Práctica 9 y Práctica 10 PDF

Preview

Summary

Universidad Autónoma de Nuevo LeónFacultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica}Laboratorio Mecánica de FluidosPráctica No. 9: Gasto a través de un orificioIng. Raúl Gutiérrez HerreraMatricula Nombre Carrera1992111 Morales Ramírez Alex Arfaxad IMA1853236 Araujo Alvarado Roberto Carlos IMA1869104 Rodrí...

Description

Universidad Autónoma de Nuevo León Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

Laboratorio Mecánica de Fluidos

Práctica No. 9: Gasto a través de un orificio

Ing. Raúl Gutiérrez Herrera

Matricula 1992111 1853236 1869104 1992339 1750410 Hora: V3

Nombre Morales Ramírez Alex Arfaxad Araujo Alvarado Roberto Carlos Rodríguez Del Bosque Alvaro Jesús Penilla Alejandro Robertha Noemi Maurilio Niño Juan

Brigada: 205

Fecha: 01 de diciembre de 2020

Carrera IMA IMA IME IMA IMA

Introducción Siempre que se trabaja con un fluido, se llega a la necesidad de realizar el conteo de la cantidad que se transporta para eso se utilizan los medidores de gasto. Algunos de ellos miden la velocidad del flujo o gasto de manera directa y otros miden la velocidad promedio y aplicando la ecuación de continuidad y la de la energía se calcula la velocidad. Sus aplicaciones fundamentales se relacionan con la medición de gasto de agua, de vapor o de hidrocarburos por lo que resulta una etapa esencial para aumentar la eficiencia de las operaciones productivas.

Marco teórico Bomba de Émbolo La bomba de émbolo es una bomba de desplazamiento positiva, diseñada para bombear altos contenidos de sólidos (sólidos del 18-20 %), que comúnmente se encuentran en influyentes no tratados. Wastecorp es uno de los fabricantes más grandes de este estilo de bomba en el mundo. Esta tecnología está especificada para bombear efluente (derrames), así como para descargas industriales. Juntas con las bombas de cavidad progresivas que han existido desde los años 30, la bomba de émbolo comenzó primero bombeando lodos municipales en los años 20. Hasta 2008, hay más de 18.000 bombas de émbolo en operación en todo el mundo.

Generalidades Las bombas de émbolos rotativos, también llamadas “bombas Roots”, son aplicadas desde hace muchos años en la versión vacío y son muy conocidas en las industrias que necesitan producir vacío por su alto desplazamiento volumétrico. El mantenimiento se reduce prácticamente a la vigilancia y control del aceite de engrase de las cajas que alojan las partes mecánicas, este engrase se realiza por barboteo y el consumo de aceite es prácticamente nulo. La estanqueidad del paso del eje de accionamiento lleva una botella -visor de aceite para controlar el nivel de aceite y consecuentemente su buena estanqueidad.

Bomba de Pistón Las bombas de pistón son utilizadas generalmente en la industria por su alto rendimiento y por la facilidad de poder trabajar a una presión superiores 2000 lb/plg2 y tienen una eficiencia volumétrica aproximadamente de 95 a 98%.

Clasificación Debido a la gran variedad de las bombas de pistón, estas pueden clasificarse como:

◼ Bombas de pistón radial: Los pistones se deslizan radialmente dentro del cuerpo de la bomba que gira alrededor de una flecha. ◼ Bombas de pistón axial: Los pistones se mueven dentro y fuera sobre un plano paralelo al eje de la flecha impulsora. ◼ Bombas de pistón de barril angular (Vickers): Las cargas para impulsión de la bomba y las cargas de empuje por la acción del bombeo van soportadas por tres cojinetes de bolas de hilera simple y un cojinete de bolas de hilera doble. Este diseño de bomba ha dado un excelente servicio a la industria aeronáutica. ◼ Bombas de pistón de placa de empuje angular (Denison): Este tipo de bombas incorpora zapatas de pistón que se deslizan sobre la placa de empuje angular o de leva. La falta de lubricación causará desgaste.

Bombas neumáticas de pistón Las bombas neumáticas de pistón están compuestas de un motor de aire y de una estructura definida “grupo de bombeo”. Las partes fundamentales del motor neumático son el pistón y el dispositivo de válvulas. Este permite la inversión automática del movimiento del pistón. El caudal de una bomba de pistón depende de la cantidad de material que suministra en cada ciclo.

