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1 LABORATORIO BOMBAS EN SERIE Y PARALELO

UNIVERSIDAD EAN

FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA QUÍMICA

LABORATORIO BOMBAS EN SERIE Y PARALELO

AUTORES DARLINE PEDRAZA SUAREZ ALFREDO ENRIQUE VILLADIEGO DEL VILLAR

DOCENTE HENRY TORRES POSADA

BOGOTA D.C 02/11/17

2 LABORATORIO BOMBAS EN SERIE Y PARALELO

Tabla de contenido 1. Resumen

3

2. Introducción

4

3. Objetivos

5

4. Marco teórico

6

5. Procedimiento

9

6. Resultados

12

7. Análisis de resultados

14

9. Conclusiones

18

10.

19

Referencias

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1. Resumen

Se dispone de dos bombas centrífugas idénticas. Conectadas entre sí por medio de un sistema de tubería, Los grifos de cierre incorporados permiten la operación de las bombas en serie y en paralelo. Los manómetros indican la presión correspondiente en todos los puntos importantes del sistema de tubería. En conjunción con un dispositivo de medición de caudal volumétrico, se pueden registrar las curvas características de las bombas. La instalación casi no requiere mantenimiento. Gracias a la robusta estructura, al igual que a los instrumentos de medición perfectamente visibles y al material didáctico previamente preparado. La instalación es ideal para su aplicación en las clases como equipo de demostración y para la realización de experimentos por parte de los estudiantes. Palabras clave: Manómetros, tubería, curvas, bombas, caudal.

Abstract

There are two identical centrifugal pumps available. Connected to each other by means of a pipe system, the built-in closing taps allow the operation of the pumps in series and in parallel. The pressure gauges indicate the corresponding pressure in all the important points of the pipe system. In conjunction with a volumetric flow measurement device, the characteristic curves of the pumps can be recorded. The installation requires almost no maintenance. Thanks to the robust structure, as well as to the perfectly visible measuring instruments and to the previously prepared teaching material. The installation is ideal for application in the classes as a demonstration team and for the realization of experiments by the students. Keywords: Manometers, pipes, curves, pumps, flow.

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2. Introducción

Las máquinas que realizan trabajo para mantener un fluido en movimiento se llaman bombas, soplantes, compresores, etc. La cantidad de trabajo suele representarse en las ecuaciones de flujo por el símbolo ¨W¨. Aquellas máquinas que absorben trabajo, W de un fluido en circulación, se denominan motores, turbinas, ruedas hidráulicas, molinos de viento, etc. Una bomba centrífuga consiste en un rodete o impulsor que gira dentro de una envoltura o carcasa. El rodete consiste en un cierto número de álabes o paletas, abiertos o encerrados en una corona, montados sobre un eje que sobresale de la carcasa. El eje de rotación de los rodetes se coloca horizontal o vertical, según el trabajo que haya de realizar. Los rodetes pueden de ser de simple aspiración o de doble aspiración, esto es, que el líquido entra por un costado solamente o por los dos costados. Las bombas centrífugas constituyen no menos del 80% de la producción mundial de bombas, porque es la más adecuada para manejar más cantidad de líquido que la bomba de desplazamiento positivo. Se aplica energía procedente de una fuente exterior al eje A que hace girar el rodete, B, dentro de la envoltura fija, C. Los álabes o paletas del rodete, al girar, producen un vacío parcial en la entrada o boca del rodete. Esto hace que el líquido entre en el rodete desde la tubería de aspiración, D. Este líquido es impulsado hacia afuera, a lo largo de las paletas, con una velocidad creciente. La carga de velocidad que ha adquirido cuando abandona los extremos de las aletas se transforma en carga de presión cuando el líquido pasa dentro de la cámara en voluta y sale de ésta por la descarga.

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3. Objetivos 

Entender el modo de operación en el sistema de bombas ya sea en serie o en paralelo.



Analizar las condiciones de succión y descarga, cabezales estáticos de succión y descarga.



Analizar el comportamiento en función del arreglo (serie o paralelo) y construir las curvas características, una vez conocido el principio de funcionamiento y las características de la bomba centrífuga.

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4. Marco teórico

Bombas centrifugas: EI funcionamiento de las bombas centrifugas se basa en el principio del flujo. Un medio de bombeo (agua) se pone en movimiento por medio del accionamiento de una rueda de paletas (1), con paletas curvadas, que gira dentro de una carcasa de forma helicoidal (2). El agua se acelera debido a la fuerza centrífuga y se dirige a la tubería bajo presión (3). EI agua así proyectada produce una sobrepresión negativa (depresión) en la boquilla de absorción (4) y el agua fluye a través de la tubería de absorción conectada. Según la naturaleza de la presión diferencial que se debe vencer, se emplean bombas centrifugas de una o de varias etapas. Las bombas centrífugas generan un caudal volumétrico uniforme, sin golpes de presión, por lo tanto, son las más empleadas para el bombeo de fluidos.

