power vs flow rate 

 

 

 

0

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20 25 30 35

single 

parallel 

series

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 5 10 15 20 25 30 35

single 

parallel 

series

Similer Documents