Laboratorio ii

“AÑO DE LAS CUMBRES MUNDIALES EN EL PERU”

UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUÍS GONZAGA” DE ICA

FACULTAD DE INGENIERIA Y ELECTRICA

TRABAJO DE INVESTIGACION

ACTUALIZACION DE LA GUIA DE LABORATORIO DE ENERGIA II PARA LA FIME

PRESENTADO POR

CHACALTANA HERENCIA RAUL EDUARDO

ICA - PERU2008

UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA” DE ICAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

MEDICIÓN DE CAUDAL

LABORATORIO DE ENERGÍA II

TEMA:

Estudio de flujos por su naturaleza son altamente móviles, el transporte de fluidos suele darse en canales abiertos o conductos cerrados. En forma muy general podemos diferenciar los siguientes tipos de flujo:

• Flujo Exteriores • Flujos Interiores • Flujo con efectos viscosos • Flujos no viscosos • Flujo laminar • Flujo turbulento • Flujo permanente • Flujo No permanente • Flujo Incompresible • Flujo Compresible

FUNDAMENTO TEÓRICO

MEDIDOR DE CAUDAL

Es un dispositivo que, instalado en una tubería, permite conocer el flujo volumétrico o caudal que está circulando por la misma, parámetro éste de muchísima importancia en aquellos procesos que involucran el transporte de un fluido. La mayoría de los medidores de caudal se basan en un cambio del área de flujo, lo que provoca un cambio de presión que puede relacionarse con el caudal a través de la ecuación de Bernoulli.

Hgv

gPZ

nn

2.

2

MEDIDAS DE CAUDAL En la mayor parte de operaciones realizadas en procesos industriales y en las efectuadas en laboratorio y en plantas piloto es muy importante la medición de caudales de líquidos o de gases.

Existen varios métodos para medir el caudal según sea el tipo de caudal volumétrico o másico deseado. Entre los transductores más importantes figuran los siguientes:

MEDIDAS DE CAUDAL

MEDIDORES DE PRESIÓN DIFERENCIAL

Puesto que la medida de caudal volumétrico en la industria se realiza, generalmente, con instrumentos que dan lugar a una presión diferencial al paso del fluido, abordaremos en primer lugar los medidores de presión diferencial. Los instrumentos que se denominan, habitualmente, caudalímetros o medidores de caudal, constituyendo una modalidad particular los contadores, los cuales integran dispositivos adecuados para medir y justificar el volumen que ha circulado por la conducción.

Los medidores de caudal volumétrico pueden determinar el caudal de volumen de fluido de dos formas:

• Directamente, mediante dispositivos de desplazamiento positivo, o• Indirectamente, mediante dispositivos de: presión diferencial, área variable, velocidad,

fuerza, etc.

Principales medidores de presión diferencial

– Placas de orificio, toberas,– Tubos Venturi, tubos Pitot, tubos Annubar, codos,– Medidores de área variable, medidores de placa.

Se estima que, actualmente, al menos un 75% de los medidores industriales en uso son dispositivos de presión diferencial, siendo el más popular la placa de orificio.

VENTAJAS: • Su sencillez de construcción, no incluyendo partes móviles,• Su funcionamiento se comprende con facilidad,• No son caros, particularmente si se instalan en grandes tuberías y se

comparan con otros medidores,• Pueden utilizarse para la mayoría de los fluidos, y• Hay abundantes publicaciones sobre sus diferentes usos.

DESVENTAJAS:• La amplitud del campo de medida es menor que para la mayoría de los

otros tipos de medidores,• Pueden producir pérdidas de carga significativas,• La señal de salida no es lineal con el caudal,• Deben respetarse unos tramos rectos de tubería aguas arriba y aguas abajo del

medidor que, según el trazado de la tubería y los accesorios existentes, pueden ser grandes.

• Pueden producirse efectos de envejecimiento, es decir, acumulación de depósitos o la erosión de las aristas vivas,

• La precisión suele ser menor que la de medidores más modernos, especialmente si, como es habitual, el medidor se entrega sin calibrar.

TIPOS DE INSTRUMENTOS MEDIDORES DE CAUDAL 1. MEDIDORES DE MASA Y VOLUMEN:

• MEDIDORES DE CAUDAL PARA FLUJO INCOMPRESIBLE

– MEDIDORES DE MASA Y VOLUMEN.- Estos instrumentos se basan en la medición de masa y/o volumen que fluyen en determinado tiempo.

Consiste en dos tanques separados por medio de un tabique de placa metálica.El nivel del agua se observa en los tubos transparentes.Se le adosa una graduación donde se puede leer directamente el volumen.

TIPOS DE INSTRUMENTOS MEDIDORES DE CAUDAL

2 . MEDIDORES DE FLUJO DE MASA DE VOLUMEN:• 2.1 MEDIDORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO O CANTIDAD: Se basan en

las mediciones de cantidad de fluido.

– Los medidores de desplazamiento positivo miden la cantidad de fluido que circula por un conducto, dividiendo el flujo en volúmenes separados y sumando los volúmenes que pasan a través del medidor.

En cada medidor, se pueden destacar tres componentes comunes:

– Cámara, que se encuentra llena de fluido,– Desplazador, que, bajo la acción del fluido circulando, transfiere el fluido desde

el final de una cámara a la siguiente, y– Mecanismo (indicador o registrador), conectado al desplazador, que cuenta el

número de veces que el desplazador se mueve de una parte a otra en la cámara de trabajo.

Dentro de los diferentes tipos de medidores para líquidos se considerarán los siguientes:

– Medidores de tipo pistón,– Medidores de paletas deslizantes, y– Medidores de engranajes.

TIPOS DE INSTRUMENTOS MEDIDORES DE CAUDAL• 2.1.1 MEDIDORES DE CONDENSADOS O CONTADOR DE FLUJO.

- A. MEDIDOR DE PISTÓN OSCILANTE-ROTATORIO.- Consiste de un pistón hueco montado excéntricamente dentro de un cilindro. El cilindro y el pistón tienen la misma longitud, pero el pistón, como se aprecia en la figura, tiene un diámetro más pequeño que el cilindro. El pistón, cuando está en funcionamiento, oscila alrededor de un puente divisor, que separa la entrada de la salida de líquido. Al comienzo de un ciclo el líquido entra al medidor a través de la puerta de entrada A, en la posición 1, forzando al pistón a moverse alrededor del cilindro en la dirección mostrada en la figura, hasta que el líquido delante del pistón es forzado a salir a través de la puerta de salida B, en la posición 4, quedando el dispositivo listo para comenzar otro ciclo

R.P.MentoCompartimi ## VQ

OPERACIÓN:Consiste de un pistón hueco montado excéntricamente dentro de un cilindro. El cilindro y el pistón tienen la misma longitud, pero el pistón tiene un diámetro más pequeño que el cilindro. El pistón, cuando está en funcionamiento, oscila alrededor de un puente divisor, que separa la entrada de la salida del líquido. Al comienzo de un ciclo el líquido entra al medidor a través de la puerta de entrada A, en la posición 1, forzando al pistón a moverse alrededor del cilindro en la dirección mostrada en la Figura, hasta que el líquido delante del pistón es forzado a salir a través de la puerta de salida B, en la posición 4, quedando el dispositivo listo para comenzar otro ciclo.


TIPOS DE INSTRUMENTOS MEDIDORES DE CAUDAL - B . MEDIDORES DE PALETAS DESLIZANTES.- En la figura 15 se muestra un medidor de paletas deslizantes, que consta de un

rotor con unas paletas, dispuestas en parejas opuestas, que se pueden deslizar libremente hacia adentro y hacia afuera de su alojamiento. Los miembros de las paletas opuestas se conectan rígidamente mediante varillas, y el fluido circulando actúa sobre las paletas sucesivamente, provocando el giro del rotor.

Mediante esta rotación el líquido se transfiere desde la entrada a la salida a través del espacio entre las paletas. Como éste es el único camino para el paso del líquido desde la entrada a la salida, contando el número de revoluciones del rotor, puede determinarse la cantidad de líquido que ha pasado. El cierre se lleva a cabo por la acción de las paletas sobre la pared de la cámara, Mediante una combinación de presión de líquido y fuerzas centrífugas, auxiliado por el apriete, mediante resortes, de las paletas contra la pared de la cámara. Esto ayuda a mantener en valores aceptables cualquier escape de líquido que pueda producirse a través de las paletas.

Fig. 15. Medidor de paletas deslizantes.

TIPOS DE INSTRUMENTOS MEDIDORES DE CAUDAL- C. MEDIDORES DE ENGRANAJES.-

Entre los más importantes medidores de engranajes se pueden destacar los siguientes:– medidores de rueda oval, y– medidores helicoidales.

- C.1. MEDIDORES DE RUEDA OVAL El medidor de rueda oval, que se muestra en la figura 16, dispone de dos ruedas ovales que

engranan entre sí y tienen un movimiento de giro debido a la presión diferencial creada por el flujo de líquido. La acción del líquido actúa de forma alternativa sobre cada una de las ruedas, dando lugar a un giro suave de un par prácticamente constante. Tanto la cámara de medida como las ruedas están mecanizadas con gran precisión, con el fin de conseguir que el deslizamiento entre ellas se produzca con el mínimo rozamiento, sin que se formen bolsas o espacios muertos y desplazando la misma cantidad de líquido en cada rotación.

Fig. 16. Medidor de rueda oval.

La principal ventaja de estos medidores es que la medida realizada es prácticamente independiente de variaciones en la densidad y en la viscosidad del líquido.


- C.2. MEDIDORES HELICOIDALES En la figura 17 se muestra un medidor de tipo helicoidal, cuyo funcionamiento es similar al

de la rueda oval, por lo que no merece más detalles.

Fig. 17. Medidor de engranajes helicoidales.

- F. MEDIDOR DE DISCO NUTANTE O CONTADOR DE FLUJO.-Utilizado como medidor de agua de tipo domestico.Opera bajo el principio de disco nutante; mientras que el disco nuta, transmite un movimiento al tren de engranaje que mueve el mecanismo de control al pasar el agua.

Medidor de disco, sección vertical


Ventajas:* Muy difundido y comprobado.* Muy económico.Simple y de bajo mantenimiento.

Desventajas:* Es el de menor precisión de los instrumentos de desplazamiento positivo.* No se fabrica para tuberías de gran tamaño.* El par disponible para el accionamiento de accesorios mecánicos es muy limitado.

OPERACION: El agua fluye a través del filtro del medidor para llegar a la cámara de medición donde provoca la nutación del disco. El disco que se mueve libremente, nuta sobre su propia esfera, guiado por un rodillo de empuje. El eje del disco hace girar el magneto de la cámara de medición. Mediante inducción magnética, se transmite el movimiento del disco hacia un imán seguidor localizado dentro del registro. El imán seguidor está conectado al tren de engranes del registro. El tren de engranes convierte las nutaciones del disco a unidades de volumen totalizado que se muestran en la carátula del registro.


