Sistema de bombas en serie y paralelo (1)
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El documento detalla el funcionamiento de sistemas de bombas en serie y en paralelo, resaltando su importancia para satisfacer diferentes requerimientos de operación. Se explican las características de carga-capacidad y cómo estas determinan los puntos de operación, además de considerar la eficiencia total en ambos tipos de configuración. Se incluyen recomendaciones y conclusiones sobre la efectividad y mejor uso de las bombas según su disposición.
Sistema de bombas en serie y paralelo (1)
- 1. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química LOPU SISTEMA DE BOMBAS EN SERIE Y EN PARALELO I. OBJETIVOS Entender el modo de operación en sistema de bombas ya sea en serie o en paralelo. II. FUNDAMENTO TEORICO Se pueden arreglar dos o más bombas para la operación en paralelo o en serie para lograr una amplia gama de requerimientos de la manera más económica. Si las bombas están ampliamente separadas, como es el caso de dos o más bombas a intervalos igualmente espaciados a lo largo de una tubería, se pueden generar serías condiciones transitorias de presión por procedimientos inadecuados de arranque o de parada. Operación Paralela 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 pueden lograr la operación cerca de la máxima eficiencia. Las características de carga-capacidad de las bombas no necesitan ser idénticas, pero las características inestables pueden dar problema, a menos que se pueda asegurar la operación sólo en la parte estable de la curva característica. Las bombas múltiples en una estación sirven de repuesto para casos de emergencia y para el tiempo de inactividad durante el mantenimiento y reparación. La posibilidad de mover dos bombas con un solo motor siempre debe considerarse, ya que normalmente es posible mover las bombas pequeñas a velocidades alrededor del 40% mayores que una sola bomba del doble de tal capacidad. El ahorro en costo de motor de mayor velocidad puede desplazar fácilmente el incremento en costo de dos bombas y dar flexibilidad adicional de operación. La carga del sistema consiste de la carga estática Hs y la suma Ht de la carga por fricción en la tubería y la perdida de carga en las válvulas y conexiones. Las curvas ING. ZOILA DIAZ CORDOVA 1
- 2. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química LOPU carga-capacidad de las diversas bombas se trazan en el mismo diagrama y sus intersecciones con la curva de carga del sistema muestran posibles puntos de operación. Añadiendo las capacidades de las diversas combinaciones de bombas para tantos valores de la carga como sean necesarios, se trazan las curvas combinadas carga-capacidad. La intersección de cualquier curva H-Q combinada con la curva de carga del sistema, es un punto de operación. La figura muestra dos curvas de carga-capacidad y la curva combinada. Los puntos 1, 2 y 3 son posibles condiciones de operación. La eficiencia total η de las bombas en paralelo esta dada por: S H Q P 3960 Donde: S = densidad relativa del fluido. H = carga en pies. ΣQ = suma de las capacidades de las bombas en gpm. ΣP = potencia total suministrada a las bombas en HP. Hr Hr Qr Q Q B B 1 2 B B 1 2 - Las bombas en paralelo aumentarán el Q Las bombas en paralelo aumentarán el Q. Suma horizontal. Para dos bombas idénticas, el Q máximo se duplicará. La H máxima será la misma. ING. ZOILA DIAZ CORDOVA 2
- 3. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química LOPU Ilustración PU1: Bomba1 PU2: Bomba2 1+2: Bomba1 + Bomba2 en paralelo Operación en Serie Frecuentemente las bombas se operan en serie para proporcionar cargas mayores que las de las bombas individuales. El procedimiento de planeación es similar al caso de las bombas en paralelo. Las cargas de las bombas se suman, como se muestra, para obtener la curva combinada carga-capacidad. Hay dos puntos posibles de operación 1 y 2 como se muestra por las intersecciones apropiadas con la curva carga-sistemas. La eficiencia total de las bombas en serie esta dada por: S H Q P 3960 Donde: S = densidad relativa del fluido. H = carga en pies. ΣQ = suma de las capacidades de las bombas en gpm. ΣP = potencia total suministrada a las bombas en HP. Es importante notar que la presión de la caja del estopeño de la segunda bomba se incrementa por la presión de descarga de la primera bomba. Esto puede requerir una ING. ZOILA DIAZ CORDOVA 3
