DETERMINACIÓN DE LAS CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UN SISTEMA DE BOMBAS EN SERIE Y PARALELO

INTRODUCCIÓN

En los procesos u operaciones industriales existen requerimientos de flujo en los que es necesario utilizar un sistema de bombeo con más de una bomba; esto puede ser porque la demanda de gasto o de carga del proceso sea excesivamente variable.

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 iníciales pueden ser mayores, el costo de operación más bajo y la mayor flexibilidad en la operación ayuda a pagar la inversión inicial.

Objetivos

Objetivo General

Conocer el funcionamiento de un sistema de bombas en paralelo identificando la relación entre los diferentes parámetros de operación del sistema de bombeo y el sistema de tuberías.

Objetivos específicos

Identificar las características de un sistema de bombas conectadas en serie.

Elaborar las gráfica de Carga – Caudal para el sistema de bombeo en paralelo y la gráfica del sistema de tuberías.

Encontrar el punto de operación del sistema a partir de las gráficas realizadas.

Marco Teórico

Sistemas de bombeo

Existen dos configuraciones que se pueden encontrar en los sistemas de bombeo, clasificados de acuerdo a la conexión de las bombas en la succión y descarga; estas configuraciones se muestran en la Figura 1. De esta forma, con varias bombas el sistema adquiere versatilidad y el gasto energético se regula según las necesidades.

Figura 1. Sistema de bombas en (a) paralelo y (b).serie Generalmente, el diseño y/o análisis de sistemas de bombeo requiere que el ingeniero conozca conceptos como:

Flujo en conductos: ecuaciones de gobierno y entendimiento de los fenómenos.

Bombas hidráulicas: tipos de bombas, curvas características, configuraciones.

Transitorios hidráulicos: fenómenos como el golpe de ariete generan sobrepresiones, cavitación, desplazamientos excesivos y ruptura de los elementos del sistema.

Diseño del sistema: cálculo y/o selección de tuberías, válvulas y demás elementos con criterios técnicos, económicos y energéticos.

Instrumentación: medición de variables del sistema y propiedades del fluido; operación remota, sensores.

Elementos motores: selección adecuada de la fuente motriz para accionar el eje de la bomba.

Mantenimiento: programación y ejecución de labores de mantenimiento predictivo y correctivo de todos los elementos.

Vibración y ruido: síntoma de problemas en el sistema hidráulico, mecánico y/o eléctrico.

Instalación eléctrica: control del encendido y variación de la velocidad de la bomba.

Sistemas auxiliares: sistemas requeridos en casos especiales.

Esto ofrece un panorama más amplio sobre éstos sistemas, por lo que se considera importante que en la realización de esta práctica se puedan aplicar los conocimientos adquiridos previamente.

Curvas características

Para la elaboración de la curva H - Q del sistema de bombeo se debe conocer las curvas H - Q de cada bomba por separado, las cuales pueden o no tener iguales especificaciones.

Para la curva H – Q del sistema en paralelo, solo se suman los caudales para la misma carga H (Figura 2a), sin importar que las bombas sean diferentes (en cuyo caso, la carga máxima del sistema en paralelo será la menor de las dos bombas).

Por otro lado, para la curva H – Q del sistema en serie, solo se suman las cargas H para el mismo caudal Q (Figura 2b), sin importar que las bombas sean diferentes.

Por su parte, la curva del sistema de tuberías se puede determinar con la ecuación de Darcy-Weisbach, útil para propósitos prácticos de obtener una expresión de H en función de Q2.

La altura H corresponde a la altura dinámica del sistema, la cual tiene una contribución de presión, velocidad, altura geodésica y pérdidas, respectivamente.

Al graficar todas las curvas características e interceptar la curva del sistema, es posible encontrar el Punto de Operación (PO) para la bomba A (ó B) y para el sistema en serie y paralelo.

Figura 2. Curvas características H - Q para (a) una bomba y (b) bombas iguales en paralelo (Tomado de White, 2002)

Descripción de los equipos La unidad consiste en un sistema cerrado con 3 bombas que pueden ser conectadas en serie o paralelo (Figura 2), que está conformada con los siguientes elementos:

Un tanque principal de suministro.

Tres bombas de X HP, X RPM, X V, caudal de 0 a X LPM y alturas de X a X m, con sus respectivos variadores de velocidad.

Transmisores de presión para la medición de la presión en la succión e impulsión de las bombas del sistema.

Cuatro válvulas de compuerta de 3/4” para establecer el sistema, en serie o en paralelo.

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