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Desempeo de bombas en serie y

paralelo

13.1. Objetivos

Los objetivos generales de la presente experiencia son:

Determinar la curva caracterstica de cada bomba trabajando individualmente (Seccin 13.2).

Analizar el desempeo del conjunto de bombas cuando estn conectadas en serie y paralelo

(Seccin 13.3).

No hay ninguna actividad relativa a una experiencia virtual para esta sesin de laboratorio.

13.2. Curva caracterstica de funcionamiento y coeciente de des-

carga

13.2.1. Aspectos tericos

Coeciente de descarga

Para la experiencia del banco de bombas, se cuenta con un vertedero triangular de 27 grados de

apertura de garanta, en el que se comprobar lo establecido para el coeciente de descarga (Cd), dadoque es el valor que relaciona tanto el caudal terico (Qteorico) y el caudal real (Qreal) proporcionadoel fabricante y que se presenta gracamente en la Figura 13.1. Se debe tener en cuenta lo siguiente

(en todos los casos Hcresta es la carga del vertedero en la cresta):

Para estimar Qteorico usar:

Qteorico =8

15 tan

2 (2gHcresta)5/2

El Qreal est denido por la siguiente relacin:

Qreal = Cd 815 tan

2 (2gHcresta)5/2

Se despendre entonces que Qreal = Cd Qteorico

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CIV-275

Figura 13.1: Caudal real (en L/min) como funcion de la carga en el vertedero Hcresta (en metros)

Figura 13.2: Curva caracterstica de funcionamiento de las bombas usadas en la experiencia.

Curva caracterstica

La curva caracterstica de funcionamiento de una bomba (Fig. 13.2) es aquella que muestra la

energa total desarrollada por la bomba (expresada mediante la carga total de la bomba,H) en funcindel caudal (Q) a ser entregado dada una velocidad de giro constante.Para el clculo de la carga total entregada (H) se aplica el teorema de Bernoulli entre la zona desuccin (entrada, punto 1 en Fig. 13.3) y la descarga (salida, punto 2 en Fig. 13.3) de la bomba. As,

se debe cumplir lo expresado por la Ec. 13.1:

P1

+ Z1 +v212g

+ hB =P2

+ Z2 +v222g(13.1)

Donde:

P1: Carga de succin en la entrada de la bomba (m).

Z1 : Carga potencial geodsica en la entrada o succin de la bomba (m)

v12

2g: Carga de velocidad en la entrada de la bomba (m)

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hB : Carga total entregada por la bomba (m)

P2: Carga de presin en la salida de la bomba (m)

Z2 : Carga potencial geodsica en la descarga o salida de la bomba (m)

v22

2g: Carga de velocidad en la salida de la bomba (m)

Figura 13.3: Esquema del nivel de referencia tomado para el banco de bombas. Note que x es unaparmetro que debe ser medido en el laboratorio.

A partir de la ecuacin 13.1 se despeja las ecuaciones 13.2 y 13.3 (tomar como sistema de

referencia aquel denido en la Fig. 13.3).

Z1 +P1

+v212g

+ hB

hp = Z2 + x+P2

+v222g(13.2)

Z1 + hB

hp = Z2 + x (13.3)

En tanto las prdidas en el sistema son mnimas, pueden ser despreciadas; por lo tanto, se obtiene la

ecuacin 13.4, en la cual x es una distancia conocida que representa el desnivel entre los fondos delas cubas, es decir x = 50,6cm.

hB = Z2 Z1 + x (13.4)

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CIV-275

13.2.2. Procedimiento

El banco de bombas (Figs. 13.4-a y 13.4-b) a usar para esta experiencia comprende: 2 bombas

(una de 1HP y otra de 0.5HP ), 1 vertedero de 27 grados de apertura de garganta, 6 llaves (vlvulas),tuberas de succin y descarga de acero inoxidable, y 2 medidores de presin (uno por cada bomba).

En cada caso, se proceder de la siguiente manera:

Para el clculo del coeciente de descarga (Cd)

El sistema permite trabajar con cualquiera de las bombas aisladamente.

Si se desea solo trabajar con la Bomba 1 (etiquetada con el cdigo CPM 130 0,5HP ), se deberrealizar lo siguiente: (a) abrir totalmente la Llave 2; (b) mantener cerradas las Llaves 3, 4 y 5;

y (c) regular el ujo con la Llave 1 para obtener de la curva caracterstica.

Si se desea solo trabajar con la Bomba 2 (etiquetada con el cdigo GCP 158, 1HP ), se deberrealizar lo siguiente: (a) abrir totalmente las Llaves 4 y 6; (b) mantener cerradas las Llaves 1,

2, y 5; y (c) regular el ujo con la Llave 3 para la obtener de la curva caracterstica.

Seguidamente, proceder a tomar un mnimo de 5 datos de Hcresta variando el valor de P(presin en la bomba) cada 5psi.

Tener en cuenta que para una correcta lectura de Hcresta, se deber esperar que el ujo seencuentre estable. Se recomienda iniciar la experiencia con P = 5psi.

Para el clculo de la carga de la bomba (hB)

Estos clculos se harn con las bombas trabajando indivualmente y cada jefe de prctica eligir

la bomba a usar en la experiencia. El grupo 1 medir lo requerido para la Bomba 1 y el grupo 2

har lo propio con la Bomba 2, luego intercambiarn datos, de tal manera que ambos grupos tengan

mediciones de las bombas 1 y 2. Adems, los datos seran usados en las experiencias de bombas en

serie y en paralelo para ver el aporte de cada bomba. Se requiere seguir la siguiente secuencia:

Iniciar la experiencia para una presin P = 5psi.

