Proyecto de Mecanica de Fluidos

8/9/2019 Proyecto de Mecanica de Fluidos

1/20

UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO

ANTUNEZ DE MAYOLO

¨FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL¨

MECANICA DE FLUIDOS

Proyecto de inveti!"ci#n de Mec$nic" de F%&ido

PROFESOR'

Ing. Marco Silva Lindo

PROYECTO'

“Bomba de soga impulsada por el viento o animales de labranza”

ALUMNOS'

("%t")"r *&"+$n, Yessica 091.090.1!

Men" R&i)" Leid# $ng%lica 09!.090.&1'

(r"vo V"%divi"" (imm# )idle# 10!.090.&1

*UARAZ - NOVIEM(RE DEL ./01


2/20

INDICE

Resumen

1. Introducción

2. El problema de investigación3. Objetivos

4. Hipótesis

5. arco teórico

!. etodolog"a

#. Resultados

$. %iscusión

&. 'onclusiones1(. Recomendaciones

Re)erencias bibliogra)"as

*ne+os

1. RESUMEN:


3/20

En el presente pro,ecto se aportó una propuesta para la solución del problema de una

comunidad en la cual se re-uiere un dispositivo -ue pueda elevar el agua de un poo

pro)undo -ue aprovec/e la energ"a del viento , en ocasiones la )uera animal. 0ara lo

cual diseamos un mecanismo -ue utilia la energ"a eólica para despus usarla como

una bomba de agua , as" poder e+traer agua subterrnea.

n e-uipo desarrollado con un poco de ingenio , una simple soga -ue supera en

e)iciencia , sustentabilidad a todos los mecanismos conocidos para el bombeo manual

de agua. 6e trata de una soga con pistones insertados en )orma e-uidistante -ue

impulsada por una polea sube dentro de un cao plstico cu,o e+tremo in)erior est

sumergido en el agua del poo desde donde se bombea. El agua se introduce entre los

pistones de la soga , viaja /acia arriba donde un cao en derivación permite -ue sea

descargada a un tan-ue de almacenamiento. 7a )uera motri es bsicamente /umana

pero la baja potencia re-uerida la /ace apta para otros medios alternativos como

energ"a animal eólica o pe-ueos motores.

7os principales bene)iciarios son personas de bajos ingresos -ue obtienen el agua para

beber , usos sanitarios con balde o bombas -ue deben ser reemplaadas , pe-ueos

agricultores -ue obtienen el agua de poos para riego , bebida de animales.

'onstitu,e una tecnolog"a apropiada para comunidades por su bajo costo sencille

e)iciencia , sobre todo por-ue su )abricación instalación mantenimiento , e+plotación

pueden ser asumidos por las comunidades mediante sus propios recursos.

En este trabajo se apunta a conocer la in)ormación e+istente sobre bombas manuales ,

sobre la bomba de soga en particular. 6e desea ampliar el conocimiento sobre una

instalación completa desde la toma /asta el abastecimiento a un tan-ue de reserva.

'on la construcción de una bomba , )undamentado en la teor"a de anlisis dimensional

se indaga en el diseo , operación de la bomba. 7as conclusiones de este trabajo

permiten e+actitud en el dimensionado para obtener m+imas e)iciencias de acuerdo a

las caracter"sticas del lugar de instalación.


4/20

2. INTRODUCCION:

Este trabajo aporta una propuesta de solución a un problema -ue se nos /a planteado

para e+traer agua del subsuelo utiliando energ"a eólica , la )uera de animales para lo

cual se investigó sobre el bombeo de agua mediante la energia eólica , animal.

8eniendo en cuenta -ue el principal objetivo de este trabajo es el estudio , diseo de un

sistema para bombeo de agua en una ona rural es necesario aprovec/ar los recursos

naturales e+istentes en la ona como la energ"a eólica , la )uera de animales.

7a realidad actual es -ue para lugares aislados normalmente marginados ,

pauperiados cual-uier )uente de energ"a convencional es altamente costosa.

