MANEJO DEL BANCO DE PRUEBAS PARA BOMBAS

INTRODUCCION

Uno de los objetivos fue aprender a utilizar de forma correcta el banco de ensayos para bombas, para lo cual nos guiamos del manual de laboratorio “Bombas y Sistemas de Bombeo” con las respectivas recomendaciones.

La importancia de operación y funcionamiento del equipo es fundamental para nuestro futuro desempeño.

INSTRUCCIONES PARA EL MANEJO DEL BANCO DE PRUEBAS DE ENSAYOS PARA BOMBAS

ITEM PROCEDIMIENTO

1 Verificar la presencia de todos los componentes del sistema de bombeo

2 Definición del ENZAYO a realizar

3 Conectar el tablero de control eléctrico a la red eléctrica(verificar 220V)

4 Conectar el tablero de control de bombas o bombas de acuerdo al ensayo

4.1 Verificar el respectivo conector para cada bomba

5 Apretar el pulsador azul correspondiente a la bomba de ensayo

5.1 Verificar el giro de la bomba

5.2 Verificar si bombea el sistema (no dejar trabajar mas de 30seg en vació

5.3 Verificar la operatividad del medidor de agua

5.4 Verificar el consumo de energía eléctrica

6 Ensayo para la calibración de manómetros

7 Verificar la presencia de posibles fugas de agua

8 Procedimiento de ensayo según protocolo

9 Apretar el pulsador rojo al termino del ensayo

10 Desconectar la bomba del tablero de control

11 Desconectar el tablero de control de la red eléctrica

EXPERIENCIA TI – 01

MONTAJE Y DESMONTAJE DE SISTEMAS DE SISTEMAS DE BOMBEO

Consta de 3 partes muy importantes que deberán trabajar en forma conjunta para el correcto desarrollo de un ensayo en laboratorio

SISTEMA HIDRAULICO

- BOMBA

La bomba es una máquina que absorbe energía mecánica que puede provenir de un motor eléctrico, térmico, etc., y la transforma en energía que la transfiere a un fluido como energía hidráulica la cual permite que el fluido pueda ser transportado de un lugar a otro, a un mismo nivel y/o a diferentes niveles y/o a diferentes velocidades.

Existen múltiples tipos de bombas en función de la técnica de impulsión que utilicen aunque en general pueden dividirse en dos grandes grupos: centrífugas y volumétricas. También existen otras divisiones como las de bombas sumergibles y no sumergibles (en el agua del pozo) o aquellas que trabajan con corriente continúa y con corriente alterna.

- SISTEMA DE TUBERIAS

La elección de una tubería depende de los materiales de construcción, espesor de la pared del tubo, cargas y tipo de instalación

En nuestro sistema de tuberías se utilizo tubos y accesorios de PVC (Policloruro de Vinilo), cuyas características son:

- Facilidad de montaje: Su bajo peso le proporciona facilidad de montaje.- No alteración de las aguas: No desprenden sustancias toxicas o contaminantes.

SISTEMA ELECTRICO Y AUTOMATIZACION

- TABLERO DE CONTROL DE ENCENDIDO

Es un equipo que sirve para controlar el arranque y paro de las bombas de agua para sistemas de bombeo.

El tablero consta de 2 secciones, una de control y otra de potencia.

El módulo de control cuenta con botones verdes y botones rojos para indicar prendido o pagado respectivamente. También esta compuesto de un voltímetro visual y digital y un amperímetro

SISTEMA DE MEDICION DE PARAMETROS

- MANOMETRO

El manómetro es un instrumento utilizado para la medición de la presión en los fluidos, generalmente determinando la diferencia de la presión entre el fluido y la presión local. Nuestro manómetro proporciona la medida en 2 unidades en Psi y en Bar

- VACUOMETRO

Los vacuómetros son aparatos destinados para medir presiones atmosféricas inferior a ésta. Existen varios tipos de vacuómetros, y suelen ser semejantes a los manómetros ya señalados.

Los vacuómetros tienen dos puntos o extremos fijos en su aforamiento; el cero, que es el punto de partida, o sea el punto atmosférico normal, y el máximo, que corresponde al vacío, donde no actúa la presión atmosférica, por lo tanto, entre los valores extremos de las escalas, existe una diferencia de 1033 kg./cm2.

- VOLTIMETRO

Un voltímetro es aquel aparato o dispositivo que se utiliza a fin de medir, de manera directa o indirecta, la diferencia potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico

- AMPERIMIETRO

Un amperímetro es un instrumento que sirve para medir la potencia de amperios eléctricos que está circulando por un Circuito eléctrico.

- MEDIDOR DE AGUA

El medidor de agua lo que reduce es el número de piezas que, habitualmente, se utilizan para esas funciones, simplificando en ello también el diseño global del sistema. Dentro del área de los medidores volumétricos (generalmente de fluidos como agua, aceite, etc.), se observa que son clasificados en micromedidores y macromedidores, cuya clasificación depende del caudal que manejan, observamos que los micromedidores son los que manejan diámetros de alimentación y descarga en un rango de 0.5 - 1.0 in. Y los macromedidores son los que vienen diseñados para manejar caudales mayores a los que proporcionan este diámetro.

.

PROBLEMAS Y CONTRA MEDIDAS

Problemas Causas Contra medidas

El usuario puede indicarlas

Motor no arranca Protector termal Si esta demasiado caliente, no opera. Espere hasta que se enfríe 20-30min.

Conexión defectuosa del cable Introduzca bien el enchufe.

Cable desconectado Reemplace el cable.

Problemas en el motor Repare o reemplace el motor.

Voltaje demasiado bajo Consulte con la empresa de suministro de energía.

La bomba no expele agua aunque el motor este funcionando fuerte.

El nivel de agua de la fuente es inferior al nivel estándar.

Verifique el nivel de agua de la fuente.

Problema en la válvula principal Limpie la válvula y canastilla.