Principio de funcionamiento Estas bombas de pistón funcionan acopladas a un motor neumático alternativo accionado con aire. El movimiento alternativo se repite indefinidamente mientras esté conectado el suministro de aire, independientemente de si la bomba está alimentada con líquido o no.

Bombas con pistón oscilante Estas pequeñas unidades son apropiadas para aplicaciones en los más diferentes sectores. La estructura de la bomba exige una instalación en lugares protegidos. Las bombas de pistón axiales con plato inclinado giratorio Este tipo de bomba puede trabajar en ambas direcciones. El plato inclinado es movido por el eje y el ángulo del plato determina la carrera del pistón. Las válvulas son necesarias para dirigir el flujo en la dirección correcta.

Bomba de Paletas Las bombas de paletas tienen un conjunto de aletas con cinemática radial. Las aletas deslizan u oscilan en un cilindro hueco con ranuras radiales en el rotor. Respecto al eje del cuerpo de la bomba está colocado de forma excéntrica el rotor, respecto al que durante la rotación las aletas realizan movimientos alternativos o de vaivén.

Función En los extremos de la bomba de paletas se aprietan en el interior el estator y las paletas deslizan por él. La cámara de trabajo es llenada entre dos paletas contiguas, el estator y el rotor. Durante el giro rotor el volumen de producto aumenta hasta alcanzar un valor máximo que tras alcanzar este se cierra para trasladar el producto a la cavidad de impulsión de la bomba A la par se inicia el desalojo del líquido de la cámara de trabajo en una cantidad igual a su volumen útil. No tienen el mismo grado de hermeticidad como otras bombas rotativas y para mejorar el grado de hermeticidad se puede realizar elevando el número de paletas. El accionamiento se efectúa por medio de un eje estriado que engrana con el estriado interior del rotor. Hay diversos diseños para conseguir el contacto entre la paleta y el anillo; en unos se utiliza la propia fuerza centrífuga que les imprime el giro del rotor, en estos modelos se requiere una velocidad mínima de giro para garantizar el correcto apoyo de la paleta sobre el anillo; en otros modelos esta fuerza centrífuga se refuerza con unos muelles colocados entre la paleta y su alojamiento en el rotor, esto disminuye la velocidad mínima necesaria para el apoyo; otros modelos utilizan una reducida presión hidráulica para empujar la paleta. Las bombas de paletas son relativamente pequeñas en función de las potencias que desarrollan y su tolerancia al contaminante es bastante aceptable. El aceite entra por el lado izquierdo, donde es recogido por las paletas que se abren por la fuerza centrífuga y es impulsado hacia el lado de presión por las mismas hasta incorporarse a la salida de presión. unas ranuras especiales en

el rotor, conectan el lado de presión con la parte inferior de las paletas para ayudar a la fuerza centrífuga a impulsarlas hacia fuera.

Bomba de lóbulos La bomba de lóbulos es una bomba mecánica, volumétrica y de desplazamiento positivo. Son unas cámaras de trabajo las que desplazan el líquido. Hay Bombas de engranaje tipo lóbulos externos e internos. Ambos tipos de bombas se presentan a continuación y también se especifican tanto sus características como las ventajas de cada una.

Lóbulos externos Son bombas rotativas de engranajes externos que difieren de estas en la forma de accionamiento de los engranajes. Ambos engranajes tienen sólo tres dientes que son mucho más anchos y más redondeados que los de una bomba de engranajes externos. Su accionamiento es independiente por medio de un sistema de engranajes externo a la cámara de bombeo.

Lóbulos internos Son bombas rotativas de engranajes internos que difieren en la forma de accionamiento de los engranajes. Esta bomba combina un engranaje interno dentro de otro externo. El engranaje interno está montado en el eje y lleva un diente menos que el engranaje exterior.

Bomba de engranajes Las bombas de engranajes se usan para bombear aceite de lubricación, y casi siempre tienen un componente de vibración fuerte en la frecuencia del engranaje, que es el número de dientes en el engrane por las RPM. Este componente dependerá fuertemente de la presión de salida de la bomba. Si la frecuencia del engranaje se cambia de manera significativa, y hay una aparición de armónicos o de bandas laterales, en el espectro de vibración, este podría ser una indicación de un diente cuarteado o dañado de otra manera.

