UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁ FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA DEPARTAMENTO DE ENERGÍA Y AMBIENTE TURBOMAQUINARIAS Profesor: Ing. Orlando Aguilar Instructor de Laboratorio: GUÍA DE LABORATORIO N° 4 "FUNCIONAMIENTO "FUNCIONAMIENTO DE UN ARREGLO DE BOMBAS CENTRÍFUGAS IGUALES EN SERIE" OBJETIVOS:
1.
Comparar el funcionamiento de la configuración en serie de bombas con el de una sola bomba y evaluar la utilidad de la configuración.
2.
Que el estudiante se relacione con las curvas que caracterizan el funcionamiento de las bombas en serie y obtenerlas a partir de parámetros cuantificables con las bombas instaladas.
MARCO TEÓRICO: Bombas en serie Supongamos dos bombas gemelas en serie, es decir que la impulsión de una bomba llega a aspiración de la otra. En este caso el gasto (caudal) que circula por ambas bombas es el mismo y para cada gasto se obtiene el doble de la carga correspondiente a una bomba. La curva Q-H resultante se obtiene duplicando para cada gasto la carga correspondiente (Fig. 1). H
B 4
Ho 3 Ho
A
0
1
2
Q
Figura 1. Curva característica H x Q de una bomba centrífuga y de un arreglo de bombas en serie.
Si la curva de carga del sistema es la indicada por la curva segmentada, podemos observar que el gasto que se obtiene con las dos bombas en serie es inferior al doble del que se obtiene con una sola 0-2 < 2(0-1). Del mismo modo la altura correspondiente a las dos bombas es inferior del doble de la correspondiente a una sola 2-4 < 2(1-3). El rendimiento se obtiene para cada Q de la curva correspondiente a una bomba. En efecto la QH potencia es
QH para una bomba. Para dos será 2
o sea Q
2 H
siendo H la altura que
corresponde a cada bomba en serie. La curva de potencia se obtiene para cada gasto, sumando las potencias de am bas bombas. La puesta en serie de dos bombas de distintas características es posible, pero ofrece dificultades. Se debe instalar la de mayor capacidad como primera etapa, ya que si no fuera así podría faltar alimentación a la bomba más potente.
EQUIPOS Y MATERIALES: -
Banco de pruebas para bombas en se rie y paralelo (Figura 2).
-
Cronómetro.
-
Llave de tuercas # 14 cerrada.
DESCRIPCIONES.
V-1: Válvula de descarga del sistema a Tanque-1.
V-2: Válvula de descarga del sistema a Tanque-2.
V-3: Válvula de descarga del sistema a Tanque-3.
V-4: Válvula de descarga de Tanque-1 a Tanque-3.
V-5: Válvula de succión del sistema, desde Tanque-3.
V-6: Válvula de succión del sistema, desde Tanque-2.
V-7: Válvula de succión de la Bomba-1.
V-8: Válvula de succión de la Bomba-3.
V-9: Válvula de succión de la Bomba-2.
V-10: Válvula para conectar Bomba-1 en serie con Bomba-2.
V-11: Válvula de descarga de la Bomba-1.
V-12: Válvula de descarga de la Bomba-2.
V-13: Válvula de descarga de la Bomba-3.
V-14: Válvula para conectar Bomba-2 en serie con Bomba-3.
V-15: Válvula de descarga total del sistema.
VAC-1: Manómetro de succión de la Bomba-1.
VAC-2: Manómetro de succión de la Bomba-2.
VAC-3: Manómetro de succión de la Bomba-3.
M-1: Manómetro de descarga de Bomba-1.
M-2: Manómetro de descarga de Bomba-2.
M-3: Manómetro de descarga de Bomba-3.
M-4: Manómetro de descarga total del sistema.
Figura 2. Banco de pruebas para bombas en serie y paralelo.
PROCEDIMIENTO: NOTA: Verificar constantemente la altura de la columna de agua en el tanque superior (N°1), de ser necesario, abra la válvula V 4 , la cual conecta el tanque 1 con el tanque 3, para drenar el tanque superior hasta una altura inicial de referencia. Luego, continúe con el experimento hasta la máxima apertura de la válvula V 15 (mínimo valor de presión de descarga en el manómetro M 4 ).