TIPOS DE INSTRUMENTOS MEDIDORES DE CAUDAL• 2.2. MEDIDORES POR EL MÉTODO DE RESTRICCIÓN DE FLUJO O ALTURAS DE

PRESIÓN Se basan en que un líquido que fluye por una tubería tiene una cantidad determinada o fija

de energía total.

- 2.2.1 MEDIDORES DE ÁREAS CONSTANTES Y ALTURAS VARIABLES:

A. TUBO DE PITOT .- Es uno de los medidores más exactos para medir la velocidad de un fluido dentro de una tubería. El equipo consta de un tubo cuya abertura está dirigida agua arriba , de modo que el fluido penetre dentro de ésta y suba hasta que la presión aumente lo suficiente dentro del mismo y equilibre el impacto producido por la velocidad.

tVQ

PD = PT - PE [Ec. 1]

Donde:PD: presión dinámica, en milímetros de columna de agua (mm cda)PE: presión estática, mm cdaPT: presión total, mm cda

TIPOS DE INSTRUMENTOS MEDIDORES DE CAUDAL• 2.2. MEDIDORES POR EL MÉTODO DE RESTRICCIÓN DE FLUJO O ALTURAS DE PRESIÓN

Se basan en que un líquido que fluye por una tubería tiene una cantidad determinada o fija de energía total.

- 2.2.1 MEDIDORES DE ÁREAS CONSTANTES Y ALTURAS VARIABLES:A. TUBO DE PITOT .- Es uno de los medidores más exactos para medir la velocidad de un fluido dentro de una tubería. El equipo consta de un tubo cuya abertura está dirigida agua arriba , de modo que el fluido penetre dentro de ésta y suba hasta que la presión aumente lo suficiente dentro del mismo y equilibre el impacto producido por la velocidad. El Tubo de Pitot mide las presiones dinámicas y con ésta se puede encontrar la velocidad del fluido, hay que anotar que con este equipo se puede verificar la variación de la velocidad del fluido con respecto al radio de la tubería (perfil de velocidad del fluido dentro de la tubería).

tVQ

PD = PT - PE [Ec. 1] Donde:PD: presión dinámica, en milímetros de columna de agua (mlm cda)PE: presión estática, mm cdaPT: presión total, mm cda

El Tubo de Pitot mide las presiones dinámicas y con ésta se puede encontrar la velocidad del fluido, hay que anotar que con este equipo se puede verificar la variación de la velocidad del fluido con respecto al radio de la tubería (perfil de velocidad del fluido dentro de la tubería).

Los tubos de Pitot tienen la ventaja de que produce una pérdida de presión despreciable. Son también baratos, y su instalación simplemente consiste en un simple proceso de ponerlo en un pequeño agujero taladrado en la tubería. Si se utilizan adecuadamente pueden conseguirse precisiones moderadas y aunque su uso habitual sea para la medida de velocidad del aire, se usan también para indicar el caudal total en grandes conductos y prácticamente con cualquier fluido. Su principal fallo es que la exactitud de la medida es sólo del 5% y los dispositivos de medida de presión tienen que alcanzar algo más de exactitud, sobretodo si la diferencia de presión creada es muy pequeña.

B. TUBO DE VENTURI .- El Venturi consiste de una reducción gradual del área de flujo, seguido de un ensanchamiento gradual de la misma; por estas características, provoca una pérdida de energía moderada.

Es útil para medir caudales en conductos cerrados a presión

La ecuación de la energía y la ecuación de continuidad pueden utilizarse para derivar la relación a través de la cual podemos calcular la velocidad del flujo.

Q = A1v1 = A2v2 (2)


COMPARATIVA DE LOS DISTINTOS SENSORES DE FLUJO

Sensor de flujo

Líquidos recomen

dados

Pérdida de presión

Exactitud típica en

%

Medidas y diámetro

s

Efecto viscoso

Coste Relativo

Orificio

Líquidos sucios y limpios; algunos líquidos viscosos

Medio ±2 a ±4 of full scale 10 a 30 Alto Bajo

Tubo Venturi

Líquidos viscosos, sucios y limpios

Bajo ±1 5 a 20 Alto Medio

Tubo Pitot Líquidos limpios Muy bajo ±3 a ±5 20 a 30 Bajo Bajo

TurbinaLíquidos

limpios y viscosos

Alto ±0.25 5 a 10 Alto Alto

Electromagnet.

Líquidos sucios y limpios; líquidos viscosos

y conducto

res

No ±0.5 5 No Alto

B. TUBO DE VENTURI .- El Venturi consiste de una reducción gradual del área de flujo, seguido de un ensanchamiento gradual de la misma; por estas características, provoca una pérdida de energía moderada.

Es útil para medir caudales en conductos cerrados a presión Diametro de la tuberia

20o

5 a 7o

Tubo de vidrioMercurio

Diametro de la garganta

Tubo Venturi

La ecuación de la energía y la ecuación de continuidad pueden utilizarse para derivar la relación a través de la cual podemos calcular la velocidad del flujo.

Q = A1v1 = A2v2 (2)


TUBO DE VENTURI

C. TOBERA.-La tobera presenta una entrada curvada que se prolonga en un cuello cilíndrico, siendo el coeficiente de descarga similar al del tubo Venturi. Sin embargo, la caída de presión es del mismo orden que en la placa de orificio, para el mismo caudal y con el mismo tamaño de tubería.


Caudal Teórico:

Se ha de tener en cuenta las pérdidas, que no hemos considerado en la ecuación de Bernoulli, eso se consigue mediante la introducción de una parámetro adimensional,Cv , que afecta a la velocidad:

)..( 22 vCAQ vr

2

2

1

21

2

1

)(2.

AA

ppgCvAQr

Cv oscila entre un valor de 0.95 y una valor ligeramente superior a la unidad, pero como regla general podemos tomar un valor de 0.98.

Si definimos el Coeficiente de Caudal como:

D. PLACAS DE ORIFICIO O DIAFRAGMA.-• Consiste en una placa perforada que se instala en la tubería.• El orificio es perpendicular al plato.• Su popularidad de este medidor es por su bajo costo y fácil instalación.

VENTAJAS:Su colocación y extracción de la cañería es sencilla lo que favorece la inspección de daños producidos por erosión, corrosión, incrustación o deformación.


PLACAS DE ORIFICIO

DEMOSTRACIÓN DE FÓRMULA:

Por la ecuación de conservación de la masa:

21 QQ 2211 .. AvAv

2

112 .AAvv

2.2.2-Medidores de Área Variables y alturas constantes:

A. Rotámetro.- •Es un dispositivo medidor de caudal que consta de un tubo vertical ligeramente cónico.•Dentro del tubo juega libremente un flotador de forma de plomada.•Trabaja hasta los 300 ºC.•Mide caudales de agua limpia en la industria de procesos alimenticios y otros.

fe

fr A

VgACdQ 22

222 4

adA

ha

HAtg

4.262 ad


Es un dispositivo medidor de caudal que consta de un tubo vertical transparente, ligeramente cónico, el extremo mas grande del cono queda arriba. Dentro del tubo juega libremente un flotador con forma de plomada. El flotador esta en contacto directo con el liquido que se ha de medir y este fluye hacia arriba por el tubo cónico.

DESCRIPCIÓN DE FUNCIONAMIENTO: Cuando no hay flujo alguno el flotador descansa sobre el tope inferior y obtura la entrada inferior.

Cuando comienza el flujo, el flotador debe levantarse de su asiento inferior y moverse hacia arriba por el tubo cónico y a medida que sube, es mayor el paso libre que queda para el liquido a los lados del flotador. A medida que el flujo aumenta, el flotador sube en el tubo, dejando cada vez mas grande el espacio anular de paso. La lectura de la altura del flotador se da directamente en unidades de área y viene a ser el área anular de la altura a que se encuentra el flotador y como está determinada por el volumen del flujo, se puede decir que es un medidor de área variable.

Hay unas ranuras diagonales o estrías como se quiera apreciar en los costados del flotador que lo mantiene girando y que también lo mantiene alejado de las paredes de vidrio de manera que se mantiene en el centro del tubo y no hay fricción entre el flotador y el tubo cónico. Esta rotación también tiende a mantener el flotador libre de burbujas y de mugre.

El rotámetro no necesita tramos especialmente rectos, sean instalados antes o después del rotámetro, tampoco afectan su precisión los codos, uniones y pequeñas irregularidades de las tuberías .

La escala se construye en escala simple y para variar la capacidad del medidor , por lo general se cambia el flotador ( de tamaño o material); y algunas veces el tubo cónico de vidrio. Los flotadores pueden construirse de metales de densidad variable, como plomo, aluminio, vidrio o acero inoxidable

TIPOS DE INSTRUMENTOS MEDIDORES DE CAUDALRotámetro

FUERZAS DE ROTÁMETRO:

• La fuerza de la gravedad (peso) que actua hacia abajo sobre el flotador (Wf).

• Fuerza debida al empuje hidrostático (hacia arriba del fluido) sobre el flotador (FE).

• Fuerza de la resistencia al movimiento resultante de la fricción de la viscosidad alrededor del flotador. Esta fuerza en muchos casos puede despreciarse por ser muy pequeñas (FR).

• Diferencia de presión, puede expresarse por el equilibrio de fuerzas en el flotador, que actúan tanto en su superficie como inferior : (P1 – P2).

• En la superficie inferior actúa la presión de impacto P1(N/m2) y en la superficie superior actúa la presión estática, P2(N/m2), corriente abajo.

• e) El área efectiva (Ae) del flotador en ángulo recto con la corriente• La diferencia de presión (P1 – P2) por el Ae, produce una furza en la

direcion de la corriente. FP(N).• Vf = volumen del flotador (m3) f = densidad del flotador (Kg/m3). = densidad del fluido (Kg/m3).

(Peso del flotador) = (Diferencia de presiones x Área afectiva) + (Empuje Hidrostático o sobre el flotador)Wf = Fp + FE

f

e

f

fe

f

ffe

fffe

feff

AV

gg

g

gAV

PP

gVA

VgVA

VAgV

2.P-P2V

:)(en )(y )( :luego)(.............................. P-Pg..h :Tambien)..(........................................ 2ghV

:esanular espacio elpor fluido del velocidadLa

).(........................................

).P-P(

g....).P-P(Terminos Ordenando

g..).P-P(..

2122

212

22

21

21

21

21

DEMOSTRACIÓN DE LA FÓRMULA:

Entonces el caudal que fluye por el espacio anular es:

xAgV

xACxVACQe

ffddR

)(2222

(m3/seg)

Donde : A2 = Área del orificio anular

En unidades de masa :

e

ffdR A

xgVxACQ

)(22

(Kg/seg)

Para calcular el área y la velocidad a diferentes alturas:

y

Donde los valores de “d” se hallan de la siguiente manera; siendo la forma del rotámetro como se muestra en la figura :

A. Vertederos.-Es un dispositivo que se usa para medir caudales , especialmente agua en canales abiertos.Existen varias formas de vertederos (WEIRS), ente los más utilizados están la rectangular y la triangular.

