L3 bomba serie paralelo

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA LABORATORIO DE SISTEMAS DE TRANSPORTE Y APROVECHAMIENTO DE FLUIDOS PRÁCTICA DE BOMBAS EN SERIE-PARALELO

1. MARCO TEORICO

Las turbomáquinas son los dispositivos comúnmente empleados que suministran o extraen energía (bombas o turbinas respectivamente) de un líquido que fluye por medio de hélices o aspas rotatorias.

Las bombas, agrega energía al sistema por medio de un motor eléctrico1 con el resultado de que la presión se incremente y así mismo hace que incremente la velocidad del flujo.

Figura 1. Partes de una bomba centrifuga flujo radial.

Los motores eléctricos son de tipo jaula de ardilla bobinados para AC trifásica o monofásica, en todos los casos el motor y la bomba son diseñados por el mismo fabricante.

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Al momento de seleccionar una bomba como Ingeniero Mecánico de la UIS debe tener en cuenta:  Naturaleza del fluido a manejar. (Corrosión-erosión)  Capacidad Requerida, Caudal “Q”.  Condiciones de succión (Entrada) y descarga (Salida), Presión y temperatura.  Cabeza total de la bomba, altura “H”.  Fuente de alimentación de potencia, Motor eléctrico a 110 V o 220V.  Espacio, peso y posición. Condiciones ambientales. Costos de instalación y operación. Tipo de mantenimiento y normas que lo rigen.

Clasificación de las bombas.

Los tipos de bomba se clasifican dependiendo del tipo de impulsor.

Para esta práctica de laboratorio, como se trabaja con bombas centrifugas de flujo radial, se da una rápida explicación de cómo trabaja y cuáles son las ventajas.

Bombas centrifugas También conocidas como bombas cinéticas, estas entran en la rama del tipo de bombas rotodinámicas donde indica que este tipo de bombas ceden energía al fluido mediante la velocidad del impulsor obligando al fluido desplazarse por los conductos divergentes, así que la presión va aumentando progresivamente conforme el fluido va avanzando.2 El líquido es llevado al centro del impulsor y puesto en rotación por las aspas del impulsor. El casco, el cual encierra al impulsor, tiene una voluta formando un pasaje cuya área de sección transversal va aumentando y la cual recoge al líquido que sale del impulsor y convierte una porción de su energía de velocidad en energía de presión.

Este pasaje del casco conduce a la conexión de descarga de la bomba a la tubería que forma el sistema.

Tipos de bombas Centrifugas Las bombas centrifugas se clasifican según el tipo de flujo que maneja. El tipo de flujo lo dá el impulsor.

 Bomba de flujo axial: Se emplean para trabajar con altos caudales y poca altura.  Bomba de flujo radial: Se emplean para trabajar con bajos caudales y gran altura.  Bomba de flujo mixto: Suministra cargas y descargas dadas por bombas de flujo axial y radial.

Figura 2. Tipos de impulsores según el flujo.

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Funcionamiento de una bomba centrifuga: https://www.youtube.com/watch?v=SpKuTfw560U

Curva de rendimiento de una bomba La curva de rendimiento o curva característica de una bomba es un gráfico que me relaciona diámetro del rodete, altura, NPSH, eficiencia y potencia contra caudal. 3 Cada fabricante realiza su propia curva característica dependiendo del modelo, obtenidas experimentalmente en un banco de pruebas a una velocidad de rotación determinada (N) y así le ayuda al ingeniero a:     

Predecir el funcionamiento de la bomba en la instalación hidráulica.

Encontrar el BEP (punto óptimo de funcionamiento de la bomba).

Escoger la bomba adecuada dependiendo de la configuración.

Definir parámetro hidráulico para evitar la cavitación.

Evaluar las características de las bombas con diferentes diámetros del rodete.

1. Curva Eficiencia 2. Curva altura 3. Curva Potencia 4. Curva NPSHR.

Figura 3. Curvas Características de una Bomba

Bombas en serie o paralelo En algunos casos, las instalaciones de bombeo pueden tener una amplia variedad de requerimientos de carga y descarga, de modo que una sola bomba pueda no satisfacer el intervalo requerido de demandas. En estas situaciones, las bombas se instalan en serie o en paralelo para que funciones de una manera más eficiente.

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Ejemplo para saber interpretar la curva característica de una bomba: http://ingenieriacivil.tutorialesaldia.com/sabes-que-es-la-curva-caracteristica-de-una-bomba-centrifuga/

Configuración 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 casi del doble de una sola bomba. Una curva H/Q combinada típica se muestra en la figura 4.

Cabe aclarar que el caudal no se altera. Las bombas en serie son más adecuadas en sistemas con una curva de resistencia alta, por ejemplo, con alto contenido de fricción o un edificio de gran altura.

Figura 4. Curva H vs Q configuración Serie

Configuración en paralelo Consiste básicamente en colocar 2 o más bombas a aspirar desde un mismo lugar, con el propósito de aumentar el caudal elevado. Con esta configuración se logra aumentar el caudal de entrega (NO aumenta al doble ya que lo que lo que ocurre con el caudal es que se incrementa en 3/2 del caudal de una bomba pues a mayor caudal mayores pérdidas.)

Es sin duda el caso más habitual. En muchas instalaciones tenemos unas condiciones de trabajo muy marcadas, por ejemplo en el suministro de agua a una ciudad. Pero tenemos el inconveniente de una demanda fluctuante en el tiempo. Disponer de una única bomba nos haría Figura 5. Curva H vs Caudal sobredimensionarla y Configuración Paralelo que trabajase en zonas poco eficientes. Será mejor solución disponer de una batería de bombas trabajando en paralelo que entren en funcionamiento de forma progresiva para atender la demanda.

PRACTICAS Antes de comenzar con cada práctica hay que tener cuenta:  Verificar con el auxiliar el posicionamiento de válvulas mostrado en la tabla 1 antes de encender la bomba e iniciar cada configuración.

Tabla 1. Posicionamiento de Válvulas según la configuración.

 Regirse por el manual original o el que se encuentra en esta guía, ya que el esquema

dibujado en la consola tiene errores en la distribución de válvulas.

Figura 6. Esquema del Banco Serie-Paralelo

 Verificar que el depósito tenga un nivel suficiente (20 cm mínimo de altura).

 No dejar la válvula VR-2 en cero caudal por mucho tiempo.

PRÁCTICA 1 CURVA DE ALTURA–RENDIMIENTO-POTENCIA VS CAUDAL UNA BOMBA

Procedimiento.

1. Abrir completamente VR-1, V1, VR-2 y verificar que estén cerradas V2, V3.

2. Encender el interruptor de la consola.

3. En la pantalla del computador abrir el Software PBSPC. 3.1. Pulsamos STAR y seleccionamos la opción “Single Pump” en “Selec Experiment”. Disponemos un nombre a nuestros valores y “OK”.

3.2. Encender la bomba mediante AB-1 y fijar la velocidad a 3000 rpm 3.3. Guardar los datos. Para ellos cuando los datos estén estabilizados presione el botón “AVERAGE” y tras unos 5 segundos presionar en “ACQUIRE”, estos datos aparecerán en el panel central y se guardan en la carpeta que se haya elegido.

3.4. Establezca una nueva configuración cerrando poco a poco VR-2 (se recomienda cerrar cada 5 [L/min] o lograr tomar alrededor 12 medidas) hasta completar la gama de variación de caudales de la bomba y que el caudal sea nulo. Para cada configuración repita los pasos anteriores.

Advertencia: No dejar la válvula VR-2 en cero caudal por mucho tiempo.

3.5. Si quisiera obtener más curvas características de la bomba, variar la velocidad de la bomba cuando la variación del flujo se haya completado (reducir la velocidad del motor cada 600 rpm y observar el comportamiento).

Cuando el rango de variación se haya completado, la obtención de datos habrá terminado.

Ahora presione “STOP” para volver al menú principal

ANĂ LISIS DE RESULTADOS 1. Realizar las curvas de Altura, rendimiento y potencia vs Caudal para la bomba a 3000 rpm. determinar la zona de utilizaciĂłn mĂĄs recomendable.

2. Realizar una grĂĄfica de Altura y eficiencia vs Caudal de la bomba a 600 rpm y de la bomba a 3000 rpm para poder compararlas.

3. Obtener de la figura la velocidad especĂ­fica “đ?‘›đ?‘ â€? de la bomba. đ?‘›đ?‘ =

đ?‘ ∗ √đ?‘„ 3

đ??ť4

đ?‘›đ?‘ es un parĂĄmetro que caracteriza perfectamente el tipo de rodete de una bomba. Valores altos de đ?‘›đ?‘ (125¸320) nos indican que se trata de bombas axiales (impulsan con buen rendimiento grandes caudales y pequeĂąas alturas de elevaciĂłn). Valores bajos de đ?‘›đ?‘ (10¸125) nos indican que se trata de bombas radiales adecuadas para grandes alturas de elevaciĂłn y pequeĂąos caudales.

4. Determinar grĂĄficamente quĂŠ tipo de rodete tiene la bomba.

PRÁCTICA 2 ACOPLAMIENTO EN SERIE DE DOS BOMBAS DE CARACTERÍSTICAS IGUALES Procedimiento 1. Abrir completamente VR-1, V2 y VR-2 verificar que estén cerradas V1 y V3.

2. Encender el interruptor de la consola.

3. En la pantalla del computador abrir el Software PBSPC 3.1. Seleccione la opción “Serial coupling of two pumps” en “Selec Experiment”.

3.2. Una ventana solicitara el software de los datos de las características de la bomba 2 (ya que de esta bomba no se obtienen datos), la cual no variamos su velocidad. Este archivo puede ser creado por el usuario o puede utilizarse el que suministra el software con las características de la bomba, que se llama ONEPUMP. 3.3. Una vez introducido el software solicitara una ventana para poder guardar los datos del experimento.

3.4. Encienda la bomba 1 mediante AB-1, fije la velocidad a 3000 rpm. (así la velocidad es la misma que para la bomba 2) y pulse el botón para encender la bomba 2, AB-2.

3.5. Guardar los datos. Para ellos cuando los datos estén estabilizados presione el botón “AVERAGE” y tras unos 5 segundos presionar en “ACQUIRE”, estos datos aparecerán en el panel central y se guardan en la carpeta que se haya elegido.

3.6. Establezca una nueva configuración cerrando poco a poco VR-2 hasta completar la gama de variación de caudales de la bomba y que el caudal sea nulo. Para cada configuración guarde los datos obtenidos repitiendo los pasos anteriores.

3.7. Ahora presione “STOP” para volver al menú principal ANÁLISIS DE RESULTADOS 1. Realizar las curvas de Altura, rendimiento y potencia vs Caudal para la configuración en serie.

2. Realizar una gráfica de Altura - eficiencia vs Caudal de una sola bomba y de la configuración en serie para poder compararlas.

PRÁCTICA 3 ACOPLAMIENTO EN SERIE DE DOS BOMBAS DE CARACTERÍSTICAS DISTINTAS Procedimiento Para poder simular dos bombas con distintas RPM se considerará la bomba “B2” a máxima velocidad 2950 rpm y la bomba B1 a otra velocidad distinta.

1. Abrir completamente VR-1, V2 y VR-2 verificar que estén cerradas V1 y V3.

2. Encender el interruptor de la consola.

3. En la pantalla del computador abrir el Software PBSPC 3.1. Seleccione la opción “Serial coupling of two pumps” en “Selec Experiment”.

3.2. Una ventana solicitará el software de los datos de las características de la bomba 2 (ya que de esta bomba no se obtienen datos), la cual no variamos su velocidad. Este archivo puede ser creado por el usuario cargando los resultados de la práctica 1, ya que suponemos que tienen una curva idéntica a la de la bomba B1 o puede utilizarse el que suministra el software con las características de la bomba, que se llama ONEPUMP. 3.3. Una vez introducido el software solicitara una ventana para poder guardar los datos del experimento.

3.4. Encienda la bomba 1 mediante AB-1, fije la velocidad a 1500 rpm y pulse el botón para encender la bomba 2, AB-2.

3.5. Guardar los datos. Para ellos cuando los datos estén estabilizados presione el botón “AVERAGE” y tras unos 5 segundos presionar en “ACQUIRE”, estos datos aparecerán en el panel central y se guardan en la carpeta que se haya elegido.

3.6. Establezca una nueva configuración cerrando poco a poco VR-2 hasta completar la gama de variación de caudales de la bomba y que el caudal sea nulo. Para cada configuración guarde los datos obtenidos repitiendo los pasos anteriores.

Ahora presione “STOP” para volver al menú principal ANÁLISIS DE RESULTADOS 1. Realizar una gráfica de Altura y eficiencia vs Caudal de la configuración en serie a 3000 rpm y compararla con una gráfica de configuración en serie a 1500 rpm.

PRACTICA 4 ACOPLAMIENTO EN PARALELO DE DOS BOMBAS DE CARACTERÍSTICAS IGUALES. Procedimiento 1. Abrir completamente VR-1, V3, V1 y VR-2 verificar que estén cerradas V2.

2. Encender el interruptor de la consola.

3. En la pantalla del computador abrir el Software PBSPC 3.1. Seleccione la opción “Parallel coupling of two pumps” en “Selec Experiment”.

3.2. Una ventana solicitara el software de los datos de las características de la bomba 2 (ya que de esta bomba no se obtienen datos), la cual no variamos su velocidad. Este archivo puede ser creado por el usuario cargando los resultados de la práctica 1, ya que suponemos que tienen una curva idéntica a la de la bomba B1 o puede utilizarse el que suministra el software con las características de la bomba, que se llama ONEPUMP. 3.3. Una vez introducido el software solicitara una ventana para poder guardar los datos del experimento.

3.4. Encienda la bomba 1 mediante AB-1, fije la velocidad a 3000 rpm y pulse el botón para encender la bomba 2, AB-2.

3.5. Guardar los datos. Para ellos cuando los datos estén estabilizados presione el botón “AVERAGE” y tras unos 5 segundos presionar en “ACQUIRE”, estos datos aparecerán en el panel central y se guardan en la carpeta que se haya elegido.

3.6. Establezca una nueva configuración cerrando poco a poco VR-2 hasta completar la gama de variación de caudales de la bomba y que el caudal sea nulo. Para cada configuración guarde los datos obtenidos repitiendo los pasos anteriores.

Ahora presione “STOP” para volver al menú principal

ANÁLISIS DE RESULTADOS 1. Realizar las curvas de Altura, rendimiento y potencia vs Caudal para la configuración en paralelo.

2. Realizar una gráfica de Altura - eficiencia vs Caudal de una sola bomba y de la configuración en paralelo para poder compararlas.

PRACTICA 5 ACOPLAMIENTO EN PARALELO DE DOS BOMBAS DE CARACTERÍSTICAS DISTINTAS Para poder simular dos bombas con distintas RPM se considerará la bomba “B2” a máxima velocidad 2950 rpm y la bomba B1 a otra velocidad distinta.

Procedimiento 1. Abrir completamente VR-1, V1, V3 y VR-2 verificar que estén cerradas V2.

2. Encender el interruptor de la consola.

3. En la pantalla del computador abrir el Software PBSPC 3.1 Seleccione la opción “Parallel coupling of two pumps” en “Selec Experiment”.

3.2 Una ventana solicitará el software de los datos de las características de la bomba 2 (ya que de esta bomba no se obtienen datos), la cual no variamos su velocidad.

Este archivo puede ser creado por el usuario cargando los resultados de la práctica 1, ya que suponemos que tienen una curva idéntica a la de la bomba B1 o puede utilizarse el que suministra el software con las características de la bomba, que se llama ONEPUMP. 3.3 Una vez introducido el software solicitara una ventana para poder guardar los datos del experimento.

3.4 Encienda la bomba 1 mediante AB-1, fije la velocidad a 1500 rpm y pulse el botón para encender la bomba 2, AB-2.

3.5 Guardar los datos. Para ellos cuando los datos estén estabilizados presione el botón “AVERAGE” y tras unos 5 segundos presionar en “ACQUIRE”, estos datos aparecerán en el panel central y se guardan en la carpeta que se haya elegido.

3.6 Establezca una nueva configuración cerrando poco a poco VR-2 hasta completar la gama de variación de caudales de la bomba y que el caudal sea nulo. Para cada configuración guarde los datos obtenidos repitiendo los pasos anteriores.

3.7 Ahora presione “STOP” para volver al menú principal ANÁLISIS DE RESULTADOS 1. Realizar una gráfica de Altura y eficiencia vs Caudal de la configuración en paralelo a 3000 rpm y compararla con una gráfica de configuración en paralelo a 1500 rpm.