'on la motivación de cumplir con los objetivos , los alcances planteados , con la

satis)acción de poder realiar el desarrollo de un pro,ecto donde se pueda dar respuesta

a la problemtica -ue se nos plantea con relación al suministro de agua , donde el

aporte energtico es a travs de una )uente alternativa o no convencional es -ue se

realió este pro,ecto.

3. PROBLEMA DE INVESTIGACION:

En una comunidad se re-uiere un dispositivo -ue pueda elevar el agua de un poo

pro)undo -ue aprovec/e la energ"a del viento , en ocasiones la )uera animal. En esta

población se usa muc/a la )uera /umana para elevar el agua continuamente restando

energ"as , tiempo para dedicarlas a otras actividades productivas por otro lado se

observa -ue corren )uertes vientos9 por lo -ue se busca aprovec/ar este elemento natural

para e+traer agua de una )uente subterrnea , luego bombearla directamente en los

campos o en los tan-ues de almacenamiento9 adems de -ue sea )actible su

)uncionamiento usando animales de labrana.

:Es posible disear un dispositivo -ue pueda elevar el agua de un poo pro)undo -ue

aprovec/e la energ"a del viento , en ocasiones la )uera animal;

4. OBJETIVOS:


5/20

• %isear un dispositivo para aprovec/ar los )uertes vientos , e+traer agua de una

)uente subterrnea para luego bombearla directamente en los campos o en los

tan-ues de almacenamiento9 adems de -ue sea )actible su )uncionamiento.

• 0roveer con una )uente de in)ormación , demostración para a-uellas personas

interesadas en utiliar la energ"a eólica para bombeo de agua.

5. HIPOTESIS:

• 6i es posible el diseo de una bomba de agua , esa es la


6/20

utilia con aceptación en las ciudades con de)iciente suministro de agua. 7a bomba

de soga sustitu,e la energ"a convencional protege el medio ambiente , contribu,e a

lograr un desarrollo sostenible.

Esta tecnolog"a se conoce seg>n las traducciones en los di)erentes idiomas

occidentales como bomba de cuerda, rope pump, pompe à corde. En *mrica 7atina

se adoptó la palabra cuerda seg>n las tradiciones locales? bomba de mecate en

@icaragua9 bomba de lazo en =uatemala9 bomba de soga en 0er> , 'uba.

7as tecnolog"as precursoras de la bomba de soga son en el sentido cronológico el

cigoñal o shaduf la noria la noria con cadena , la bomba de cadena ABig. 1C.

Fig. 1. Esquemas de bombeo de agua: 1. Shaduf o cigoñal. 2. oria. !. oria con cadena.


7/20

". #omba de cadena. $. #omba de soga.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

7a bomba de soga constitu,e un circuito cerrado entre la )uente de agua , la

super)icie o nivel deseado mediante una soga sin)"n en la -ue se disponen pistones

de goma u otro material a intervalos determinados ABigs. 2 , 3C.

Fig. 2. %iferentes modelos de bombas de soga en su &ersi'n manual .

7a soga asciende por un tubo de subida pasa por una polea motri , baja libre /asta la

)uente de agua. En la parte in)erior se coloca una gu"a -ue )acilita la entrada de la soga ,

los pistones en el tubo de subida.


8/20

Entre los pistones , el dimetro interior del tubo de subida generalmente de 0D'

e+iste una /olgura m"nima para disminuir el desgaste de los pistones , el interior del

tubo el cual es irregular en dimensiones , rugosidad super)icial.

7os pistones se mueven en una sola dirección , cuando llegan arriba el agua bombeada

se desv"a /acia el usuario.

*l accionar la polea motri los pistones -ue ascienden por dentro de la tuber"a empujan

la columna de agua /acia arriba por su parte superior , succionan otra columna de agua

por debajo.

E+isten di)erentes modelos de bombas de soga pero todos tienen el mismo principio de

)uncionamiento.

COMPONENTES DE LA BOMBA

7a bomba de soga /a e+perimentado trans)ormaciones en cada

pa"s por su in/erente capacidad de adaptarse a las posibilidades

tecnológicas , la capacidad productiva de cada lugar. En particular prevemos un diseo -ue integre la )usión de pieas

estandariadas por la industria , el comercio contemporneos

con elementos concebidos en las comunidades a partir de los

procesos de soldadura )undición , otros -ue permitan disminuir

los costos , )acilitar la intercambiabilidad de sus componentes.