2.2.3- Medidores de Área Variables y alturas variables:


El caudal real “ɗq” lo calculamos de la siguiente manera:

dAgZCdq 2

Como: XdzdA y

DEDUCCIÓN DE LA FÓRMULA:

25

)2

(2153 htggCq

C = Constante del elemento

8

Entonces :

dZZhhbgZCdq )(2

hZ

ZdZZZh

hbgCq

0

2/1)(2

)(20

2/32/1

hZ

ZdZZdZhZ

hbgCq

2525

52

322 hh

hbgCq

2325 2154

1542 bhgCh

hbgCq

Pero:

222

2 hTgb

h

bTg

22 hTgb

25

22

158 hTggCq

Donde C: coeficiente de descarga

TRIANGULAR


2.2.3- Medidores de Área Constantes y alturas constantes:

A. Tubo de Reynolds.-En el flujo de fluidos a través de una tubería se pueden presentar diferentes tipos de flujo: uniforme, permanente, variado, etc. y diferentes regímenes: laminar, turbulento, de transición. El régimen de flujo está definido por el número de Reynolds (número adimensional).

VDcomoVDVD ReRe

Tec. Sist. M.K.S.; Sist. en líquido del Densidad 33 mUTM

mKgr m

SegmKgr

mSegN

mSegKgr mF

, , en fluido del Viscosidad 22Según el número de Reynolds, los flujos se definen: Re < 2000 Flujo laminar Re 2000 - 4000 Flujo de transición Re > 4000 Flujo turbulento


3. Medidores de caudal electrónico y magnéticos.-- 3.1 MEDIDORES ELECTROMAGNÉTICOS.-

A - FLUXOMETRO ELECTROMAGNÉTICO.-

Los componentes principales incluyen un tubo con un material no conductor, dos bobinas electromagnéticas y dos electrodos, alejados uno del otro, montados a 180° en la pared del tubo. Los electrodos detectan el voltaje generado en el fluido. Puesto que le voltaje generado es directamente proporcional a la velocidad del fluido, una mayor velocidad de flujo genera un voltaje mayor. Su salida es completamente independiente de la temperatura, viscosidad, gravedad específica o turbulencia. Los tamaños existentes en el mercado van desde 5 mm hasta varios metros de diámetro.


B - FLUXOMETRO DE ULTRASONIDO.-

Consta de unas Sondas, que trabajan por pares, como emisor y receptor. La placa piezo-cerámica de una de las sondas es excitada por un impulso de tensión, generándose un impulso ultrasónico que se propaga a través del medio líquido a medir, esta señal es recibida en el lado opuesto de la conducción por la segunda sonda que lo transforma en una señal eléctrica.

Hay dos tipos de medidores de flujo por ultrasonidos:

•DOPPLER •TRÁNSITO


- 3.2 TIPO TURBINA.-


VAQ

La energía cinética del fluido circulando hace girar el rotor con una velocidad angular que, en el margen lineal del medidor, es proporcional a la velocidad media axial del fluido y, por tanto, al caudal volumétrico.

Donde:

Q :Caudal

A = Sección de tubería

W = velocidad angularRV


- 3.3 MEDIDOR DE ALABES ROTATORIOS.- Los velómetros de alabes rotativos están

basados en la medición de las revoluciones por minuto del molinete, siendo este valor proporcional a la velocidad del fluido que circula por el conducto. La señal puede medirse con un reloj (velómetros mecánicos) o bien translucirse a una señal eléctrica. En este caso deben utilizarse instrumentos intrínsecamente seguros cuando las mediciones se realizan en atmósferas inflamables. Existen velómetros de distintos diámetros. Es obvio que los de mayor tamaño no son adecuados para mediciones dentro de los conductos ya que requerirían orificios demasiados grandes. En este caso, su utilidad se pone de manifiesto para medidas en boca de campana o a la descarga del sistema.

En general, las sondas de molinete pierden precisión por debajo de 0,25 m/s, lo que no significa un problema para su uso en mediciones en sistemas de extracción localizada pero sí para mediciones ambientales.

OTROS MÉTODOS DE MEDICIÓN.

Métodos volumétricos

Método velocidad/superficie

a) Napa de agua baja (altura de descarga baja)

b) Chorro

Q = 3,15D1,99 H0,53 (2)

Q = 5,47D1,25 H1,35 (1)Q en metros cúbicos por segundo; D y H en metros.Si H < 0,4 D utilícese la ecuación (1)Si H > 1,4 D utilícese la ecuación (2)Si 0,4D < H < 1,4D calcúlense ambas ecuaciones y tómese la media

Dos tipos de molinete a) tipo taza cónica b) tipo hélice

Método Variación de la velocidad en una corriente

Método del molinete

MEDIDORES DE CAUDAL COMERCIALES.

Medidor de caudal magnético

Medidor de caudal térmico compacto

Medidor de caudal bridado

Medidor de caudal de masa electrónico

Totalizador mecánico

UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA" DE ICAUNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA" DE ICAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

PÉRDIDAS DE CARGAPÉRDIDAS DE CARGAEN TUBERÍASEN TUBERÍAS

TEMA:TEMA:

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN El método más común para transportar fluidos de un punto a otro es impulsarlo a El método más común para transportar fluidos de un punto a otro es impulsarlo a

través de un sistema de tuberías. Las tuberías de sección circular son las más través de un sistema de tuberías. Las tuberías de sección circular son las más frecuentes, ya que esta forma ofrece no sólo mayor resistencia estructural sino frecuentes, ya que esta forma ofrece no sólo mayor resistencia estructural sino también mayor sección transversal para el mismo perímetro exterior que cualquier también mayor sección transversal para el mismo perímetro exterior que cualquier otra forma. A menos que se indique específicamente, la palabra “tubería” en este otra forma. A menos que se indique específicamente, la palabra “tubería” en este estudio se refiere siempre a un conducto cerrado de sección circular y diámetro estudio se refiere siempre a un conducto cerrado de sección circular y diámetro interior constante.interior constante.

Debido a la gran variedad de fluidos que se utilizan en los procesos industriales Debido a la gran variedad de fluidos que se utilizan en los procesos industriales modernos, una ecuación que pueda ser usada para cualquier fluido ofrece ventajas modernos, una ecuación que pueda ser usada para cualquier fluido ofrece ventajas obvias. Una ecuación de este tipo es la fórmula de Darcy, que puede ser deducida obvias. Una ecuación de este tipo es la fórmula de Darcy, que puede ser deducida por análisis dimensional; sin embargo, una de las variables en la fórmula, el por análisis dimensional; sin embargo, una de las variables en la fórmula, el coeficiente de fricción, debe ser determinado experimentalmente. Esta fórmula tiene coeficiente de fricción, debe ser determinado experimentalmente. Esta fórmula tiene una extensa aplicación en el campo de la mecánica de fluidos y se utiliza mucho en una extensa aplicación en el campo de la mecánica de fluidos y se utiliza mucho en este estudio.este estudio.

ECUACIÓN GENERAL DE ENERGÍA ECUACIÓN GENERAL DE ENERGÍA TEOREMA DE BERNOULLI.TEOREMA DE BERNOULLI.

El teorema de bernoulli es una forma de expresión de la aplicación de la ley de la conservación El teorema de bernoulli es una forma de expresión de la aplicación de la ley de la conservación de la energía al flujo de fluidos en una tubería. La energía total en un punto cualquiera por de la energía al flujo de fluidos en una tubería. La energía total en un punto cualquiera por encima de un plano horizontal arbitrario fijado como referencia, es igual a la suma de la altura encima de un plano horizontal arbitrario fijado como referencia, es igual a la suma de la altura geométrica, la altura debida a la presión y la altura a la velocidad, es decir:geométrica, la altura debida a la presión y la altura a la velocidad, es decir:

FUNDAMENTO TEÓRICOFUNDAMENTO TEÓRICO

Hgv

gPZ

nn

2.

2

Nótese que la pérdida por Nótese que la pérdida por rozamiento en la tubería rozamiento en la tubería desde el punto uno al punto desde el punto uno al punto dos (hL) se expresa como la dos (hL) se expresa como la pérdida de altura en metros de pérdida de altura en metros de fluido (pies de fluido). La fluido (pies de fluido). La ecuación puede escribirse de ecuación puede escribirse de la siguiente manera:la siguiente manera:

Lnnnn

hgv

gPZ

gv

gPZ

2.2.

22

2

22

21

1

11

MEDIDA DE LA PRESIÓNMEDIDA DE LA PRESIÓN En la fig.1-5 se ilustra gráficamente la relación entre las presiones absoluta y manométrica. El En la fig.1-5 se ilustra gráficamente la relación entre las presiones absoluta y manométrica. El

vacío perfecto no puede existir en la superficie de la tierra pero es, sin embargo, un punto de vacío perfecto no puede existir en la superficie de la tierra pero es, sin embargo, un punto de referencia conveniente para la medición de la presión.referencia conveniente para la medición de la presión.

• Presión BarométricaPresión Barométrica es el nivel de la presión atmosférica por encima del vacío es el nivel de la presión atmosférica por encima del vacío perfecto.perfecto.

• La presión atmosféricaLa presión atmosférica normalizada es 1.01325 bar (14.7 lb/pulg²) o 760 mm de Hg. normalizada es 1.01325 bar (14.7 lb/pulg²) o 760 mm de Hg.• La presión manométricaLa presión manométrica es la presión medida por encima de la atmosférica, mientras es la presión medida por encima de la atmosférica, mientras

que la presión que la presión absoluta se refiere siempre al vacío perfecto. absoluta se refiere siempre al vacío perfecto.• VacíoVacío es la depresión por debajo del nivel atmosférico. La referencia a las condiciones es la depresión por debajo del nivel atmosférico. La referencia a las condiciones

de vacío se hace de vacío se hace a menudo expresando la presión absoluta en términos a menudo expresando la presión absoluta en términos de altura de de altura de columna de mercurio o de agua.columna de mercurio o de agua.

NÚMERO DE REYNOLDSNÚMERO DE REYNOLDS Las investigaciones de Las investigaciones de Osborne ReynoldsOsborne Reynolds han demostrado que el régimen de flujo en tuberías, han demostrado que el régimen de flujo en tuberías,

es decir, si es laminar o turbulento depende del diámetro de la tubería, de la densidad y la es decir, si es laminar o turbulento depende del diámetro de la tubería, de la densidad y la viscosidad del fluido y de la velocidad del flujo. viscosidad del fluido y de la velocidad del flujo.

EnEn el flujo de fluidos a través de una tubería se pueden presentar diferentes tipos de flujo: el flujo de fluidos a través de una tubería se pueden presentar diferentes tipos de flujo: uniforme, permanente, variado, etc. y diferentes regímenes: laminar, turbulento, de transición. uniforme, permanente, variado, etc. y diferentes regímenes: laminar, turbulento, de transición. El régimen de flujo está definido por el número de Reynolds (número adimensional).El régimen de flujo está definido por el número de Reynolds (número adimensional).