Aire aspirado en la tubería de succión.

Cheque las juntas y séllelas.

Aire aspirado en la bomba por salto mecánico.

Reemplace el sello.

Protector termal del motor funciona con demasiada frecuencia.

Voltaje demasiado bajo o demasiado alto.

Consulte con la empresa de suministro de energía.

Impeller está en contacto con otra pieza.

Reparar los defectos.

Corto circuito del capacitor Reemplace el capacitor

El agua no sale durante los primeros minutos en que el switch esta prendido.

Aire aspirado en la tubería de succión.

Repare los defectos de la tubería (para evitar el ingreso de aire).

La bomba arranca aunque no se esté usando agua.

Hay fugas de agua en la tubería o la bomba

Repare la tubería, partes de la bomba, llaves, etc.

El agua no sale inmediatamente después de la conexión.

Hay fugas de agua en el sello mecánico.

Repare el sello mecánico.

La válvula vertical no cierra perfectamente.

Limpie la válvula vertical

Aire aspirado a la tubería de succión.

Repare los defectos.

EXPERIENCIA TI – 02

CURVA CARACTERÍSTICAS DE LA BOMBA HUMBOLT MODELO TPM-60

1. OBJETIVOS

a) Procesar los datos adquiridos en los ensayos.

b) Obtener las curvas caracteristicas experimentales de una bomba.

c) Evaluacion de resultados y comparacion con las caracteristicas del manual de operaciones.

2. MARCO TEORICO

CURVA H-Q

Es importante analizar la curva real de una bomba. Esta curva la da el fabricante de la bomba o es obtenida por experimentación.

Otras curvas características

Ademas del curva caracteristica H-Q, se utilizan con frecuencia otras curvas caracteristicas como por ejemplo:

- Potencia hidráulica en función del caudal (N-Q).- Rendimiento en función del caudal (η- Q).- NPSHr en función del caudal (NPSHr-Q).

Ecuaciones

a. Caudal (Q): Es el volumen de fluido manejado por unidad de tiempo. El caudal se puede expresar como el producto de la velocidad del fluido por el área transversal del ducto por el cual fluye.

Q=vxA

Q=Vt

Donde:

Q= Caudal.

v = Velocidad del fluido.

A = Área transversal de la tubería.

V = Volumen.

t = Tiempo.

b. Altura de la bomba (H):

H=Pd−Ps

γ+H p+

Cd−C s

2g

Ps = Presión en la brida de entrada.

Pd = Presión en la brida de salida.

Hp = Altura manométrica.

Cs = Velocidad del líquido en la succión.

Cd = Velocidad del líquido en la descarga.

c. Potencia Hidráulica de la bomba (N): Es la energía requerida para transportar un fluido por unidad de tiempo.

N= Hx γ xQ102

[ KW ] N= Hx γ xQ75

[ HP ]

Donde:

N = Potencia Hidráulica.

H = Altura total o carga total de la bomba.

γ = Peso específico del líquido.

d. Rendimiento Mecánico de la bomba (η): Es la relación entre la potencia teórica de la bomba y la potencia real de la misma.

η=N t

N r

Por lo tanto para calcular la potencia hidráulica real de la bomba resulta entonces:

N= Hx γ xQ75 xη

[ HP ] N= Hx γ xQ102 xη

[ KW ]

Donde:

η = Rendimiento de la bomba.

Nt= Potencia teórica de la bomba.

Nr= Potencia real de la bomba.

3. ADQUISICIÓN DE DATOS EN BANCO DE PRUEBA

TABLA 01

TOMA 1

Volumen (LT) Tiempo (min) Caudal (Q)

LT/min

P1 (Bar) P2 (Psi)

Entrada Salida

1 430-765 1 35 -0.21 5

2 465-500 1 -0.21

TOMA 2

Volumen (LT)

Tiempo (min) Caudal (Q)

LT/min

P1 (Bar) P2 (Bar)

Entrada

Salida

1 599-625 1 27 -0.16 1

2 627-653 1 -0.16 1

TOMA 3

Volumen (LT)

Tiempo (min) Caudal (Q)

LT/min

P1 (Bar) P2 (Bar)

Entrada

Salida

1 676-700 1 23 -0.13 1.5

2 700-722 1 -0.13 1.5

TOMA 4

Volumen (LT) Tiempo (min)

Caudal (Q)

LT/min

P1 (Bar) P2(Bar)

Entrada

Salida

1 730-748 1 17.5 -0.11 2

2 748-765 1 -0.11 2

TOMA 5

Volumen (LT)

Tiempo (min) Caudal (Q)

LT/min

P1 (Bar) P2 (Bar)

Entrada

Salida

1 722-785 1 13 -0.09 2.5

2 785-798 1 -0.09 2.5

TABLA PROMEDIADA

Caudal (Q)

LT/min

P1 (Bar) P2 (Bar)

Entrada Salida

1 35 -0.21 0.34

2 27 -0.16 1

3 23 -0.13 1.5

4 17.5 -0.11 2

5 13 -0.09 2.5

Caudal (Q)

LT/min

P1 (m) P2 (m) H man(m) Altura H

Entrada Salida (m)

1 35 -2.1 3.4 0.45 5.95

2 27 -1. 8 1 0.45 12.05

3 23 -1.4 15 0.45 16.75

4 17.5 -1.1 20 0.45 21.55

5 13 -0.9 25 0.45 26.35

Caudal (Q)

LT/min

H(m)

1 35 5.95

2 27 12.05

3 22.5 16.75

4 17 21.55

5 13 26.35

CURVA H-Q

EXPERIENCIA TI- 03

CALCULO DEL SISTEMA DE BOMBEO Y PUNTO DE FUNCIONAMIENTO

1. OBJETIVO- Construir las curvas H-Q para el sistema.- Construir el modelo equivalente para el sistema de tuberías simple.- Finalmente construir el gráfico punto de operación del sistema y la bomba.