@o obstante a continuación se describen las sugerencias msaceptadas en la prctica nacional e internacional.

Estructura o base. 6oporte -ue permite la colocación de la polea

motri con su eje , manivela de )orma tal -ue esta -uede sobre

el poo. 7a estructura puede ser construida de madera o de

per)iles metlicos como platinas angulares cabillas etc. El

diseo var"a en dependencia de las caracter"sticas constructivas

del poo ABig. 2C.


9/20

Polea. 0uede ser construida de madera o de metal revestida de goma o utiliar las

pestaas de neumticos deteriorados. Esta >ltima es la )orma ms usual. 7as pestaas se

unen de )orma invertida mediante grapas a las -ue se van )ijando los ra,os de

alambrón o cabilla , los ra,os se )ijan al centro de la polea ABig. 4C.

Manivela. %e madera o metal se )ija al centro de la polea , a la estructura mediante

bujes o cojinetes -ue permiten la rotación. 7as manivelas pueden ser simples o dobles

en dependencia del es)uero a realiar , siempre en sus e+tremos deben estar provistas

de manillas para no daar al usuario.

Bujes o cojinetes. 0ermiten la rotación de la polea accionada por el usuario mediante la

manivela. 0ueden ser simples tubos )ijos a la estructura o base por los -ue gira el eje de

la polea o sistemas ms complejos como los cojinetes industriales. 0ara mejorar la

)ricción se recomiendan bujes de bronce metalmetal , te)lón. Este >ltimo es un

pol"mero ligero resiste la corrosión , el impacto )unciona como aislante elctrico ,

adicionalmente es )cil de ma-uinar caracter"sticas -ue le con)ieren prioridad a su uso

cuando se decide realiar una producción seriada.

Tubería. El tubo de subida debe ser de 0D' o manguera plstica. El dimetro a utiliar

depende de la pro)undidad del poo , en su ensamblaje deben cumplirse algunos

re-uerimientos bsicos. El e+tremo in)erior del tubo de subida debe tener )orma de

campana -ue permita el paso )luido de la soga , los pistones sin dao para estos

>ltimos.

En caso de utiliar tubos el empalme de la columna debe /acerse por embo-uillado

)ijando cada empalme mediante ligas de cmara de autos o con una goma especial. 6e

recomienda utiliar dos ligas estiradas longitudinalmente para mantener la unióncomprimida. En el e+tremo superior de la tuber"a de subida debe acoplarse un dimetro

ma,or provisto de la cone+ión A8eeC -ue permite el desv"o del agua /asta el recipiente.

'on esto tambin se logra la estabilidad en el )lujo de agua -ue se recibe , se evitan

prdidas por la parte superior. El tubo gu"a utiliado sólo en poos tubulares de

pe-ueos dimetros siempre debe tener ma,or dimetro -ue el de subida pues su

objetivo es guiar la soga , proteger los pistones de las irregularidades de la pared del

poo.


10/20

Pistones. 7os ms recomendables son los de goma pero se utilian tambin de madera

dura plstico , otros materiales. 6u dimetro se determina en dependencia del dimetro

interior de la tuber"a de subida de )orma tal -ue e+ista una /olgura entre ellos para

evitar el atasco total ABig. 5C. 7a durabilidad de este elemento depende de la calidad del

material , de su correcto uso. 7a distancia a -ue van colocados se determina a partir de

la /olgura mencionada o sea mientras ma,or sea la /olgura menor ser la distancia

entre los pistones. 6in embargo la distancia entre pistones ser ma,or en la medida en

-ue aumente la pro)undidad del poo. En ocasiones los pistones construidos de goma o

plstico tienen )orma de campana con su peri)eria )le+ible , un centro r"gido. 7a

distancia entre pistones var"a de (5 a 5 m9 pero com>nmente es de 2 m.

