Diseño de un banco de pruebas para bombas hidráulicas centrífrugas en configuración en serie, paralelo e individual (2021)
RESUMEN: Luego de identificar la necesidad que tiene el Grupo de Energías Alternativas (GEA) en la Universidad de Antioquia a raíz de la falta de un laboratorio que ayude a comprender e investigar algunas asignaturas que se instruyen en la Facultad de Ingeniería, para el departamento de Ingeniería Mecánica, relacionadas con el movimiento de fluidos a través de sistemas cerrados, cómo tuberías. Entre ellas mecánica de fluidos, potencia fluida e hidráulica, medición e instrumentación. Se propone el diseño de un banco de pruebas para bombas centrífugas hidráulicas conectadas en serie, paralelo y en configuración individual para contribuir a que los estudiantes logren reducir o eliminar completamente esa necesidad. Para empezar, a partir de las necesidades del cliente, en este caso el Grupo de Energías Alternativas de la Facultad de Ingeniería, se realiza un diseño conceptual que permita esclarecer cuál es la principal causa del problema. Se plantea un diagrama árbol que ayude a encontrar cuáles son los motivos más importantes y cuál es la mayor consecuencia que puede generar en los afectados. De este modo, se logra obtener una mejor idea de cuál debe ser el camino a tomar para concretar un óptimo diseño. Posteriormente, se identifican las variables que se desean controlar, para buscar, en el estado del arte, sistemas que ayuden a moderarlas sin entrar en gastos innecesarios. Por otra parte, es indispensable adaptarse al espacio que se dispone en el Laboratorio de Energías Alternativas, por ende, se busca la manera de utilizar algunos componentes aprovechables, como el tanque. En este punto, aparece una petición de que los elementos a emplear se puedan almacenar fácilmente, con el propósito de evitar conflictos con otros dispositivos presentes en el laboratorio. Por ello, se eligen materiales livianos para la construcción del banco de pruebas, como el policloruro de vinilo, más conocido en la industria como PVC. Así mismo, se reduce el tamaño del equipo a emplear, escogiendo bombas de mínima capacidad, sin descuidar las condiciones de operación del banco, ya que este debe mantener una alta capacidad de trabajo. Una de las causas principales es la falta de recursos para ejecutar el proyecto, por eso se propone el sistema más económico y ergonómico posible. Se logra reducir el número de bombas y válvulas al mínimo, sólo dos bombas y tres válvulas de bola, siempre cumpliendo con las necesidades que son las diferentes configuraciones en las que debe operar el banco de pruebas. Se ofrecen los materiales más ahorrativos, de fácil mantenimiento y con la mayor vida útil posible. Por esta razón, las bases estructurales, que sostienen cada bomba, que se incluyen en el diseño, se reducen a un sistema compacto e individual, muy práctico y de fácil construcción, sin descuidar que éste resista el peso máximo de todo el sistema. Se realizan diferentes simulaciones del banco de pruebas para bombas centrífugas hidráulicas. Además, se realiza una simulación de análisis estructural, empleando el software ANSYS, para validar que el sistema base resista las condiciones de trabajo. Se calculan las pérdidas teóricas para comparar los resultados obtenidos en las diferentes simulaciones y corroborar que tan acertadas son. Del mismo modo, se obtienen las curvas características para las bombas y se analiza si es lo esperado. Finalmente, se deja la guía de laboratorio para desarrollar una correcta práctica y para que cualquier estudiante o persona en general sea capaz de adaptar el sistema a la configuración deseada, simplemente con abrir o cerrar una válvula.