2. MARCO TEORICO

PROCESOS PARA EL USO DE UN SISTEMA SIMPLE

Sistema Simple

Las siguientes instrucciones deben seguirse cuidadosamente para garantizar la calidad de las pruebas, el buen funcionamiento del sistema y la seguridad en el laboratorio.

1. Comprobar que el tanque de alimentación contenga el líquido suficiente para la experimentación.

2. Verificar que la bomba esté “cebada”, para evitar cavitación.3. Para el sistema simple asegúrese de abrir la válvula de succión y descarga de la

bomba1, el resto de válvulas deben encontrarse totalmente cerradas.4. Medir las longitudes de todas las tuberías del banco de prueba y anotar todos los

accesorios que participan en el sistema.5. Encienda la bomba del sistema para comenzar la toma de datos.6. Considerar un primer volumen medio por el medidor de agua.7. Medir 5 veces el tiempo t que demora en pasar dicho volumen.8. Asimismo anotar los valores de los manómetros y vacuómetros para cada toma.

CURVA DE ELEVACIÓN DEL SISTEMA

9. Repetir el procedimiento 7 y 8 para 5 valores distintos de caudal, esto lo realizaremos estrangulando una de las válvulas en la descarga de la bomba.

10. Anotar los datos en las tablas.

ECUACIONES

a. Calculo del tiempo promedio:Calcular el tiempo promedio para cada prueba con la formula:

…………… (s.)

Para i = 1 … 3.

b. Calculo del caudal experimental:

Calcular el caudal experimental con la formula:

= … ( /s) Donde: V= volumen ( ); t = tiempo promedio (s)

c. Calculo de la velocidad experimental “Qexp” La velocidad en la tubería se halla de:

= . A

Donde el área es:

A= … Entonces = … m/s

d. Calculo del coeficiente de fricción “f”:

Re=

e. Calculo de las perdidas primarias y secundarias:Para un determinado Re, del diagrama de Moody ubicamos un coeficiente de fricción: “f”.Para un diámetro constante a lo largo de un sistema de tuberías las pérdidas se

calculan así: = , donde se observa las pérdidas por longitud de tubería y accesorios.

f. Calculo de la altura de elevación:

TIPOS DE SISTEMAS PARA BOMBEO

Altura de la bomba o altura de elevación

= + +

Donde:

= Hp + He + ∑hf

Donde

= columna o resistencia total, m

Hp = columna total de presión, m

He =columna total estática, m

∑hf = columna total de fricción, m

= fricción en la descarga, m

= fricción en la succión, m

= fricción al ingresar a la tubería, m

= fricción al salir de la tubería, m

= columna estática en la succión, m

= columna estática en la succión, m

= presión en la succión, kPa

= presión en la descarga, kPa

RD = densidad relativa

3. ADQUISICION DE DATOS EN BANCO DE PRUEBAEvaluación y reconocimiento del sistema de bombeo para el cálculo de las pérdidas en el sistema de tuberías y accesorios. Se recomienda utilizar el material dado en las clases del curso.

4. TRATAMIENTO DE DATOS Y GRAFICA DEL PUNTO DE FUNCIONAMIENTOConstrucción de la curva del sistema sobre la curva H-Q de la bomba para encontrar el punto de funcionamiento del sistema y la bomba.

2. CÁLCULO DE LAS PÉRDIDAS DEL SISTEMA

EN TUBERIAS

CAUDAL DIAMETRO (m)

AREA

(m2)VELOCIDAD (m/s) VISCOSIDAD (m2/s)

(Lt/min m3/s

1 33.5 0.00055833 0.0295 0.0006835 0.816881 1.0040E-06

2 27.5 0.00045833 0.0295 0.0006835 0.670574 1.0040E-06

3 22.5 0.000375 0.0295 0.0006835 0.548651 1.0040E-06

4 17 0.00028333 0.0295 0.0006835 0.414536 1.0040E-06

5 12 0.0002 0.0295 0.0006835 0.292614 1.0040E-06

Determinación de los caudales (ltmin →

m3

seg )

Q1=33 .5∗

0.00160

=0 .0005583 m3

s

Q2=27 .5∗

0 .00160

=0.0004583 m3

s

Q3=22 .5∗

0.00160

=0 .0003750 m3

s

Q4=17∗

0 .00160

=0 .0002833 m3

s

Q5=12∗

0 .00160

=0 .0002000 m3

s

Cálculo del área

A=A1=A2=A3=A4=A5

A=πD2

4= π∗0.02952

4=0 .0006835m2

Cálculo de las velocidades.

V 1=

Q1

A1=0 .00055830 .0006835

=0.8169 ms

V 2=

Q2

A2=0 .00045830 .0006835

=0 .6705 ms

V 3=

Q3

A3=0 .00037500 .0006835

=0 .5486 ms

V 4=

Q4

A4=0 .00028330 .0006835

=0 .4145 ms

V 5=

Q5

A5=0 .00020000 .0006835

=0 .2926 ms

Determinación del valor de la viscosidad cinemática.

υH 2O(20 ºC )=1.004∗10−6 m2

s

ReCoeficiente de

rozamiento e (m)

Rugosidad

relativa (e/D)

Coeficiente de

fricción f

Pérdida por

fricción hf (m)

1 2.4002E+04 0.0000015 5.08475E-05 0.0248 0.058910

2 1.9703E+04 0.0000015 5.08475E-05 0.0260 0.041618

3 1.6121E+04 0.0000015 5.08475E-05 0.0273 0.029253

4 1.2180E+04 0.0000015 5.08475E-05 0.0293 0.017923

5 8.5977E+03 0.0000015 5.08475E-05 0.0322 0.009814

Determinación del Nº de Reynolds

Re1=

V 1∗D

υ=0 .8169∗0 .0295

1 .004∗10−6=2.4006∗104

Re2=

V 2∗D

υ=0.6705∗0 .0295

1 .004∗10−6=1.9701∗104

Re3=

V 3∗D

υ=0 .5486∗0 .0295

1.004∗10−6 =1.6119∗104

Re4=

V 4∗D

υ=0 .4145∗0.0295

1.004∗10−6 =1 .2179∗104

Re5=

V 5∗D

υ=0.2926∗0 .0295

1 .004∗10−6 =2 .4006∗104

Observación: Consideramos el coeficiente de rozamiento (e) absoluto

e=0 .0015mm=0 .0000015m

Determinación de la rugosidad relativa

eD

=0 .00000150 .0295

=5 .0847∗10−5

Determinación del coeficiente de fricción.