Dos Bombas en Serie
1.
Cerciórese de que el tanque inferior 3 está lleno de agua y el superior (1) está con una columna de agua de 10cm o cualquier otra referencia cercana.
2.
Si no es así, observe el sistema y tome las medidas necesarias para lograr lo indicado anteriormente.
3.
Cebe las tres bombas. Para ello, cierre las respectivas válvulas de succión y agregue agua a cada bomba a través del tornillo de cebado respectivo, hasta que cada una de ellas se llene completamente. Una manera alterna de hacer esto, es subiendo el nivel de agua de uno de los tanques inferiores por arriba del nivel de las bombas y luego, abrir la válvula de descarga del tanque y las válvulas de succión de las bombas, luego aflojar un poco los tornillos de cebado de cada bomba hasta que el agua empiece a salir a través de ellos. Luego del cebado, cerrar la válvula de descarga del tanque que se utilizó para este propósito.
4.
Manipule las válvulas respectivas, de modo que la bomba B1 se conecte en serie con la bomba B2 y que el arreglo de bombas descargue en el tanque 3: 4.1. Abra la válvula V5 del tanque inferior 3, la válvula de succión V 7 de la bomba 1. 4.2. Encienda la bomba 1, para ello, introduzca la llave en el interruptor de encendido principal y gírela para activar el s istema. La luz roja es indicativa de que el sistema está activo. Gire la perilla de selección al modo manual (M). Luego gire la perilla de la bomba-1 a la posición “On” y encienda la Bomba 1. 4.3. Observe las presiones de succión y descarga de la bomba 1. Abra las válvulas V 3 y V15. Abra la válvula V11 por aproximadamente 5 segundos y ciérrela. Inmediatamente, abra las válvulas V 10 y V12 por aproximadamente 5 segundos, luego, cierre la válvula V 15, manteniendo V 10, V12 y V3 abiertas. El objeto de esta
operación es purgar el aire de las líneas. Observe las presiones de succión y descarga de las bombas 1 y 2; tome nota de ellas. 4.4. Encienda la bomba 2. Observe las presiones de succión y descarga de ambas bombas, así como en el manómetro M 4; tome nota de ellas.
5.
Abra lentamente la válvula de descarga V 15 hasta que la presión de descarga en el manómetro M4 disminuya en 10 Psi (o hasta una disminución de la presión tal que permita repetir el experimento para diferentes presiones, con al menos 5 puntos de ensayo). Mantenga la descarga del arreglo de bombas en recirculación con el tanque inferior 3, es decir que las válvulas V 2 y V1 deben estar cerradas, mientras que la válvula V3 está abierta. Observe tome nota de las presiones de succión y descarga de ambas bombas, así como en el manómetro M 4. Estas presiones corresponden al punto de caudal nulo (cero).
6.
Mida la altura (h) en el indicador de nivel del tanque superior. Abra la válvula de descarga V1 del tanque superior y prepare un cronómetro para 60 segundos de operación. Cierre la válvula V 3 y tan pronto escuche el agua caer dentro del tanque 1, accione el cronómetro. Al transcurrir 60 segundos abra la válvula V 3 (el agua nuevamente recirculará hacia el tanque 3, sin alterar la columna de agua colectada previamente en el tanque 1).
7. 8.
Mida la altura (h) en el indicador de nivel del tanque superior. Repita el procedimiento anterior (puntos 5 a 7) hasta llegar al mínimo valor de presión de descarga en el manómetro M4.
9.
Al finalizar, abra la válvula V 3 para mantener el arreglo de bombeo en recirculación con el tanque 3. De ser necesario, abra la válvula V 4 para drenar el tanque 1 hacia el tanque 3, hasta la altura inicial de referencia.
NOTA: Ahora está preparado para agregar la bomba 3 al sistema en serie.
Arreglo de Tres Bombas en Serie
1.
En este punto, el agua debe estar en recirculación hacia el tanque 3. Las bombas 1 y 2 deben estar funcionando. Las válvulas V 1, V3, V5, V7, V10, V12, y V 15, deben estar completamente abiertas y las demás válvulas cerradas.
