Mecánica De Fluidos, Noviembre del 2012
ARREGLO DE BOMBAS CENTRÍFUGAS EN SERIE Y PARALELO Chavarro Harlam – Molina Bladimir – Pérez Juan – Sierra Daniel
Universidad del Atlántico Facultad de Ingeniería Mecánica
Resumen En esta experiencia experiencia se observa el trabajo trabajo realizado con con bombas centrifugas, centrifugas, analizando sus comportamientos comportamientos y funciones de cada una una por separado separado y luego en conjunto, conjunto, tanto en serie como instaladas instaladas en paralelo. paralelo. Los cálculos, los procedimientos, procedimientos, tablas, gráficos, las teorías utilizadas y las conclusiones conclusiones realizadas realizadas encuentran encuentran de manera organizada y detallada en el cuerpo del informe.
se
Palabras Palabras Claves Bomba centrifuga, Circuito en serie y paralelo, Cabeza de presión, Caudal, Eficiencia, Ecuación de Bernoulli.
1. Introdu cc ión El modo de funcionamiento de una bomba centrifuga comienza cuando el fluido entra por el centro del rodete, el cual dispone de unos álabes para conducir el fluido, y por efecto de la fuerza centrífuga 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 el sistema de tuberías de salida, el siguiente rodete se basa en la ecuación de Euler y su elemento transmisor de energía se denomina impulsor y es este elemento el que comunica energía al fluido en forma de energía cinética.
Un equipo de bombeo es un transformador de energía, recibe la energía mecánica que puede proceder de un motor eléctrico, una turbina de vapor y otros medios para transformarla en energía de presión, la cual es aprovechada por un fluido para obtener movimiento. Las bombas centrífugas son bombas dinámicas que funcionan mediante rotores, los cuales giran a altas revoluciones y están acoplados directamente a un motor de accionamiento dentro de una carcasa cerrada con dos orificios, uno de succión colocado contiguamente al eje de giro y uno de descarga colocado tangencialmente y normalmente hacia arriba respecto del rotor. El material de construcción utilizado en estas bombas es el acero inoxidable.
Las bombas armadas con circuito en serie, son utilizadas para aumentar la altura de servicio del sistema, mientras que las armadas en paralelo ayudan a aumentar el caudal.
1
____________________________________________________________________________________________________________________________
2. Formulas y teorías Utilizando la ecuación general de energía que expresa la igualdad de la energía de entrada con la de salida de un sistema determinado, teniendo en cuenta las perdidas generadas por las tuberías, turbinas o bombas en el transcurso del proceso.
Finalmente para calcular la eficiencia de la bomba se recurre a la siguiente ecuación:
Se procede a calculamos la cabeza de presión con el fin de determinar la potencia hidráulica de las bombas para cada caso.
Dónde:
: Eficiencia porcentual de la bomba. : Potencia hidráulica.
: Potencia del eje.
De la ecuación anterior podemos despreciar las pérdidas por fricción y ocasionadas por accesorios de las tuberías , la energía retirada es cero ya que en el sistema no interviene una turbina, también se desprecia el diferencial de altura ya que es muy insignificante, las velocidades son despreciables de igual manera. Por tanto nuestro balance de energía queda expresado de la siguiente manera:
Caudal se define como la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo. Y se halla de la siguiente manera:
Donde:
Q es el caudal experimental, V es el volumen, t es el tiempo, v es la velocidad y A es el área.
Además debido que la presión de entrada del fluido (indicada por el manómetro) fue cero, la cabeza de presión es:
Donde es la presión de salida del arreglo y es el peso específico del agua. Con respecto a la potencia hidráulica se calcula a partir de:
Para calcular la potencia del eje tenemos que partir de que era generada por un motor eléctrico de corriente alterna, y su potencia es función del voltaje , la corriente y el factor de potencia . Este último se supone que es de cero.
Funcionamiento de una bomba centrifuga.