Con el valor del numero de Reynolds y con el valor de la rugosidad relativa,

determinaremos el valor del coeficiente de fricción utilizando el diagrama de

MOODY.

f 1=0.0248

f 2=0.0260

f 1=0.0273

f 1=0.0293

f 1=0.0322

Determinamos las pérdidas de carga por fricción.

h f=0 .0826∗f

D5∗L∗Q2

donde L = constante

L=2 .061m

h f 1=0 .0826∗

f 1D5 ¿ L∗Q12=0.0826∗

0 .02480 .02955

¿2.061∗0 .0005583=0 .0589m

h f 2=0 .0826∗

f 2D5 ¿ L∗Q22=0.0826∗

0 .02600 .02955

¿2.061∗0 .0004583=0 .4161m

h f 3=0 .0826∗

f 3D5 ¿ L∗Q32=0 .0826∗

0 .02730 .02955

¿2.061∗0 .0003750=0 .02925m

h f 4=0.0826∗

f 4D5 ¿ L∗Q 42=0 .0826∗

0 .02930 .02955

¿2.061∗0 .0002833=0 .01792m

h f 5=0 .0826∗

f 5D5 ¿ L∗Q52=0 .0826∗

0.03220 .02955

¿2.061∗0 .0002000=0 .009814m

EN ACCESORIOS (por cada medición)

ACCESORIONUMERO DE

ACCESORIOS

COEFICIENTE

DE FRICCION

K

∑ COEFICIENTE

DE FRICCION

K

CAUDAL

(m3/s)

VELOCIDAD

(m/s)

PERDIDA DE

CARGA POR

ACCESORIO

(m)

Valvula de

pie con

canastilla

1 10.5 10.5

0.000558 0.816881 0.357115

0.000458 0.670574 0.240649

0.000375 0.548651 0.161095

0.000283 0.414536 0.091964

0.000200 0.292614 0.045823

codo 4 0.9 3.6

0.000558 0.816881 0.122439

0.000458 0.670574 0.082508

0.000375 0.548651 0.055233

0.000283 0.414536 0.031530

0.000200 0.292614 0.015711

Valvula de

compuerta

totalmente

abierta

3 0.2 0.6

0.000558 0.816881 0.020407

0.000458 0.670574 0.013751

0.000375 0.548651 0.009205

0.000283 0.414536 0.005255

0.000200 0.292614 0.002618

Te con

bifurcacion

6 1.8 10.80.000558 0.816881 0.367318

0.000458 0.670574 0.247524

cerrada

0.000375 0.548651 0.165698

0.000283 0.414536 0.094591

0.000200 0.292614 0.047132

Junta

Universal3 1 3

0.000558 0.816881 0.102033

0.000458 0.670574 0.068757

0.000375 0.548651 0.046027

0.000283 0.414536 0.026275

0.000200 0.292614 0.013092

Medidor de

agua1 12 12

0.000558 0.816881 0.408131

0.000458 0.670574 0.275027

0.000375 0.548651 0.184109

0.000283 0.414536 0.105101

0.000200 0.292614 0.052369

Determinamos los coeficientes de fricción (coeficiente de rozamientos propios de

cada material). POR TABLAS.

Determinamos las perdidas de carga por accesorios.

h f=K∗( V 2

2∗g ) Válvula de pie con canastilla. (Σ K = 10.5)

h f Q1

=K1¿ ( V 12

2∗g )=10 .5∗( 0 .8168812

2∗9.81 )=0.357115m

h f Q2

=K1¿ ( V 22

2∗g )=10 .5∗( 0 .6705742

2∗9 .81 )=0 .24049m

h f Q3

=K1¿ ( V 32

2∗g )=10 .5∗( 0 .5486512

2∗9.81 )=0.161095m

h f Q 4

=K1 ¿( V 42

2∗g )=10 .5∗( 0 .4145362

2∗9 .81 )=0 .091964m

h f Q5

=K1¿ ( V 52

2∗g )=10 .5∗( 0 .2926142

2∗9 .81 )=0 .045823m

Codo. (Σ K = 13.6)

h f Q1

=K2¿ ( V 12

2∗g )=13 .6∗( 0 .8168812

2∗9 .81 )=0 .122439m

h f Q2

=K2¿ ( V 22

2∗g )=13 .6∗( 0 .6705742

2∗9 .81 )=0 .082508m

h f Q3

=K2 ¿( V 32

2∗g )=13 .6∗( 0 .5486512

2∗9 .81 )=0 .055233m

h f Q 4

=K2 ¿( V 42

2∗g )=13 .6∗( 0. 4145362

2∗9.81 )=0 .031530m

h f Q5

=K2 ¿( V 52

2∗g )=13 .6∗( 0 .2926142

2∗9 .81 )=0 .015711m

Válvula de compuerta totalmente abierta. (Σ K = 0.6)

h f Q1

=K3 ¿( V 12

2∗g )=0.6∗( 0 .8168812

2∗9 .81 )=0 .020407m

h f Q2

=K3 ¿( V 22

2∗g )=0.6∗( 0 .6705742

2∗9 .81 )=0 .013751m

h f Q3

=K3 ¿( V 32

2∗g )=0 .6∗( 0 .5486512

2∗9 .81 )=0 .009205m

h f Q 4

=K2 ¿( V 42

2∗g )=0 .6∗( 0 .4145362

2∗9 .81 )=0 .005255m

h f Q5

=K3 ¿( V 52

2∗g )=0 .6∗( 0 .2926142

2∗9 .81 )=0 .002618m

Te con bifurcación cerrada. (Σ K = 10.8)

h f Q1

=K4 ¿( V 12

2∗g )=10 .8∗( 0.8168812

2∗9 .81 )=0 .367318m

h f Q2

=K4 ¿( V 22

2∗g )=10 .8∗( 0.6705742

2∗9.81 )=0 .247524m

h f Q3

=K4 ¿( V 32

2∗g )=10 .8∗( 0.5486512

2∗9 .81 )=0 .165698m

h f Q 4

=K 4 ¿( V 42

2∗g )=10 .8∗( 0 .4145362

2∗9 .81 )=0.094591m

h f Q5

=K4 ¿( V 52

2∗g )=10 .8∗( 0.2926142

2∗9.81 )=0 .047132m

Junta universal. (Σ K = 3.0)

h f Q1

=K5 ¿( V 12

2∗g )=3.0∗( 0 .8168812

2∗9 .81 )=0 .102033m

h f Q2

=K5 ¿( V 22

2∗g )=3.0∗( 0 .6705742

2∗9 .81 )=0.068757m

h f Q3

=K5 ¿( V 32

2∗g )=3.0∗( 0 .5486512

2∗9 .81 )=0 .046027m

h f Q 4

=K5 ¿( V 42

2∗g )=3 .0∗( 0. 4145362

2∗9.81 )=0 .026275m

h f Q5

=K5 ¿( V 52

2∗g )=3.0∗( 0 .2926142

2∗9 .81 )=0.013092m

Medidor de agua (consideramos un K = 12). (Σ K = 12.0)

h f Q1

=K6 ¿( V 12

2∗g )=12.0∗( 0 .8168812

2∗9 .81 )=0 .408131m

h f Q2

=K6 ¿( V 22

2∗g )=12.0∗( 0 .6705742

2∗9 .81 )=0 .275027m

h f Q3

=K6 ¿( V 32

2∗g )=12.0∗( 0 .5486512

2∗9 .81 )=0.184109m

h f Q 4

=K6 ¿( V 42

2∗g )=12 .0∗( 0.4145362

2∗9.81 )=0 .105101m

h f Q5

=K6 ¿( V 52

2∗g )=12.0∗( 0 .2926142

2∗9 .81 )=0 .052360m

3. CÁLCULO DE LA ALTURA DE ELEVACION

Caudal

(m3/s)he (m) hf (m) H total (m)

1 0.000558 1.265 1.4364 2.7014

2 0.000458 1.265 0.9698 2.2348

3 0.000375 1.265 0.6506 1.9156

4 0.000283 1.265 0.3726 1.6376

5 0.000200 1.265 0.1866 1.4516

Determinamos las perdidas de carga por tuberías y accesorios.

h f=h falignl¿ friccion ¿tuberia ¿+∑ h f accesorio

¿

h f 1=0 .058910+(0 .357115+0 .122439+0 .020407+0 .367318+0 .102033+0. 408131 )

h f1=1 .4364m

h f2=0.041618+(0 .240649+0 .082508+0 .013751+0 .247524+0 .068757+0 .275027 )

h f 2=0 .9698m

h f 3=0 .029253+(0 .161095+0 .055233+0 .009205+0 .165698+0.046027+0.184109 )

h f 3=0 .6506m

h f 4=0.017923+ (0.091964+0 .031530+0 .005255+0 .094591+0 .026275+0 .105101 )

h f 4=0.3726m

h f 5=0 .009814+(0.045823+0 .015711+0.002618+0.047132+0 .013092+0 .052369 )

h f 5=0 .1866m

Determinamos de la altura total (H total).

htotal=he+∑ hf htotal=he+hf

H total1

=he+h f 1=1 .265+1.4364=2 .7014m

H total2

=he+hf 2=1.265+0 .9698=2.2348m

H total3

=he+hf 3=1.265+0 .6506=1.9156m

H total4

=he+hf 4=1 .265+0 .3726=1 .6376m

H total5

=he+hf 5=1.265+0 .1866=1 .4516m

GRAFICA DE LAS PERDIDAS

PERDIDAS DE CARGA POR FRICCION Y POR ACCESORIOS y = 0.0581x + 0.6813

R2 = 0.9807

0

5

10

15

20

0 5 10 15 20 25 30 35 40

CAUDAL (m3/s)

H(m

)

EXPERIENCIA TI-04

BOMBAS EN SERIE Y PARALELO

1. INTRODUCCION

La instalación de bombas en la industria se realiza previo conocimiento del comportamiento y características que cada sistema requiere, para decidir por un arreglo en serie o en paralelo ya que la selección correcta del equipo asegura una buena operación que, indudablemente, se traduce en economía y duración del sistema.

El objetivo principal de la experiencia es la determinación de las curvas características de una cantidad demostrativa de dos bombas centrífugas conectadas en paralelo o en serie.

Las bombas centrífugas a menudo se utilizan juntas para aumentar el caudal o la presión de suministro mas allá de lo que sería posible con una sola bomba.

La unidad está diseñada para demostrar las ventajas operativas de la operación en serie o paralelo, según el rendimiento requerido.

Para casos de requisitos de bombeos variables, a menudo es más económico instalar dos bombas en serie o en paralelo que usar una sola bomba, mas grande que puede quedar infrautilizada durante gran parte del tiempo.

En la primera configuración, una bomba puede apagarse cuando la demanda es baja, pudiéndose utilizar la otra con mayor eficiencia y permitiendo la realización de tareas de mantenimiento en la unidad que no se está utilizando.

