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BOMBAS EN SERIE Y PARALELO Jennyfer Dayana Rivera Amaya Cod. 1611227 Neftali Moreno Perez Cod. 1611349 Mecánica de Fluidos. Ingeniería biotecnológica- Universidad Francisco de Paula Santander

1. OBJETIVOS. Conocer la importancia de la disposición de los circuitos de bombas en serie y paralelo para un sistema hidráulico. 1.2 objetivos específicos.  Identificar las condiciones de funcionamiento y operación para los diferentes circuitos.  Determinar la altura, caudal, potencia consumida, potencia hidráulica, rendimiento y cabeza neta de succión positiva para circuitos de bombas en serie y paralelo.  Indicar e interpretar el mejor rendimiento de la disposición y aplicación ya sea por elevación o extensión. 2. INTRODUCCIÓN. Una bomba hidráulica o bomba de agua es una máquina generadora que transforma la energía con la que es accionada (generalmente energía mecánica) en energía del fluido incompresible que mueve. El fluido incompresible puede ser líquido o una mezcla de líquidos y sólidos como puede ser el hormigón antes de fraguar o la pasta de papel. Al incrementar la energía del fluido, se aumenta su presión, su velocidad o su altura, todas ellas relacionadas según el principio de Bernoulli. En general, una bomba se utiliza para incrementar la presión de un líquido añadiendo energía al sistema hidráulico, para mover el fluido de una zona de menor presión a otra de mayor presión. Existe una ambigüedad en la utilización del término bomba, ya que generalmente es utilizado para referirse a las máquinas de fluido que transfieren energía, o bombean fluidos incompresibles, y por lo tanto no alteran la densidad de su fluido de trabajo, a diferencia de otras máquinas como lo son los compresores, cuyo campo de aplicación es la neumática y no la hidráulica. Pero también es común encontrar el término bomba para referirse a máquinas que bombean otro tipo de fluidos, así como lo son las bombas de vacío o las bombas de aire. 3. BASE TEÓRICA. Se pueden arreglar dos o más bombas para la operación en paralelo o en serie para lograr una amplia gama de requerimientos de la manera más económica. Si las bombas están ampliamente separadas, como es el caso de dos o más bombas a intervalos igualmente espaciados a lo largo de una tubería, se pueden generar serías condiciones transitorias de presión por procedimientos inadecuados de arranque o de parada. Operación Paralela. La operación en paralelo de dos o más bombas es un método común para llenar los requisitos cuando varía la capacidad. Arrancando solo aquellas bombas que se necesitan para cumplir la demanda, normalmente se pueden lograr la operación cerca de la máxima eficiencia. Las características de carga-capacidad de las bombas no necesitan ser idénticas, pero las características inestables pueden dar problema, a menos que se pueda asegurar la operación sólo en la parte estable de la curva característica. Las bombas múltiples en una estación sirven de repuesto para casos de emergencia y para el tiempo de inactividad durante el mantenimiento y reparación. La posibilidad de mover dos bombas con un solo motor siempre debe considerarse, ya que normalmente es posible mover las bombas pequeñas a velocidades alrededor del 40% mayores que una sola bomba del

doble de tal capacidad. El ahorro en costo de motor de mayor velocidad puede desplazar fácilmente el incremento en costo de dos bombas y dar flexibilidad adicional de operación. La carga del sistema consiste de la carga estática Hs y la suma Ht de la carga por fricción en la tubería y la perdida de carga en las válvulas y conexiones. Las curvas carga-capacidad de las diversas bombas se trazan en el mismo diagrama y sus intersecciones con la curva de carga del sistema muestran posibles puntos de operación. Añadiendo las capacidades de las diversas combinaciones de bombas para tantos valores de la carga como sean necesarios, se trazan las curvas combinadas carga-capacidad. La intersección de cualquier curva H-Q combinada con la curva de carga del sistema, es un punto de operación. La eficiencia total n de las bombas en paralelo está dada por: 𝑆𝑥𝐻 𝑋 (Ʃ𝑄𝑥Ʃ𝑃) 3960 Donde: S: densidad relativa del fluido H: carga en pies. Ʃ𝑄: Suma de las capacidades de las bombas en gpm. Ʃ𝑃: Potencial total suministrada a la bomba en HP.

Esquema de un sistema de bombas centrífugas en paralelo.

Bombas en 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 de HD/3 en cada bomba. Una curva H/Q combinada típica se muestra en la figura 8b. La interacción de este arreglo con el sistema se muestra en la figura 9b. Como en el caso de operación en paralelo la descarga total no se incrementa proporcionalmente con el número de bombas. Las bombas en serie son más adecuadas en sistemas con una curva de resistencia alta, por ejemplo, con alto contenido de fricción.

Figura 8b.

Figura 9b.

La eficiencia total n de las bombas en serie está dada por: 𝑆𝑥𝐻 𝑋 (Ʃ𝑄𝑥Ʃ𝑃) 3960 Donde: S: densidad relativa del fluido H: carga en pies. Ʃ𝑄: Suma de las capacidades de las bombas en gpm. Ʃ𝑃: Potencial total suministrada a la bomba en HP.

Esquema de un sistema de bombas centrífugas en serie

4. MATERIALES Y PROCEDIMIENTO.  Banco para estudio de bombas en serie y paralelo.  Cronómetro.  Matraz aforado.

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Depósito. Rebosadero. Toma deagua. Grifo de bola. Bomba. Interruptoras de bombas. Desague. Manómetro.

PROCEDIMIENTO. 1. Observar las condiciones de seguridad y manejo para la puesta enarcha del equipo. 2. Verificar que existan las condiciones de energía eléctrica requerida para poner en funcionamiento el equipo y conectar. 3. Tener toodas las valvulas cerradas, utilizamos primero una sola bomba. Conectamos la bomba 1 por medio del interruptor principal, la bomba 2 debe permanecer desconectada. 4. Se tiene la valvula de descargue totalmente abierta. 5. Se toman las lecturas de presión de succión y descarga. 6. Luego de mide el caudal tomando como volumen en litros con tres lecturas de tiempo. 7. Se repite el proceso con tres caudales. 8. Se abre la valvula para conectar las dos bombas en serie y se cierra la valcula para una sola bomba. 9. se conectan las dos bombas al interruptor principal. 10. Se tiene la valvula de descargue totalmente abierta. 11. Se toman las lecturas de presión de succión y de descargue en ambas bombas y en el manometro total. 12. Luego se mide el caudal tomado como volumen en litros con tres lecturas de tiempos. 13. Se repite el proceso para varios caudales.

5. RESULTADOS.

Datos obtenidos tabla 1 Tipo de conexión

Presión de succión (bar)

Una sola bomba

0 0 0 0 0 0 0

Presión de descarga (bar) 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

Calculo de los caudales 𝑸=

𝑽𝒐𝒍 𝒕

𝑄1 =

0,002m3 4,18 𝑠𝑒𝑔

𝑸𝟏 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟒𝟕𝟖𝐦𝟑 /𝒔𝒆𝒈

Datos obtenidos tabla 1

𝑄2 =

𝑄3 = 𝑄4 = 𝑄5 = 𝑄6 =

0,002m3 4,23 𝑠𝑒𝑔

0,002m3 4,57 𝑠𝑒𝑔 0,002m3 5,34 𝑠𝑒𝑔 0,002m3 6,34 𝑠𝑒𝑔 0,002m3 7,82 𝑠𝑒𝑔 0,002m3

𝑄7 = 11,44 𝑠𝑒𝑔

𝑸𝟐 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟒𝟕𝟐𝐦𝟑 /𝒔𝒆𝒈

𝑸𝟑 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟒𝟑𝟕𝐦𝟑 /𝒔𝒆𝒈 𝑸𝟒 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟑𝟕𝟒𝐦𝟑 /𝒔𝒆𝒈 𝑸𝟓 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟑𝟏𝟓𝐦𝟑 /𝒔𝒆𝒈 𝑸𝟔 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟐𝟓𝟓𝐦𝟑 /𝒔𝒆𝒈 𝑸𝟕 = 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟏𝟕𝟒𝐦𝟑 /𝒔𝒆𝒈

Amperaje (A)

Tiempo (s)

Volumen(L)

5 5,1 5,2 5,4 5,5 5,7 6,1

4,18 4,23 4,57 5,34 6,34 7,82 11,44

2

Se calculó el cabezal total para el sistema 𝟐 𝑸 𝟐 ) − (𝑨 ) 𝐒 𝐃𝐞𝐬 𝐒 𝐒𝐮𝐜 + 𝚫𝒛 donde: 𝟐𝐠 ]

(𝑨

𝑷𝐃 − 𝑷𝐒 𝑯=( )+ 𝝆𝐠 [

𝑷𝐒 : Presión tubería de succión 𝑷𝐃 : Presión tubería de descarga 𝝆: Densidad del fluido, [kg⁄m3 ] 𝑸: Caudal volumétrico, [m3 ⁄s] 𝑯: Cabezal, [m] 𝚫𝒛: Cambio de altura [m] 𝐠: Gravedad, [m⁄s 2 ]

𝑷: Presión, [kPa] {

𝑸

{ Dónde: 𝚫𝒛=0 v= constante Quedando=

𝑷𝐃 −𝑷𝐒

𝑯=(

𝝆𝐠

) 𝟎 − 𝟎𝒌𝒑𝒂 𝑯𝟏 = ( ) = 𝟎𝒎 𝟗. 𝟖𝟏 𝐤𝐍⁄𝐦𝟑 𝑯𝟐 = (

𝟓𝟎 − 𝟎𝒌𝒑𝒂 ) = 𝟓, 𝟎𝟗𝒎 𝟗. 𝟖𝟏 𝐤𝐍⁄𝐦𝟑

𝑯𝟑 = (

𝟏𝟎𝟎 − 𝟎𝒌𝒑𝒂 ) = 𝟏𝟎, 𝟏𝟗𝒎 𝟗. 𝟖𝟏 𝐤𝐍⁄𝐦𝟑

𝑯𝟒 = (

𝟏𝟓𝟎 − 𝟎𝒌𝒑𝒂 ) = 𝟏𝟓, 𝟐𝟗𝒎 𝟗. 𝟖𝟏 𝐤𝐍⁄𝐦𝟑

𝑯𝟓 = (

𝟐𝟎𝟎 − 𝟎𝒌𝒑𝒂 ) = 𝟐𝟎, 𝟑𝟖𝒎 𝟗. 𝟖𝟏 𝐤𝐍⁄𝐦𝟑

𝑯𝟔 = (

𝟐𝟓𝟎 − 𝟎𝒌𝒑𝒂 ) = 𝟐𝟓, 𝟒𝟖𝒎 𝟗. 𝟖𝟏 𝐤𝐍⁄𝐦𝟑

𝑯𝟕 = (

𝟑𝟎𝟎 − 𝟎𝒌𝒑𝒂 ) = 𝟑𝟎, 𝟓𝟖𝒎 𝟗. 𝟖𝟏 𝐤𝐍⁄𝐦𝟑

Se calculó la potencia hidráulica

𝑷𝑯𝒊𝒅𝒓𝒂𝒖𝒍𝒊𝒄𝒂 = 𝝆 ∙ 𝐠 ∙ 𝑸 ∙ 𝑯

donde:

𝝆: Densidad del fluido, [kg⁄m3 ] 𝐠: Gravedad, [m⁄s2 ] 𝑸: Caudal volumétrico, [m3 ⁄s] { 𝑯: Cabezal, [m]