El régimen de flujo está definido por el número de Reynolds (número adimensional).El régimen de flujo está definido por el número de Reynolds (número adimensional).

VDcomoVDVD ReRe

segmV en Velocidad

mD en tuberíaDiámetro

Tec. Sist. M.K.S.; Sist. en líquido del Densidad 33 mUTM

mKgr m

SegmKgr

mSegN

mSegKgr mF

, , en fluido del Viscosidad 22

Segm2

en cinemática Viscosidad

Donde :

Para estudios técnicos, el régimen de flujo de tuberías se define: Re < 2000 Flujo laminar Re 2000 - 4000 Flujo de transición Re > 4000 Flujo turbulento

APARATO DE REYNOLDSAPARATO DE REYNOLDS

El Aparato de Reynolds ha sido ideado El Aparato de Reynolds ha sido ideado con el propósitocon el propósitode servir como ayuda didáctica para el de servir como ayuda didáctica para el estudiante de temas relacionados alestudiante de temas relacionados altransporte de líquidos en conductos transporte de líquidos en conductos cerrados. El aparato permite reproducir cerrados. El aparato permite reproducir el experimento mediante el cual Osborne el experimento mediante el cual Osborne Reynolds pudo observar la existencia del Reynolds pudo observar la existencia del flujo laminar y el flujo turbulento para un flujo laminar y el flujo turbulento para un mismo fluido que es transportado bajo mismo fluido que es transportado bajo diferentes condiciones. diferentes condiciones.

A veces se tienen conductos con sección transversal que no es circular. A veces se tienen conductos con sección transversal que no es circular. Para calcular el número de Reynolds en estas condiciones, el diámetro Para calcular el número de Reynolds en estas condiciones, el diámetro circular es sustituido por el diámetro equivalente (cuatro veces el radio circular es sustituido por el diámetro equivalente (cuatro veces el radio hidráulico). hidráulico).

Esto se aplica a cualquier tipo de conducto (conducto circular no Esto se aplica a cualquier tipo de conducto (conducto circular no

completamente lleno, ovalado, cuadrado o rectangular), pero no a formas completamente lleno, ovalado, cuadrado o rectangular), pero no a formas muy estrechas, como aberturas anulares o alargadas, donde la anchura es muy estrechas, como aberturas anulares o alargadas, donde la anchura es pequeña con relación a la longitud. En tales casos, el radio hidráulico es pequeña con relación a la longitud. En tales casos, el radio hidráulico es aproximadamente igual a la mitad de la anchura de paso.aproximadamente igual a la mitad de la anchura de paso.

Radio HidráulicoRadio Hidráulico

mojadoperímetrolíquidavenaladeltransversacionladeerficieRH ......sec...sup

LONGITUD EQUIVALENTE (Leq)LONGITUD EQUIVALENTE (Leq) Es aquella longitud de tubería que ocasionaría las mismas pérdidas que Es aquella longitud de tubería que ocasionaría las mismas pérdidas que

algún accesorio.algún accesorio.

gV

DL

fg

KV eq

22

22

DfKLeq

Es el diámetro de una tubería de sección circular que ha igualdad de caudal, longitud Es el diámetro de una tubería de sección circular que ha igualdad de caudal, longitud y fluido generan la misma caída de presión que otra tubería de sección no circular.y fluido generan la misma caída de presión que otra tubería de sección no circular.

SISTEMAS DE TUBERÍASSISTEMAS DE TUBERÍAS

Tuberías en serieTuberías en serie Tuberías en paraleloTuberías en paralelo

El flujo de los fluidos en tuberías está siempre acompañado de rozamiento de las partículas del El flujo de los fluidos en tuberías está siempre acompañado de rozamiento de las partículas del fluido entre sí y, consecuentemente, por la pérdida de energía disponible; en otras palabras, fluido entre sí y, consecuentemente, por la pérdida de energía disponible; en otras palabras, tiene que existir una pérdida de presión en el sentido del flujo. Si se conectan dos manómetros tiene que existir una pérdida de presión en el sentido del flujo. Si se conectan dos manómetros Bourdon a una tubería por la que pasa un fluido, según se indica en la fig. 1-6, el manómetro P, Bourdon a una tubería por la que pasa un fluido, según se indica en la fig. 1-6, el manómetro P, indicaría una presión estática mayor que el manómetro P2.indicaría una presión estática mayor que el manómetro P2.Ec. 1-4 Ec. 1-4

FÓRMULA DE DARCYFÓRMULA DE DARCYEcuación general del flujo de fluidos.Ecuación general del flujo de fluidos.

FACTOR DE FRICCIÓNFACTOR DE FRICCIÓN

La Fórmula de DarcyLa Fórmula de Darcy puede deducirse por análisis dimensional con la excepción del factor puede deducirse por análisis dimensional con la excepción del factor de fricción de fricción ff, que debe ser determinado experimentalmente. El factor de fricción para , que debe ser determinado experimentalmente. El factor de fricción para condiciones de flujo laminar (Re < 2000) es función sólo del número de Reynolds; mientras condiciones de flujo laminar (Re < 2000) es función sólo del número de Reynolds; mientras que para flujo turbulento (Re > 4000) es también función del tipo de pared de la tubería.que para flujo turbulento (Re > 4000) es también función del tipo de pared de la tubería.

La información más útil y La información más útil y

universalmente aceptada universalmente aceptada sobre factores de fricción sobre factores de fricción que se utiliza en la fórmula que se utiliza en la fórmula de Darcy, la presentó de Darcy, la presentó L.F. L.F. MoodyMoody . El profesor Moody . El profesor Moody mejoró la información en mejoró la información en comparación con los comparación con los conocidos diagramas de conocidos diagramas de factores de fricción, Piggot y factores de fricción, Piggot y Kemler, incorporando Kemler, incorporando investigaciones más investigaciones más recientes y aportaciones de recientes y aportaciones de muchos científicos de gran muchos científicos de gran nivel.nivel.

DETERMINACIÓN DEL FACTOR DE FRICCIÓN PARA EL FLUJO LAMINARDETERMINACIÓN DEL FACTOR DE FRICCIÓN PARA EL FLUJO LAMINAR

Asi para el flujo laminar el factor de fricción es :Asi para el flujo laminar el factor de fricción es :f = 64/Ref = 64/Re Flujo laminar Re < 2100Flujo laminar Re < 2100Este es un valor analítico demostrado experimentalmente.Este es un valor analítico demostrado experimentalmente.

DETERMINACIÓN DEL FACTOR DE FRICCIÓN PARA FLUJO TURBULENTODETERMINACIÓN DEL FACTOR DE FRICCIÓN PARA FLUJO TURBULENTO

Experimentalmente se ha demostrado que el factor de fricción para el flujo turbulento está en función Experimentalmente se ha demostrado que el factor de fricción para el flujo turbulento está en función del número de Reynolds en una tubería.del número de Reynolds en una tubería.Para un mismo número de Reynolds hay diferentes valores del factor de fricción de acuerdo a la Para un mismo número de Reynolds hay diferentes valores del factor de fricción de acuerdo a la modificación del área del conducto.modificación del área del conducto.El diámetro no incide en el factor de fricción cuando el flujo es laminar, más si cuando es turbulento.El diámetro no incide en el factor de fricción cuando el flujo es laminar, más si cuando es turbulento.La caída de presión en el flujo laminar, no depende de la naturaleza de la superficie interna del La caída de presión en el flujo laminar, no depende de la naturaleza de la superficie interna del conducto, sin conducto, sin embargo en el flujo turbulento la naturaleza de la superficie interna del caño controla la caída de presión.

)Karmandelación(Re8.0)f(Relog2f

110

)Nikuradse()R(gE2

Dlog2f

110

3f

DEV*R

76.1E2

Dlog2f

110

En este grafico se puede determinar que ha una sola curva de En este grafico se puede determinar que ha una sola curva de factores de fricción en la región del flujo laminar y en cambio hay factores de fricción en la región del flujo laminar y en cambio hay muchas en la región de flujo turbulento.muchas en la región de flujo turbulento.Cada una de estas curvas está representada por un valor dado de Cada una de estas curvas está representada por un valor dado de la rugosidad relativa.la rugosidad relativa.A medida que el numero de Reynolds aumenta, los valores de los A medida que el numero de Reynolds aumenta, los valores de los factores de fricción tienden a valores constantes. factores de fricción tienden a valores constantes. Se observará que a la derecha de la curva de guiones llamada Se observará que a la derecha de la curva de guiones llamada región de turbulencia completa, los valores de los coeficientes de región de turbulencia completa, los valores de los coeficientes de fricción pueden tomarse como constantes. Estos valores de los fricción pueden tomarse como constantes. Estos valores de los factores de fricción deben considerarse como valores medios, factores de fricción deben considerarse como valores medios, utilizados a falta de información mas precisa. Ha que tener en utilizados a falta de información mas precisa. Ha que tener en cuenta que este valor puede tener ciertas variaciones.cuenta que este valor puede tener ciertas variaciones.

DIAGRAMA DE MOODYDIAGRAMA DE MOODY

EFECTO DEL TIEMPO Y USO EN LA FRICCIÓN DE TUBERÍASEFECTO DEL TIEMPO Y USO EN LA FRICCIÓN DE TUBERÍAS

Las pérdidas por fricción en tuberías son muy sensibles a los cambios de Las pérdidas por fricción en tuberías son muy sensibles a los cambios de diámetro y rugosidad de las paredes. Para un caudal determinado y un diámetro y rugosidad de las paredes. Para un caudal determinado y un factor de fricción fijo, la pérdida de presión por metro de tubería varía factor de fricción fijo, la pérdida de presión por metro de tubería varía inversamente a la quinta potencia del diámetro. Por ejemplo, si se reduce inversamente a la quinta potencia del diámetro. Por ejemplo, si se reduce en 2% el diámetro, causa un incremento del 29%. En muchos de los en 2% el diámetro, causa un incremento del 29%. En muchos de los servicios, el interior de la tubería se va incrustando con cascarilla, tierra y servicios, el interior de la tubería se va incrustando con cascarilla, tierra y otros materiales extraños; luego, es una práctica prudente dar margen para otros materiales extraños; luego, es una práctica prudente dar margen para reducciones del diámetro de paso.reducciones del diámetro de paso.

Los técnicos experimentados indican que la rugosidad puede incrementarse Los técnicos experimentados indican que la rugosidad puede incrementarse con el uso (debido a la corrosión o incrustación) en una proporción con el uso (debido a la corrosión o incrustación) en una proporción determinada por el material de la tubería y la naturaleza del fluido, Ippen, determinada por el material de la tubería y la naturaleza del fluido, Ippen, comentando sobre el efecto del paso del tiempo, cita una tubería de 4 comentando sobre el efecto del paso del tiempo, cita una tubería de 4 pulgadas de acero galvanizado que duplicó su rugosidad e incrementó el pulgadas de acero galvanizado que duplicó su rugosidad e incrementó el factor de fricción en 20% después de 3 años de uso moderado.factor de fricción en 20% después de 3 años de uso moderado.

