LABORATORIO DE BOMBAS EN SERIE Y PARALELONoviembre de 2014

ResumenEn el siguiente informe se presenta el desarrollo de la prctica de laboratorio de bombas centrifugas conectadas en serie y paralelo a travs de tuberas y manmetros acoplados a lo largo del sistema que permiten, en este caso, medir las presiones alcanzadas dependiendo de la combinacin realizada. Adems, se evidencia de manera prctica lo aprendido en el aula de clases, donde se afirmaba que las bombas conectadas en serie aumentan la cabeza del sistema pero entregan un mismo caudal, mientras que las bombas conectadas en paralelo aumentan el caudal del sistema pero tienen una misma cabeza.Palabras clave: Bombas serie y paralelo, caudal, altura potencia, eficiencia. AbstractThe following report development lab centrifugal pumps connected in series and parallel through piping and pressure gauges coupled along the system that allow, in this case, measuring the pressures reached depending on the

combination is put forward. Furthermore, there is evidence of practical learning in the classroom, which stated that the pumps connected in series increase the head of the system but deliver the same flow rate, while the pumps connected in parallel increase the system throughput bot have a same head.Keywords: Series and parallel pumps, flow, level power efficiency.1. Introduccin Bsicamente, en este documento se presenta el anlisis de los diferentes datos obtenidos durante la prctica realizada en el laboratorio de bombas centrifugas. En este, se calcula la cabeza (H) de cada bomba por medio de los datos de presin obtenidos a lo largo de la prctica y con los diferentes valores de caudal se generan una curva que describe el comportamiento de la bomba; adems, se calcula la potencia elctrica y la eficiencia de cada una de estas. Se elaboran las curvas H vs Q de la bomba 1, bomba 2, bomba 1 y 2 en serie, y bomba 1 y 2 en paralelo. 2. Objetivos2.1 Objetivo general Estudiar experimentalmente las curvas de funcionamiento de las bombas ubicadas en el banco de pruebas y de algunas combinaciones de estas en serie y paralelo.2.2 Objetivos especficos Construir las curvas de funcionamiento de las bombas en funcin de los datos obtenidos en la prctica de laboratorio. Analizar y comparar las curvas que se generaron con los datos prcticos y las curvas que facilitan los fabricantes. Aprender a medir las presiones registradas en los diferentes tipos de manmetros. 3. Marco Terico Una bomba hidrulica es una mquina generadora que transforma la energa elctrica, trmica u otra clase de energa; generalmente energa mecnica con la que es accionada un fluido. El fluido incompresible puede ser lquido o una mezcla de lquidos y slidos.

Ilustracin 1. Bomba hidrulicaLas bombas se clasifican en: centrifugas y de desplazamiento positivo; pero para nuestro caso solo realizaremos nfasis en las centrifugas.Las bombas centrifugas son siempre rotativas y son un tipo de bomba hidrulica que transforma la energa mecnica de un impulsor. El fluido entra por el centro del rodete, que dispone de unos labes para conducir el fluido, y por efecto de la fuerza centrfuga es impulsado hacia el exterior, donde es recogido por la carcasa o cuerpo de la bomba, que por el contorno su forma lo conduce hacia las tuberas de salida o hacia el siguiente rodete se basa en la ecuacin de Euler y su elemento transmisor de energa se denomina impulsor rotatorio llamado rodete en energa cintica y potencial requeridas y es este elemento el que comunica energa al fluido en forma de energa cintica.

Ilustracin 2. Partes de bomba centrifuga4. ProcedimientoPara el presente laboratorio se dispone del banco de pruebas de bombas en serie y en paralelo que cuenta la facultad en el laboratorio de mecnica de fluidos. Se observa que el banco cuenta con un tanque de almacenamiento de agua el cual sirve como tanque de succin y tambin de descarga del agua. La altura de succin del agua Hs medido marca 43.5 cm Se solicita la llave de encendido al laboratorista y se acciona el interruptor de ignicin, en ese momento el indicador de paso de corriente debe estar alumbrando, se abre completamente la vlvula de control, y se accionan los interruptores individuales para encender las bombas indicadas para cada prueba.

Ilustracin 3. Banco de pruebas

Dependiendo de la combinacin abra las vlvulas que sean necesarias para ese montaje y registra el caudal mximo y los datos necesarios de presin y amperaje, posteriormente se regula el caudal mediante la vlvula de control y se lleva a un siguiente caudal menor, se toma nuevamente los datos necesarios, y se repite este procedimiento. Finalmente se cierra completamente la vlvula de control y se registran los datos a caudal 0. La toma de datos de V.V cerrada debe realizarse lo ms rpido posible, para evitar daos en el sistema.5. Pruebas y resultadosEl laboratorio se divide en cuatro partes las cuales fueron: Parte 1En esta seccin se procedi a mirar el funcionamiento de la bomba 1, para la cual se midi la presin antes de la bomba y despus de la misma variando el caudal; los resultados obtenidos para esta prueba fueron los siguientes: Bomba 1

P(psi)P(KPa)Q(LPM)Hs (m)H (m)

40275,785900,43528,5764

18124,1036100,43513,0986

16110,3143150,43511,6915

1496,5250200,43510,2844

00250,4350,435

00280,4350,435

Tabla 1. Datos obtenidos y conversiones de la bomba 1

Ilustracin 4. Bombas del banco de pruebasBasados en los anteriores resultados y aplicando la siguiente formula se elabor la grfica cabeza vs caudal.