𝑷𝑯 𝟏 = 𝟗, 𝟖𝟏 𝐤𝐍⁄𝐦𝟑 ∗ 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟒𝟕𝟖𝐦𝟑 /𝒔𝒆𝒈 ∗ 𝟎𝒎 =0 𝐊𝐍 ∗ 𝐦⁄𝐬 𝑷𝑯 𝟐 = 𝟗, 𝟖𝟏 𝐤𝐍⁄𝐦𝟑 ∗ 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟒𝟕𝟐𝐦𝟑 /𝒔𝒆𝒈 ∗ 𝟓, 𝟎𝟗𝒎 =0,023 𝐊𝐍 ∗ 𝐦⁄𝐬 𝑷𝑯 𝟑 = 𝟗, 𝟖𝟏 𝐤𝐍⁄𝐦𝟑 ∗ 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟒𝟑𝟕𝐦𝟑 /𝒔𝒆𝒈 ∗ 𝟏𝟎, 𝟏𝟗𝒎 =0,043 𝐊𝐍 ∗ 𝐦⁄𝐬 𝑷𝑯 𝟒 = 𝟗, 𝟖𝟏 𝐤𝐍⁄𝐦𝟑 ∗ 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟑𝟕𝟒𝐦𝟑 /𝒔𝒆𝒈 ∗ 𝟏𝟓, 𝟐𝟗𝒎=0,056 𝐊𝐍 ∗ 𝐦⁄𝐬 𝑷𝑯 𝟓 = 𝟗, 𝟖𝟏 𝐤𝐍⁄𝐦𝟑 ∗ 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟑𝟏𝟓𝐦𝟑 /𝒔𝒆𝒈 ∗ 𝟐𝟎, 𝟑𝟖𝒎 =0,062 𝐊𝐍 ∗ 𝐦⁄𝐬 𝑷𝑯 𝟔 = 𝟗, 𝟖𝟏 𝐤𝐍⁄𝐦𝟑 ∗ 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟐𝟓𝟓𝐦𝟑 /𝒔𝒆𝒈 ∗ 𝟐𝟓, 𝟒𝟖𝒎 =0,063 𝐊𝐍 ∗ 𝐦⁄𝐬 𝑷𝑯 𝟕 = 𝟗, 𝟖𝟏 𝐤𝐍⁄𝐦𝟑 ∗ 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟏𝟕𝟒𝐦𝟑 /𝒔𝒆𝒈 ∗ 𝟑𝟎, 𝟓𝟖𝒎 =0,052 𝐊𝐍 ∗ 𝐦⁄𝐬

Se calculó la potencia mecánica= potencia eléctrica

𝑷𝒆𝒍é𝒄𝒕𝒓𝒊𝒄𝒂 = 𝑰 ∙ 𝑽

donde:

𝑃𝑒𝑙é𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 : Potencia electrica suministrada a la Bomba, [W] { 𝐼: Intesidad de correinte, [A] 𝑉: Voltaje [V]

𝑷𝒆 𝟏 = 𝟓 ∗110=550w 𝑷𝒆 𝟐 = 𝟓, 𝟏 ∗110=561w 𝑷𝒆 𝟑 = 𝟓, 𝟐 ∗110=572w 𝑷𝒆 𝟒 = 𝟓, 𝟒 ∗110=594w 𝑷𝒆 𝟓 = 𝟓, 𝟓 ∗110=605w 𝑷𝒆 𝟔 = 𝟓, 𝟕 ∗110=627w 𝑷𝒆 𝟕 = 𝟔, 𝟏 ∗110=671w

Finalmente, la ecuación para determinar la eficiencia de cada bomba es la siguiente

𝜼= ( 𝟎𝒘

𝜼𝟏 = (𝟓𝟓𝟎𝒘) ∙ 𝟏𝟎𝟎 =0 𝟎,𝟎𝟐𝟑𝒘

𝜼𝟐 = ( 𝟓𝟔𝟏𝒘 ) ∙ 𝟏𝟎𝟎 =0,00409 𝟎,𝟎𝟒𝟑𝒘

𝜼𝟑 = ( 𝟓𝟕𝟐𝒘 ) ∙ 𝟏𝟎𝟎 =0,00751 𝟎,𝟎𝟓𝟔𝒘

𝜼𝟒 = ( 𝟓𝟗𝟒𝒘 ) ∙ 𝟏𝟎𝟎 =0,00942 𝟎,𝟎𝟔𝟐𝒘

𝜼𝟓 = ( 𝟔𝟎𝟓𝒘 ) ∙ 𝟏𝟎𝟎 =0,0102 𝟎,𝟎𝟔𝟑𝒘

𝜼𝟔 = ( 𝟔𝟐𝟕𝒘 ) ∙ 𝟏𝟎𝟎 =0,0100 𝟎,𝟎𝟓𝟐𝒘

𝜼𝟕 = ( 𝟔𝟕𝟏𝒘 ) ∙ 𝟏𝟎𝟎 =0,00774

𝑷𝑯𝒊𝒅𝒓𝒂𝒖𝒍𝒊𝒄𝒂 ) ∙ 𝟏𝟎𝟎 𝑷𝒆𝒍𝒆𝒄𝒕𝒓𝒊𝒄𝒂

Resultados Tabla 2 Tipo de conexión

Tiempo (s)