(os e)perimentos realizados con pistones, con l*minas fle)ibles o sin ellas, de di*metros iguales al

di*metro del tubo de subida, muestran que las bombas con l*minas fle)ibles en los pistones bombean

m*s agua con relaci'n a los pistones tradicionales, en reg+menes par*metros similares de las bombas

utilizadas. Fuerzas e-ercidas sobre pistones de diferentes formas: a fuerza de fricci'n del tubo sobre el

pist'n hacia aba-o, b fuerza impulsora de la soga sobre el pist'n hacia arriba.

1. /apa superior. 2. (*mina fle)ible. !. /apa inferior. ". /ubo de subida. $. Soga. 0. asadores.

Guías. 6e constru,en de metal madera dura , de

cermica esmaltada9 esta >ltima es la ms recomendable

para alargar la vida de la soga , los pistones. 7a )orma de

la gu"a puede ser variada. =u"as de pro)undidad. 6u

)unción bsica es guiar la soga , los pistones al girar

/acia arriba adems de permitir la entrada )luida a la

tuber"a de subida. %e esta gu"a pende el contrapeso. =u"a

superior. =eneralmente se utilian rodillos de cermica

esmaltada o aisladores elctricos , su )unción es en elcaso de poos tubulares guiar la soga , los pistones /acia


11/20

la entrada del poo para eliminar )ricciones perjudiciales

Contrapeso. 6u )unción principal es mantener la tuber"a

en una posición lo ms perpendicular posible , puede ser

una piedra un blo-ue alg>n pedao de metal u otro

cuerpo pesado.

Soga. 0re)eriblemente de nailon , su dimetro oscila

entre 5 , 1( mm en dependencia al dimetro del tubo de

subida. En la prctica su vida >til es de 2 aos

apro+imadamente.

Sistema de bloqueo o freno. Este elemento se incorpora para impedir el retroceso de la

polea en sentido contrario al convenido o accionar la polea en sentido opuesto. *s" se

evitan roturas en el e-uipo.

CARACTERISTICAS TECNICAS:

El e-uipo tiene un alto rendimiento , bombea grandes caudales? desde 2 (s a una

pro)undidad de 5 m /asta (2 (s a 4( m A8ab. 1C. 7a bomba permite su utiliación de

)orma intensiva.

/abla 1. %i*metros recomendados de polea tubo de subida.

%imetro del tubo

de subida AmmC12#1&(5 1&(5 3$15($

0ro)undidad

de bombeo AmC154( 515 /asta 5

0aso m+imo

entre pistones AmC3 2 15


12/20

'audal estimado

de bombeo A (sC(2(# (21 12

ientras ma,or sea el dimetro interior del tubo de subida , la velocidad de los

pistones aumente ma,or ser la e)iciencia de la bomba. Otro elemento -ue in)lu,e en la

e)iciencia de la bomba de soga es la /olgura entre el dimetro de los pistones , el

dimetro interior del tubo de subida.

*dems de su )cil construcción operación ,

mantenimiento la bomba de soga se caracteria por

su gran adaptabilidad por-ue puede instalarse en

poos con pro)undidades ma,ores de 4( m permite

bombear agua ms arriba del nivel del suelo , puede

ser accionada manualmente por un malacate

Atracción animalC un motor Aenerg"a elctrica

convencionalC un sencillo molino de viento Aenerg"a

eólicaC o por celdas )otovoltaicas Aenerg"a solarC.

7a e)iciencia de la bomba de soga alcana ms de $(

3 Aprcticamente ms del doble de otras bombas

manualesC , su costo es de 2 a 3 veces menor -ue las

de mbolo. El mantenimiento , la reparación son

sencillos basados )undamentalmente en el cambio de

la soga los pistones , pintura como m"nimo a los

dos aos de e+plotación A8ab. 2C.

/abla 2. 4ida 5til promedio de las principales piezas

componentes de la bomba de soga.

0istones apro+. 1$ meses


13/20

6oga apro+. 24 meses

8uber"as ms de 4$ meses

=u"as ms de 4$ meses

0olea motri ms de 4$ meses

Estructura ms de 4$ meses

INSTALACION

Inicialmente se debe comprobar la limpiea del poo de modo -ue est libre de ra"ces u

otras suciedades -ue puedan obstruir el )uncionamiento de la bomba. 'on posterioridad

se debe determinar el nivel del espejo del agua , la pro)undidad total del poo.