PÉRDIDA DE ENERGÍA EN TUBERÍASPÉRDIDA DE ENERGÍA EN TUBERÍAS

Cuando un fluido circula por una tubería, sufre pérdidas en su energía por diferentes Cuando un fluido circula por una tubería, sufre pérdidas en su energía por diferentes causas; siendo las más comunes las pérdidas por:causas; siendo las más comunes las pérdidas por:

1. Rozamiento1. Rozamiento2. Entrada2. Entrada3. Salida3. Salida4. Súbito ensanchamiento del tubo4. Súbito ensanchamiento del tubo5. Súbita contracción de la tubería5. Súbita contracción de la tubería6. Obstrucciones (válvulas, medidores, etc.).6. Obstrucciones (válvulas, medidores, etc.).7. Cambio de dirección en la circulación.7. Cambio de dirección en la circulación.

Normalmente las pérdidas más importantes son las debidas al rozamiento y se Normalmente las pérdidas más importantes son las debidas al rozamiento y se denominan "pérdidas mayores". En algunos casos, las pérdidas puntuales denominan "pérdidas mayores". En algunos casos, las pérdidas puntuales debidas a cambios de diámetro o secciones, cambios de dirección de flujo, debidas a cambios de diámetro o secciones, cambios de dirección de flujo, válvulas, etc., que se denominan" pérdidas menores", pueden ser de válvulas, etc., que se denominan" pérdidas menores", pueden ser de importancia.importancia.

ESTUDIO DEL FLUJO INTERNOESTUDIO DEL FLUJO INTERNOSe denomina flujos internos a aquellos que quedan completamente limitados por superficies Se denomina flujos internos a aquellos que quedan completamente limitados por superficies sólidos. (Por Ej., flujos a través de tuberías, de conductos, etc.).sólidos. (Por Ej., flujos a través de tuberías, de conductos, etc.).

La pérdida de cargas en tuberías puede ser de dos clases:La pérdida de cargas en tuberías puede ser de dos clases:

PERDIDAS PRIMARIASPERDIDAS PRIMARIAS::Son aquellas que están relacionadas con las pérdidas de energía, que se generan por la fricción Son aquellas que están relacionadas con las pérdidas de energía, que se generan por la fricción entre partículas del mismo fluido al desplazarse al dentro de la tubería y la fricción del fluido con entre partículas del mismo fluido al desplazarse al dentro de la tubería y la fricción del fluido con las paredes de dicha tubería.las paredes de dicha tubería.

PERDIDAS SECUNDARIASPERDIDAS SECUNDARIAS::Llamadas también pérdidas menores, son aquellas caídas o pérdidas de presión que se Llamadas también pérdidas menores, son aquellas caídas o pérdidas de presión que se producen cuando el flujo atraviesa una válvula, codos, cambia de sección en la tubería producen cuando el flujo atraviesa una válvula, codos, cambia de sección en la tubería (contracción o expansión), etc.(contracción o expansión), etc.

GRADIENTE HIDRÁULICOGRADIENTE HIDRÁULICO Es una forma de visualizar gráficamente la energía de presión (LGH: Línea de Gradiente Es una forma de visualizar gráficamente la energía de presión (LGH: Línea de Gradiente

Hidráulico) o la suma de todas las energías (LET: Línea de Energía Total), que tiene el fluido en Hidráulico) o la suma de todas las energías (LET: Línea de Energía Total), que tiene el fluido en cada uno de los puntos de la tubería por donde fluye.cada uno de los puntos de la tubería por donde fluye.

La línea de gradiente hidráulico o piezométrica muestra la elevación de la energía de presión a La línea de gradiente hidráulico o piezométrica muestra la elevación de la energía de presión a lo largo de la tubería; permitiendo determinar o visualizar la presión que se presenta en cada lo largo de la tubería; permitiendo determinar o visualizar la presión que se presenta en cada punto de la tubería. En una tubería uniforme la energía de la velocidad punto de la tubería. En una tubería uniforme la energía de la velocidad

αxαxV2/2gV2/2g, es constante y la línea de energía total es paralela a la línea de gradiente hidráulico., es constante y la línea de energía total es paralela a la línea de gradiente hidráulico.

Lh

S ff

Pendiente de la línea gradiente hidráulico. Es la tangente de ángulo α

Figura 4.2

¿Que se puede hacer para subir la L.G.H. y darle agua a la casa A de la figura 4.2?

1- Construir un tanque elevado T, en lugar del enterrado.2- Instalar una bomba y subir la línea de gradiente hidráulico.3- Aumentar el diámetro de la tubería para reducir pérdidas.

TEORÍA Y SELECCIÓN DE TEORÍA Y SELECCIÓN DE BOMBAS CENTRIFUGASBOMBAS CENTRIFUGAS

LABORATORIO DE ENERGÍA IILABORATORIO DE ENERGÍA II

CONCEPTO DE BOMBAS:CONCEPTO DE BOMBAS:La bomba es una máquina que absorbe energía mecánica que puede provenir de un motor eléctrico, térmico, etc., y la transforma en energía que la transfiere a un fluido como energía hidráulica la cual permite que el fluido pueda ser transportado de un lugar a otro, a un mismo nivel y/o a diferentes niveles y/o a diferentes velocidades.

Fig..Nº- 1:Bomba de dos etapas

TIPOS DE TIPOS DE BOMBAS:BOMBAS:

Bombas de Desplazamiento Positivo:

a) Bombas Oscilantes de Desplazamiento De émbolo. Axiales : Rígida y de Diafragma Radiales

Tipo de Bomba Axial Tipo de bomba rígida

b) Bombas rotativas de desplazamiento Positivo. De Engranajes. De émbolo Rotativos De Aletas. De Husillos Helicoidales. De Husillo Excéntrico.

Tipo engranajeTipo diafragma

c) Bombas Centrífugas.Las bombas centrífugas transforman la energía mecánica - generalmente de origen eléctrico - en energía hidráulica.

USO DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

Las bombas centrífugas, debido a sus características, son las bombas que más se aplican en la industria. Las razones de estas preferencias son las siguientes: • Son aparatos giratorios. • No tienen órganos articulados y los mecanismos de acoplamiento son muy sencillos. • La impulsión eléctrica del motor que la mueve es bastante sencilla. Para una operación definida, el gasto es constante y no se requiere dispositivo regulador. • Se adaptan con facilidad a muchas circunstancias.

Aparte de las ventajas ya enumeradas, se unen las siguientes ventajas económicas: El precio de una bomba centrífuga es aproximadamente ¼ del precio de la bomba de émbolo equivalente. El espacio requerido es aproximadamente 1/8 del de la bomba de émbolo equivalente. El peso es muy pequeño y por lo tanto las cimentaciones también lo son. El mantenimiento de una bomba centrífuga sólo se reduce a renovar el aceite de las chumaceras, los empaques del presa-estopa y el número de elementos a cambiar es muy pequeño.

CARACTERÍSTICAS DE LA BOMBA CENTRÍFUGA:

LA PRESION DE SERVICIO

EL CAUDAL DE SERVICIO

MODO EN QUE FUNCIONA

EL CEBADO

CAVITACIÓN

VÁLVULA DE RETENCIÓN VERTICAL

CARGA NETA POSITIVA DE ASPIRACIÓN (NPSH)

CURVAS CARACTERÍSTICAS DE LA BOMBAS CENTRIFUGAS

Ŋ = EficienciaH – Altura manométrica

NPSH = Altura neta positiva de aspiraciónP = Potencia de la bomba

OTRAS CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA CENTRÍFUGACURVA CARACTERÍSTICA DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA

CLASES DE BOMBAS.

- Bombas de eje horizontal, flujo radial, de alta presión.

- Bombas multicelulares de eje vertical

- Bombas de sólidos

- Bomba Con Motor Hermético SumergidoSe caracterizan por tener una caja espiral muy acusada en la que se aloja un robusto rodete. Sus alturas de impulsión son moderadas (5 á 20 m.) así como sus R.P.M. (1.400).

Constituye el tipo de bomba tradicionalmente utilizada en los sistemas de alimentación de agua domiciliaria y para la industria así como en los equipos de riego y de extinción de incendios.

Sustituyen últimamente con ventaja a las bombas horizontales tradicionales; Sobre un eje vertical van montadas varias turbinas (o "stages") con sus correspondientes coronas

Se caracterizan por tener una caja espiral muy acusada en la que se aloja un robusto rodete. Sus alturas de impulsión son moderadas (5 á 20 m.) así como sus R.P.M. (1.400).

- Bomba con motor seco

- CIRCULADORES.

Pequeño equipo de eje horizontal con rotor sumergido característico de las instalaciones de agua caliente sanitaria y que se conecta directamente a las tuberías mediante racor o soldadura

Presenta ventajas en cuanto a control y mantenimiento respecto al tipo anterior. Como contrapartida se exige una cuidada colocación, de modo que la verticalidad del eje garantice su buen funcionamiento.

SELECCIÓN DE BOMBAS CENTRIFUGAS

EJEMPLO DE APLICACIÓN:Datos Proporcionados:Número de unidades : 1Servicio : 5 horas continúas por día.Líquido : Agua limpia.Temperatura : 25 ºC.Gravedad Específica : 1PH : 7Materia Extraña : No hace falta, al indicar agua limpia.Caudal : Se desea llenar un tanque de 12000 litros 6 veces por hora.

.20

.16001720000

1612000

segLt

seghrx

hrLt

horaveceslitrosxQ

-Hs+HdB

Pd

Altura Manométrica total:La disposición que se tiene es la siguiente.

Diagrama Nº - 1

- Alturas estáticas:Hs = 5.66 metros B = 65 metros Pd = 29.4 PSI se mide con manómetro.Pérdidas por fricción:SucciónDiámetro del tubo : 5’’Material. : Fierro negro.Longitud tubería : 20 metros.Números de codos : 1Válvulas : ninguna.DescargaDiámetro del tubo : 5’’Material : Fierro negro.Longitud de la tubería : 100 metros.Números de codos : 2Válvulas : 1Condiciones de Succión : Indicadas en le croquis.Altura sobre el nivel del mar : 3000 metros.Motor : Eléctrico requerido.Velocidad : 3600 RPM preferidoCorriente eléctrica : 220 voltios/3F60 ciclosProtección : Cerrado.Acoplado : CardánTablero : No requerido.

