informe # 3 bombas serie paralelo (1)

Bombas en Serie y ParaleloMauricio Alvarez, Miguel Cera, Cristian Orozco, Jose Solorzano, Yeins

Valdez

Laboratorio de Mecanica de FluidosUniversidad Del Atlantico

Ingenieria Mecanica

Página 1 de 16

ResumenLas personas necesitan bombas para poder vivir de forma más cómoda, estas transportan fluidos, fríos o calientes, limpios o contaminados. Cumplen su función con la máxima eficiencia y de forma no contaminante. Las bombas tienen un papel importante en el campo de la construcción y se emplean para diversas funciones.En la industria y en la agricultura se presentan con mucha frecuencia problemas de transporte de líquidos a través de sistemas de tuberías, debiendo vencer presiones y desniveles, que hacen necesario el empleo de las bombas. Por un lado existen bombas de desplazamiento positivo y las de efecto centrífugo que son las utilizadas en esta experiencia, estas han adquirido mayor relevancia por sus grandes posibilidades y vasto campo de aplicación, habiendo desplazado casi por entero a las de desplazamiento positivo. Su gran velocidad de funcionamiento, que permite su accionamiento directo por motores eléctricos, pequeño tamaño y peso, gran seguridad de marcha y servicio y mínimo número de elementos de desgaste, han sido factores decisivos que se han impuesto para conseguir su gran difusión y empleo.

AbstractPeopleneedpumpstolive more comfortably, thesetransportfluids, hotorcold, cleanorcontaminated. Do theirjobwithmaximumefficiency and non-polluting. Thepumpshaveanimportant role in thefield of construction and isusedforvariousfunctions.In industry and agriculture are frequentlypresentproblems of transportingliquidsthroughpipingsystems, mustovercomepressures and uneven, makingitnecessaryto use thebombs. Ontheonehandthere are positive displacementpumps and centrifugaleffectisused in thisexperience, theyhavebecome more importantforitsgreatpossibilities and widerange of applications, havingshiftedalmostentirelytothe positive displacement. Itshighoperatingspeed, whichallowsdirect drive electricmotors, smallsize and weight, highdriving safety and minimumnumber of service and wearitemshavebeendecisivefactorsthathavebeenimposedfortheirwidespread and employment.

1. Objetivos

Entender el comportamiento de operación dos bombas centrifugas operándolas como sistemas en serie y paralelo.

Proporcionar los criterios y métodos que permitan analizar y representar la operación de los arreglos en serie y paralelo.

Determinar el rendimiento de estas bombas, a través de parámetros medidos tales como presión, caudal, voltaje, corriente.

Página 2 de 16

2. Equipos y/o Materiales

Bombas Centrifugas Agua Cronometro Balde 8 litros Amperímetro y voltímetro

3. Temas Relacionados

Fluidos, volumen, tiempo, presión, Bernoulli, Bombas centrifugas, caudal, eficiencia mecánica.

4. Marco Teórico

4.1. Bombas Centrifugas

Las bombas se necesitan para transportar líquidos y vencer las pérdidas de carga en el sistema de tuberías. En instalaciones de bombas con niveles de líquido diferentes es precisosuperar además la diferencia de altura geodésica.

Las bombas centrífugas son, según su tipo de construcción y transformación de energía, turbomáquinas hidráulicas. Aunque existen numerosos tipos de construcción, todas las bombas centrífugas tienen en común una entrada axial del líquido al rodete de la bomba.

Los elementos que forman la bomba centrifuga son:

A. Una tubería de aspiración:que concluye prácticamente en la brida de aspiración.

B. El impulsor o rodete:formado por un conjunto de álabes que pueden adoptar diversas formas, según la misión a que vaya a ser destinada la bomba, los cuales giran dentro de una carcasa circular. El rodete es accionado por un motor, y va unido solidariamente al eje, siendo la parte móvil de la bomba. El líquido penetra axialmente por la tubería de aspiración hasta la entrada del rodete, experimentando un cambio de dirección más o menos brusco, pasando a radial, (en las centrífugas), o permaneciendo axial, (en las axiales), acelerándose y absorbiendo un trabajo.

