Semejanza en bombas y sistemas de bombeo en serie y en paralelo

MECÁNICA DE FLUIDOS II

TEMA # 3

SEMEJANZA EN BOMBAS Y SISTEMAS DE BOMBEO EN SERIE Y EN PARALELO

INGENIERÍA MECÁNICA

1. OBJETIVOS:

1.1 Utilizar los conceptos de similitud de bombas para predecir el funcionamiento de una misma bomba cuando se cambian las condiciones de operación.

1.2 Emplear los conceptos de semejanza de bombas para predecir el funcionamiento de bombas con semejante geometría pero con diferente tamaño cuando se varían las condiciones de operación.

1.3 Conocer el funcionamiento de bombas instaladas y encontrar las curvas de operación en combinaciones en serie y en paralelo.

2. TEORÍA:

2.1 LEYES DE SEMEJANZA DE BOMBAS:

Como las leyes que rigen la experimentación con modelos están basadas en la semejanza geométrica, se llaman leyes de semejanza. Su utilidad no se limita el ensayo de modelos. Estas sirven para:

• Predecir el comportamiento de una máquina de distinto tamaño, pero geométricamente semejante a otra cuyo comportamiento (caudal, potencia, etc.) se conoce, trabajando en las mismas condiciones (sobre todo en condiciones de óptimo rendimiento).

• Predecir el comportamiento de una misma máquina (igualdad es un caso particular de la semejanza), cuando varía alguna de sus características, por ejemplo en una bomba para predecir como varía la altura efectiva cuando varía el número el número de revoluciones (sobre todo también en condiciones de óptimo rendimiento).

Las tres primeras leyes se refieren a la misma bomba (D1/D2 = 1) y expresan la variación de las características de una misma bomba o de bombas iguales cuando varía el numero de revoluciones.

Primera ley: Los caudales son directamente proporcionales a los números de revoluciones:

Segunda ley: Las alturas útiles son directamente proporcionales a los cuadrados de los números de revoluciones:

Tercera ley: Las potencias útiles son directamente proporcionales a los cubos de los números de revoluciones:

Las tres siguientes se refieren a dos bombas geométricamente semejantes pero de diámetro distinto y expresan la variación de las características de dos bombas geométricamente semejantes con el tamaño, si se mantiene constante el número de revoluciones.

Cuarta ley: Los caudales son directamente proporcionales al cubo de las relación de diámetros:

Quinta ley: Las alturas útiles son directamente proporcionales al cuadrado de la relación de diámetros:

Sexta ley: Las potencias útiles son directamente proporcionales a la quinta potencia de la relación de diámetros:

2.2 BOMBEO EN PARALELO:

Cuando las necesidades del servicio son variables puede ser más ventajoso instalar varias bombas en paralelo de tamaño pequeño que no una sola de tamaño grande. Cuando la demanda disminuye pueden pararse una o varias bombas, lo que permite que las máquinas que premanecen en servicio funcionen con el máximo rendimiento o muy próximo a él. Si se usa una bomba única, al descender la demanda, debe estrangularse la impulsión con la consiguiente disminución de su rendimiento.

Además con el uso de unidades pequeñas durante los periodos de poca demanda se tiene la oportunidad de efectuar las reparaciones con lo cual, se evitan paros en la instalación que por otra parte serían obligados como el empleo de una bomba única.

Si dos bombas en paralelo, ambas operarían a la misma presión de descarga, la curva característica se obtiene de la suma de flujos para una cabeza dada. Cuando se operan en paralelo dos bombas a diferente cabeza se deben ajustar las presiones por medio de válvulas.

Para sistemas de bombeo en paralelo, debe tenerse en cuenta que la presión en el punto donde se unen las dos bombas, considerando las pérdidas en cada ramal debe ser igual; si por el contrario existe una gran diferencia de presiones en el punto de unión, puede ocurrir que el flujo circule en sentido contrario por el ramal de menor presión. Disminuyendo considerablemente la eficiencia del sistema.

2.2.1 Curva característica de bombeo en paralelo:

Figura 1: Curva característica H = f(Q) y de potencia para dos bombas iguales.

Para trazar la curva característica para dos bombas iguales operando en paralelo (Fig. 1), es necesario proyectar a la derecha de la curva característica de una bomba de tal manera que para una misma cabeza se obtenga el doble de capacidad: por ejemplo. El punto A, a 1000 gpm y 244 pies de cabeza se proyecta a la derecha a un valor de 2000 gpm y 244 pies de cabeza, punto B.

El punto C correspondiente a 2000 gpm es proyectado a la derecha sobre la misma cabeza hasta un valor de 4000 gpm, punto D y así sucesivamente 3000 gpm es proyectado a 6000 gpm y 4000 a 8000 gpm, indicados por las líneas punteadas horizontales en la Fig. 1. La curva trazada a travéz de esos puntos corresponderá a la curva característica H vs. Q de las dos bombas operando en paralelo. Las características nominales de cada bomba corresponden a 3500 gpm y 197 pies de cabeza, punto E, por lo tanto ambas bombas operando en paralelo manejaran 7000 gpm a la misma cabeza, punto F.

Similarmente la potencia se duplicará en la operación en paralelo al duplicarse la capacidad.

Figura 2: Curva característica para dos bombas diferentes.

La Fig. 2 muestra las curvas características para dos bombas en paralelo, cada una diseñada para 3500 gpm y 197 pies de cabeza total, punto N, pero con curvas características diferentes. Las trayectorias A y B son las curvas H vs. Q para las respectivas bombas y la trayectoria C es la curva característica para ambas bombas operando en paralelo; en la cual la parte de D a E pertenece también a la curva de la bomba B.

La cabeza de 223 pies corresponde a cero caudal para la bomba A, punto G, y 2650 gpm para la bomba B, punto E. La capacidad obtenida con ambas bombas operando en paralelo será de 0 + 2650 = 2650 gpm.

Para trazar la curva característica de la operación de las dos bombas en paralelo se sigue el procedimiento explicado anteriormente, es decir, se suman los caudales de cada bomba a una determinada cabeza, y así para diferentes cabezas, obteniendose los puntos por los cuales pasará la curva correspondiente a las bombas en paralelo. La construcción de esta curva es el primer paso para determinar el comportamiento de dos bombas con curvas características diferentes, operando en paralelo y conectadas a un mismo sistema.

A las características

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