INTRODUCCINEste informe corresponde al anlisis del funcionamiento fsico y mecnico de las bombas centrfugas conectadas en serie. Estos equipos son turbomquinas de flujo radial, caracterizadas por alterar el movimiento del fluido, transmitiendo potencia desde un eje hasta el fluido (mediante el rotor).Se graficar la cura Carga (H) vs Caudal (Q) de una bomba y el conjunto en serie; todo esto en base a los resultados obtenidos mediante la utilizacin de vacumetros y manmetros que permitieron obtener datos de las presiones de entrada y salida de las bombas.

PROCEDIMIENTO:Dos Bombas en Serie1. Cercirese de que el tanque inferior 3 est lleno de agua y el superior (1) est con una columna de agua de 10cm o cualquier otra referencia cercana.

2. Si no es as, observe el sistema y tome las medidas necesarias para lograr lo indicado anteriormente.

3. Cebe las tres bombas. Para ello, cierre las respectivas vlvulas de succin y agregue agua a cada bomba a travs del tornillo de cebado respectivo, hasta que cada una de ellas se llene completamente. Una manera alterna de hacer esto, es subiendo el nivel de agua de uno de los tanques inferiores por arriba del nivel de las bombas y luego, abrir la vlvula de descarga del tanque y las vlvulas de succin de las bombas, luego aflojar un poco los tornillos de cebado de cada bomba hasta que el agua empiece a salir a travs de ellos. Luego del cebado, cerrar la vlvula de descarga del tanque que se utiliz para este propsito.4. Manipule las vlvulas respectivas, de modo que la bomba B1 se conecte en serie con la bomba B2 y que el arreglo de bombas descargue en el tanque 3:4.1. Abra la vlvula V5 del tanque inferior 3, la vlvula de succin V7 de la bomba 14.2. Encienda la bomba 1, para ello, introduzca la llave en el interruptor de encendido principal y grela para activar el sistema. La luz roja es indicativa de que el sistema est activo. Gire la perilla de seleccin al modo manual (M). Luego gire la perilla de la bomba-1 a la posicin On y encienda la Bomba 1.4.3. Observe las presiones de succin y descarga de la bomba 1. Abra las vlvulas V3 y V15. Abra la vlvula V11 por aproximadamente 5 segundos y cirrela. Inmediatamente, abra las vlvulas V10 y V12 por aproximadamente 5 segundos, luego, cierre la vlvula V15, manteniendo V10, V12 y V3 abiertas. El objeto de esta operacin es purgar el aire de las lneas. Observe las presiones de succin y descarga de las bombas 1 y 2; tome nota de ellas.4.4. Encienda la bomba 2. Observe las presiones de succin y descarga de ambas bombas, as como en el manmetro M4; tome nota de ellas.

5. Abra lentamente la vlvula de descarga V15 hasta que la presin de descarga en el manmetro M4 disminuya en 10 Psi (o hasta una disminucin de la presin tal que permita repetir el experimento para diferentes presiones, con al menos 5 puntos de ensayo). Mantenga la descarga del arreglo de bombas en recirculacin con el tanque inferior 3, es decir que las vlvulas V2 y V1 deben estar cerradas, mientras que la vlvula V3 est abierta. Observe tome nota de las presiones de succin y descarga de ambas bombas, as como en el manmetro M4. Estas presiones corresponden al punto de caudal nulo (cero).

6. Mida la altura (h) en el indicador de nivel del tanque superior. Abra la vlvula de descarga V1 del tanque superior y prepare un cronmetro para 60 segundos de operacin. Cierre la vlvula V3 y tan pronto escuche el agua caer dentro del tanque 1, accione el cronmetro. Al transcurrir 60 segundos abra la vlvula V3 (el agua nuevamente recircular hacia el tanque 3, sin alterar la columna de agua colectada previamente en el tanque 1).