Los álabes del rodete someten a las partículas de líquido a un movimiento de rotación muy rápido, siendo proyectadas hacia el exterior por la fuerza centrífuga, creando una altura dinámica de forma que abandonan el rodete hacia la voluta a gran velocidad, aumentando también su presión en el impulsor

Página 3 de 16

según la distancia al eje. La elevación del líquido se produce por la reacción entre éste y el rodete sometido al movimiento de rotación.

Figura 1 - Bomba Centrifuga – Partes

C. La voluta:es un órgano fijo que está dispuesta en forma de caracol alrededor del rodete, a su salida, de tal manera que la separación entre ella y el rodete es mínima en la parte superior, y va aumentando hasta que las partículas líquidas se encuentran frente a la abertura de impulsión. Su misión es la de recoger el líquido que abandona el rodete a gran velocidad, cambiar la dirección de su movimiento y encaminarle hacia la brida de impulsión de la bomba.

D. Una tubería de impulsión:instalada a la salida de la voluta, por la que el líquido es evacuado a la presión y velocidad creadas en la bomba.

Estos son, en general, los componentes de una bomba centrífuga aunque existen distintos tipos yvariantes. La estructura de las bombas centrífugas es análoga a la de las turbinas hidráulicas, salvoque el proceso energético es inverso; en las turbinas se aprovecha la altura de un salto hidráulico paragenerar una velocidad de rotación en la rueda, mientras que en las bombas centrífugas la velocidadcomunicada por el rodete al líquido se transforma, en parte, en presión, lográndose así su desplazamientoy posterior elevación.

4.2. Arreglo de Bombas en serie

Si dos o más bombas idénticas se conectan en serie, la descarga pasa a través de cada bomba por turnos y soporta un incremento en la cabeza en cada bomba.Como

Página 4 de 16

en el caso de operación en paralelo la descarga total no se incrementa proporcionalmente con el número de bombas. Las bombas en serie son más adecuadas en sistemas con una curva de resistencia alta, por ejemplo, con alto contenido de fricción.

Figura 2 - Arreglo de bombas en serie

4.3. Arreglo de bombas en paralelo

Si dos o más bombas idénticas se conectan en paralelo, la cabeza a través de cada bomba es igual y el caudal se distribuye por igual entre las bombas. Por ejemplo, en un sistema de tres bombas, dos bombas operando aportan más de las dos terceras partes de la descarga de las tres bombas.

Figura 3 - Arreglos de bombas en paralelo

4.4. Rapidez de Flujo de un fluido

La cantidad de flujo que fluye en un sistema por unidad detiempo se puede expresar de las siguientes maneras:

4.4.1.Rapidez de flujo de Volumen(Q):Es el volumen de flujo de fluido que pasa por una secciónpor unidad de tiempo (más conocida como CAUDAL).

Q=V∗A Ecuacion1.1

Donde V, es la velocidad promedio del flujo y A es el área de la sección transversal.

Se igual forma:

Página 5 de 16

Q= vtEcuacion1.2

Donde v, es el volumen del fluido y t es el tiempo transcurrido en llenar ese volumen

4.5. Ecuación de Bernoulli

La Ecuación de Bernoulli constituye una de las leyes más importantes en el estudio de la dinámica de los fluidos, se basa esencialmente en la conservación de la energía mecánica.

P1γ

+Z1+V 1

2

2∗g=

P2γ

+Z1+V 2

2

2∗g

La Ecuación de Bernoulli se deriva del Principio de Conservación de la Energía Mecánica.

Simplificando tenemos que:

P1ρ

+V 1

2

2=

P2ρ

+V 2

2

2Ecuacion2

4.6. Ecuaciones utilizadas en la experiencia

4.6.1.Cabeza de Presión:Con la ecuación de Bernoulli explicada anteriormente, se procede a calcular la cabeza de presión (H) para cada caso.