Determinación de la altura manométrica total (H)

H = Hs + Hd + Fs + Fd +

Donde:Hs : Altura estática de succión.Hd : Altura estática de descarga.Fs : Pérdidas por fricción en la succión.Fd : Pérdidas por fricción en la descarga.

gVs2

2

gVd2

2

-

ALTURA ESTATICA DE DESCARGA (Hd):Hd = B + Pd = 65 metros + 29.4 psi = 65 + 20.66 = 85.66 metros

(como 14.7 psi = 10 de H2O, entonces 29.4 = 20.66 metros de aguaH1 = 85.66 metros

PERDIDA EN DESCARGA (Fd):Pérdida en el tubo = 2.4 metros (para 100 metros el diagrama indica 2.4 metros).Pérdida en los codos = 2x0.036 = 0.072 metros.Pérdidas en válvulas = Para válvulas de 5’’ embriado K = 0.14

gVkxh2

2

= 0.4x0.12 = 0.0168 metros

CARGA DE VELOCIDAD:

metrosg

Vsg

Vd 12.022

22

(Ya que los diámetros de succión y descarga son iguales)

ALTURA DE SUCION (Hs):

Hs = 5.66 (Se toma con signo menos según dato proporcionado)

Determinación de las condiciones de succión (N.P.S.H. Disponible)

NPSHd= Presión atmosférica en metros – Hs – Fs – Presión del vapor del líquido.Presión atmosférica = 10.33 metros.Para 3000 m.s.n.m de tablas hay que descontar 3.20 metros.Presión atmosférica a 3000 m.s.n.m. = 10.33 – 3.28 = 7.05 mts.

Presión de vapor : depende de la temperatura, se debe descontar 0.323 metros para agua a 25ºC (del diagrama Nº 1)Hs = (-5.66) según croqis.

Determinación de la Bomba:Como se desea bombear agua limpia la bomba indicada la tendremos que buscar entre las de líneas ISO; buscamos la que más se asemeje a H = 83 metros, Q = 20 Lt/seg., V = 3600RPM, encontramos que está en un mejor punto de eficiencia la 50-200; esta parte de la sección se hace exclusivamente basada en la eficiencia H y Q.Diámetro Impulsor: (SEMEJANZA HIDRAULICA)Aplicando la fórmula indicada en los principia de Hidráulica:

2

1

2

1

DD

QQ

2

2

1

2

1

DD

HH

3

2

1

2

1

DD

PP

Cálculo del motor:La potencia consumida es 32.3 HP, podríamos colocar un motor de esas características, siempre y cuando estemos seguros:Que se va arrancar contra válvula de descarga cerradaEl calculo H sea confiable; como esto no ocurre se recomienda usar factor de servicio 1.15 para el motor, siempre y cuando se cuente con válvula; si no hay válvula habría que calcular sobre la base de la potencia máxima absorbida por la bomba que para este caso es 43 HP.

. BOMBAS DE PROFUNDIDAD TURBINA

Estas bombas se emplean en abastecimientos de agua, agricultura industria, minas, etc...., en fuentes y surtidores, Indispensables para elevación de aguas en pozos profundos de reducido diámetro.

Las principales ventajas a este tipo de bombas son:1.- Funcionamiento más fácilmente regulable.2.- Gran capacidad y rendimiento y además, a grandes velocidades.3.- Tolerancia ante los contaminantes en el fluido.4.-Sumamente compacta, tanto en servicio vertical como en horizontal.5.- Funcionamiento silencioso.6.- Amplio campo de elección de un motor apropiado.

d) Bombas de Profundidad.

SELECCIÓN DE BOMBAS PARA POZOS PROFUNDOS

Datos Requeridos: Para el cálculo de la altura manométrica total necesitamos conocer la distribución de bombeo. En el croquis adjunto se muestra las diferentes variante que se pueden presentar en la descarga.Altura Estática:Hd = Altura de descarga.Hs = Altura de succión

Datos Adicionales:Nivel estático (Z)Nivel Dinámico (Y)Profundidad (X)Diámetro del pozo (D)

TURBINA VERTICALTURBINA VERTICALBOMBA DE POZO BOMBA DE POZO

PROFUNDOPROFUNDO

LABORATORIO DE ENERGIA IILABORATORIO DE ENERGIA II

TURBINA VERTICALTURBINA VERTICALBOMBA DE POZO PROFUNDOBOMBA DE POZO PROFUNDO

La bomba turbina vertical es una unidad de bombeo diseñada para operar en pozos profundos, cisternas o encapsulada en un barril como elevadora de presión.

La construcción vertical reduce el espacio requerido de instalación y permite el uso de una cimentación sencilla.

ESQUEMA DE LA ESQUEMA DE LA BOMBA BOMBA

TIPOS DE TURBINATIPOS DE TURBINA

Existen dos tipos de bombas turbina Existen dos tipos de bombas turbina vertical:vertical:

De acuerdo al sistema de De acuerdo al sistema de lubricación empleado:lubricación empleado:

*Bombas lubricadas por aceite*Bombas lubricadas por aceite*Bombas lubricadas por agua *Bombas lubricadas por agua

LEYENDALEYENDA

INSTALACIÓN DE LA BOMBA INSTALACIÓN DE LA BOMBA

Instalación del tubo de Instalación del tubo de succiónsucción

a)a) Enrosque la canastilla al tubo de succión Enrosque la canastilla al tubo de succión aplicando la aplicando la mezcla para rosca mezcla para rosca

b) Coloque un juego de abrazaderas b) Coloque un juego de abrazaderas aproximadamente a 10” de la extremidad libre aproximadamente a 10” de la extremidad libre del tubo de succión y levante el conjunto del tubo de succión y levante el conjunto cuidadosamente por medio del estribo.cuidadosamente por medio del estribo.

c) Deposite el conjunto en el pozo hasta hacer c) Deposite el conjunto en el pozo hasta hacer descansar las abrazaderas sobre la cimentacióndescansar las abrazaderas sobre la cimentación

Instalación del tubo de Instalación del tubo de succión succión

Instalación del cuerpo de Instalación del cuerpo de bombabomba

a)Fije el segundo juego de abrazaderas debajoa)Fije el segundo juego de abrazaderas debajo de la brida del primer tazón intermedio de la brida del primer tazón intermedio

superior . superior .

b) Levante cuidadosamente el cuerpo de lab) Levante cuidadosamente el cuerpo de la bomba y conéctelo al tubo de succión.bomba y conéctelo al tubo de succión.

c)Eleve el conjunto, retire las abrazaderas del c)Eleve el conjunto, retire las abrazaderas del tubo de succión y descienda el conjunto tubo de succión y descienda el conjunto hasta que las abrazaderas del cuerpo de la hasta que las abrazaderas del cuerpo de la bomba descansen sobre la cimentación.bomba descansen sobre la cimentación.

Instalación del cuerpo de Instalación del cuerpo de bombabomba

Instalación de la columnaInstalación de la columna

Acoples de ejesAcoples de ejes

Instalación del tramo Instalación del tramo inferiorinferior

Diseño de cabezalesDiseño de cabezales

CALCULO DE SELECCIÓN DE BOMBACALCULO DE SELECCIÓN DE BOMBA Datos proporcionados:Datos proporcionados:

Caudal= 60 l/s = 951 GPMCaudal= 60 l/s = 951 GPM Nivel dinámico= 50 m = 164ftNivel dinámico= 50 m = 164ft Nivel estático= 30 m= 98.4ftNivel estático= 30 m= 98.4ft Profundidad del pozo= 80 m = 262.4ftProfundidad del pozo= 80 m = 262.4ft Diámetro de pozo =16’’Diámetro de pozo =16’’ Altura (m.s.n.m.)= 100mAltura (m.s.n.m.)= 100m Tipo de lubricación que se desea.Tipo de lubricación que se desea. Tipo de impulsor ( Semi-abierto ó Cerrado ).Tipo de impulsor ( Semi-abierto ó Cerrado ). Velocidad de operación ( R.P.M.)=1760(recomendada)Velocidad de operación ( R.P.M.)=1760(recomendada) Gravedad especifica del agua a bombearGravedad especifica del agua a bombear Temperatura del agua a bombear.Temperatura del agua a bombear.

Conociendo “Ht”Conociendo “Ht” Se sabe que Ht=90m =295ftSe sabe que Ht=90m =295ft Se sabe el caudal= 951 G.P.M.Se sabe el caudal= 951 G.P.M.

De la tabla se obtiene el tipo de bomba que De la tabla se obtiene el tipo de bomba que es :12Ges :12G

TIPO DIAMETRO EXTERIOR DE TAZONES

G.P.M. D.I.MINIMO DEL POZO

D.I. PREFERIDO DEL POZO

5.5G 5 1/9’’ 25-160 6’’ 7’’

6G 5 ¾’’ 85-430 6’’ 7’’

8G 7 ½’’ 150-450 8’’ 10’’

10G 9 ½’’ 350-900 10’’ 12’’

12G 11 ½’’ 600-1500 12’’ 14’’14G 13 ½’’ 1000-2500 14’’ 16’’

16G 15 ½’’ 1500-3750 16’’ 18’’

CALCULO DEL “IMPULSOR”CALCULO DEL “IMPULSOR”Con el diámetro de 8’’se ingresa a las tablas y Con el diámetro de 8’’se ingresa a las tablas y

se obtiene el siguiente cuadro:se obtiene el siguiente cuadro:Se selecciona el impulsor más eficazSe selecciona el impulsor más eficaz::

Se escoge el impulsor: 12GMSe escoge el impulsor: 12GM

impulsor 12GL 12GM 12GH 12CGL 12CGM

EFICIENCIA 78% 78% 80% 78% 78%

Altura x etapa(m) 12.5 13.6 20.8 12.5 13

NPSH(m) 4.2 5 ------ 4.2 5

Nº de impulsores 8 7 5 8 7

Potencia x etapa(HP) 12 13 21 12 13

Potencia total 96 91 105 96 91

CALCULO DE LONGITUD y Nº DE CALCULO DE LONGITUD y Nº DE ETAPAS DE LA COLUMNA EXTERIOR E ETAPAS DE LA COLUMNA EXTERIOR E

INTERIORINTERIOR Longitud= Nivel Dinámico + ConsideracionesLongitud= Nivel Dinámico + Consideraciones L= 50m+4mL= 50m+4m L=54m=177.2ftL=54m=177.2ft Nº de tramos=(54-3)/3Nº de tramos=(54-3)/3 Nº de tramos=17Nº de tramos=17 Nº de medio tramo=(3)/1.5Nº de medio tramo=(3)/1.5 Nº de medio tramo=2Nº de medio tramo=2

CALCULO DEL EJE CALCULO DEL EJE COLUMNACOLUMNA

EJE(Dia) PESO X PIE

R.P.M. PERDIDAS (EJE)

2000EVB

3000EVB

5000EVB

7500EVB

10000EVB

15000EVB

¾’’ 1.50 1760 0.32 15.2 14.4 11.4

1’’ 2.67 1760 0.53 43.0 42.5 40.7 37.0

1 3/16’’ 3.76 1760 0.72 70.1 69.6 68.2 65.2 61

1 7/16’’ 5.52 1760 1.05 ----- 135 134 131.5 128 118

1 11/16’’ 7.60 1760 1.20 ----- 232 231 229 226 218

1 15/16’’ 10.0 1760 1.23 ----- ----- 367 365 363 356

2 3/16’’ 12.7 1760 2.3 ----- ----- 545 543 542 536

Del siguiente cuadro se ingresa con la potencia de la bomba=91 HP Y luego se selecciona el diámetro del eje de columna y además obtenemos datos adicionales

DATOS OBTENIDOSDATOS OBTENIDOSPESO POR PIE=5.52 LIBRASPESO POR PIE=5.52 LIBRASPERDIDAS EN EL EJE=1.05HP POR 100ftPERDIDAS EN EL EJE=1.05HP POR 100ftEmpuje vertical= K x Ht(ft)+ peso del ejeEmpuje vertical= K x Ht(ft)+ peso del ejeE.V.= 12 x 295 ft+ 5.52x 178E.V.= 12 x 295 ft+ 5.52x 178

E.V.=4522.5 librasE.V.=4522.5 libras

Con este valor entramos ala tabla anterior y Con este valor entramos ala tabla anterior y se calcula la capacidad del eje para el se calcula la capacidad del eje para el empuje calculado es de 134HP empuje calculado es de 134HP

DIAMETRO DE LA COLUMNA DIAMETRO DE LA COLUMNA INTERIORINTERIOR

OBTENIENDO VALORES DE OBTENIENDO VALORES DE TABLA:TABLA:

DIÁMETROS PERDIDAS

8’’X 2’’ 3.2

8’’ X 2 ½’’ 3.8

8’’ X 3’’ 5.2

El valor mas apropiado es el de 8’’ x 3’’ ya que posee el 5% de perdidas y es el valor màs apropiado por diferentes aspectos.