Medir Z1 y Z2.

Usar la ecuacin de energa (Ec. 13.4) para el clculo de hB.

Variar el valor de P en intervalos de 5psi, para tener la cantidad de datos necesarios paragracar la curva caracterstica.

13.2.3. Clculos

Presentar sus resultados de acuerdo a la Tabla 13.1.

Cuadro 13.1: Tabla de resultados de carga de la bomba

N

PB Z1 Z2 hB Qteorico(psi) (m) (m) (m) (L/min)

1

2

3

Con los datos medidos y estimados, gracar la curva hB (m) Vs. Q (L/min). Ud. deberobtener una grca similar a la mostrada en la Fig. 13.2.

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Figura 13.4: Numeracin de las llaves para el manejo del banco de bombas. Ntese que las guras

(a) y (b) solamente representan diferentes ngulos de visual del equipo.

Gracar la curva de presin de la bomba (PB, en psi) Vs. Q (L/min). Esta grca se obtendrpara cada una de las bombas.

A partir de los datos de caudal real Qreal que les sern proporcionados, calcular Cd. Presentesus resultados siguiendo la Tabla 13.2.

Para el informe, gracar la curva Q (L/min) vs Hcresta (m).

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CIV-275

Cuadro 13.2: Tabla de resultados del coeciente de descarga (Cd) en el vertedero triangular

N

PB Qteorico Qreal Hcresta Cd(psi) (L/min) (L/min) (m)

1

2

3

13.3. Bombas en serie y paralelo

13.3.1. Objetivos

Determinar la curvas caractersticas las bombas trabajando tanto en serie como en paralelo.

Determinar el aporte individual de cada bomba para conguraciones en serie y paralelo.

13.3.2. Aspectos Tericos

Bombas en serie

La curva caracterstica de un circuito de bombas en serie tiene la particularidad de que la Bomba

1 (CPM 130) alimenta a la Bomba 2 (GCP 158), obtenindose en esta ltima valores de P (psi) altosen comparacin con las mediciones descritas en la Seccin 13.2. El aporte de presin de cada bomba

ser diferente para un caudal dado, como se presenta en el ejemplo de la Fig. 13.5.

Figura 13.5: Ejemplo de aporte de cada bomba en un circuito en serie

Bombas en paralelo

Si se debe dar un abastecimiento o remocin de grandes volmenes de agua, el tipo ms comn

de estacin de bombeo usada es en paralelo. La suma de los caudales individuales de cada bomba

resultar en el caudal total. En este caso, para una misma presin, el aporte del caudal ser diferente

en cada bomba, como lo muestra en el ejemplo de la Fig. 13.6.

Coeciente de descarga (Cd)

Usar los coecientes obtenidos en la Tabla 13.2 y extraporlarlos para los caudales medidos para

bombas es serie y paralelo.

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Figura 13.6: Ejemplo de aporte de cada bomba en un circuito en paralelo

13.3.3. Procedimiento

Para el clculo de la carga de la bomba (hB)

Para la conguracin en serie y paralelo, se debe seguir el siguiente procedimiento general:

Medir Z1 y Z2 y calcular hB.

Variar el valor de P (psi) en intervalos de 5psi, para tener la cantidad de datos necesarias paragracar la curva caracterstica con un mnimo de 5 puntos.

Para el correcto uso del banco de bombas, seguir las recomendaciones de apertura y cerrado de

llaves, descrito lneas abajo.

Tener en cuenta que para una correcta lectura de Hcresta, se debe esperar a que el uido seencuentre estable.

Conguracin de las vlvulas

Para bombas trabajando en serie (Bomba 1, CPM130, alimenta a la Bomba 2, GCP 158)

vericar la siguiente conguracin: (a) Llave 1, 4 y 6 totalmente abiertas; (b) Llave 2 y 5

cerradas; y (c) regular la Llave 3 para obtener la curva caracterstica.

Para bombas trabajando en paralelo, vericar la la siguiente conguracin: (a) Llave 5 cerrada;

(b) Llave 2, 4 y 6 totalmente abiertas; y (c) regular el ujo con la Llave 1 (Bomba 1) y Llave

3 (Bomba 2) para obtener las curvas caractersticas.

13.3.4. Clculos

1. Para el clculo de la altura total entregada por las bombas en ambas conguraciones:

Presentar sus resultados siguiendo el formato de la Tabla 13.3.

Cuadro 13.3: Tabla de resultados de presiones y cargas en las bombas

N

PB1 PB2 Z1 Z2 hB Qteorico(psi) (psi) (m) (m) (m) (L/min)

1

2

3

Con los datos medidos, gracar las curvas de presin en las bombas (PB1 y PB2) en psiVs. Q (L/min). Tomar en cuenta el sistema de referencia usado en la Fig. 13.3.

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Identicar en estas grcas el aporte de cada bomba individualmente.

2. Para la conguracin en serie, muestre un cuadro de resultados segn el formato de la Tabla 13.4.

Cuadro 13.4: Tabla de resultados para las bombas en serie

N

Qteorico Qreal Hcresta Cd P1 P2(L/min) (L/min) (m) (psi) (psi)

1

2

3

3. Para la conguracin en paralelo, muestre un cuadro de resultados segn el formato de la

Tabla 13.5. Note que para este caso, la presin (P ) en las bombas es nica.

Cuadro 13.5: Tabla de resultados para las bombas en paralelo

N

P Qteorico Qreal Hcresta Cd(m) (L/min) (L/min) (m)

1

2

3

4. Para ambos casos, graque las curvas Q (L/min) vs H (m), calcular el valor Cd y presente lasconclusiones ms relevantes de la experiencia de laboratorio.

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