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Laboratorio de Mecnica de Fluidos II Bombas conectadas en serie
y paralelo
Tacuri Montao Javier Alexander
Facultad de Ingeniera en Mecnica y Ciencias de la Produccin
(FIMCP) Escuela Superior Politcnica del Litoral (ESPOL)
Guayaquil - Ecuador [email protected]
Resumen
La prctica buscaba determinar la relacin que existe entre los
sistemas de bombas interconectadas en serie y en paralelo,
utilizando dos bombas diferentes en la conexin. Se utiliz un banco
especial para las mediciones de datos, comparando las diferentes
mediciones se demuestra experimentalmente que las relaciones
tericas para un sistema interconectado en serie o en paralelo se
cumplen aunque con prdidas de cabezal y de caudal, como lo
estableca la teora revisada en el curso de mecnica de fluidos II,
por la forma tpica esperada que se obtuvieron de las curvas
graficadas para las bombas estudiadas. Palabras Clave: bomba en
serie, bomba en paralelo, banco de bombas, prdidas de cabezal y
caudal.
Abstract
The practice sought to determine the relationship between
interconnected systems in series and parallel pumps, using two
different bombs in the connection. A special bench for measurement
of data was used in comparing the different measurements is
demonstrated experimentally that the theoretical relationships for
an interconnected system in series or parallel are met although
losses head and flow, as established theory reviewed in course in
fluid mechanics II, as expected by the standard which were obtained
from the plotted curves for the studied pumps. Keywords: pump in
series, parallel bomb, bomb bank, loss of head and flow.
Introduccin
Esta prctica se ha diseado con el fin de permitir a los
estudiantes de Ingeniera Mecnica visualizar los efectos reales que
se pueden obtener al utilizar un banco combinado de bombas, ya sea
en serie o en paralelo. Principalmente la prctica se enfoca:
Determinar y comparar las
caractersticas de operacin de bombas trabajando en serie y
paralelo.
Las bombas son turbomquinas que entregan potencia al fluido,
incrementando de esta manera la presin que obliga a circular al
fluido, entonces dos variables se vuelven importantes en su
funcionamiento, que presin puede elevar al fluido, y casi
lgicamente la cantidad o flujo msico del fluido que requiera la
elevacin de presin, la presin a su vez se suele representar como el
cabezal de energa que posee un fluido, de ah que la caracterizacin
tpica de una bomba viene dada por su capacidad
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de entregar energa a una cantidad Q de fluido y ser capaz de
elevarle un H de cabezal de presin al mismo. En algunas
aplicaciones de la vida diaria ciertas bombas no nos sirven para
satisfacer nuestras necesidades o restricciones del diseo de
tuberas, por esta razn surge la necesidad de encontrar una
combinacin de bombas en un mismo sistema, las configuraciones
posibles de las bombas son en serie y en paralelo. Bombas en
serie.- Es un sistema que se selecciona cuando se desea elevar la
presin de descarga de la primera bomba a un nivel tal que pueda
vencer la carga de friccin, circulacin que presente el caudal
requerido, en otras palabras se utilizan cuando el caudal es
adecuado, pero el cabezal no es el suficiente, sus relaciones
matemticas tericas, predicen que:
= 1 = 2 = 1 + 2
Es decir la curva de trabajo de una bomba en serie se forma a
partir de las curvas de las 2 bombas que se conectaran, y esta
nueva curva se obtiene, manteniendo constante el Q y sumando los
cabezales correspondientes. Bombas en paralelo.- Es un sistema que
se selecciona cuando se desea lograr un caudal combinado superior
al que proporciona cada bomba en forma individual, puede ser igual
a la necesaria, o ligeramente menor, as se desea seguridad extra
contra una parada repentina de uno de los equipos. Se utiliza
