LABORATORIO DE MECANICA DE FLUIDOS ARREGLO DE BOMBAS CENTRIFUGAS EN SERIE O PARALELO
L. Diaz, A. González, J. Rodríguez, E. Baena VI Semestre Ingeniería Química
---------------------------------------------------------------------------------------------------------RESUMEN Esta experiencia consiste en llevar a cabo una serie de procedimiento de succión y descarga de un fluido para observar el funcionamiento de las bombas. Analizando los principios por los cuales se se rigen para el transporte de los los fluidos y los criterios para decidirse por usar un arreglo en paralelo de uno en serie y cuales son los beneficios que estos arreglos pueden ocasionar en un proceso en general. ----------------------------------------------------------------------------------------------------------
INTRODUCCION
Una bom bomba es una máquina máquina hidráulica hidráulica gener generado adora ra que que tran transf sfor orma ma la energ energía ía (generalmente energía mecánica) mecánica) con la que es accionada en energía hidráulica del fluido incompresible que mueve. El fluido incompresible puede ser líquido ser líquido o una mezcla de líquidos y sólidos como puede ser el hormigón antes de fraguar o la pasta de papel. En esta actividad trabajaremos con arreglos de bombas centrifugas en serie y paralelo Cabe mencionar que dichas bombas prevén su nombre al hecho de que elevan el líquido por la acción de la fuerza centrífuga, centrífuga, colocado en su interior, el cual es accionado por un motor eléctrico. El funcionamient funcionamiento o de la bomba puede resumirse resumirse de la siguiente siguiente forma, la energía energía de un motor hace hace girar el eje de la bomba; el cual a su vez hace gira el rodete cuyos cuyos alabes aportan la energía cinética al agua que ha llegado llegado al rodete por el tubo de aspiración. aspiración. La caja espiral transforma parte de la energía cinética en energía de presión debido al aumento aumento progresivo progresivo de sus secciones y, por tanto, tanto, de la pérdida de velocidad inicial del líquido. El líquido sale por el tubo de impulsión con una determinada energía, en parte cinética y carga o energía de presión. Cabe anotar que en el sistema de succión de la bomba se deben manejar presiones mayores a la presión de vapor del líquido de trabajo; debido a que en la entrada del impulsor se presenta una caída brusca de la presión por lo que se recomi recomienda enda trabajar trabajar con un NPSH NPSH (carga (carga neta de succió succión) n) sufici suficient entee para para alivianar este suceso.
De acuerdo a las necesidades, muchas veces procesos de operaciones industriales existen requerimientos de flujo en los que es necesario utilizar un sistema de bombeo con más de una bomba. El uso de dos o más bombas, en lugar de una, permite que cada una de ellas opere en su mejor región de eficiencia la mayor parte del tiempo de operación, aún cuando los costos iniciales pueden ser mayores, el costo de operación más bajo y la mayor flexibilidad en la operación ayuda a pagar la inversión inicial. Estos arreglos pueden estar en serie o en paralelo,
Arreglo en serie
Arreglo en paralelo
METODOS Y PROCEDIMIENTOS ♦ Bomba No 1
Fluido: Agua a temperatura ambiente (25ºC) Metodología: Se siguió el arranque descrito en la guía de laboratorio. Luego, para aislar la bomba 2, se cerraron las válvulas de SII, DII, V y MII. Se abrieron las válvulas SI, DI, W y MI. Se encendió la bomba I y se registraron en las tablas:
1. Las Presiones en la succión y en la descarga, mediante la observación de los medidores instalados en el sistema. 2. El Volumen recogido de agua en la cubeta y el tiempo que tarda en recoger dicho volumen. Esto mediante la medición con un cronometro para un volumen determinado.
♦ Bomba No 2
Reactivos: Agua a temperatura ambiente (25ºC) Metodología: Se siguió el arranque descrito en la guía de laboratorio. Luego, Para aislar la bomba 1, se cerraron las válvulas de SI, DI, V y MI. Se abrieron las válvulas SII, DII, W y MII. Se encendió la bomba 2 y se repitió el mismo procedimiento de la bomba No 1 para la medición de datos.
♦ Arreglo de Bombas en serie
Reactivos: Agua a temperatura ambiente (25ºC) Metodología: Se procedió a crear un arreglo en serie donde la bomba 2 succionara y la bomba 1 descargara, esto mediante la consideración de que válvulas abierta permitirían tal montaje, y se procedió a cerrar aquellas que no. Se repitió el mismo procedimiento de la bomba No 1 para la medición de datos.
♦ Arreglo de Bombas en paralelo
Reactivos: Agua a temperatura ambiente (25ºC) Metodología: Se procedió a crear un arreglo en paralelo del sistema, esto mediante la misma consideración anterior, de que válvulas abierta permitirían tal montaje, y
se
procedió a cerrar aquellas que no. Se repitió el mismo procedimiento de la bomba No 1 para la medición de datos
MONTAJE:
RESULTADOS Y DISCUSIONES:
A continuación se presenta las tablas de datos obtenidas para cada arreglo.