Curva característica de las bombas centrífugas: El caudal volumétrico bombeado depende de la presión que la bomba deba ejercer dentro de una red de tuberías. Si el valor de presión necesario es elevado, el caudal volumétrico que se presente será bajo. Con un bajo valor de presión de la bomba, el caudal volumétrico que se presenta es elevado. Estas relaciones se representan en la curva característica de la bomba, en donde la presión diferencial

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entre el lado de absorción y el de presión de la bomba ∆p se traza en función del caudal volumétrico V.

Conexión en serie de las bombas centrífugas. Las presiones de las bombas se suman, el caudal volumétrico no se modifica. La curva de la bomba se vuelve más empinada. Es válido: ∆Ptot = ∆P1 + ∆P2 En donde, ∆Pi-es la presión diferencial de la bomba i.

Conexión en paralelo de las bombas centrífugas: Los caudales volumétricos de las bombas se suman, la presión alcanzable de las bombas permanece igual. O expresado de otra manera: Con igual presión diferencial ∆p se puede bombear un mayor

caudal

Es válido: Qtot = Q1 + Q2

volumétrico

V.

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Capacidad de bombeo. La capacidad total P de la bomba se obtiene a partir del caudal volumétrico V y de la presión diferencial alcanzada ∆p entre el lado de presión y el de absorción de la bomba: P = ∆p*Q. (Peña, 2015)

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5. Procedimiento

Determinación del caudal volumétrico: La determinación del caudal volumétrico V es necesaria para la realización de todos los experimentos. Esto se puede realizar por medio del recipiente volumétrico del módulo básico HM 150. Para ello se recomienda medir el tiempo de llenado t necesario para el ascenso del nivel del agua de 5 a 10 litros (volumen W= 5 litros). El caudal volumétrico se obtiene por medio de Q = ∆V/t Puesta en servicio 

Colocar la instalación sobre el Banco Básico para Hidrodinámica HM 150,



Establecer el abastecimiento de agua: o

ya sea por medio del grifo de admisión del módulo básico HM 150 conectado a la boquilla de admisión (3)

o

O conectando una toma de agua potable a la boquilla de admisión (3)



Insertar el tubo de salida (19), incluido en el suministro, en la boquilla de salida (12) y conducirlo al recipiente de colección del módulo básico HM 150.

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Conexión en serie: 

Posicione el grifo de cierre del flujo paralelo.



Conectar ambas bombas (9,10) por medio del interruptor principal de la caja de distribución (11).



ajustar el caudal volumétrico deseado Q por medio del grifo de salida (8), asegurar un flujo de agua continuo en el depósito de almacenamiento



Registro de los valores de medida: Pabsorción1 en el lado de absorción de la bomba 1 (13) Ppresión1 en el lado de presión de la bomba 1(14) Pabsorción2 en el lado de absorción de la bomba 2 (15) Ppresión2 en el lado de presión de la bomba 2(16) caudal volumétrico Q



Repetir el proceso con diferentes caudales volumétricos Q

Conexión en paralelo: 

Conectar ambas bombas (9,10) por medio del interruptor principal de la caja de distribución (11).



ajustar el caudal volumétrico deseado Q por medio del grifo de salida (8), asegurar un flujo de agua continuo en el depósito de almacenamiento



Registro de los valores de medida: Pabsorción1 en el lado de absorción de la bomba 1 (13) Ppresión1 en el lado de presión de la bomba 1(14) Pabsorción2

en

el

lado

de

absorción

de

la

bomba

2

(15)

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Ppresión2 en el lado de presión de la bomba 2(16) Psalida en la salida (17) caudal volumétrico Q 

Repetir el proceso con diferentes caudales volumétricos Q

(Vento, 2015)

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6. Resultados

TABLAS DE DATOS Operación de una Bomba Ensayo No.

P succión (bar)

P Descarga (bar)

Tiempo (s)

1

-0.5

0.3

84

2

-0.45

0.4

100

3

-0.3

0.5

62

4

-0.2

0.2

14,45

Operación de dos Bombas en Serie Ensayo No.