Las bombas de engranajes son bombas robustas de caudal fijo, con presiones de operación hasta 250 bar (3600psi) y velocidades de hasta 6000 rpm. Con caudales de hasta 250 cc/rev combinan una alta confiabilidad y tecnología de sellado especial con una alta eficacia.

Características ◼ Reversibles y unidireccionales, versiones con Brida SAE, DIN y Brida Europea. ◼ Divisores de caudal rotativo. ◼ Cuerpos en aluminio reforzado y en acero. ◼ Alto rendimiento y altas temperaturas. ◼ Bajo nivel sonoro. Larga duración en condiciones extremas. ◼ Excelente versatilidad. Amplio abanico de aplicaciones. ◼ Diseño compacto. Alta fiabilidad.

Bomba de Tornillo Es un tipo de bomba hidráulica considerada de desplazamiento positivo, que se diferencia de las habituales, más conocidas como bomba centrífuga. Esta bomba utiliza un tornillo helicoidal excéntrico que se mueve dentro de una camisa y hace fluir el líquido entre el tornillo y la camisa.

Actividad que realiza Está específicamente indicada para bombear fluidos viscosos, con altos contenidos de sólidos, que no necesiten removerse o que formen espumas si se agitan. Como la bomba de tornillo desplaza el líquido, este no sufre movimientos bruscos, pudiendo incluso bombear uvas enteras. Uno de los usos que tiene es la de bombear fangos de las distintas etapas de las depuradoras, pudiendo incluso bombear fangos deshidratados procedentes de filtros prensa con un 2225% de sequedad. Este tipo de bombas son ampliamente utilizadas en la industria petrolera a nivel mundial, para el bombeo de crudos altamente viscosos y con contenidos apreciables de sólidos. Nuevos desarrollos de estas bombas permiten el bombeo multifásico.

Bomba de Peristáltica Una bomba peristáltica es un tipo de bomba hidráulica de desplazamiento positivo usada para bombear una variedad de fluidos. El fluido es contenido dentro de un tubo flexible empotrado dentro de una cubierta circular de la bomba (aunque se han hecho bombas peristálticas lineales). Un rotor con un número de rodillos, zapatas o limpiadores unidos a la circunferencia externa comprimen el tubo flexible. Mientras que el rotor da vuelta, la parte del tubo bajo compresión se cierra (o se ocluye) forzando, de esta manera, el fluido a ser bombeado para moverse a través del tubo. Adicionalmente, mientras el tubo se vuelve a abrir a su estado natural después del paso de la leva ('restitución'), el flujo del fluido es inducido a la bomba.