Dos bombas idénticas utilizadas en paralelo duplican aproximadamente el caudal manteniendo la misma carga. De la misma forma cuando se conectan dos bombas idénticas en serie, el caudal es el mismo para una sola bomba, pero se duplica aproximadamente la carga. Esta puede ser una forma útil de producir altas cargas.

2. OBJETIVOS

1. Entender el comportamiento de operación energética de dos bombas centrífugas operando como siempre integrados en serie o en paralelo.

2. Obtener las curvas de rendimiento de las bombas, relacionando caudal, presión, velocidad, potencia y la eficiencia de las bombas funcionando solas, o en configuración de serie o paralelo.

3. Obtener las curvas características teóricas de una bomba hidráulica mediante ajuste de los datos experimentales a una función parabólica del caudal bombeado.

4. Obtener las curvas características experimentales de un sistema de bombeo en serie y compararlas con las curvas características teóricas.

5. Obtener las curvas características experimentales de un sistema de bombeo en paralelo y compararlas con las curvas características teóricas.

6. Presentar dos alternativas más de flujo con la finalidad de resolver problemas de carga y de gasto en la transportación de los líquidos.

3. FUNDAMENTO TEORICO

En ocasiones se utilizan varias bombas trabajando en serie o en paralelo sobre el mismo circuito. Esto puede resultar útil como sistema de regulación, o cuando se requieren características muy variables. Cuando varias bombas se colocan en serie, se pueden sustituir, para el cálculo, por otra bomba hipotética que genere una altura suma de las individuales para cada caudal.

Fig. 01 - BOMBAS EN SERIE

HT=H1+H2 Y QT=Q1=Q2

De la misma forma, varias bombas en paralelo darán una curva característica conjunta en la que se suman los caudales para cada altura.

Fig. 02 - BOMBAS EN PARALELO

HT=H1=H 2 Y QT=Q1+Q2

Para colocar bombas en serie, y sobre todo en paralelo, es conveniente que sean similares, mejor aún si son idénticas, para evitar que alguna de ellas trabaje en una zona poco adecuada. En el caso de bombas con curva característica inestable (pendiente positiva en alguna zona) conviene prestar especial cuidado, como se verá más adelante.

Una advertencia importante: cuando en un sistema dado se colocan varias bombas en serie, el punto de funcionamiento no es la suma de las alturas que cada bomba daría si estuviese conectada al circuito ella sola. En el ejemplo de la figura 01 se puede ver que ninguna de las bombas sería capaz por sí misma de vencer la diferencia de altura inicial.

El conjunto de las bombas se representa por la curva característica conjunta, y ésta tendrá su punto de corte con la curva resistente, que no tiene nada que ver con el funcionamiento de cada bomba en solitario con el circuito. En el caso de bombas en paralelo sucede algo similar.

4. DESCRIPCION DEL EQUIPO

Dos bombas centrífugas de idéntico diseño de rotación opuesto los caudales son accionados por un sistema eléctrico diseñado con las normas de seguridad requeridas.

El conjunto de bombas y motor están montadas en un bastidor de acero soldado y tablero de 1” de espesor para su mayor resistencia a la vibración, después de llenar el agua al depósito, y cada bomba extrae agua a través de los tubos de aspiración verticales equipados con válvulas de retención tipo esfera, manómetros y vacuómetros, los cuales nos facilitaran las mediciones, cuenta a su vez con una válvula de pie con canastilla que nos permite evitar la formación de torbellinos realizando así el cebado inicial del sistema. El flujo es devuelto al depósito inicial para su posterior medición del caudal.

Los tubos de PVC de interconexión llevan válvulas de bola que permitirán conectar las bombas en paralelo, en serie u operarlas individualmente.

El tubo común de suministro tiene una válvula reguladora de caudal de precisión, las presiones en los lados de aspiración y suministro de la bomba son mostradas en indicaciones mostradas en el panel trasero.

El líquido a utilizar para los experimentos deberá ser agua destilada, no utilizar agua potable pues con el tiempo dañaría las bombas, produciendo oxidación, corrosión, debido a la dureza del agua y componentes que contiene.

5. EQUIPOS Y MATERIALES

Conector entre el motor y el censor. Electro bomba centrífuga. Medidor de temperatura. Válvula de control para cambiar de sistema paralelo/serie. Soporte del equipo. Válvula de drenaje del tanque. Tanque acrílico. Tapa del tanque. Medidor de orificio en la descarga. Válvula de control en la descarga. Cronómetro. Llave inglesa (para realizar el cebado).

6. PROCEDIMIENTO DE MEDICIÓN Y TOMA DE DATOS

En este banco de 02 bombas centrífugas, se pueden hacer arreglos de las 02 bombas funcionando en serie o en paralelo, en condiciones de succión negativa, o un arreglo de una bomba funcionando en condiciones de succión negativa. En cualquier configuración del sistema, el caudal que fluye se mide volumétricamente.

La bomba 1 tiene una tubería de succión de 1”ø y una tubería de impulsión de 1”ø. La bomba 2 tiene una tubería de succión y de impulsión de 1”ø.

Para la obtención de las curvas características de cada una de las bombas (Energía vs. Caudal) se procede de la siguiente manera. Mediante la manipulación de la válvula en la tubería de succión se opera la bomba en succión positiva o negativa. Para medir la energía suministrada por la bomba se leen las presiones indicadas en los manómetros. Estas presiones se miden para varios caudales (incluyendo el caso para caudal nulo), regulados por una válvula en la tubería de impulsión.

Para el cálculo de la energía suministrada por la bomba se debe tener en cuenta la diferencia de alturas H0 entre los dos manómetros. Adicionalmente, se miden para cada caudal el voltaje y la cantidad de corriente utilizados por el motor eléctrico que acciona la bomba.

Para el arreglo del sistema de bombas en serie, se opera la válvula en las tuberías de impulsión de la bomba 2 de modo que la descarga de dicha bomba alimente la succión de la bomba 1. Para varios caudales se miden las presiones en cada uno de los manómetros localizados en la succión y en la impulsión de cada una de las bombas. La bomba 2 se pone a trabajar en succión negativa. Con la diferencia de presiones medida por los manómetros y con el caudal medido volumétricamente, se puede calcular la energía total suministrada por las bombas en este arreglo.

De manera análoga se procede para las mediciones de bombas en paralelo. Las dos bombas se operan en condiciones de succión negativa. La tubería de impulsión de la bomba 2, ahora, se conecta a la tubería de impulsión de la bomba 1. Se miden las diferencias de presión en cada bomba y se calcula la energía suministrada por cada bomba. El caudal medido volumétricamente ahora corresponde a la suma de los caudales de cada bomba.

En primer lugar se indican los cálculos relacionados con la obtención de las curvas características (Energía vs. Caudal; Potencia vs. Caudal y Eficiencia vs. Caudal) para cada una de la bombas. Luego se presentan los cálculos a realizar para la obtención de las curvas de Energía vs. Caudal para los sistemas en serie o en paralelo.

A. Curvas Características de las Bombas:

Para cada caudal, se leen en cada manómetro las presiones en la tubería de succión y en la tubería de impulsión. Conocido el caudal que circula por el sistema, se puede calcular la Energía en la succión y en la impulsión como:

Esucción=Ps

γ+V

2s

2 g YEimpulsión=H0+

Pi

γ+ V

2i

2g

Donde:

E succión y E impulsión = Energía por unidad de peso (columna de agua) a la entrada y salida de la bomba.

Vs y Vi = Velocidades del flujo en la succión y en la impulsión. g = Aceleración de la gravedad.

Ps y Pi = Presiones medidas en los manómetros a la entrada y salida de la bomba. γ = Peso específico del fluido bombeado (agua).

1. CONFIGURACIÓN EN SERIE

1.1 Cálculo de la curva característica de la bomba (H vs. Q)

BOMBA 1 BOMBA 2

A1: Sección transversal de succión. A1: Sección transversal de succión.

A2: Sección transversal de descarga. A2: Sección transversal de descarga.

Z1: Nivel de referencia. Z3: Nivel de referencia.

Z2: “X” m. Z4: “X” m.

Donde:

Z1 y Z3: Niveles de referencia. Caída de presión: ΔP0.

Temperatura del agua: T °C.

BOMBA 1

Variación de presión ΔP0 = P2 y P1

Velocidad del motor = η1

Potencia del motor = HP1

BOMBA 2

Variación de presión ΔP0 = P2 y P1

Velocidad del motor = η2

Potencia del motor = HP2

SERIE

Potencia de entrada: (Watts)

1.1.1 Cálculo del caudal

El caudal es el mismo para cada bomba, porque tienen la misma área de succión y descarga (ρ (T °C) = ρ). Luego usando la siguiente relación:

Qv=π .d2 .Cd .√2 . ρ . ΔP0

4 ρ

* Pérdidas por fricción.- Los tramos de desplazamiento del fluido tanto para la tubería de descarga y succión y las pérdidas por fricción se consideran para este caso despreciables.

h f (succiónydesc arg a)=0.00m .

* Variación de velocidad.- Tanto para la succión y descarga las áreas son iguales por consiguiente haciendo uso de la ecuación de continuidad se deduce que las velocidades son iguales ya que tienen el mismo caudal.

(V12−V

22)=0 .00 m2

s2

1.1.2 Calculando la “Carga” (H)

Haciendo uso de la ecuación de Bernoulli:

P1γ

+V12

2 g+Z1=

P2γ

+V22

2g+Z2+H f+H w

H−H w=(P2−P1

γ)+(

V22−V

12

2g)+( Z2−Z1 )+(h f (descarg a)+hsucción)

Se utiliza la misma ecuación para la bomba 1 y para la bomba 2:

Carga total: HT=H1+H2

1.2 Cálculo de la curva de potencia útil (P útil)

Aplicando la siguiente ecuación, hallamos la potencia útil para la bomba 1 y bomba 2:

Pútil=Q .ρ .g .H

Potencia Total: P Total = P Util1 + P Util2

1.3 Cálculo de la curva de eficiencia del motor (η)

Para la bomba 1:η=

PUtil1

PEntregado1

x 100%

Para la bomba 2:η=

PUtil2

PEntregado2

x100%

Para el arreglo en serie: η=

PUtil1+2

PEntregadoT

x100%

2. CONFIGURACIÓN EN PARALELO

2.1 Cálculo de la curva característica de la bomba (H vs. Q)

BOMBA 1 BOMBA 2

A1: Sección transversal de succión. A1: Sección transversal de succión.

A2: Sección transversal de descarga. A2: Sección transversal de descarga.

Z1: Nivel de referencia. Z3: Nivel de referencia.

Z2: “X” m. Z4: “X” m.

Donde:

Z1 y Z3: Niveles de referencia. Caída de presión: ΔP0.

Temperatura del agua: T °C.

BOMBA 1

Variación de presión ΔP0 = P2 y P1

Velocidad del motor = η1

Potencia del motor = HP1

BOMBA 2

Variación de presión ΔP0 = P2 y P1

Velocidad del motor = η2

Potencia del motor = HP2

PARALELO

Potencia de entrada: (Watts)

2.1.1 Cálculo del caudal

El caudal es el mismo para cada bomba, porque tienen la misma área de succión y descarga (ρ (T °C) = ρ). Luego usando la siguiente relación:

Qv=π .d2 .Cd .√2 . ρ . ΔP0

4 ρ

* Pérdidas por fricción.- Los tramos de desplazamiento del fluido tanto para la tubería de descarga y succión y las pérdidas por fricción se consideran para este caso despreciables.

h f (succiónydesc arg a)=0.00m .

* Variación de velocidad.- Tanto para la succión y descarga las áreas son iguales por consiguiente haciendo uso de la ecuación de continuidad se deduce que las velocidades son iguales ya que tienen el mismo caudal.

(V12−V

22)=0 .00 m2

s2

2.1.2 Calculando la “Carga” (H)

Haciendo uso de la ecuación de Bernoulli:

P1γ

+V12

2 g+Z1=

P2γ

+V22

2g+Z2+H f+H w

H−H w=(P2−P1

γ)+(

V22−V

12

2g)+( Z2−Z1 )+(h f (descarg a)+hsucción)

Se utiliza la misma ecuación para la bomba 1 y para la bomba 2:

Carga total: HT=( H1+H2 )/2

2.2 Cálculo de la curva de potencia útil (P útil)

Aplicando la siguiente ecuación, hallamos la potencia útil para la bomba 1 y bomba 2:

Pútil=Q .ρ .g .H

Potencia Total: P Total = P Util1 + P Util2

2.3 Cálculo de la curva de eficiencia del motor (η)

Para la bomba 1:η=

PUtil1

PEntregado1

x 100%

Para la bomba 2:η=

PUtil2

PEntregado2

x100%

Para el arreglo en paralelo: η=

PUtil1+2

PEntregadoT

x100%

2.4 Datos

2.4.1 Bomba 1 – KARSON MODELO QB-60

TABLA 01

Caudal H

(Lt/min) (m)

32 3.59

28 9.22

22 15.73

18 19.16

15 22.45

2.4.2 Bomba 2 – HUMBOLT MODELO TPM-60

TABLA 02

Caudal H

(Lt/min) (m)

12 26.35

17 21.55

22.5 16.85

27.5 12.25

33.5 5.95

2.4.3 Sistema de Bombas en Serie

TABLA 03

Volumen (Lt)Tiempo

(min)

Caudal (Q) P1 (Bar) P2 (Bar)

(m3/s) Entrada Salida

23 1 23 -0.13 3

23 1 23 -0.13 3

2.4.4 Sistema de Bombas en Paralelo

TABLA 04

Volumen (Lt)Tiempo

(min)

Caudal (Q) P1 (Bar) P2 (Bar)

(Lt/min) Entrada Salida

45 1 45 -0.125 1.5

44 1 44 -0.125 1.5

2.4.5. Arreglo Teórico de Bombas en serie

Caudal H

(Lt/min) (m)

12 50.6

17 41.55

21 33.65

25.5 24.7

33.5 8.2

2.4.6. Arreglo Teórico de Bombas en paralelo

Caudal H

(Lt/min) (m)

22 26

32 21.55

45.5 15

54.4 11

63.5 5.95

2.4.7 Cálculo de Altura y Potencia alcanzada por el Sistema de Bombas en Serie

H=H d−(H s )+ H p YN= Hx γ xQ

75[ HP ]

H = Altura total de la bomba. N= Potencia Hidráulica.

Hd= Altura de descarga. γ = Peso Específico del fluido (agua).

Hs= Altura de succión. Q= Caudal.

Hp= Altura Manométrica.

γ = Peso Específico (Kg./m3) 1000

g = Ac. de la Gravedad (m/s2) 9.81

Hp= Altura Manométrica (m) 0.50

Datos adicionales: 1 Bar =1 atm =10.33 mca =14.7 Psi

TABLA 05

Caudal (Q)

(Lt/min)Altura (m) Potencia (HP)

1 23 31.8 0.1625

2 23 31.8 0.1625

2.4.8 Calculo de Altura y potencia alcanzada por el Sist. de Bombas en Paralelo

TABLA 06

Caudal (Q)

(Lt/min)Altura (m) Potencia (HP)

1 45 16.75 0.1675

2 44 16.75 0.1637

2.5 Graficando las curvas H vs. Q – N vs. Q: BOMBAS EN SERIE

2.6 Graficando las curvas H vs. Q – N vs. Q: BOMBAS EN PARALELO

7. CONCLUSIONES

- En una distribución en serie se observa que la potencia consumida es mucho mayor que cuando se tiene un arreglo en paralelo.

- Existen relaciones básicas para el funcionamiento de una bomba para que trabaje a distintas velocidades de los cuales podemos concluir: a) El caudal es proporcional al cuadrado de la velocidad; b) La altura de elevación engendrada es proporcional al cuadrado de la velocidad; c) La potencia absorbida es proporcional al cubo de la velocidad, y d) El rendimiento permanece aproximadamente constante.

- En una instalación de bombas en serie, la presión de descarga será igual, a la suma de las presiones de descarga de cada bomba por combinación del caudal de cada bomba para una presión de descarga del sistema igual al de cada una de las bombas.

- Para la distribución en paralelo se considera el efecto de la energía cinética ya que los diámetros de tubería donde se toma el análisis no son iguales.

- Se comprueba las características de un sistema de acuerdo a la ubicación de las bombas, teniendo así para una distribución en serie un aumento de la carga impulsada y para un arreglo en paralelo el aumento de la capacidad del fluido.

8. RECOMENDACIONES

- Revisar la ubicación e instalación correcta de los dispositivos de medición, puesto que son los que determinan las variables con las que se realizan los cálculos, para el análisis del comportamiento de las bombas en sus dos arreglos.

- Antes de iniciar el funcionamiento del equipo asegurarse que el nivel de líquido en el depósito este lleno a sus ¾ partes de su capacidad.

- Al realizar la toma de datos cerrando la válvula de control de flujo, tener cuidado cuando los caudales sean muy bajos, es decir cuando la válvula este cerca de cerrarse, en este tramo la toma de medidas debe hacerse rápidamente y abrir totalmente la válvula para evitar el deterioro de las bombas.

- Asegurarse que la válvula que propician cada uno de los arreglos serie o paralelo estén completamente cerradas, según se requiera.