♦ Bomba No 1
CORRIDA
1 2 3 4 5
Pd (psi) 7.5 10 16 25 35
Pd (kPa)
V (m3)
t (s)
0 0 0 0 0
3 3 3 3 3
5,4 5,4 5,9 6,6 9,2
AMPERAJE VOLTAJE
5 5 5 5 5
140 140 140 140 140
♦ Bomba No 2
CORRIDA
1 2 3 4 5
Pd (psi) 7.5 15 25 30 35
Pd (kPa)
V (m3)
t (s)
0 0 0 0 0
3 3 3 3 3
4,6 5,4 6,7 6,9 7,4
Pd (kPa)
V (m3)
t (s)
0 0 0 0 0
3 3 3 3 3
4,2 4.1 4.4 5.3 5.4
Pd (kPa)
V (m3)
t (s)
0 0 0 0 0
3 3 3 3 3
4,1 4,4 4,4 4,6 5,1
AMPERAJE VOLTAJE
5 5 5 5 5
140 140 140 140 140
♦ Arreglo de bombas en serie
CORRIDA
1 2 3 4 5
Pd (psi) 5 10 15 30 40
AMPERAJE VOLTAJE
5 5 5 5 5
140 140 140 140 140
♦ Arreglo de bombas en paralelo
CORRIDA
1 2 3 4 5
Pd (psi) 5 10 15 20 25
AMPERAJE VOLTAJE
5 5 5 5 5
140 140 140 140 140
La ecuación de energía para este proceso es:
Z1 + P1/γ + V12/2*g + Ha – HL = Z2 + P2/γ + V22/2*g Para este caso despreciaremos las perdidas totales de fricción HL y se consideran las diferencias de altura y velocidades muy pequeñas, por tanto la ecuación queda así: Ha = (P2 - P1)/γ
Donde Ha es la cabeza de presión total; Pd es la presión de descarga; Ps es la presión de succión y γ es el peso específico del fluido, entonces replanteamos la ecuación y obtenemos: Ha = (Pd - Ps)/γ La potencia hidráulica ganada por el fluido es: HHP = γQHa Donde Q esta en m3/s Ha en m γ en N/m3
La potencia al eje o al freno es: BHP = Peléctrica = A2*R = V*A V voltios A amperios Para la eficiencia η total se tiene que: η = potencia ganada por el fluido / potencia del eje que acciona la bomba η = HHP / BHP
Teniendo en cuenta las ecuaciones anteriores y los datos obtenidos en el desarrollo del laboratorio obtenemos las siguientes tablas:
♦ Bomba No 1
CORRIDA 1 2 3 4 5
3
Q (m /s) 0.000555 0.000555 0.000508 0.000454 0.000326
(Pd - Ps) (kPa) 51712.5 68950 110320 172375 241325
Ha (m) 5.3 7.06 11.3 17.6 24.73
HHP (kW) 28.697 38.227 56 77.95 78.65
BHP (kW) 700 700 700 700 700
n(%) 4.1 5.46 8 11.13 11.24
♦ Bomba No 2
CORRIDA 1 2 3 4 5
3
Q (m /s) 0.000652 0.000555 0.000448 0.000434 0.000405
(Pd - Ps) (kPa) 51712.5 103425 172375 206850 241325
Ha (m) 5.3 10.6 17.6 21.2 24.73
HHP (kW) 33.713 57.395 76.925 89.763 97.713
BHP (kW) 700 700 700 700 700
n(%) 4.82 8.2 11 12.82 13.96
Ha (m) 3.53 7.067 10.60 21.2 28.7
HHP (kW) 24.589 50.468 70.528 117.06 153.07
BHP (kW) 1400 1400 1400 1400 1400
n(%) 1.76 3.6 5.04 8.36 10.93
Ha (m) 3.53 7.067 10.60 14.13 17.67
HHP (kW) 25.209 47.02 70.528 89.88 101.36
BHP (kW) 700 700 700 700 700
n(%) 3.6 6.72 10.08 12.84 14.48
♦ Arreglo de bombas en serie
CORRIDA 1 2 3 4 5
3
Q (m /s) 0.000714 0.000732 0.000682 0.000566 0.000555
(Pd - Ps) (kPa) 34475 68950 103425 206850 275800
♦ Arreglo de bombas en paralelo
CORRIDA 1 2 3 4 5
GRAFICAS
3
Q (m /s) 0.000732 0.000682 0.000682 0.000652 0.000588
(Pd - Ps) (kPa) 34475 68950 103425 137900 172375
a. Caudal Vs cabeza de presión (H) para la bomba 1
Caudal Vs potencia de eje bomba 1:
Caudal Vs eficiencia mecanica (n):
b. Graficas Bomba 2 Caudal Vs cabeza de presión (H) para la bomba 1:
Caudal Vs potencia de eje bomba 2:
Caudal Vs eficiecia mecanica(n) bomba 2:
c.
Graficas arreglo en serie:
Caudal Vs Caida de presion (H) total:
Caudal Vs potencia de eje bombas en serie:
Caudal Vs eficiencia mecanica (n) bombas en serie:
d. Graficas arreglo en paralelo Caudal Vs Caida de presion (H) total:
Caudal Vs potencia de eje bombas en paralelo:
Caudal Vs eficiencia mecanica (n) bombas enParalelo:
Interpretación de gráficos:
•
En general se puede observar que la eficiencia aumenta a medida que el caudal es menor.
•
Las eficiencias son bajas debido a la perdida de energía cinética al transformase en energía de presión.
•
La cabeza de presión aumenta a medida que disminuye el caudal y esto se debe a que la presión de descarga aumenta al ir cerrando la llave de descarga des sistemas de bombas.
•
La potencia de eje permanece constante al cambiar el caudal manejado.
CONCLUSIONES
En un sistema de bombeo las pérdidas de energía mecánica aumenta la presión de descarga del sistema. El sistema de bombeo en serie proporciona al líquido altas carga y bajos caudales, en general estos se usan cuando se necesita transportar el fluido en alturas pronunciadas. El sistema de bombeo en paralelo proporciona un transporte de una mayor cantidad de fluido, en general se usa para sistemas que manejan un elevado flujo de sustancias.