2
____________________________________________________________________________________________________________________________ Primeramente se trabajó con la bomba #1, se 3. M é to do s Exp eri m en tal es . activaron las respectivas válvulas en las tuberías que permitían el flujo de agua desde el depósito La experiencia se llevo acabo en el banco de hasta la bomba, luego se tomó el tiempo que bombas en serie o paralelo, se utilizaron los duraba en llenarse un volumen de 5 L para de esta siguientes instrumentos: forma calcular el caudal del sistema, teniendo en cuenta también el voltaje y la corriente suministrada Bombas centrífugas al motor de la bomba y la presión con que entraba y salía el fluido a la bomba. De igual manera se realizó para la bomba #2. Sistema de tuberías Luego se conectaron las bombas en serie y en paralelo tomando las mismas medidas, para luego Agua comparar resultados. A continuación se observan las unidades a trabajar: Voltímetro •
•
•
•
Amperímetro
Balde
•
•
MAGNITUD
UNIDAD
Presión de salida ( )
Kilo Pascales (KPa)
Corriente (I)
Amperios (A)
Cronómetro
Voltaje (v)
Voltios (V)
Manómetro
Volumen (V)
Litros (L)
•
•
Longitud
–
Altura (h)
Metros (m)
Caudal (Q)
Litros por segundo (L/s)
Cabeza de presión
Metros (m)
Potencia Hidráulica (HHP)
Watts (W)
Potencia al freno o al eje (BHP)
Watts (W)
4. Cálcu los y Resu ltado s Se debe tener en cuenta que el peso especifico del agua es de 9789 se trabajó con un volumen constante de 5 L y un voltaje de 140 V para todos los sistemas.
BOMBA # 1
̅
%
1
6.32
6.68
6.63
7.17
6.70
4.0
0.1181
34.45
0.7463
3.5193
560
25.7103
4.59
2
7.06
7.03
6.98
7.18
7.06
4.0
0.1181
51.67
0.7082
5.2784
560
36.5929
6.53
3
8.26
8.33
8.36
8.27
8.31
4.0
0.1181
86.12
0.6017
8.7976
560
51.8182
9.25
4
9.48
9.36
9.28
9.31
9.36
4.0
0.1181
120.58
0.5342
12.3179
560
64.4138
11.50
5
10.30
10.30
10.33
10.34
10.32
4.0
0.1181
155.03
0.4845
15.8372
560
75.1122
13.41
6
13.13
13.19
13.26
13.25
13.21
4.8
0.1181
206.70
0.3785
21.1155
672
78.2358
11.64
3
____________________________________________________________________________________________________________________________
BOMBA # 2
̅
%
1
6.22
6.22
6.20
6.19
6.21
4.0
0.1181
34.45
0.8051
3.5193
560
27.7360
4.95
2
7.14
7.14
7.10
6.91
7.07
4.0
0.1181
68.90
0.7072
7.0385
560
48.7259
8.70
3
7.85
7.75
7.82
7.80
7.81
4.0
0.1181
86.12
0.6402
8.7976
560
55.1338
9.85
4
9.79
9.62
9.58
9.57
9.64
4.2
0.1181
137.80
0.5187
14.0770
588
71.4767
12.16
5
10.58
10.60
10.57
10.50
10.56
4.5
0.1181
172.25
0.4735
17.5963
630
81.5605
12.95
6
12.66
12.64
12.54
12.46
12.58
4.8
0.1181
206.70
0.3975
21.1155
672
82.1631
12.23
BOMBAS EN PARALELO
̅
%
1
3.26
3.47
3.40
3.31
3.36
4.0
0.1181
37.89
1.4881
3.8707
560
56.3845
10.07
2
3.45
3.46
3.60
3.77
3.57
4.0
0.1181
68.90
1.4006
7.0385
560
96.5012
17.23
3
4.08
4.11
4.28
4.06
4.13
4.3
0.1181
103.35
1.2107
10.5578
602
125.1262
20.78
4
4.74
4.91
4.59
4.82
4.77
4.3
0.1181
137.80
1.0373
14.0770
602
142.9397
23.74
5
5.26
5.30
5.29
5.28
5.28
4.5
0.1181
172.25
0.9470
17.5963
630
163.1209
25.89
6
6.63
6.52
6.50
6.46
6.53
4.8
0.1181
206.70
0.7657
21.1155
672
158.2699
23.55
BOMBAS EN SERIE
̅