Desarrollo H (cm) 40 35 30 25 20

X (cm) 35 30 25 20 15

Y (cm) 15.25 14.25 11.35 9.8 8.25

Vt (m/s) 2.80 2.61 2.42 2.21 1.97

𝑉𝑡 = √2𝑔ℎ = √2(9.8)(0.4) = 2.8

𝑚

𝑉

𝑉𝑡 = √2𝑔ℎ = √2(9.8)(0.35) = 2.61

𝑚 𝑠

𝑚 𝑚

𝑚 𝑠

𝑠

𝑡

11.01

𝑉

4.3∗10−4 4.3∗10−4

𝑡

12.10

𝑉

4.3∗10−4

𝑡

13.15

𝑄𝑟 = =

𝑚 𝑄𝑡 = 𝐴𝑜 𝑉𝑡 = (1.96 ∗ 10−5)(2.61) = 5.115 ∗ 10−5

3

𝑠

𝑄𝑡 = 𝐴𝑜 𝑉𝑡 = (1.96 ∗ 10−5)(2.42) = 4.743 ∗ 10−5

𝑚3 𝑠

𝑄𝑡 = 𝐴𝑜 𝑉𝑡 = (1.96 ∗ 10−5)(2.21) = 4.331 ∗ 10−5

𝑚3 𝑠

𝑄𝑡 = 𝐴𝑜 𝑉𝑡 = (1.96 ∗ 10−5)(1.97) = 3.861 ∗ 10−5

𝑚3 𝑠

11.52

𝑉

𝑄𝑟 = =

𝑚3 𝑠

10.24

𝑉

𝑄𝑟 = =

𝑄𝑡 = 𝐴𝑜 𝑉𝑡 = (1.96 ∗ 10−5)(2.8) = 5.488 ∗ 10−5

4.3∗10−4 4.3∗10−4

𝑄𝑟 = 𝑡 =

𝑠

𝑉𝑡 = √2𝑔ℎ = √2(9.8)(0.25) = 2.21 𝑉𝑡 = √2𝑔ℎ = √2(9.8)(0.2) = 1.97

V (m3) 4.3x10-4 4.3x10-4 4.3x10-4 4.3x10-4 4.3x10-4

𝑄𝑟 = 𝑡 =

𝑠

𝑉𝑡 = √2𝑔ℎ = √2(9.8)(0.3) = 2.42

Qt (m3/s) 5.488*10-5 5.115*10-5 4.743*10-5 4.331*10-5 3.861*10-5

t (s) 10.24 11.01 11.52 12.10 13.15

Qr (m3/s) 4.199*10-5 3.905*10-5 3.732*10-5 3.553*10-5 3.269*10-5

= 4.199 ∗ 10−5 = 3.905 ∗ 10−5 = 3.732 ∗ 10−5 = 3.553 ∗ 10−5 = 3.269 ∗ 10−5

𝑚3 𝑠 𝑚3 𝑠 𝑚3 𝑠 𝑚3 𝑠 𝑚3 𝑠

Conclusiones Alex Arfaxad Morales Ramírez: En esta práctica se pudo observar, calcular y dar como resultado las velocidades y gastos teóricos además del gasto real con las formulas proporcionadas por el manual. Respecto a los resultados se puede observar que hay variaciones de ambos resultados (refiriéndose a los gastos teóricos y reales), pero hay que recordar que los resultados teóricos varían respecto a los reales ya que las condiciones en el ambiente donde se realizó la practica altera los resultados.

Bibliografía Tipos de Bombas hidráulicas - Mantenimiento ens eq electrom. (s. f.). Google Sites. Recuperado 27 de noviembre de 2020, de https://sites.google.com/site/mantenimientoenseqelectrom/bombashidraulicas/tipos-de-bombas-hidraulicas

Clasificacion y tipos de bombas (s.f). fnmt

Recuperado 27 de noviembre de 2020, de

https://www.fnmt.es/documents/10179/10666378/Clasificaci%C3%B3n+y+tipos+d e+bombas.pdf/9eb9b616-ea47-0841-566b-3b49a93e83bf

Universidad Autónoma de Nuevo León Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

Laboratorio Mecánica de Fluidos

Práctica No. 10: Tiempo Teórico de Vaciado

Ing. Raúl Gutiérrez Herrera

Matricula 1992111 1853236 1869104 1992339 1750410 Hora: V3

Nombre Morales Ramírez Alex Arfaxad Araujo Alvarado Roberto Carlos Rodríguez Del Bosque Alvaro Jesús Penilla Alejandro Robertha Noemi Maurilio Niño Juan

Brigada: 205

Fecha: 01 de diciembre de 2020

Carrera IMA IMA IME IMA IMA

Marco teórico El cálculo de tiempo teórico de vaciado esta muy relacionado al teorema de Torricelli

Teorema de Torricelli Un depósito cilíndrico, de sección S1 tiene un orificio muy pequeño en el fondo de sección S2 mucho más pequeña que S1. Aplicamos el teorema de Bernoulli a los puntos (1) y (2) situados en la superficie libre del fluido y en el centro del orificio inferior.

suponiendo que la velocidad del fluido en la sección mayor S1 es despreciable v1  0 comparada con la velocidad del fluido v2 en la sección menor S2. Por otra parte, el elemento de fluido delimitado por las secciones S1 y S2 está en contacto con el aire a la misma presión. Luego, p1=p2=p0. La diferencia de alturas es y1-y2=h. Siendo h la altura de la columna de fluido Con estos datos la ecuación de Bernoulli se escribe

El frasco de Mariotte De acuerdo con el teorema de Torricelli, la velocidad de salida de un líquido por un orificio practicado en su fondo es la misma que la que adquiere un cuerpo que cayese libremente en el vacío desde una altura h, siendo h la altura de la columna de fluido

A medida que el fluido sale por el orificio, la altura h de fluido en el depósito va disminuyendo. Si S es la sección del orificio, el gasto Sv, o volumen de fluido que sale por el orificio en la unidad de tiempo no es constante. Si queremos producir un gasto constante podemos emplear el denominado frasco de Mariotte.