P1γ

+H=P2γ

H=P2γ

−P1γ

Para esta experiencia, debido que la presión de entrada del fluido (indicada por el manómetro) fue medida en mm de agua, los valores de esta son muy pequeños en comparación con la medida de presión de descargapor lo tanto la cabeza de presión puede ser calculada con la expresión:

H=P2γ

Ecuacion3

Donde P2, es la presión de descargue y γ es el peso específico del agua.

Página 6 de 16

4.6.2.Potencia Hidráulica:Se calcula a partir de:

HHP=H∗Q∗γ Ecuacion 4Donde Q, es el caudal, H la cabeza de presión y γ el peso específico del agua.

4.6.3.Potencia del eje:Se calcula por la expresión:

BHP=V∗I∗cosθ Ecuacion5

Para calcular la potencia del eje tenemos que partir de que era generada por un motor eléctrico de corriente alterna, y su potencia es función del voltaje V, la corriente I y el factor de potencia cosθ. Este último se supone que es de cero.

4.6.4.Eficiencia de la bombaFinalmente para calcular la eficiencia de la bomba se recurre a la siguiente ecuación:

em=PotenciaHidráulica

Potencia del eje∗100

em=HHPBHP

∗100 Ecuacion6

5. Diseño Experimental

Para garantizar el correcto desarrollo de la experimentación realizada en los predios del CELTI, se hizo uso de los implementos anteriormente anunciados en este informe, específicamente se trabajó en el banco llamado “Bomba Serie – Paralelo”. En cuyo banco contábamos con dos bombas de medio caballo de potencia cada una, un montaje de tuberías ubicadas de forma que componían sistemas en serie y paralelo, además de tener un recipiente lleno de un fluido, que para dicha experiencia es agua.

Se implementaron cambios de presión de descargue seguido de una medición directa a través de un manómetro con cual contaba el banco de trabajo. También se tomó la medida de presión de entrada con un manómetro en forma de U, cuyo fluido de referencia era agua, se realizó también medida de amperaje y voltaje con un amperímetro y un voltímetro respectivamente, los cuales hacen parte de la máquina. De igual manera se captó una medida del tiempo de salida del fluido a través de un cronometro digital como de igual manera medición de cantidad de fluido acumulado en un recipiente medidor.

Página 7 de 16

Figura 4 - Bombas Centrifugas Figura 5 - Bombas y Manómetro

Se trabajó con la bomba uno de manera independiente de manera que solo captara fluido y lo llevase al punto de descargue sin tocar las conexiones de la otra bomba, tomando cinco corridas con diferente presión de descargue, en ese orden de ideas se procedió igualmente con la bomba dos de manera independiente. Acto seguido se ajustó un sistema en serie usando las dos bombas y un sistema en paralelo con el uso de las mismas, ejecutando cinco corridas para cada sistema.

En ese orden de ideas procederemos a especificar paso a paso de qué manera se ejecutó la experiencia:

1. Se adecua la bomba uno para que trabaje de forma independiente.2. Se varía la presión de descargue y empieza la salida de fluido.3. Se realiza la medición del tiempo que emplea el fluido en llenar el recipiente y de

la cantidad de fluido en el mismo, como también del voltaje, amperaje, presión de entrada.

4. Se realiza el mismo procedimiento para la bomba dos de manera independiente.5. Acople del sistema en serie usando ambas bombas, luego se ejecutó el paso

número dos y tres en orden consecutivo.6. Acople del sistema en paralelo usando ambas bombas, luego se ejecutó el paso

número dos y tres en orden consecutivo.

Figura 6 - Medición de presión Figura 7 - Bombas Centrifugas

Página 8 de 16

6. Mediciones

De la experiencia se obtuvieron las siguientes mediciones:

Para esta experiencia se utilizó un recipiente de 8 Litros (0.008 m3), para todas las mediciones realizadas en esta.

