Arreglo de bombas

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Introducción

Dentro de la mecánica de fluidos, se encuentran dos grandes ramas de estudio: la hidrostática, que estudia los fluidos estáticos y la hidrodinámica, que se encarga de estudiar a los fluidos en movimiento. Haciendo enfoque en la hidrodinámica, entre los principales equipos se encuentran las turbinas, los compresores y las bombas. Estas últimas resultan de gran importancia ya que cuando un fluido no posee suficiente energía para vencer las diferencias de altura, velocidad o presión, se realiza una comunicación con una bomba. Se caracterizan por su gran versatilidad, bajo coste, fácil diseño, operación y mantenimiento. Estas pueden clasificarse en: Bombas de desplazamiento positivo y turbo-bombas, las ultimas a su vez pueden clasificarse en centrífugas, axiales y helicocentrífugas. Las bombas centrifugas son aquellas en las que el flujo a la salida del rodete tiene dirección perpendicular al eje.

Existen casos en los que un sistema necesita una amplia gama de requerimientos o ajustes, ya sea porque la demanda de gasto o de carga del proceso es  excesivamente variable. En estos casos se pueden realizar arreglos con dos o más bombas para la operación en paralelo o en serie.

Objetivo

Analizar el comportamiento de operación energética de dos bombas centrífugas operándolas en serie y paralelo.

Marco Teórico

Una bomba se define como un convertidor de energía mecánica (procedente del motor que los arrastra) en energía hidráulica (fundamentalmente en forma de energía cinética y de presión).

El acoplamiento de dos o más bombas puede llevarse a cabo, bien en serie o  en paralelo, según las necesidades del sistema.

Las curvas características de una bomba centrífuga son:

• Altura en función del caudal                             H = H (Q)
• Potencia en función del caudal                         P = P ( Q)
• Rendimiento en función del caudal                  η = η (Q)

La curva H = H (Q) nos indica las distintas alturas manométricas que proporciona una bomba para cada uno de los caudales de paso que atraviesan el rodete. Muestra la capacidad de transferir energía al fluido. Para saber qué clase de motor se requiere se necesita saber la potencia requerida.

Acoplamiento de Bombas en Serie

Este tipo de acoplamiento se emplea en casos en los cuales se desea elevar un mismo caudal a distintas alturas, o para impulsar un determinado caudal, venciendo grandes resistencias debidas a grandes longitudes de las conducciones.

Cuando funcionan en serie, la carga hidrostática neta combinada es simplemente la suma de las cargas hidrostáticas netas de cada bomba (lo que da un gasto volumétrico)

Carga hidrostática neta combinada para n bombas en serie:

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Estas cargas se calculan a partir de la expresión de Bernoulli, aproximando su valor a la diferencia de presiones de succión y de descarga, suponiendo que la velocidad del fluido es constante y que la pérdida de carga en la tubería es despreciable.

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Imagen 1: Acoplamiento de bombas en serie.                

Acoplamiento de Bombas en Paralelo

Para obtener la curva característica de un conjunto de bombas acopladas en paralelo, basta con sumar sus respectivos volúmenes individuales, para una misma altura o cabeza, a partir de sus correspondientes curvas características de H vs. Q. Ello resulta en unas curvas globales H vs. Q, cada vez más planas, tanto más planas cuanto más bombas en paralelo sean acopladas.

Capacidad combinada para n bombas en paralelo:

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Donde:

V = Volúmenes individuales.

Para la elaboración de la curva se necesita calcular :[pic 10]

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Lo ideal es que todas las bombas sean idénticas de modo que no haya que cerrar alguna de ellas en determinado momento. Es prudente instalar válvulas de no retroceso en cada ramal, de manera que cuando una bomba necesita apagarse (para darle mantenimiento o cuando se necesita que el caudal sea bajo) se evite que el flujo regrese por la bomba. Note que las válvulas y la tubería adicionales que se necesitan para una red de bombas en paralelo añaden más pérdidas de carga al sistema; por tanto, el rendimiento global de la combinación de bombas no es el óptimo. (Çengel, 2006)

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Imagen 2: Acoplamiento de bombas en paralelo.

Materiales y equipo

Equipo para bombas: en serie y paralelo a pequeña escala: (FF-BO-005, Generatoris)

Desarrollo experimental

Se verificó que estuviera conectado el equipo a 110 VAC, posteriormente se verificó: la protección de corriente del equipo, la disposición del drenaje y que el tanque de alimentación tuviera más del 70% de su capacidad. Se encendió el equipo y se realizó la alineación de válvulas según el ensayo a realizar (serie o paralelo), se encendieron las bombas y se giró la perilla de regulación de velocidad paulatinamente hasta alcanzar el 100%.

Resultados, cálculos y discusión de resultados.

Tabla 1: Resultados experimentales derivados de la operación de bombas en serie

Tabla 2: Resultados experimentales derivados de la operación de bombas en paralelo.

Donde:

• PS: Presión de succión. La lectura se toma del manovacuómetro instalado en la tubería de succión de las bombas 1 y 2, respectivamente.
• PD: Presión de descarga. La lectura se toma del manómetro instalado en la tubería de descarga de las bombas 1 y 2, respectivamente.
• Q: El caudal se toma del rotámetro general del equipo.
• V: Voltaje.
• A: Amperaje.
• Cálculos de potencias eléctricas de las bombas.

En paralelo:

Bomba 1.

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