Dnde:Pman= Presin manomtricaHs= Altura de aspiracin= Peso especfico del fluidoH= Cabeza de la bomba

Curvas de potencia elctrica y eficienciaPara la potencia se halla con la siguiente expresin P = V*I (2)Bomba 1

Q (LPM)V (v)I (A)P (watt)

01103,5385

101102220

151101,9209

201101,8198

251101,8198

281101,8198

Tabla 2. Datos obtenidos de corriente elctrica prueba bomba 1

Eficiencia de la bomba 1(%) = Ph / Pe (100) (3)ph = *Q*Hph = *Q*HBomba 1

Pe (watt)Q (LPM)Q (m^3/s)H (m)ph (watt) (%)

3850028,5800

220100,000213,121,49,7

209150,000311,728,713,7

198200,000310,333,617,0

198250,00040,4351,780,9

198280,00050,4351,991,0

Tabla 3. Datos obtenidos y eficiencias bomba 1Parte 2En esta parte se realiz el mismo procedimiento pero esta vez para la bomba nmero 2 y los resultados se presentan a continuacin: Bomba 2

psiKPaQ(LPM)Hs (m)H (m)

40275,785900,43528,5764

1496,5250100,43510,2844

1068,9464150,4357,4703

00200,4350,435

00230,4350,435

Tabla 4. Datos obtenidos y conversiones prueba bomba 2Con los resultados obtenidos y remplazando en la ecuacin 1 se obtuvieron los siguientes resultados; con los cuales se obtuvo la siguiente grfica

Curvas de potencia elctrica y eficienciaBomba 2

Q (LPM)V (v)I (A)P (watt)

01104,5495

101103,8418

151103,8418

201103,8418

231103,6396

Tabla 5. Datos obtenidos corriente elctrica bomba 2

Eficiencia de la bomba 2Bomba 2

Pe (watt)Q (LPM)Q (m^3/s)H (m)ph (watt) (%)

4950028,600

418100,00210,3168,240,2

418150,0037,5183,844,0

418200,0030,43514,23,4

396230,0040,43516,34,13

Tabla 6. Datos obtenidos y eficiencia bomba 2

Parte 3En esta parte se procedi a conectar las bombas 1 y 2 en serie en la cual se arrojaron los siguientes resultados.Sistema en serie bombas 1 y 2

Q (LPM)P1 (psi)P1(KPa)P2(psi)P2(KPa)P4(psi)P4(KPa)H1 (m)H2 (m)H1 + H2

025172,4640,00470465,428,628,657,2

1018124,1270,00230199,513,114,527,6

1516,2111,7240,00226172,911,710,322,0

2015103,4190,00123152,910,37,517,8

251175,8130,0011599,70,440,440,87

28748,380,001000,440,440,87

Tabla 7. Datos obtenidos prueba 3 Basados en los resultados anteriores y reemplazando en la ecuacin 1 se puede observar la siguiente grafica

Parte 4 En esta seccin se conectaron las bombas en paralelo y se obtuvieron los siguientes resultados:

Q (LPM)A1 (A)A2 (A)A3 (A)P1 (psi)P2 (psi)P3 (psi) P4 (psi)