PERDIDAS POR FRICCIÓN:PERDIDAS POR FRICCIÓN: Esta perdida se debe tener en consideración al Esta perdida se debe tener en consideración al

momento de calcular la altura manométrica momento de calcular la altura manométrica total:total:Perdida por fricción= 5.2 x 1.78Perdida por fricción= 5.2 x 1.78

Perdidas por fricción=9.256ftPerdidas por fricción=9.256ft

Este valor se considera dentro de las Este valor se considera dentro de las consideraciones que se hace al momento del consideraciones que se hace al momento del calculo de la altura manométrica total.calculo de la altura manométrica total.

NUMERO DE SEPARADORES NUMERO DE SEPARADORES SE EMPLEARA LA SIGUIENTE TABLA:SE EMPLEARA LA SIGUIENTE TABLA:

Datos:Datos: Longitud de la columna=177.2 ftLongitud de la columna=177.2 ft Se necesita 5 separadores de Se necesita 5 separadores de

diámetros 8’’x3’’ que serán colocados diámetros 8’’x3’’ que serán colocados de la siguiente manera:de la siguiente manera:

1º impulsor nº11º impulsor nº1 2º impulsor nº52º impulsor nº5 3º impulsor nº83º impulsor nº8 4º impulsor nº124º impulsor nº12 5º impulsor nº175º impulsor nº17

Cálculos complementariosCálculos complementarios Diámetro de canastilla = 8’’Diámetro de canastilla = 8’’

Tipo de lubricación: por aceite SAE 20 o 30Tipo de lubricación: por aceite SAE 20 o 30

Linterna de descarga: 8 x 16 ½ GSLinterna de descarga: 8 x 16 ½ GS

Motor eléctrico= fs.(1.05 x 1.78+ Motor eléctrico= fs.(1.05 x 1.78+ 91)=1.2(93)HP=112HP91)=1.2(93)HP=112HP

CALCULO DEL NPSHCALCULO DEL NPSHCarga a favor:Carga a favor:Presión atmosférica a 100 msnm = Presión atmosférica a 100 msnm = 10m10m

Carga de velocidad= 0.17mCarga de velocidad= 0.17mNormalmente este termino es despreciable.Normalmente este termino es despreciable.

Sumergencia de la bomba=Sumergencia de la bomba=54-50= 4m54-50= 4m(Long. Columna-nivel dinámico)(Long. Columna-nivel dinámico)

Suma de cargas a favorSuma de cargas a favor= 10+4+0.17= = 10+4+0.17= 14.17 mts14.17 mts

CALCULO DEL NPSHCALCULO DEL NPSHCarga en contra:Carga en contra:Presión de vapor a la temperatura de bombeoPresión de vapor a la temperatura de bombeo

= 0.432m a 30ºC= 0.432m a 30ºCFricciones en la succión:Fricciones en la succión:=no hay pues normalmente no hay=no hay pues normalmente no hay accesorios en la succión excepto la accesorios en la succión excepto la

canastilla decanastilla de fabrica que se considera despreciable tal fabrica que se considera despreciable tal

fricción.fricción.Suma de cargas en contra Suma de cargas en contra = 0.432 m.= 0.432 m.Entonces el NPSH disponible es:Entonces el NPSH disponible es:= 14.17 -0 .432 = 13.7 m.= 14.17 -0 .432 = 13.7 m.

TABLA DE PRESIÓN DE VAPORTABLA DE PRESIÓN DE VAPOR

En conclusión:En conclusión: De tablas de obtiene:De tablas de obtiene:

NPSH(r)=5mNPSH(r)=5mNPSH(d)=13.7mNPSH(d)=13.7m y se cumple que:y se cumple que:

NPSH(r)<< NPSH(d)NPSH(r)<< NPSH(d)Por lo tanto la cavitación será pequeña.Por lo tanto la cavitación será pequeña.

Resumen:Resumen: Tipo:Tipo: 12GM-7 12GM-7 CAUDAL:CAUDAL: 971G.P.M.971G.P.M. VELOCIDAD:VELOCIDAD: 1760RPM1760RPM EFICIENCIA:EFICIENCIA: 80%80% PIES X ETAPA:PIES X ETAPA: 33.02 33.02 FRICCION EN EL EJE:FRICCION EN EL EJE: 1.86 HP1.86 HP FRICCION EN LA COLUMNA: FRICCION EN LA COLUMNA: 9.25 ft9.25 ft LARGO DE COLUMNA DE DESCARGA:LARGO DE COLUMNA DE DESCARGA: 178ft178ft DIAMETRO EXTERIOR MAXIMO: DIAMETRO EXTERIOR MAXIMO: 11 ½ 11 ½

INTRODUCCION

Las calderas, en sus vertientes de vapor y agua caliente, están ampliamente extendidas tanto para uso industrial como no industrial, encontrándose en cometidos tales como, generación de electricidad, procesos químicos, calefacción, agua caliente sanitaria, etc.

Estos ejemplos muestran la complejidad que puede tener una caldera y que haría muy extenso la descripción de los elementos que se integran en ellas. Por ello, para el lector interesado en el conocimiento, no ya de sus elementos, si no del léxico empleado en calderas, le remitimos a la Norma UNE 9001,donde encontrara una terminología suficientemente amplia.

Así mismo, para garantizar su seguridad, el Reglamento de Aparatos aPresión, establece unas prescripciones específicas algunas de las cuales se recogen en los siguientes puntos.

Calderas del tipo igneotubulares o de tubos de humo

Calderas de acero.

Calderas del tipo acuotubular o de tubos de agua

Calderas horizontales de tubos rectos.

Calderas de tubos curvados de circulación normal y forzada.

Calderas de cuerpo de acero.

Calderas de hierro colada.

Calderas de diseño especial.

TIPOS DE CALDERAS

CALDERAS PIROTUBULARES

Son aquellas en que los gases y humos provenientes de la combustión pasan por tubos que se encuentran sumergidos en el agua. VENTAJAS: Menor costo inicial debido a su simplicidad de diseño. Mayor flexibilidad de operación Menores exigencias de pureza en el agua de alimentación. INCONVENIENTES: Mayor tamaño y peso. Mayor tiempo para subir presión y entrar en funcionamiento. No son empleables para altas presiones

CALDERAS PIROTUBULARESCALDERAS PIROTUBULARES

CALDERAS ACUOTUBULARESCALDERAS ACUOTUBULARESEn estas calderas, al contrario de lo que ocurre en las pirotubulares, es el agua el que circula por el interior de tubos que conforman un circuito cerrado a través del calderín o calderines que constituye la superficie de intercambio de calor de la caldera. Adicionalmente, pueden estar dotadas de otros elementos de intercambio de calor, como pueden ser el sobrecalentador, recalentador, economizador, etc. Estas calderas, constan de un hogar configurado por tubos de agua, tubos y refractario, o solamente refractario, en el cual se produce la combustión del combustible y constituyendo la zona de radiación de la caldera. Desde dicho hogar, los gases calientes resultantes de la combustión son conducidos a través del circuito de la caldera, configurado este por paneles de tubos y constituyendo la zona de convección de la caldera. Finalmente, los gases son enviados a la atmósfera a través de la chimenea.

VENTAJAS:

Pueden ser puestas en marcha rápidamente.Son pequeñas y eficientes.Trabajan a 30 o mas atm.

INCONVENIENTES:

Mayor constoDebe ser alimentadas con agua de gran pureza.

CALDERAS ACUOTUBULARESCALDERAS ACUOTUBULARES

Existe una variedad de las anteriores calderas, denominadas de vaporización instantánea, cuya representación esquemática podría ser la de un tubo calentado por una llama, en el que el agua entra por un extremo y sale en forma de vapor por el otro. Dado que el volumen posible de agua es relativamente pequeño en relación a la cantidad de calor que se inyecta, en un corto tiempo la caldera esta preparada para dar vapor en las condiciones requeridas, de ahí la denominación de calderas de vaporización instantánea.

CALDERAS DE VAPORIZACIÓN INSTANTÁNEA

CALDERAS DE VAPORIZACIÓN INSTANTÁNEA

Es la diferencia entre la presión de la caldera y la presión atmosférica.

El tiro es necesario para el funcionamiento del hogar de una caldera, con el fin de poderle suministrar el aire necesario para la combustión del combustible y arrasar los gases quemados hacia el exterior a través de la chimenea

EL TIROEL TIRO

TIRO NATURALTIRO NATURAL

Se produce por el efectogenerado por unachimenea. Su valordepende de la altura de laboca de la chimenea sobre elnivel del emparrillado delhogar

TIRO MECÁNICOTIRO MECÁNICOEs el tiro creado por la acción de inyectores deaire,vapor o medianteventiladores, el cual serequiere cuandoDeba mantenerse undeterminado tiro conindependencia de lascondiciones atmosféricasy del régimen defuncionamiento de la caldera

ACCESORIOS

Además deben disponer de accesorios tales como:

Quemadores, Vaso de expansión

Manómetros

Termómetros (sondas de temperatura)

Líneas de seguridad

Válvula de seguridad

Llaves de paso y regulación

ACCESORIOS DE OBSERVACIÓN DESTINADOS A OBSERVAR LA OPERACIÓN DE LA CALDERA:

tubos de nivel

grifos de prueba

manómetros

termómetros

analizadores de gases

Accesorios de Seguridad, destinados a evitar una excesiva presión de generación del vapor en la caldera:

de palanca y contrapeso de peso directo de resorte tapón fusible sistemas de alarma

Accesorios de alimentación de agua:

bomba de alimentación de agua inyector de agua

ACCESORIOS DE ALIMENTACIÓN DE COMBUSTIBLE:

quemadores para combustibles líquidos y gaseosos

quemadores mecánicos para combustibles sólidos elementos manuales

ACCESORIOS DE LIMPIEZA:

registros o tapas de limpieza válvulas de purga estanque de retención de purgas expansores deshollinadores

Funcionamiento de una Caldera

CICLO COMBINADO

Este ciclo combina el Ciclo Rankine con el ciclo Brayton de esta forma se consigue un aumento de potencia gracias a la caldera recuperadora de calor.....