Consiste en un frasco lleno de fluido hasta una altura h0, que está cerrado por un tapón atravesado por un tubo cuyo extremo inferior está sumergido en el líquido. El fluido sale del frasco por un orificio practicado en el fondo del recipiente. En el extremo inferior B del tubo, la presión es la atmosférica ya que está entrando aire por el tubo, a medida que sale el líquido por el orificio. La velocidad de salida del fluido no corresponderá a la altura h0 desde el orificio a la superficie libre de fluido en el frasco, sino a la altura h o distancia entre el extremo inferior B del tubo y el orificio.

Dado que h permanece constante en tanto que el nivel de líquido esté por encima del extremo inferior del tubo, la velocidad del fluido y, por tanto, el gasto se mantendrá constantes. Cuando la altura de fluido en el frasco h0 es menor que h, la velocidad de salida v del fluido deja de ser constante La velocidad de salida v puede modificarse subiendo o bajando el extremo inferior del tubo AB en el frasco.

Vaciado de un depósito En la deducción del teorema de Torricelli hemos supuesto que la velocidad del fluido en la sección mayor S1 es despreciable v1@ 0 comparada con la velocidad del fluido v2 en la sección menor S2. Supondremos ahora, que v1 no es despreciable frente a v2. La ecuación de continuidad se escribe v1S1=v2S2 y la ecuación de Bernoulli

De estas dos ecuaciones obtenemos v1 y v2

Si S1>>S2 obtenemos el resultado de Torricelli El volumen de fluido que sale del depósito en la unidad de tiempo es S2v2, y en el tiempo dt será S2v2dt. Como consecuencia disminuirá la altura h del depósito -S1dh= S2v2dt Si la altura inicial del depósito en el instante t=0 es H. Integrando esta ecuación diferencial, obtenemos la expresión de la altura h en función del tiempo.

Cuando h=0, despejamos el tiempo t que tarda el depósito en vaciarse por completo.

Si S1>>S2, se puede despreciar la unidad

Desarrollo Para 5mm Diámetro (mm) 5 5 5 5

H (cm) 45 35 25 15

Teórico (s) 98.33 86.72 73.29 56.77

Real (s) 90 77 63 46

Área=

𝜋𝐷 2

𝑡𝑡 = 𝑡𝑡 =

(1,96∗10−5 )∗√2(9.8)

4

= 1.96 ∗ 10−5 𝑚2

Tiempo teórico= 𝑡𝑡 =

2∗𝐴𝑟 ∗𝐻 2 𝐴𝑜 ∗√2𝑔

1

= 98.33𝑠

𝑡𝑡 =

1

2∗(6.36∗10−3 )∗0.35 2

𝜋(0.005)2

1

1

2∗(6.36∗10−3 )∗0.45 2 (1,96∗10−5 )∗√2(9.8)

4

=

2∗(6.36∗10−3 )∗0.25 2 (1,96∗10−5 )∗√2(9.8)

= 73.29𝑠

1

= 86.72𝑠

𝑡𝑡 =

2∗(6.36∗10−3 )∗0.15 2 (1,96∗10−5 )∗√2(9.8)

= 56.77𝑠

Conclusiones Alex Arfaxad Morales Ramírez: En esta práctica obtuvimos el área del tanque (de 9cm de diámetro), sacamos el área del orificio (que fueron de 5mm de diámetro) y sustituyendo valores en las formulas que tenemos en el manual se obtuvieron los resultados teóricos, los cuales varían como cualquier valor teórico al valor real, obviamente porque en el laboratorio existen factores que modifican el comportamiento de los líquidos

Bibliografía Vaciado de un depósito. (s. f.). sc.ehu. Recuperado 27 de noviembre de 2020, de http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/dinamica/vaciado/vaciado.htm

Vaciado de un depósito abierto. (s. f.). sc.ehu. Recuperado 27 de noviembre de 2020, de http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica3/fluidos/vaciado/vaciado.html...