Caudal (𝐦𝟑 /𝒔𝒆𝒈)

H bomba

Una sola bomba

4,18 4,23 4,57 5,34 6,34 7,82 11,44

𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟒𝟕𝟖 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟒𝟕𝟐 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟒𝟑𝟕 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟑𝟕𝟒 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟑𝟏𝟓 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟐𝟓𝟓 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟏𝟕𝟒

𝟎 𝟓, 𝟎𝟗 𝟏𝟎, 𝟏𝟗 𝟏𝟓, 𝟐𝟗 𝟐𝟎, 𝟑𝟖 𝟐𝟓, 𝟒𝟖 𝟑𝟎, 𝟓𝟖

Potencia mecánica (W) 550 561 572 594 605 627 671

Potencia Eficiencia hidráulica (%) (W) 0 0 0,023 0,00409 0,043 0,00751 0,056 0,00942 0,062 0,0102 0,063 0,0100 0,052 0,00774

H bomba vs Q 35 30,58 H bomba

30 25,48

Lineal (H bomba)

H bomba(m)

25 20,38 20 15,29 15 10,19 10 5,09 5 0 0 0

0,0001

0,0002

0,0003

0,0004

0,0005

0,0006

Q(𝐦^𝟑/𝒔𝒆𝒈)

Pm vs Q 800 671

700

627

605

594

P mecanica (W)

600

572 561 550

500 400

P mecanica

300 200 100 0 0

0,0001

0,0002

0,0003

Q(𝐦^𝟑/𝒔𝒆𝒈)

0,0004

0,0005

0,0006

n vs Q 0,012 0,01

0,00942

0,01 0,00774

0,008

n(%)

n

0,0102

Lineal (n) 0,00751

0,006 0,00409 0,004 0,002 0 0 0

0,0001

0,0002

0,0003

0,0004

0,0005

0,0006

Q(𝐦^𝟑/𝒔𝒆𝒈)

6. DISCUSIÓN Es posible concluir que a mayor flujo disminuye la cabeza de la bomba. Es decir, que la bomba puede mover el líquido en cuestión (agua) una distancia mayor si el flujo del mismo es bajo. Se conoce el procedimiento a seguir para la conexión correcta de las bombas ya sea para utilizarlas en serie o en paralelo. Además se determina el comportamiento del fluido después de pasar por determinada configuración de las bombas, pudiendo así determinar las curvas de comportamiento de las bombas centrífugas. Se hicieron mediciones de la bomba por separado y se encontró que los datos de presión y de caudal varían significativamente de una bomba. Además se encuentran algunos errores causados por los elementos de medición como los son los manómetros, ya que tienen una resolución muy amplia para medir con exactitud los datos que se deben tomar a lo largo de la práctica. 7. CONCLUSIÓN. A partir de los resultados obtenidos es posible afirmar que los objetivos de la práctica se cumplieron, pues no solo se comprendieron los fundamentos teóricos respecto a las bombas, sino que fue posible trazar las respectivas curvas para cada uno de los arreglos. Se encontró que algunos resultados distan de los modelos esperados, ya que se observaron tendencias con un comportamiento no homogéneo, estas desviaciones pueden deberse al mal estado en el que se encontraban las bombas, además de los posibles agentes perturbadores presentes en el fluido. Se recomienda realizar mantenimientos periódicamente al equipo empleado en el desarrollo de la experiencia, sobre todo a las bombas, ya que esto podría garantizar la obtención de menores márgenes de error. Del mismo modo, se recomienda suministrar datos más precisos respecto a las especificaciones físicas del equipo y su modo de operación.

BIBLIOGRAFIA. 

https://previa.uclm.es/area/ing_rural/Hidraulica/Temas/Tema13.pdf



https://prezi.com/7yqbbaj52mpt/bombas-en-serie-y-paralelo/



https://www.academia.edu/6625553/Bombas_en_serie_y_paralelo



https://es.slideshare.net/verytomaca/sistema-de-bombas-en-serie-y-paralelo-1