%
1
6.73
6.74
6.72
6.73
6.73
3.7
0.1181
37.89
0.7429
3.8707
518
28.1487
5.43
2
6.81
6.85
6.85
6.83
6.84
3.8
0.1181
68.90
0.7310
7.0385
532
50.3658
9.47
3
7.44
7.95
7.95
7.90
7.81
4.0
0.1181
137.80
0.6402
14.0770
560
88.2194
15.75
4
8.14
8.50
8.36
8.31
8.33
4.2
0.1181
206.70
0.6002
21.1155
588
124.0611
21.09
5
9.74
10.28
10.20
10.22
10.11
4.5
0.1181
275.60
0.4946
28.1540
630
136.3115
21.64
6
11.60
11.73
11.61
11.62
11.64
4.7
0.1181
344.50
0.4296
35.1925
658
147.9969
22.49
4
____________________________________________________________________________________________________________________________
5. An ális is d e resultad os . Con las diferentes configuraciones hechas con las bombas podemos suplir dos necesidades, una de ellas es la de contar con un fluidos a una altura diferente a la que se encuentra, por ejemplo en lo alto de una montaña o en un edificio. La otra necesidad es la de tener una gran cantidad de fluido por unidad de tiempo, es decir caudal. Con la configuración de bombas en serie conseguimos mayor presión, en este arreglo la primera bomba toma el fluido del depósito y en su salida alimenta la segunda bomba, la cual en su salida nos brinda mayor presión que una sola
bomba de iguales características. La presión que se obtiene es medida con un manómetro ubicado en la línea de salida de la segunda bomba, además notamos que el consumo energético de las bombas se ve incrementado cuando en la salida de la segunda bomba se restringe el flujo con la válvula de caudal, la cual hace de carga hidráulica. Al utilizar las bombas en paralelo obtenemos mayor caudal, aquí la carga e repartida a cada una, el consumo energético va ser menor, y verificamos el aumento de caudal al llenar un volumen de 5 lt gastando menos tiempo.
Caudal vs Cabeza de presión 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0
0,2 Bomba #1
0,4
0,6 Bomba #2
0,8
1
Bombas en paralelo
5
1,2
1,4 Bombas en serie
1,6
____________________________________________________________________________________________________________________________
Caudal vs Potencia al eje 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0
0,2
0,4
Bomba #1
0,6
0,8
Bomba #2
1
1,2
Bombas en paralelo
1,4
1,6
Bombas en serie
Caudal vs Eficiencia mecánica 30 25 20 15 10 5 0 0
0,2 Bomba #1
0,4
0,6
0,8
Bomba #2
1
Bombas en paralelo
6
1,2
1,4 Bombas en serie
1,6
____________________________________________________________________________________________________________________________
6. Conclusiones. Con esta práctica, damos cuenta de lo importante que resulta el saber y la utilización que se puede hacer con varias bombas hidráulicas, configurándolas de diversas forma para obtener un propósito, ya sea porque no contamos con una bomba que supla las necesidades que tenemos o porque resulta más económico de esta forma.
7. Referen ci as bi bli og ráfic as. [1] Víctor L. Streeter, E. Benjamin Wylie, Keith W. Bedford.MECANICA edición. Ed.Mc Graw Hill.
DE
FLUIDOS.
9º
[2]Irving H. Shames. MECANICA DE FLUIDOS. 3º edición. Ed.Mc Graw Hill.
[3] Claudio Mataix. MECANICA DE FLUIDOS Y MAQUINAS HIDRAULICAS. 2º edición. Ed. Alfaomega.
7