ESQUEMÁTICO DEL CICLO COMBINADO

Habilitado para operación remota y análisis de características. Lo ultimo en seguridad y presición capaz de comunicarse con sistemas de control centralizados habilitado para calderas pirotubulares y acuotubulares, controla y mantiene la óptima relación aire/combustible. Mejora la eficiencia, analisis con diagnósticos seguro y un gran display para leer toda la información manejada Seguridad probada

Sistema de control computarizado que incrementa la seguridad y eficiencia

QUEMADOR AVANZADO

Razones de llama garantizados de 10:1 en gas y 8:1 en petróleo diesel

Reduce el stress térmico de los elementos mecánicos causados por el ciclaje ON-OFF

Elimina los ciclos de purga para incrementar la eficiencia

Provee mayor constancia en la presión de vapor o temperatura en el agua

Provee una rápida respuesta en los cambios en la carga

TRATAMIENTO DE AGUAS DE APORTACIÓN A CALDERAS (SEGUN EMPRESA BABCOCK WANSON )DescalcificaciónDescalcificación

Se trata de un tratamiento mínimo que elimina, mediante su paso a través de resinas, el calcio y el magnesio cuyas sales producirían el ensuciamiento de los circuitos y equipos. Estas resinas se presentan con un formato de botellas llenas de resina y regeneradas periódicamente con la ayuda de una solución cargada de cloruro y sodio. Este tipo de tratamiento no es siempre suficiente para las aplicaciones industriales. En efecto, los gases disueltos, los carbonatos, el sílice y otros iones pasan a través de estas resinas y son por tanto fuentes de corrosión, ensuciamiento, espumas o desarrollo de algas. Teóricas complementarias de tratamiento puede ser requeridas (descarbonatación, desmineralización)

DESCARBONATACIÓN : EL PROCESO CARBOMIX

La descarbonatación mediante resinas permite reducir la alcalinidad (TAC) del agua bruta. el Carbomix, una instalación compacta en la que las fases de descarbonatación y descalcificación se realizan en un sólo intercambiador.

El intercambiador Carbomix contiene dos tipos de resina que, teniendo en cuenta su diferencia de densidad, se posicionan en el aparato en capas superpuestas. A punto de llegar a la saturación, los intercambiadores Carbomix son regenerados mediante pasos sucesivos de una solución de ácido clorhídrico y de salmuera (cloruro de sodio). La regeneración de los intercambiadores es automática.

PROCESOS DE DESMINERALIZACIÓN

Cuando las tasas de purgas son demasiado elevadas para mantener un contenido en sales satisfactorio en el agua de caldera, es conveniente purificar previamente el agua de alimentación, tratando el agua de aporte mediante un sistema de desmineralización con resinas o bien por osmosis inversa.

DESMINERALIZACIÓN CON RESINAS : PROCESO HRW :

Basándose en el procedimiento de regeneración contra-corriente, BABCOCK WANSON ha desarrollado el proceso « HRW » que permite, según las necesidades, eliminar todas las sales (y el sílice) con resinas catiónicas y aniónicas (cadena primaria) y/o lechos mixtos (cadena de acabado) .

El proceso denominado « en suspensión » y asociado a la regeneración a contra-corriente presente numerosas ventajas en término de consumo de reactivos regenerantes y de la calidad del agua obtenida : calidad del agua de baja conductividad y estable en el tiempo ; sin fase de contralavado ; obtención de un agua de calidad constante durante todo el ciclo ; disminución notable del volumen del agua de servicio y por tanto del volumen de efluentes a vertido ; reducción de la duración de la regeneración y de la cantidad de reactivo (-30 a - 40%) ; reducción de las dimensiones de la instalación.

DESMINERALIZACIÓN POR OSMOSIS INVERSA :Esta técnica por membranas permite reducir la mineralización del agua. Presenta la ventaja de no utilizar regenerante (ácido o base).

DESGASIFICADORES BABCOCK WANSONEl oxígeno y el gas carbónico presentes en el agua son agentes de corrosión muy activos en contacto con el acero. Siendo indispensable proceder a su eliminación.Su eliminación se puede realizar, bien químicamente (para el oxígeno), bien por vía termo-física (para el conjunto de los gases disueltos).

EL DESGASIFICADOR TÉRMICO A PRESIÓN :El desgasificador térmico a presión (0,3 bar) permite obtener un agua de excelente calidad con muy bajo contenido en oxígeno (inferior a 0,01mg/l), y se utiliza para instalaciones que funcionan con características de vapor elevadas (caudal, presión). El diseño Babcock Wanson, en función de los parámetros físico-químicos de funcionamiento, optimiza el stripping de los gases disueltos y el desplazamiento del equilibrio calco-carbónico. El agua de alimentación así obtenida es de excelente calidad.

EL DEPÓSITO DESGASIFICADOR A PRESIÓN :

Este material que presenta resultados próximos al desgasificador térmico, se adapta bien a las calderas de potencia intermedia y constituye una alternativa económica al tratamiento químico. Las condiciones de funcionamiento son idénticas a las del desgasificador térmico, pero, la torre y sus aparellaje son sustituidos por un domo instalado en el depósito.

LABORATORIO DE ENERGIA II

REFRIGERACIÓN

REFRIGERACIÓN

Son máquinas térmicas inversasSon ciclos en los que Q va de Tª a Tª Necesita el aporte de energía (compresor, calor, …)Interviene un fluido, refrigerante, sufre transf. termodinámicas controladasCada refrigerante tiene un diagrama termodinámicoAdemás de compresión y absorción existen otros sistemas (marginales)

La refrigeración es el proceso de reducción y mantenimiento de la temperatura (a un valor menor a la del medio ambiente) de un objeto o espacio. La reducción de temperatura se realiza extrayendo energía del cuerpo, generalmente reduciendo su energía térmica, lo que contribuye a reducir la temperatura de este cuerpo.

REFRIGERACION POR COMPRESION

CIRCUITO DE REFRIGERACION

El diagrama El diagrama presión-entalpía.presión-entalpía. La condición del refrigerante en La condición del refrigerante en cualquier estado termodinámico cualquier estado termodinámico puede quedar representado por un puede quedar representado por un punto de diagrama punto de diagrama phph . . El punto El punto sobre el diagrama sobre el diagrama ph ph que que represente a la condición del represente a la condición del refrigerante para cualquier estado refrigerante para cualquier estado termodinámico en particular termodinámico en particular puede ser trazado si se conocen puede ser trazado si se conocen dos propiedades cualesquiera del dos propiedades cualesquiera del estado del refrigerante. Una vez estado del refrigerante. Una vez localizado el punto sobre el localizado el punto sobre el diagrama, podrán obtenerse de la diagrama, podrán obtenerse de la grafica todas las demás grafica todas las demás propiedades del refrigerante para propiedades del refrigerante para dicho estado.dicho estado.

Es un ciclo teórico en el que se Es un ciclo teórico en el que se

suponeque el vapor refrigerante suponeque el vapor refrigerante que sale del evaporador y entra que sale del evaporador y entra al compresor es vapor saturado al compresor es vapor saturado a la temperatura y presión a la temperatura y presión vaporizante y el líquido vaporizante y el líquido refrigerante que sale del refrigerante que sale del condensador y llega al control condensador y llega al control del refrigerante es el liquido del refrigerante es el liquido saturado a la temperatura y saturado a la temperatura y presión del condensante. Aun presión del condensante. Aun cuando el ciclo de refrigeración cuando el ciclo de refrigeración de una maquina de refrigeración de una maquina de refrigeración real se desviará algo del ciclo real se desviará algo del ciclo saturado simple, no se piense saturado simple, no se piense que es inútil el análisis de un que es inútil el análisis de un ciclo saturado simpleciclo saturado simple

EL CICLO DE REFRIGERACIÓN SATURADO SIMPLE.EL CICLO DE REFRIGERACIÓN SATURADO SIMPLE.

EVAPORADOR

es un intercambiador de calor entre fluidos, de modo que mientras uno de ellos se enfría, disminuyendo su temperatura, el otro se calienta aumentando su temperatura, pasando de su estado líquido original a estado vapor (cabiendo la posibilidad de un calentamiento ulterior, con lo que se dice que alcanza el estado de vapor sobrecalentado). A fin de cuentas un evaporador, es un intercambiador de calor más complejo, en el que además de producirse el cambio de fase pueden darse otros fenómenos asociados a la concentración de la disolución, como la formación de sólidos, la descomposición de sustancias

CONDENSADOREs un elemento intercambiador térmico, en cual se pretende que cierto fluido que lo recorre, cambie a fase líquida desde su fase gaseosa mediante el intercambio de calor (cesión de calor al exterior, que se pierde sin posibilidad de aprovechamiento) con otro medio. La condensación se puede producir bien utilizando aire mediante el uso de un ventilador o con agua (esta última suele ser en circuito cerrado con torre de refrigeración, en un río o la mar). La condensación sirve para condensar el vapor, después de realizar un trabajo termodinámico p.ej. una turbina de vapor o para condensar el vapor comprimido de un compresor de frío en un circuito frigorífico. Cabe la posibilidad de seguir enfriando ese fluido, obteniéndose líquido subenfriado en el caso del aire acondicionado

COMPRESOR

Un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los gases y los vapores. Ésto se realiza a través de un intercambio de energía entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la substancia que pasa por él conviertiéndose en energía de flujo, aumentando su presión y energía cinética impulsándola a fluir.

CIRCUITO DE LA CAMARA FRIGORIFICA DE LA PLANTA DE CONSERVAS

VISTA LATERAL

EVAPORADOR

CONDENSADOR

ANEXOSANEXOS►PELICULA DE BOMBAS DE SÓLIDOSPELICULA DE BOMBAS DE SÓLIDOS►PELICULA DE LOS PROCESOS EN PELICULA DE LOS PROCESOS EN

FABRICA HIDROSTAL.FABRICA HIDROSTAL.►PELICULA DE REPARACION DE UNA PELICULA DE REPARACION DE UNA

BOMBA DE PROFUNDIDADBOMBA DE PROFUNDIDAD►PELICULA DE CALDEROS – PELICULA DE CALDEROS –

TRATAMIENTO TRATAMIENTO

Laboratorio ii

Engineering

Transcript of Laboratorio ii