cuando las bombas tienen el adecuado cabezal, pero su descarga no
es suficiente, al igual que en una bomba en serie, una bomba en
paralelo cumple con ciertas relaciones que permiten obtener su
curva caracterstica a partir de las bombas que se encuentren en el
sistema, en este caso sus relaciones son:
= 1 + 2
= 1 = 2 Equipos e Instrumentacin
Para la prctica utilizamos un dispositivo prediseado, denominado
Banco de bombas, de marca Gilkes, con nmero de serie CE41675,
modelo GH90, con un cdigo interno en ESPOL numero 03701. Este
equipo cuenta con 2 bombas centrifugas homologas que se pueden
hacer girar a diferentes revoluciones por segundo, a su vez el
sistema las acopla con las tuberas de tal forma que las bombas se
pueden combinar en serie y en paralelo, adems una de las bomba
tambin se puede utilizar como turbina. Ver anexo 1 se presentan
fotografas del equipo utilizado. Procedimiento Experimental
Antes de iniciar es necesario colocar a las bombas en las
revoluciones adecuadas de 2500 rpm para la bomba nmero 1, y de 1800
rpm para la bomba nmero 2, luego de esto se procede a cerrar todas
las caeras, dejando un conducto que le permita el movimiento del
fluido que pasa por la bomba nmero 1, variamos el caudal de
entrada, a 6 valores diferentes y en cada uno de ellos tomamos la
lectura del cabezal de entrada y descarga que se produce. A
continuacin se configuran las caeras de tal forma que se forme un
ducto para la otra bomba la numero 2, de igual forma se realizan
las variaciones en el caudal por 6 veces y se toman las mediciones
del cabezal, se realiza lo mismo para el caso de bombas en serie o
en paralelo, de igual forma se logra variando las intercepciones de
las vlvulas.
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Resultados
Para esta prctica los resultados obtenidos se grafican en dos
grficas, la de las bombas en serie, y la de las bombas en paralelo.
Los grficos cuentan con la lnea experimental resultante y la lnea
terica, sacada en base a la suma de las ecuaciones calculadas con
los datos experimentales para cada bomba, son del tipo Q vs. H.
Revisar el anexo 2, en l se encuentran los clculos realizados para
obtener las grficas descritas, revisar el anexo 3, para observar
las grficas obtenidas. Anlisis de los Resultados
Observando las grficas en el anexo 3, se observan en el mismo
plano, las curvas experimentales para la bomba 1 y bomba 2
trabajando individualmente, los resultados experimentales modelados
con una ecuacin matemtica, la curva terica obtenida en base a los
resultados evaluados para cada bomba individualmente, pero esta vez
trabajando en serie o en paralelo, y los datos experimentales
obtenidos para el sistema en conjunto trabajando en serie y en
paralelo. Como es evidente a simple vista se observa un error
gigante entre la curva terica para el conjunto en serie o en
paralelo, y la experimental en serie o paralelo respectivamente,
estos errores producidos se deben a que en teora la relacin terica
calcula es correcta, en el mundo real siempre se producen perdidas
de diferentes tipos, perdidas de cabezal entre una y otra bomba en
serie, disminucin del caudal entre la interfaz de las bombas en
serie, si el sistema se configura en paralelo en cambio, las
perdidas entre una y otra bomba no logran mantener un cabezal
uniforme, y las
perdidas entre una y otra no entregan la suma del caudal que
deberan, pero a pesar de esto, el error an no se puede justificar,
en base a esto se puede plantear que el banco de bombas en si es el
causante del error, los sensores del banco son muy imprecisos, no
por su naturaleza, sino por la constante vibracin a la que se
encuentran sometidos, debido a que se deben de cambiar de tubera a
tubera para poder tomar las mediciones, por el estado deteriorado
que tiene el otro sensor, sea como sea se logra obtener la relacin
bsica de las conexiones en serie y en paralelo, y como se observa
cuando se conecta en serie, el cabezal H se incrementa mientras que
el Q no sube en relacin al crecimiento de H, pero en paralelo
sucede todo lo contrario el Q sube dramticamente mientras que el
cabezal H no se incrementa en la misma relacin. En base a estas
consideraciones, la gran desviacin entre terico practico, tambin se
puede justificar por mala medicin en las bombas trabajando
individualmente, sea cual sea el caso los resultados encontrados a
simple vista satisfacen la relacin de las bombas trabajando en
serie o en paralelo. Conclusiones y Recomendaciones
Una vez finalizada la prctica, observamos que existen perdidas
en un sistema conectado en serie o en paralelo, pero que las
relaciones esperadas son aproximadamente iguales, sin duda el
estado deteriorado del banco y del sensor de movimiento, no nos
permite obtener unos resultados ms precisos acerca de las
relaciones entre terico practico de estos sistemas conectado en
serie o paralelo, pero es nos da un muy buen indicio de lo que
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sucede en realidad, que en la vida real siempre existirn
perdidas, y que para mejores precisiones de algn sistema es
necesario considerarlo como una sola bomba y sacarle sus curvas de
relacin. Estas relaciones tericas de los sistemas en serie y en
paralelo nos ofrecen un horizonte mximo de los resultados que se
esperan de la bomba. Es de suma importancia dar mantenimiento al
banco de bombas, realizar una nueva forma de adquirir los datos,
quiz el sensor
este en el estado previo a su destruccin o en su defecto la
forma analgica de presentar los datos se encuentre en condiciones
no optimas de medicin, agregando ms error a las mediciones.
Referencias Bibliogrficas/ Fuentes de Informacin
Gua de la prctica de bombas conectadas en serie y paralelo,
mecnica de fluidos II/ II trmino 2013-2014.
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Anexos
Anexo 1 Fotografas de equipos
Fig. 1 Panel de lecturas del banco de bombas.
Fig. 2 Bombas del banco y sus sistemas de alimentacin de
energa.
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Anexo 2 Clculos Realizados Con los datos experimentales
adquiridos procedemos a realizar los clculos necesarios, en este
caso solo debemos realizar la resta del cabezal de succin al de
descarga, en esta prctica se obtuvo un valor uniforme e igual a
cero del cabezal de succin, por lo tanto los datos obtenidos se
grafican directamente, los datos a graficar se detallan en la tabla
siguiente:
Tabla 1 Conversin del caudal medido en la placa orificio.
B1 B2 Serie Paralelo Q (lt/s) H (m) Q (lt/s) H (m) Q (lt/s) H
(m) Q (lt/s) H (m)
2,4 0 7,4 2 4,2 7,5 9,4 1 2,2 1 7 9 3,8 14 9 1,5 2 2 6,6 12 3,4
17 8,8 2
1,8 2,5 6,2 14 3 20 8,6 2,5 1,6 3 5,8 15 2,6 23 8,4 3 1,4 3,5
5,4 17 2,2 25 8,2 3,5
Tambin se determina la ecuacin terica con Excel, dichas
ecuaciones nos sirven para determinar las curvas tericas que
deberan de seguir nuestros resultados, para el caso en paralelo el
reemplazo es directo, se mantiene H y se suma el caudal Q, en
cambio en el caso en serie, se necesita despejar Q de la ecuacin, y
recordando la resolucin general de una ecuacin de segundo grado, se
obtienen valores para poder graficar. Las ecuaciones manipuladas
para obtener los grficos tericos fueron calculas por Excel, dichas
relaciones se observan en los grficos del siguiente anexo.
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Anexo 3 Grficas obtenidas
Grfica 1 H vs. Q del sistema te bombas en serie
Grfica 2 H vs. Q del sistema de bombas en paralelo
y = -0,0483x2 - 0,1146x + 2,391
y = -3,683x2 + 40,357x - 94,21
0
5
10
15
20
25
30
0 1 2 3 4 5 6 7 8
H [m
]
Q [lt/s]
H Vs. Q
B1
B2
En Serie
Teorica
y = -0,0483x2 - 0,1146x + 2,391
y = -3,683x2 + 40,357x - 94,21
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 2 4 6 8 10 12
Q [l
t/s]
H [m]
H Vs. Q
B1
B2
En Paralelo
Teorica
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