Practik 6, Bombas Serie y Paralelo

8/3/2019 Practik 6, Bombas Serie y Paralelo

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ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL

LITORAL Practica de laboratorio de Mecánica de Fluidos.

29/08/2011BOMBAS EN SERIE Y PARALELO

John Alejandro Rayo Cedillo



John Alejandro Rayo C.

IntroducciónLas bombas proporcionan energía a los fluidos, y para su correcta aplicación se requiere de la

comprensión de sus características de funcionamiento a partir de curvas; así como del conocimiento

de los arreglos de éstas que son utilizados para satisfacer necesidades de gasto o de carga hidráulica.

Objetivo♦ Determinar y comparar las características de operación de bombas trabajando en serie y en

paralelo.

Fundamentos teóricosExisten ocasiones en que se hace necesaria (por los requerimientos propios de un sistema) la

utilización de más de una bomba para movilizar un fluido. Las razones pueden ser variadas:inconveniencia práctica de bombas demasiados grandes para mover mayores caudales, pérdidas de

presión a lo largo del sistema, necesidad de mantener instalaciones en stand-by.

Por tanto dos o más bombas pueden estar conectadas a un sistema en serie o en forma paralela. Una

bomba se conecta en serie a otra cuando se desea elevar la presión de descarga de la primera a unnivel tal que pueda vencer la carga (resistencia) que presenta el sistema a la recirculación de un

caudal requerido.

Dos bombas se conectan en paralelo cuando se desea lograr un caudal combinado superior al que

proporciona cada bomba en forma individual, sin tener que recurrir a equipos muy grandes. Sinembargo, la capacidad individual puede ser igual a la necesaria, o ligeramente menor, así se desea

seguridad extra contra una parada repentina de uno de los equipos.

En ambos casos el cabezal total que se entrega al sistema será la diferencia entre admisión y

descarga.

Ht = Hdes — Hadm

La operación en serie y en paralelo de dos o más bombas debe tener en cuenta las características

individuales de estas para que el sistema sea realmente eficiente, o de lo contrario será una pérdida

económica innecesaria. Dos bombas se deberán conectar en serie siempre que el caudal movilizadono sobrepase aquel al cual la bomba de menor cabezal individual tenga "Ht = 0", pues de lo

contrario la energía (cabezal) entregada al fluido será solo contribución de la bomba de mayor

cabezal individual. Dos bombas se deben conectar en paralelo siempre que el cabezal total

entregado, requerido por el sistema para funcionar sea menor que aquel que pueda entregar la

bomba de menor cabezal individual, pues de otra forma el caudal entregado será solo contribución

de la bomba de mayor cabezal individual. Ver gráficos.

Fuera de estas condiciones se está trabajando en una zona de disipación de energía, donde se

derrocha potencia instalada.




Leyes de afinidad en bombas

En ocasiones debe modificarse la velocidad de giro de una bomba, lo cual naturalmente tiene

efectos en el caudal, en la presión y en el consumo de potencia, y se rigen por las siguientes

relaciones:

El caudal varía proporcionalmente con la variación de la velocidad:

Q2/Q1 = RPM2/RPM1

La altura o presión varía con el cuadrado de la variación de velocidad:

H2/H1 = (RPM2/RPM1)2

La potencia consumida varía con el cubo de la variación de velocidad

HP2/HP1 = (RPM2/RPM1)3

También se pueden efectuar modificaciones a los diámetros de los rodetes, que tienen los mismos

efectos que las variaciones de velocidad, siendo las relaciones:

El caudal varía proporcionalmente con el cambio de diámetro:

Q2/Q1 = D2/D1

La altura o presión varía con el cuadrado del cambio de diámetro:

H2/H1 = (D2/D1)2

La potencia consumida varía con el cubo del cambio de diámetro:

HP2/HP1 = (D2/D1)3

En las relaciones anteriores Q, H, HP y D, representan caudal, presión, potencia y diámetro del

rodete para dos condiciones de operación, indicadas con los subíndices 1 y 2 respectivamente.

Descripción del equipoEl sistema consiste básicamente en dos bombas centrifugas homologas que operan en un circuito cerrado.Ellas pueden ser estudiadas trabajando individualmente, en serie o en paralelo.

La bomba N. 1 tiene un rango de velocidad de 0 a 3000 r.p.m. y la bomba N. 2 es reversible, es decir, puede

trabajar como bomba y como turbina, y tiene un rango de velocidad de 0 a 2500 r.p.m.

Procedimiento experimentalOperación en serie.