2.
Cierre la válvula V 12 y abra las válvulas V 14 y V13. Transcurridos aproximadamente 5 segundos, cierre V 15 totalmente.
3.
Observe las presiones de succión y descarga de las tres bombas y del manómetro M4 (no necesita anotarlas en este punto).
4. 5.
Encienda la bomba 3. Drene el tanque superior hacia el tanque 3 hasta alcanzar una columna mínima de referencia en el tanque superior.
6.
Abra un poco la válvula V 15 por cinco segundos y ciérrela nuevamente. Observe y anote las presiones de succión y descarga de todas las bombas y de M 4.
7.
Con el sistema aún en recirculación hacia el tanque 3 (válvula V 2 cerrada, válvulas V1 y V 3 abiertas), abra lentamente la válvula de descarga total V 15 hasta que la presión de descarga en el manómetro M 4 disminuya en 15 Psi (o hasta una disminución de la presión tal que permita repetir el experimento para diferentes presiones, con al menos 5 puntos de ensayo). Observe y anote las presiones de succión y descarga de todas las bombas, así como en el manómetro M 4. Estas presiones corresponden al punto de caudal nulo (cero).
8.
Tome nota de la altura de la columna de agua (h) en el tanque superior. Verifique que V1 esté abierta y prepare un cronómetro para 60 segundos de operación.
9.
Cierre la válvula V 3 y tan pronto escuche el agua caer dentro del tanque 1, accione el cronómetro. Al transcurrir 60 segundos abra la válvula V 3 (el agua nuevamente recirculará hacia el tanque 3, sin alterar l a columna de agua colectada previamente en el tanque 1).
10.Mida la altura (h) en el indicador de nivel del tanque superior. 11.Repita el procedimiento anterior (puntos 7 a 10) hasta llegar al mínimo valor de presión de descarga en el manómetro M 4 (máxima apertura de la válvula V15).
12.Apague todas las bombas y cierre el interruptor principal. 13.Cierre todas las válvulas. 14.Drene el tanque superior abriendo la válvula V 4. NOTA: Limpie y seque cualquier derrame de agua tanto en el área de trabajo como en el laboratorio.
TRABAJO:
1.
Confeccione tres tablas con la información obtenida, para dos y tre s bombas en serie, respectivamente. TABLAS N° 1 y 2
ps
pd
h
t
H
Q
( psi)
(psi)
(mm)
(seg)
(pie)
(gpm)
DONDE: - (ps, pd) = Presión de succión y descarga, respectivamente. - h = Incremento de columna de agua bombeada. - t = Tiempo de bombeo correspondiente. - H = Carga de la(s) bomba(s): H = (p d - ps)/ γ - Q = Caudal de la(s) bomba(s): Q= (Πd^2) (h/4t) - d = Diámetro interior del tanque: d= 1.265 pies
2.
Grafique H vs Q, para el caso de dos bombas en serie. (Considere como presión de succión del arreglo, a la presión de succión de la bomba 1 y como presión de descarga del arreglo, a la presión de descarga de la bomba 2).
3.
Grafique H vs Q, para el caso de tres bombas en serie. (Considere como presión de succión del arreglo, a la presión de succión de la bomba 1 y como presión de descarga del arreglo, a la presión de descarga de la bomba 3).
4.
Compare estas gráficas con la correspondiente gráfica H vs Q del laboratorio anterior (3.2), para el caso de una bomba.
5.
Haga la gráfica de las dos bombas en serie a partir del análisis H-Q de la gráfica de una sola bomba. Presente los cálculos matemáticos que sustentan este análisis y compare esta gráfica con la correspondiente obtenida experimentalmente y comente al respecto.
6.
Haga la gráfica de las tres bombas en serie a partir del análisis H-Q de la gráfica de una sola bomba. Presente los cálculos matemáticos que sustentan este análisis y compare esta gráfica con la correspondiente obtenida experimentalmente y comente al respecto.
7.
Concluya sobre las diferencias observadas en las gráficas.
CONCLUSIONES: RECOMENDACIONES: REFERENCIAS:
