Bombas En Serie Y Paralelo

Facultad de Ingeniería

Laboratorio de Operaciones Unitarias

Operación de Bombas Centrífugas

en Serie o Paralelo

Operaciones Unitarias

Guía de Prácticas

OPERACIÓN DE BOMBAS CENTRÍFUGAS EN SERIE O PARALELO

INTRODUCCIÓN

Una bomba es una turbo máquina generadora de momento para líquidos. La bomba se usa para transformar la energía mecánica en energía hidráulica.

La bombas se emplean para bombear toda clase de líquidos, (agua, aceites de lubricación, combustibles ácidos, líquidos alimenticios, cerveza, leche, etc.), éste grupo constituyen el grupo importante de las bombas sanitarias. También se emplean las bombas para bombear los líquidos espesos con sólidos en suspensión, pasta de papel, melazas, fangos, desperdicios, etc.

Un sistema de bombeo puede definirse como la adición de energía a un fluido para moverse o trasladarse de un punto a otro. Una bomba centrífuga es una máquina que consiste en un conjunto de paletas rotatorias, llamado impulsor, encerrado dentro de una caja llamada también cubierta, cárter o carcasa. El impulsor imparte energía al fluido por la fuerza centrífuga. Uno de los factores más importantes que contribuyen al creciente uso de bombas centrífugas ha sido el desarrollo universal de la fuerza eléctrica.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Cabezal Total Dinámico

Las bombas son equipos que se utilizan para proporcionar energía a un fluido incompresible con el objeto de poderlos transportar. Particularmente, las bombas centrífugas son equipos cinéticos donde se produce transferencia de energía por la acción de la fuerza centrífuga. Básicamente están compuestas de un impulsor y una carcasa. El fluido entra a la bomba a través del centro del impulsor. La energía es transferida al líquido cuando las paletas del impulsor lo obligan a desplazarse hacia afuera en dirección radial.

Básicamente, una bomba aumenta la carga entre los puntos de entrada (1) y salida (2) de la misma.

Este cambio se puede representar a través de la aplicación de la ecuación de Bernoulli generalizada:

Wa = (v22 - v12 )/2 + g(z2 – z1) + (p2 – p1)/ ρ + hf Ecuación 1.

El término Wa representa el trabajo real desarrollado en cambiar el estado de energía de una masa unitaria del fluido. Alternativamente puede ser presentado como un Cabezal Dinámico Total (TDH) de la bomba al ser convertidas las unidades de trabajo por unidad de masa a un cabezal expresado en longitud.

TDH = (v22 - v12 )/2g + (z2 – z1) + (p2 – p1)/ ρ g + hf Ecuación 2.

Si se expresa en términos de cabezales de succión y descarga la ecuación 2 se transforma en:

TDH = hd - hs Ecuación 3.

En la que cada cabezal se puede determinar por:

hd = v22 /2g + z2 + (p2 + pa)/ ρ g + hf2 Ecuación 4.

hs = v12 /2g + z1 + (p1 + pa)/ρ g – hf1 Ecuación 5.

En el caso específico de este sistema experimental se pueden establecer las siguientes premisas o condiciones operacionales:

hf ≈ 0: Carga que pierde el fluido por fricción a través de pérdidas locales entre el punto de entrada y salida de la bomba. En este caso el valor es muy bajo.

Pa = Presión atmosférica

Pi = Presión manométrica a la entrada ó salida de la bomba.

De acuerdo con lo anterior, la ecuación 3 para este sistema queda como sigue:

TDH = (v22 - v12 )/2g + (p2 – p1)/ ρ g + (z2 - z1 ) Ecuación 6.

Operación en Serie o Paralelo

Cualquier tipo de conexión o cualquier clase de bomba puede presentar problemas. Frecuentemente, cuando la demanda es excesivamente variable, pueden operarse dos o más bombas en serie o paralelo para satisfacer la alta demanda, usando una bomba para las demandas bajas. Para especificar correctamente las bombas y juzgar su comportamiento bajo varias condiciones, debe usarse la curva de columna del sistema en unión de las curvas de comportamiento de las bombas compuestas.

La operación en paralelo de dos o más bombas es un método común para llenar los requisitos cuando varía la capacidad. Arrancando solo aquellas bombas que se necesitan para cumplir la demanda, normalmente se puede lograr la operación cerca de la máxima eficiencia. Las características de carga – capacidad de las bombas no necesitan ser idénticas, pero deben presentar características operacionales semejantes, de no ser así, pueden ocasionarse problemas operacionales como que una de las bombas lleve la mayor parte de la carga e incluso bajo ciertas circunstancias llevarla toda, con lo que la otra bomba supondrá un estorbo mas que una ayuda al poder causar un flujo en sentido opuesto al de bombeo en una de las bombas, entre otros problemas. Las bombas múltiples en una estación sirven de reservas para casos de emergencia y reducen el tiempo de inactividad durante el mantenimiento y las reparaciones.

La posibilidad de mover dos bombas con un solo motor siempre debe considerarse, ya que es posible mover las bombas pequeñas a velocidades alrededor del 40 % mayores que una sola bomba del doble de la capacidad. El ahorro en costo del motor de mayor velocidad puede desplazar fácilmente el incremento en el costo de dos bombas y dar flexibilidad adicional de operación.

En la Figura 1. se explica como se determina la curva característica para dos bombas centrifugas operando en paralelo, no basta multiplicar el caudal de una bomba por el número de ellas, sino que hay que proceder del modo siguiente: si trabaja solamente la bomba 1, se tiene el punto de funcionamiento B1, si trabaja la bomba 2 solamente, el punto de funcionamiento es el B2.

Figura 1. Curva característica de bombas operadas en paralelo

Fuente: Mecánica de Fluidos con Aplicaciones en Ingeniería, Franzini y Finnemore

Para calcular el punto de funcionamiento del conjunto B es necesario construir primero una curva Q-H común. La curva característica común se obtiene por adición de los caudales de cada una de las bombas. Para ello se toman primero sobre el eje de ordenadas varios valores, elegidos arbitrariamente, de alturas de elevación y se llevan estas alturas, por

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