801.53815101315

701.83820191921

6023.2825252426

502.63.5825292831

4034825333235

3044825363639

204.54825373840

Tabla 8. Datos obtenidos prueba 4

6. Anlisis de resultadosBomba 1Como ya se ha observado la curva que se gener experimentalmente presenta una tendencia perpendicular descendente. De acuerdo a la ecuacin (1) y teniendo las presiones es posible averiguar la cabeza en cada valor de caudal y de esta manera generar la curva H vs Q, que comparndola con la curva dada por el fabricante es posible evidenciar que existen pequeas variaciones respecto la una de la otra. La razn por la que esto ocurre radica de alguna forma en la oscilacin que presentan los manmetros a la hora de tomar los valores que presin que se generan, adicional a esto cuando el caudalimetro se cierra se genera la mayor presin en el circuito y la oscilacin en los manmetros es ms pronunciada; otro aspecto importante son las prdidas que aunque para el laboratorio se piden que sean despreciables si afectan un poco los resultados de la curva. Aunque bajo esta premisa, los datos obtenidos de presin para caudales por encima de 25 LPM estaran equivocados, ya que se desciende la presin de P1 a P3 y se supone que esta presin en la bomba 3 debera subir y no bajar como se indica en los datos, por lo que ese dato se sugiere no tener en cuenta para el resultado final.Las grficas de potencia y eficiencia se realizan tomando los datos de amperaje y teniendo en cuenta que el voltaje es constante e igual a 110 V. La potencia es igual a la multiplicacin del amperaje por el voltaje. Adems, si se observa la curva obtenida en el laboratorio de la potencia elctrica vs caudal (Pe. vs Q) y la curva suministrada por el fabricante es posible evidenciar que como en el caso anterior tambin se presenta una pequea variacin y de hecho es normal que se presente ya que factores como el voltaje y la corriente elctrica varan un poco su valor terico del practica pues en el primero no se tienen en cuenta variables del entorno que pueden generar prdidas elctricas.

Bomba 2 Bsicamente, en este bomba ocurre algo muy similar a que lo ocurri en la bomba 1 se presenta una pequea variacin entre la curva experimental (H vs Q) y la curva del fabricante.De la curva (Pe. Vs Q) no es posible compararla con la del fabricante, pues solo fue suministrada la curva H vs Q; independiente de esto, la curva muestra un comportamiento similar a la bomba 1.La mayor potencia se logra cuando el caudal tiene un valor de 0 LPM, este comportamiento es totalmente valido ya que cuando se valor de caudal es mnimo la bomba necesita gran potencia para arrancar.Bomba 1 y 2 en serieSe sabe por la teora que dos bombas en serie aumentan la cabeza (H) pues la cabeza total de la bomba es igual a la suma de las cabezas de la bomba 1 y 2 respectivamente, adems el mismo caudal es el mismo. De acuerdo a la grfica es posible observar este fenmeno: En la curva es posible observar que la cabeza ya no es de aproximadamente 28 m si se estuviera hablando solo de la bomba 1, por el contrario se evidencia que la cabeza alcanzada en este combinacin es de aproximadamente 57 m, mientras que el caudal como en las pruebas anteriores sido siendo de 28 LPM. Tambin se denota en los datos obtenidos que las bombas proporcionan presiones diferentes con el mismo caudal, a medida que el fluido avanza por las bombas, esta va adquiriendo mayor presin. Bomba 1 y 2 en paraleloEn este caso ocurre lo contrario al caso de bombas centrifugas en serie, pues las bombas en paralelo proporcionan un gran flujo de lquido debido a la suma de caudal que cada bomba entrega. En la curva experimental es posible evidenciar este fenmeno: Mientras que la cabeza tiene un valor de aproximadamente 28 m, el caudal aumenta de forma significativa a 70 LPM

Conclusiones En todas las grficas se puede evidenciar que a medida que crece el caudal la altura de cabeza disminuye demostrando que sin importar que el banco de pruebas est funcionando ya sea en serie, paralelo o individual, la cabeza es inversamente proporcional al caudal. En el circuito en serie se mantiene el caudal constante y la variable que aumenta de manera significativa es la altura, mientras que en paralelo se mantiene constante la altura pero el caudal varia.

En los montajes de las bombas en serie se pudo observar que las presiones se distribuan en todos los puntos, en los primeros manmetros era menor siendo en el manmetro nmero 4 la mayor presin, adems observando las curvas caractersticas se puede determinar que la altura de cabeza disminua a medida que se aumentaba el caudal.

Es posible evidenciar que la potencia tiene un valor ms alto cuando el caudal marca los 0 LPM, esto es totalmente acertado, pues cuando el caudal es mnimo la potencia debe llegar a sus valores ms altos para de esta manera permitir que la bomba arranque. En los montajes de las bombas en paralelo se puede concluir que las presiones se igualaban en todos sus puntos lo cual se puede observar en las tablas de datos; adems, la altura de cabeza iba disminuyendo a medida que se aumentaba el caudal lo que se puede observar en las curvas caractersticas de este sistema.

Es posible evidenciar que las curvas experimentales de cabeza vs caudal, potencia vs caudal y eficiencia vs caudal aunque presentan una pequea variacin son similares manteniendo las mismas proporciones con respecto a las curvas caractersticas suministradas por el fabricante cuando las bombas trabajan de forma individual.

A pesar de que en las tablas de datos se tienen en cuenta los valores obtenidos en los caudales superiores 25 LPM, en las grficas dichos datos no se tienen en cuenta pues son inconsistentes con el comportamiento de las curvas.

7. Bibliografa

[1] Mecnica de fluidos y mquinas hidrulicas Claudio Mataix- 2ed[2] Bombas centrifugas, tomado de http://www.ufrnet.br/~lair/Pagina-OPUNIT/bombascentrifugas-2.html[3] MOTT, Mecnica de fluidos sexta edicin