LABORATORIO Nº 9

BOMBEO EN SERIE Y PARALELO

OBJETIVOS:

Comparar los caudales entre bombas conectados en serie y bambas conectados en paralelo.

MARCO TEORICO:

Un equipo de bombeo es un transformador de energía, recibe la energía mecánica que puede proceder de un motor eléctrico, una turbina de vapor y otros medios para transformarla en energía de presión, misma que un fluido aprovecha para su movimiento. Las bombas se clasifican en dos grandes grupos: Bombas de desplazamiento positivo y Bombas dinámicas. Las primeras son útiles para gastos pequeños, presiones altas y líquidas tanto limpias como viscosas (estos últimos en el caso de las bombas de desplazamiento positivo rotatorias). Mientras que las bombas dinámicas funcionan para gastos grandes, presiones medianas y líquidos de todo tipo, excepto altamente viscosos. Dentro de las bombas dinámicas se encuentran aquellas que resultan relevantes para ésta práctica: Las bombas centrífugas. Este tipo de máquinas funcionan mediante rotores, los cuales giran a altas revoluciones y están acoplados directamente a un motor de accionamiento dentro de una carcasa cerrada con dos orificios, uno de admisión o succión colocado contiguamente al eje de giro y uno de impulsión o descarga colocado tangencialmente y normalmente hacia arriba respecto del rotor. El material de construcción utilizado en estas bombas es el acero inoxidable. A continuación un esquema representativo de una bomba centrífuga no auto aspirante: Bombas en serie y paralelo: Hay casos en que las necesidades de un sistema exigen que varíe la presión o el gasto, así como los requerimientos de succión y descarga; para ello se emplea el uso de bombas en serie o en paralelo y con ello aumentar la eficiencia de dicho sistema. En el primer caso se suman las cargas a la misma capacidad, mientras que en el segundo se suman las capacidades y operan a la misma carga.

La expresión que relaciona la potencia producida con la energía que se extrae del flujo y el caudal que circula por el sistema es:

Las bombas por otra parte, son dispositivos que entregan energía al fluido, con el objeto de impulsar cuando no es posible hacerlo vía métodos gravitacionales. Existen diferentes tipos de bombas que utilizan distintos fenómenos para entregar energía a un fluido en movimiento. Entre los diferentes tipos existen por ejemplo: - Bombas de vacío, que producen una disminución local de presión por debajo de la presión atmosférica, generando en el sistema un gradiente de presiones que impulsa el movimiento del fluido. - Bombas de golpe de ariete, éstas utilizan el fenómeno impermanente del golpe de ariete para aumentar la presión en un determinado punto de la tubería y mediante éste se produce la elevación del líquido.Bombas centrífugas, son aquellas que entregan energía al fluido mediante una hélice. Conceptualmente el funcionamiento de las bombas centrífugas es opuesto al de las turbinas, es decir, las bombas entregan Bernoulli al fluido. La relación descrita previamente para la potencia es válida para bombas, donde ahora P es la potencia de la bomba y H la altura de elevación o el Bernoulli entregado por la bomba al flujo. Así, H está dada por:

Donde n es el rendimiento de la bomba (con un valor entre 0 y 1). En esta experiencia, existen para estudiarse dos tipos de turbinas y una bomba centrífuga, las que, como se mencionó anteriormente, son conceptualmente similares. Cada bomba o turbina tiene una combinación de los valores de los parámetros que determinan su funcionamiento que hacen que éste sea óptimo, es decir, que su rendimiento sea máximo. Para determinar el funcionamiento óptimo es necesario analizar ciertas curvas: En el caso de las bombas, las curvas características de éstas relacionan, el comportamiento del rendimiento y de la altura de elevación en función del caudal elevado. Como es de esperar, la curva de rendimiento tiene un máximo que representa el punto óptimo de funcionamiento, que no necesariamente corresponde al punto en que la bomba funciona normalmente, el cual depende de la curva de carga del sistema hidráulico donde se instala. Para las turbinas, para un caudal determinado, que viene dado por las condiciones hidráulicas del sistema, se grafican la potencia producida, el rendimiento y el torque de la hélice, en función de las revoluciones de la misma. Al igual que en el caso de las bombas, la curva del rendimiento tiene un máximo que define el torque óptimo que debe ejercer el motor para que la generación eléctrica sea máxima.

BOMBAS EN SERIE Y EN PARALELOEn 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.

Bombas en serie

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

Bombas en paralelo

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.

EQUIPOS:

- Bombas centrifuga de 0.5 HP de potencia.

- Tuberías con instalaciones en serie y paralelo.

- Cronómetro.

PROCEDIMIENTO:

1.- Se instala las bombas en serie y se discurre agua por la tubería instalada abriendo la válvula de ingreso. 2.- Se mide la diferencia de alturas de nivel de agua en los tubos piezométricos instalados antes y después de cada bomba.3.- Se mide el caudal a la salida de la tubería (volumen y tiempo).4.- Se instala las bombas en paralelo y se discurre agua por la tubería instalada abriendo la válvula de ingreso. 5.- Se mide la diferencia de alturas de nivel de agua en los tubos piezométricos instalados antes y después de cada bomba.6.- Se mide el caudal a la salida de la tubería (volumen y tiempo).

Bombas en serie:

N° Vol. Acumulado (lit) Tiempo (seg) Caudal = Vol / tiempo

01 1.48 2.45 0.60408

02 1.42 2.19 0.64840

03 1.58 2.19 0.72146

04 2.60 4.0 0.65000

05 2.25 3.74 0.60160

06 2.15 3.48 0.61782

Caudal promedio = 0.64056

Bombas en Paralelo:

N° Vol. Acumulado (lit) Tiempo (seg) Caudal = Vol / tiempo

01 2.5 2.19 1.14155

02 2.8 2.45 1.14286

03 2.8 2.45 1.14286

04 1.9 1.68 1.13095

Caudal promedio = 1.13956

CUESTIONARIO:

1.- Calcular los caudales para cada caso y compararlos.

Del procedimiento anterior se tiene:

En serie

Caudal = Vol / tiempo

0.604080.648400.721460.650000.601600.61782

Caudal promedio = 0.64056

En paralelo

Caudal = Vol / tiempo

1.14155

1.14286

1.14286

1.13095

Caudal promedio = 1.13956

De estos valores se afirma que en bombas en paralelo el caudal es mayor con notoriedad.

2.- Graficar h versus Caudales.

Para esta pregunta utilizando la siguiente fórmula:

Donde “n” es la eficiencia que en este laboratorio se obvio, por lo tanto no se conoce, y no es posible elaborar la grafica, los otros valores si se conocen y son:

γ :densidaddel liquido (agua)

P : potencia de labomba(0.5HP)

Q :caudal promedio paracadacaso

Conclusiones:

- Concluimos que el caudal cuando las bombas están en forma paralela nos proporciona una mayor cantidad de la misma.

- Además de que es más apropiado en el uso práctico el hecho de utilizar bombas en serie ya que es menos trabajosa la instalación, como lo comprobamos en el laboratorio.

- Los materiales empleados eran hechos de manera casera, por lo mismo se hizo el experimento con limitaciones justificadas.

- El tema desarrollado es muy importante en el ámbito de la ingeniería civil ya que nos introduce un poco al campo de acción.