7. Mida la altura (h) en el indicador de nivel del tanque superior.

8. Repita el procedimiento anterior (puntos 5 a 7) hasta llegar al mnimo valor de presin de descarga en el manmetro M4.

9. Al finalizar, abra la vlvula V3 para mantener el arreglo de bombeo en recirculacin con el tanque 3. De ser necesario, abra la vlvula V4 para drenar el tanque 1 hacia el tanque 3, hasta la altura inicial de referencia.Arreglo de Tres Bombas en Serie1. En este punto, el agua debe estar en recirculacin hacia el tanque 3. Las bombas 1 y 2 deben estar funcionando. Las vlvulas V1, V3, V5, V7, V10, V12, y V15, deben estar completamente abiertas y las dems vlvulas cerradas.2. Cierre la vlvula V12 y abra las vlvulas V14 y V13. Transcurridos aproximadamente 5 segundos, cierre V15 totalmente.3. Observe las presiones de succin y descarga de las tres bombas y del manmetro M4 (no necesita anotarlas en este punto).4. Encienda la bomba 3.5. Drene el tanque superior hacia el tanque 3 hasta alcanzar una columna mnima de referencia en el tanque superior.6. Abra un poco la vlvula V15 por cinco segundos y cirrela nuevamente. Observe y anote las presiones de succin y descarga de todas las bombas y de M4.7. Con el sistema an en recirculacin hacia el tanque 3 (vlvula V2 cerrada, vlvulas V1 y V3 abiertas), abra lentamente la vlvula de descarga total V15 hasta que la presin de descarga en el manmetro M4 disminuya en 15 Psi (o hasta una disminucin de la presin tal que permita repetir el experimento para diferentes presiones, con al menos 5 puntos de ensayo). Observe y anote las presiones de succin y descarga de todas las bombas, as como en el manmetro M4. Estas presiones corresponden al punto de caudal nulo (cero).8. Tome nota de la altura de la columna de agua (h) en el tanque superior. Verifique que V1 est abierta y prepare un cronmetro para 60 segundos de operacin.9. Cierre la vlvula V3 y tan pronto escuche el agua caer dentro del tanque 1, accione el cronmetro. Al transcurrir 60 segundos abra la vlvula V3 (el agua nuevamente recircular hacia el tanque 3, sin alterar la columna de agua colectada previamente en el tanque 1).10. Mida la altura (h) en el indicador de nivel del tanque superior.11. Repita el procedimiento anterior (puntos 7 a 10) hasta llegar al mnimo valor de presin de descarga en el manmetro M4 (mxima apertura de la vlvula V15).12. Apague todas las bombas y cierre el interruptor principal.13. Cierre todas las vlvulas.14. Drene el tanque superior abriendo la vlvula V4.

Resultados Con los datos obtenidos de la experiencia se confeccionan dos tablas, la primera, tabla 1, muestra el comportamiento del sistema con dos bombas en series, considerando que las mismas son muy parecidas:

Sistema de Dos Bombas en Series (Bomba 1 y Bomba 2)

Pd (psi)Ps (psi)h(pie)t (s)H(pie)Q(GPM)

65.0000.000.00020.000150.1500.000

50.0000.000.08220.000115.5002.313

40.0000.000.15720.00092.4004.440

30.0000.000.20720.00069.3005.828

18.7502.460.24320.00048.9866.845

12.5003.440.26920.00036.8187.585

0.0000.000.30520.0000.0008.603

Tabla 1. Comportamiento de dos bombas en series (Bomba 1 y bomba 2) para diferentes presiones de descarga. Luego se confeccion la tabla para el sistema con tres bombas en series, como se muestra en la tabla 2:Sistema de tres Bombas en Serie

Pd (psi)Ps(psi)h(pie)t (s)H(pie)Q(GPM)

85.0000.0000.00020.000196.3500.000

75.0000.0000.07220.000173.2502.035

65.0000.0000.13820.000150.1503.885

55.0000.9820.17420.000129.3194.903

35.0002.4560.23620.00086.5236.660

25.0003.4380.26220.00065.6937.400

0.0004.4200.29520.00010.2128.326

Tabla 2. Comportamiento del sistema para tres bombas en serie (Bomba 1, bomba 2 y bomba 3) para diferentes presiones de descarga.

Luego de realizar los respectivos clculos se procedi a la confeccin de las grficas: Para un sistema de dos bombas en serie, cuyo comportamiento se expresa en la tabla 1, se muestra en la grfica 1 su tendencia:

Grfico 1. Grfica de la tendencia de dos bombas en serie. Como se puede apreciar el comportamiento del sistema tiende a disminuir su carga a medida que aumenta el caudal, considerando tambin que en serie el caudal se mantiene constante, mientras que la carga aumenta. Como en nuestro caso, las bombas eran prcticamente iguales en sus caractersticas de operacin y dimensiones, la carga tenda a ser el doble de la carga de una bomba y el caudal se mantena. Lo que seala que un sistema en serie es bueno para cuando queramos manejar cargas elevadas en condiciones de caudal limitado.

En la grfica 2 se muestra el comportamiento de un sistema con tres bombas en serie, destacando que las bombas tienen similitudes en dimensiones y en operacin:

Grfico 2. Comportamiento de un sistema de tres bombas en serie.Para este caso ocurre lo mismo que para el caso anterior, solo que al tener una bomba extra la carga se incrementa una vez por cada bomba. Si consideramos la bomba de modelo, que sera la bomba 1, y observamos su comportamiento a las presiones de descarga (ver grfico 3.) se aprecia que su carga es aproximadamente un tercio de la carga que maneja este sistema de tres bombas, una vez ms obedeciendo al principio de funcionamiento de las bombas centrifugas en serie.

Grfico 3. Comportamiento de la bomba 1 bajo condiciones de descarga especificada. Finalmente si comparamos estas tres grficas en la grfica 4, veremos cmo afecta sustancialmente la carga que puede manejar el sistema a medida que se adiciona una bomba:

Grfico 4. Comparativa de los sistemas en serie estudiados con la bomba 1. Como se aprecia se cumple la premisa de que el caudal independientemente del nmero de bombas que se tenga en un arreglo en serie, debe prevalecer constante. Mientras que la carga vemos tiene un considerable aumento a medida que se aade una bomba al sistema. Si tuviramos que distribuir agua en una vasta regin a diferentes puntos, sin que el caudal se viera afectado independientemente de la distancia sera bueno trabajar con estos sistemas en serie, evidentemente no sera algo exageradamente eficiente, pero si se podra ofrecer un servicio con mejor seguridad y confiabilidad. A partir del grfico para una bomba, en nuestro caso la bomba uno, en la tabla 3 se muestran los resultados de su comportamiento a diferentes presiones de descarga:

Sistema para bombas en serieDos Bombas en Serie

Q (GPM)H (pies)Ht=H1+H2

0.00069.231138.462

70.53557.692115.385

112.33443.26986.538

146.29628.84657.692

182.87014.42328.846

236.6860.0000.000

Tabla 3. Comportamiento del sistema de manera terica.

Grfico 5. Comportamiento Carga Caudal de la bomba 1.

ConclusinDe los datos obtenidos mediante la experimentacin se logr graficar el comportamiento de las bombas conectadas en serie (arreglos de 2 y 3 bombas en serie). Se puede apreciar que al arreglar bombas en serie la carga total del arreglo es la suma algebraica de las cargas de cada bomba conectada. De modo que pese a que se dieron ciertas diferencias que podran ser el resultado por el cambio de rodete de una de ellas, por el deterioro y/o desgaste de sus mecanismo, aparte de que consideraron las perdidas menores despreciables en el anlisis, finalmente estas cargas no eran del todo parecidas a los valores tericos esperados, pero se acercaban bastante a lo deseado. Los clculos demostraron que siempre habra una correspondencia entre el principio de funcionamiento y el comportamiento experimental estudiado.

Referencias: 1. MOTT, Robert L. Mecnica de Fluidos Aplicada. Ed. Prentince-Hall 4ta Ed. 2. Polo Encinas, Manuel, Turbomquinas Hidrulicas, Ed. Limusa, Mxico, 1983. 3. White, Frank M. Mecnica de Fluidos. McGraw-Hill/Interamericana de Espaa, S.A., 1983. 6ta Ed.