- 4. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química LOPU caja especial de empaque para la segunda bomba con escape a la succión de la primera bomba. La presión de succión mayor puede incrementar tanto el costo inicial como los costos de mantenimiento de la segunda bomba. Q Q Hr Hr Hr B B 1 2 T B B 1 2 Las bombas en serie aumentarán la altura Las bombas en serie aumentarán la altura (H). Suma vertical. Para dos bombas idénticas, la H máxima se duplicará. La Q máxima seguirá siendo la máxima. Ilustración 1: Bomba1 2: Bomba2 1+2: Bomba1 + Bomba2 en serie ING. ZOILA DIAZ CORDOVA 4
- 5. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química LOPU III. PARTE EXPERIEMENTAL MATERIALES Y EQUIPOS: - Cronómetro - Centímetro - Probeta - Banco de bombas PROCEDIMIENTO Y CALCULOS: Ecuación de balance: 퐻푚 = 푃2−푃1 훾 + 푉2 2 − 푉1 2 2푔 + 푍2 − 푍1 → 퐻푚 = 푃2−푃1 훾 Hallando el 퐶퐷 = 푄푟 푄푡 = 8.1967×10−4 8.4033×10 −4 = 0.9754 1) Curva característica de las bombas: Bomba 1 = Bomba 2 Q (m3/s) P1 (KPa) P2 (KPa) Hb(m) 0 6 199.955 21.0372 6.7736*10-4 12 124.11 13.9029 7.3893*10-4 12 117.215 13.1986 8.1966*10-4 16 110.32 12.9029 ING. ZOILA DIAZ CORDOVA 5
- 6. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química LOPU Graficando la curva característica de la bomba: Hm (m) CURVA CARACTERISTICA H-Q 2) Sistema de bombas en serie: Q (m3/s) Q (m3/s) HmB1 (m) HmB2 (m) Hm=2 HmB1 (m) 0 21.0372 21.0372 42.0744 0.0003 17.5 17.5 35 0.0005 15.59 15.59 31.18 0.0007 13.6 13.6 27.2 ING. ZOILA DIAZ CORDOVA 6
- 7. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química LOPU Hm (m) 3) Curva de operación: CURVA CARACTERISTICA H-Q Q (m3/s) Luego los accesorios que consideraremos en el sistema son: 푍2 − 푍1 = 0.1푚 휈 = 1.02 × 10−6푚2 /푠 Entonces hacemos un balance al sistema para hallar nuestra curva de operación: 퐻푚 = 푍2 − 푍1 + 퐻푟푝 + 퐻푟푠 Despreciando las perdidas primarias debido a que las longitudes de las tuberías son muy pequeñas y se consideran despreciables. 퐻푚 = 푍2 − 푍1 + 푘 푣 2 2푔 퐻푚 = 푍2 − 푍1 + 8푄2 휋 2푔 Σ 푘1 퐷1 ( 4 + Σ 푘2 퐷2 4 + Σ 푘3 퐷3 4 ) ING. ZOILA DIAZ CORDOVA 7
- 8. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química LOPU Luego los accesorios que consideraremos en el sistema son: Diámetro Accesorio K 3/2 pulg Válvula de pie con alcachofa 15 0.0381m 2 Codo corto 90º 2x0.75 Unión universal 0.04 3 Tes. 3*1.8 Válvula de compuerta 0.17 Reductor 3/2 - 1/2 0.075 K 22.19 1/2 pulg Unión simple 0.04 0.0127m 2Válvula check 2x2.5 Expansor 1/2 - 3/2 0.12 Expansor 1/2 - 3/4 0.06 Unión universal 0.04 K 5.26 3/4 pulg Válvula de pie con alcachofa 15 0.01905m 2 Codo corto 90º 2x0.75 Unión universal 0.04 3 Tes. 3x1.8 Válvula de compuerta 0.17 Reductor 3/4 - 1/2 0.06 K 22.17 Calculando la Curva de Operación: Q (m3/s) Hm (m) 0 0.1 0.0001 0.4148 0.0002 1.3594 0.0004 5.1377 0.0006 11.4350 0.0008 20.2511 0.0010 31.5862 0.0012 45.4401 0.0014 61.8130 0.0016 80.7047 ING. ZOILA DIAZ CORDOVA 8
- 9. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química LOPU Hm (m) De la gráfica: Q = 0.00088 L/s Hm = 25m IV. CONCLUSIONES La curva de operación y las curvas características nos permiten predecir un mejor funcionamiento del sistema a diseñar. Las bombas que se conectan en serie se necesita una carga mayor pero esto no ocurrió debido a que hubo algún error de medición o yo estoy mal. Las bombas que se conectan en paralelo se necesita un caudal mayor. ING. ZOILA DIAZ CORDOVA 9
- 10. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química LOPU Es mejor la eficiencia si se conectan dos bombas semejantes a si se tratara de bombas diferentes. V. RECOMENDACIONES - En la tubería de aspiración es importante el uso de la válvula de pie con alcachofa. - En la tubería de impulsión el elemento más importante es la válvula de check. VI. BIBLIOGRAFIA - MANUAL DE PRACTICAS DE LABORATORIO Díaz Córdoba Zoila - MANUAL DEL INGENIERO QUÍMICO, Perry Mc Graw Hill, sexta edición. - INTRODUCCION A LA MECANICA DE FLUIDOS. Fernández Larrañaga Bonifacio. 2da. Edición. Alfa omega Grupo Editorial. México 1999. - MECANICA DE FLUIDOS, Irving H. Shames, 3ra Edición, McGraw-Hill, Colombia 1995 - http://www.Wikipedia.com - http://www.monografias.com ING. ZOILA DIAZ CORDOVA 10