P1 succión (bar)

P1 P2 Descarga succión (bar) (bar)

P2 Tiempo Descarga (s) (bar)

1

-0.25

0

-0.20

0

12,28

2

-0.60

0

-0.2

0.5

23,41

3

-0.45

0,1

-0.65

0

17,81

4

-0.2

0.3

-0.65

0

16,60

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Operación de dos bombas en Paralelo Ensayo No.

P1 succión (bar)

P1 P2 Descarga succión (bar) (bar)

P2 Tiempo Descarga (s) (bar)

1

-0.25

0

-0.2

0

8,89

2

-0.35

0

-0,3

0

9,08

3

-0.60

0

-0.5

0

11,58

4

-0.8

0

-0.65

0

17,29

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7. Análisis de resultados

TABLAS DE RESULTADOS Operación de una Bomba Q (l/s)

Cabeza total (m)

Operación de dos Bombas en Serie Q (l/s)

Cabeza total (m)

Operación de dos bombas en Paralelo Q (lps)

Cabeza total (m)

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GRAFICAS

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8. Cuestionario



Para una bomba, explique la diferencia entre potencia al freno y potencia útil, y defina también la eficiencia de la bomba en términos de estas cantidades.

Respuesta/ La potencia al freno o potencia de flecha es la potencia entregada por la bomba en el eje del rotor, en tanto que la potencia útil es la potencia absorbida del fluido por la bomba. Ambas potencias se relacionan a través de la eficiencia de la bomba. Eficiencia de la bomba: 𝐸𝐵𝑂𝑀𝐵𝐴 =

𝑃𝑃𝑂𝑇𝐸𝑁𝐶𝐼𝐴−𝐹𝑅𝐸𝑁𝑂 𝑃𝑃𝑂𝑇𝐸𝑁𝐶𝐼𝐴−𝑈𝑇𝐼𝐿

(Eriverac, 2013) 

Una bomba de agua incrementa la presión del agua a través de ella. Se supone que el agua es incompresible. Para cada uno de los tres casos listados a continuación, ¿cómo cambia la velocidad promedio del agua en la bomba? En particular, Vsalida ¿es menor, igual o mayor que Ventrada? Muestre sus ecuaciones y explíquelas.

Respuesta/ Para un fluido incompresible, la ecuación de continuidad del movimiento permanente y no permanente es: ∫ 𝑉̅ ∗ 𝑑𝐴̅ = 0 𝑆𝐶

Es decir, que también se puede usar la ecuación de Bernoulli para una línea de corriente, en el flujo permanente del líquido perfecto e incompresible. Cada término tiene unida des de energía por unidad de peso, es decir kg-m/kg. Los tres términos se consideran como energía utilizable.

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𝑃1 𝑉12 𝑃2 𝑉22 𝑧1 + + = 𝑧2 + + 𝛾 2𝑔 𝛾 2𝑔 Z=energía potencial del fluido por unidad de peso medida a partir de un nivel arbitrario llamado plano de referencia. 𝑉2 2𝑔 𝑃 𝛾

= energía cinética del fluido-por unidad de peso

= energía de presión del fluido por unidad de peso

Si además se considera que el líquido que circula es incompresible, que la velocidad media es representativa en cada sección, se tendrá, siempre pan flujo permanente y en una dirección X: ∑ 𝐹𝑋 = 𝑝 𝑄𝑉2𝑋 − 𝑝 𝑄𝑉1𝑋 Como en cada sección hay una distribución de velocidades es necesario corregir los flujos de cantidad de movimiento, de un modo similar a cómo se corrigen las alturas de velocidad. Se usa el coeficiente de Boussinesq B, cuyo valor, como el de 𝛼, depende únicamente de la distribución de velocidades en la sección. ∑ 𝐹𝑋 = 𝛽2 𝑝 𝑄𝑉2𝑋 − 𝛽1 𝑝 𝑄𝑉1𝑋 Lo que nos determinara si la velocidad de entrada es menor, igual o mayor que la velocidad de salida. (Morán, 1993)

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9. Conclusiones 

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 las bombas por separado y se encontró que los datos de presión y de caudal varían significativamente de una bomba a la otra, siendo estas de la misma referencia.



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.

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10. Referencias

Eriverac. (2013). Obtenido de http://docentes.uto.edu.bo Morán, W. C. (1993). Repositorio. Obtenido de http://repositorio.pucp.edu.pe Peña,

C. (29 de Marzo de 4122570.blogspot.com.co

2015).

Blogger.

Obtenido

de

http://lab1-

Vento, L. (2015). Dabras. Obtenido de http://dabras.com.co/hola-mundo/