Pd: Presión de descarguePs: Presión de entrada

Bomba 1

Corrida

Pd(psi)

Ps(mmH20)

Vol(lt) Tiempo(Seg)

Amperaje(A) Voltaje (V)

1 0 45 8 10.56 4 135

2 5 37 8 11.72 4 135

3 10 27 8 13.72 4 135

4 15 20 8 15.71 4 135

5 20 12 8 17.86 4 135

Bomba 2

Corrida

Pd(psi)

Ps(mmH20)

Vol(lt) Tiempo(Seg)


1 0 12 8 10.44 2 135

2 5 13 8 17.69 2 135

3 10 15 8 35.24 2 135

4 15 18 8 260.42 2 135

5 20 - 8 - 2 135

Arreglo en Serie

Corrida

Pd(psi)

Ps(mmH20)

Vol(lt) Tiempo(Seg)


1 0 16 8 10.24 2.5 135

Página 9 de 16

2 10 16 8 11.34 2.5 135

3 20 15 8 13.28 2.5 135

4 30 16 8 15.12 2.5 135

5 40 16 8 17.71 2.5 135

Arreglo en Paralelo

Corrida

Pd(psi)

Ps(mmH20)

Vol(lt) Tiempo(Seg)


1 0 - 8 5.47 2.5 135

2 5 - 8 6.36 2.5 135

3 10 - 8 6.54 2.5 135

4 15 - 8 7.51 2.5 135

5 20 - 8 9.51 2.5 135

7. Análisis y discusión

Con las mediciones realizadas anteriormente se realizaron los cálculos para conocer los valores de caudal, potencia hidráulica, cabeza de presión, potencia al eje y cabeza de presión; para lo cual se hizo uso de las ecuaciones ya mencionadas en el marco teórico.

ρagua=1000kgm3

g=9.8ms2

v=0.008m3

γ=9800 Nm3

Para la Bomba 1:

Q=0.008m3

10.56 s=757.57 x10−6 m3

s

Página 10 de 16

Ps=45mmH 2O∗9.806 x10−3 kpa

1mmH2O=0.4412kpa

H=0 kpa−0.4412 kpa

9800 Nm3

=0.045 x10−3m

HHP=9800 Nm3∗757.57 x10

−6m3

s∗0.045 x10−3m=3.340 x10−4W

BHP=4 A∗135V=540W

em=3.340 x10−4W

540W∗100=0.00006%

Para las siguiente corridas se aplicó el mismo proceso mostrado anteriormente para calcular cada dato de la tabla, con lo valores medidos inicialmente.

Corrida H (m) Q (m3

s) HHP (W) BHP

(W)em(%)

1 0.045 x10−3 757.57 x10−6 3.340 x10−4 540 0.00006

2 3.4080 x10−3 6.82 x10−4 0.0227 540 0.00004

3 7.008 x10−3 5.83 x10−4 0.0349 540 0.00646

4 10.533 x10−3 5.092 x 10− 4 0.0525 540 0.00973

5 14.059 x10−3 4.479 x 10−4 0.0617 540 0.01142

Para la Bomba 2:

Q=0.008m3

10.44 s=7.662x 10−4 m

3

s

Ps=12mmH2O∗9.806 x10−3kpa

1mmH2O=0.1176kpa

H=0 kpa−0.1176 kpa

9800 Nm3

=1.2007 x10−5m

Página 11 de 16

HHP=9800 Nm3∗7.662 x 10

− 4m3

s∗1.2007 x10−5m=9.0157 x 10−5W

BHP=2 A∗135V=270W

em=9.0157 x10−5W

270W∗100=0.00001%


Corrida H (m) Q (m3

s) HHP (W) BHP

(W)em(% )

1 1.2007 x10−5 7.662x 10−4 9.0157 x10−5 270 0.00001

2 3.504 x10−3 4.522310−4 0.0155 270 0.0057

3 7.020 x10−3 2.270 x10−4 0.0156 270 0.00578

4 10.535 x10−3 3.0721 x 10−4 0.3171 270 0.0117

5 - - - 270 - Para El arreglo en serie:

Q=0.008m3

10.24 s=7.8125 x 10−4 m

3

s

Ps=16mmH 2O∗9.806 x 10−3 kpa

1mmH 2O=0.1568kpa

H=0kpa−0.1568 kpa

9800 Nm3

=1.6009 x10−5m

HHP=9800 Nm3∗7.8125 x10

−4m3

s∗1.6009 x10−5m=1.225 x10−4W

BHP=2.5 A∗135V=337.5W

em=1.225 x10−4W337.5W

∗100=0.00003%

Página 12 de 16


Corrida H (m) Q (m3

s) HHP (W) BHP

(W)em(% )

1 1.6009 x10−5 7.8125 x10−4 1.225 x10−4 337.5 0.00003

2 7.019 x10−3 7.054 x10−4 48.52 x10−3 337.5 0.01437

3 14.055 x10−3 6.024 x 10−4 82.94 x 10−3 337.5 0.02457

4 21.090 x10−3 5.291x 10− 4 109.3510−3 337.5 0.03240

5 28.126 x10−3 4.5172 x10−4 124.5 x10−3 337.5 0.03689

Para El arreglo en Paralelo:

Q=0.008m3

5.74 s=1.393 x 10−3 m

3

s

H= 0 kpa

9800 Nm3

=0m

HHP=9800 Nm3∗1.393 x10

−3 m3

s∗0m=0W

BHP=2.5 A∗135V=337.5W

em=0W

337.5W∗100=0%


Corrida H (m) Q (m3

s) HHP

(W)BHP (W)

em(% )

1 0 1.393 x10−3 0 337.5 0

2 3.517 x10−3 1.257 x10−3 0.0433 337.5 0.0128

3 7.035 x10−3 1.223 x10−3 0.0843 337.5 0.0249

Página 13 de 16

4 10.553 x10−3 1.065 x10−3 0.1101 337.5 0.0326

5 14.071x 10−4 8.41 x10−4 0.1159 337.5 0.0343

Con la configuración de bombas en serie conseguimos mayor presión, en este arreglo la primera bomba toma el fluido del depósito y en su salida alimenta la segunda bomba, la cual en su salida nos brinda mayor presión que una sola bomba de iguales características.

Al utilizar las bombas en paralelo obtenemos mayor caudal, aquí la carga e repartida a cada una, el consumo energético va ser menor, y verificamos el aumento de caudal al llenar un volumen de 8lt gastando menos tiempo.

0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

Caudal Vs. Cabeza de Presion

Bomba 1 Bomba 2 A. Serie A. Paralelo

Página 14 de 16

0 0.2 0.4 0.6 0.80

100

200

300

400

500

600

Caudal Vs. Potencia de Eje


0 0.2 0.4 0.6 0.8 10

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

Caudal Vs. Eficiencia Mecanica


8. Conclusiones y Recomendaciones

Con esta práctica, damos cuenta de lo importante que resulta el saber y la utilización que se puede hacer con varias bombas hidráulicas, configurándolas de diversas forma para obtener

Página 15 de 16

un propósito, ya sea porque no contamos con una bomba que supla las necesidades que tenemos o porque resulta más económico de esta forma.

9. Referencias 1Kennet Wark y Donald E. Richads. Termodinámica. 6 ed. México: Mc Graw Hill. 2001 p. 12. ISBN: 84-481-2829-X

2http://www.wilo.es/fileadmin/es/Downloads/pdf_entero.pdf

3http://www.bombas-ideal.com/Catalogos/LIBRO%20HIDRAULICA%20[D-250112].pdf

4http://www.ing.una.py/pdf_material_apoyo/bombas-centrifugas-y-volumetricas.pdf

Página 16 de 16

informe # 3 bombas serie paralelo (1)

Documents