1. Incremente suavemente la velocidad de la bomba N. 1 hasta 2500 r.p.m. aproximadamente.

2. Colocar la válvula en posición de trabajo para conexión en serie.

3. Incremente suavemente la velocidad de la bomba N. 2 hasta 1800 r.p.m. a la vez que sube la de la

bomba N. 1 hasta 2500 r.p.m..

EQUIPO BANCO DEBOMBA

MARCA GILKES

SERIE CE 4167E

MODELO GIL 90

CÓDIGO ESPOL 01701




4. El caudal se regula mediante la válvula (4), y para cada posición de ésta controle que la velocidad de

la bomba se mantenga constante. Se toma lecturas de cabezal de entrada y salida (succión de la

bomba N. 1 y descarga de la bomba N. 2), y caudal para ocho posiciones de la válvula de descarga.

Operación en paralelo.1. Cebar la bomba N. 2 mediante la bomba N. 1.

2. Poner a funcionar las dos bombas en forma simultánea (con sus respectivas válvula de descarga

abiertas) hasta 1000 r.p.m. aproximadamente.

Datos y cálculos

Tablas de Datos:

Bomba N 1 n= 2500r.p.m

Q

[LT/S]Hadm

[m]Hdes [m]

Ht [m]

3.6 -1 12.5 13.5

3 -1 15 16

2.4 -1 18 19

1.8 -1 21 22

1.2 -1 23 24

0.6 -1 20 21Tabla1. Dato individual de la bomba N 1

Bomba N 2 n= 1800r.p.m

Q

[LT/S]Hadm

[m]Hdes [m]

Ht [m]

1.2 -1 2.5 3.5

1 -1 4 5

0.8 -1 5 6

0.6 -1 6 7

0.4 -1 7 8

0.2 -1 6 7Tabla2. Dato individual de la bomba N° 2

Bomba N 1y N 2 en paralelo

Q

[LT/S]Hadm

[m]Hdes [m]

Ht [m]

4.4 -1 5.5 6.5

3.8 -1 7 8

3.2 -1 11 12

2.6 -1 14 15

2 -1 17.5 18.5

1.4 -1 21 22

0.8 -1 24 25

0.2 -1 26 27

Tabla3. Datos del circuito en paralelo

Bomba N 1y N 2 en serie

Q

[LT/S]Hadm

[m]Hdes [m]

Ht [m]

2.2 -0.5 3 3.5

2 -0.5 19 19.5

1.8 -0.5 20 20.5

1.6 -0.5 23.5 24

1.4 -0.5 26.5 27

1.2 -0.5 29 29.5

1 -0.5 31 31.5

0.8 -0.5 33 33.5

0.6 -0.5 33 33.5Tabla4. Datos del circuito en serie

Para encontrar los H1 y H2 calculamos en laecuación respectiva de cada bomba, para el

mismo caudal.

El cabezal de inicial de cada bomba es:

H1 (0)=13.4 [m]

H2 (0)=6.75 [m]

Para encontrar los Q1 y Q2 calculamos en la

ecuación respectiva de cada bomba.




El caudal para el cabezal máximo de cada

bomba es:Q1max = 30 [gpm]

Q2max = 5[gpm]

Calculo para conexión en serie:

Hacemos solo cálculo para un caudal teniéndolo como calculo representativo

Para obtener el Hteorico

Datos:

Q=0.0114ft 3 /seg

= 0.95 x10-5

ft 2 /seg a T=80

0F

H fT =h f1+h f2

Con D=1plg

Observando moody…..f=0.029

x0.029

Con D=3/4plg

Observando moody…..f=0.026

x0.029

H fT =h f1+h f2=5.35+1.42=6.77




Calculo de perdidas por accesorios:

Valores D K para accesorios

T=1

Codo=0.5

Válvula compuerta: 0.8

( )

H T =0.156+6.77=6.92

Caudal H experimental H teorico % error

310 11.75 6.77 42.38%

270 9.125 5.37 41.15% 240 6.5 4.88 24.92%

190 4.5 2.9 35.55%

110 0.875 0.55 17.5%

Calculo para conexión en Paralelo :

Hacemos solo cálculo para un caudal teniéndolo como calculo representativo

Para obtener el Qteorico

Datos:

H=20 plg

= 0.95 x10-5

ft 2 /seg a T=80

0F

QT =Q1+Q2

Con D=1/2plg

Asumimos:

- f 1=0.02

√ √




V1=6.68 ft/seg

Q1=6.68x 9.1x10-3 ft3 /seg

Observamos en moody:

F2=0.022

√ √

V2=6.37 ft/seg

Q2=6.37x 8.01x10-3 ft3 /seg


F3=0.024

√ √

V2=6.1 ft/seg

Q3=6.1x 7.7x10

-3ft

3 /seg

Q3=208.42 Gal/h

Con D=3/8plg

Asumimos:

- f 1=0.02




√ √

V1=5.8 ft/seg

Q1=5.8x 4.43.1x10-3 ft3 /seg


F2=0.027

√ √

V2=4.98 ft/seg

Q2=4.98x 3.7x10

-3ft

3 /se


F3=0.028

√ √

V2=4.87 ft/seg

Q3=4.87x 3.73x10-3

ft3

/se

Q3=90.75 Gal/h

Caudal Neto:

QT =100.75+298.42




Q t=299.17

H Qexperimental Qteorico % error

20 310 299.17 3.43%

15.25 270 255,78 5.3%

11.5 240 217,48 9.38%7 190 176,46 7.12%

1.875 110 98,59 10.37%

Análisis de los Resultados De acuerdo a los resultados el sistema en serie es mas eficiente que el de paralelo ya que en

serie las perdidas con el mismo caudal son menores que las en paralelo.

Con caudales menores el sistema es mas eficiente para los dos arreglos.

Donde pudimos encontrar las perdidas mayores fue en la válvula de compuerta.

En el grafico en serie, se observa que el experimental es mayor que al teórico; en cambio en

el paralelo el teórico es mayor que el experimental

Conclusiones

Las pérdidas que se obtuvieron en la conexión en paralelo fueron relativamente mayores

que las de conexión en serie, esto se debe a que eran de diámetro menor, por lo tanto la

rugosidad relativa no es despreciable.

En estos sistemas las fugas toman un papel importante por lo cual se las debe evitar.

La conexión en serie muestra altos errores debido a la suma de las perdidas por accesorios y

fugas.

En el de paralelo presenta menor error ya que se consideraron perdidas por fricción y las

fugas

Recomendaciones

Tener cuidado en la toma de datos.

Purgar el sistema antes de cada lectura del cabezal.

Eliminar en lo posible las fugas para evitar pérdidas y en todo caso siempre tomarlas en

cuenta.

Referencias Bibliográficas/ Fuentes de Información

FIMCP, Guía de Laboratorio de Mecánica de Fluidos, Primera Edición, 2002, ESPOL.

B. Munson, D. Young and T. Okiishi, Fundamentos de Mecánica de Fluidos, 2006, Limusa

Wiley




Gráficos

Grafica 1: H vs Q del sistema en serie

Grafica 2: H vs Q del sistema en Paralelo

0

2

4

6

8

10

12

14

0 100 200 300 400

C a b e z a l [ p l g ]

Caudal [Gal/h]

H vs Q

Experimental

Teorico

0

5

10

15

20

25

0 100 200 300 400

C a b e z a l [ p l g ]

Caudal [Gal/h]

H vs Q

Experimenta

l




N = -9E-05n2 + 0,2485n- 95,6

N = -8E-05n2 + 0,1702n - 20,916

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

300.0 800.0 1300.0 1800.0 2300.0

%

rpm

Eficiencia vs n

100%

25%

Poly. (100%)

Poly. (25%)

P = -0,0005n2 + 1,2848n - 517,4

P = -0,0001n2 + 0,3148n- 38,697

0.0

50.0

100.0

150.0

200.0

250.0

300.0

350.0

400.0

300.0 800.0 1300.0 1800.0 2300.0

W a t t s

rpm

P vs n

100%

25%

Poly. (100%)

Poly. (25%)




Q = -1E-06n2 + 0,003n + 6,7263

Q = -2E-07n2 - 0,0002n + 5,9089

0.000

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

8.000

9.000

10.000

0 1000 2000 3000 4000

f t 3 / s e g

rpm

Q vs n

100%

50%

Poly. (100%)

Poly. (50%)

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

250.0 750.0 1250.0 1750.0 2250.0 2750.0

f t 3 / s e g

rpm

Q vs n

100%

25%

Poly. (100%)

Poly. (25%)




P = -0,0001n2 + 0,5164n - 112,69

P = -6E-05n2 + 0,2199n - 20,473

-

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

350.00

400.00

0 1000 2000 3000 4000

W a t t s

rpm

P vs n

100%

50%

Poly. (100%)

Poly. (50%)

N = -2E-05n2 + 0,0892n- 20,256

N = -2E-05N2 + 0,0741xN- 14,442

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

80.00

0 1000 2000 3000 4000

%

rpm

Eficiencia vs n

100%

50%

Poly. (100%)

Poly. (50%)

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