0ara la instalación de la bomba se deben realiar las siguientes acciones?

F Bijar la tuber"a de descarga a la parte superior de la tuber"a de subida.

F Bijar la gu"a de pro)undidad a la parte in)erior de la tuber"a de subida mediante ligas

teniendo en cuenta -ue la parte libre es opuesta a la descarga , -ue es necesario colocar

o con)ormar una campana de entrada.

F Bijar los pistones a la soga a la distancia necesaria mediante nudos. 'uando los

pistones no tienen el mismo dimetro se crea un Gvac"o.

F 0asar la soga con pistones por dentro de la tuber"a de descarga , a travs de la gu"a de

pro)undidad para amarrar los e+tremos en la parte superior. 8ener cuidado para no

colocar los pistones al revs.

F 'olocar contrapeso al )inal del tubo de subida.

F 'olocar la estructura en la parte superior del poo.

F Introducir en el poo la columna de tubos , )ijarla a la estructura.

F 0asar la soga por la polea calcular su tensión , /acer el amarre )inal.

F 'omenar el accionamiento para el bombeo.

MANTENIMIENTO Y REPARACION

7as operaciones de mantenimiento son sencillas?


14/20

F En las primeras semanas de uso puede ser necesario tensar la soga ,a -ue los nudos

tienden a alargarse. 0ara realiar esta operación se deben soltar las puntas , unirlas

luego cuando se /a,a obtenido la tensión necesaria para -ue la soga no patine sobre la

polea.

F 'on cual-uier tipo de aceite se deben engrasar periódicamente los bujes o cojinetes

del eje de la polea , la manivela.

F Es aconsejable revisar con periodicidad la )ijación de la polea a la manivela , a la

estructura.

F 6e debe limpiar , pintar la bomba cada ao para evitar la corrosión.

7as reparaciones ms )recuentes con un intervalo de 1$ a 24 meses son el cambio de

los pistones , la soga A8ab. 2C?

F Es aconsejable cambiar la soga cuando se detecte un desgaste pronunciado. Esta

operación se realia uniendo la soga vieja a otra nueva Asimilar pero sin pistonesC. 'on

esa soga de apo,o se puede introducir otra nueva con pistones.

F 'uando la soga se rompe antes de -uitar la tuber"a del poo se deja bajar una soga de

apo,o con alg>n peso amarrado en uno de sus e+tremos. %espus se -uita la tuber"a del

poo , se introduce la soga nueva con pistones con a,uda de la soga de apo,o.

F 6i el problema radica en la obstrucción de la tuber"a por las suciedades del poo se

debe sacar e intentar su limpiea o sustituirla total o parcialmente.

BOMBA DE SOGA DE TORRE

Esta variante de la bomba de soga permite solucionar el problema de elevar el agua de

)orma manual /acia un nivel superior a la super)icie del poo o )uente de abasto ABig.

&C.

El principio de )uncionamiento es el mismo con la di)erencia de -ue en una torre o

poste se sostiene una polea superior el tubo de subida , la tuber"a de descarga. 7a

)uera motri ,a no se aplica en el punto ms alto sino a la altura del poo con la polea

motri. 7a soga sube por dentro del tubo de subida /asta la parte superior de la torre da

la vuelta en la polea superior -ue gira libremente , desciende para envolver a la polea

motri en apro+imadamente 2#(antes de ser conducida por la gu"a superior /asta el

tubo gu"a para entrar en el poo.


15/20

#omba de soga de torre detalle de la gu+a superior.

'omo torre o poste puede utiliarse cual-uier material -ue soporte el peso de los

componentes , la )uera ejercida para mover la soga.

7a altura de bombeo comprende la suma de las alturas desde la super)icie del suelo

/asta el nivel en -ue se coloca la gu"a de pro)undidad dentro del poo , desde la

super)icie del suelo /asta la tuber"a de descarga -ue tributa al tan-ue elevado donde se

almacena el agua bombeada -ue despus se utilia por gravedad. 'omo esta altura suele

ser ma,or -ue la /abitual en la polea se colocan dos manivelas para ser accionadas por

dos personas , de esa )orma aumentar la potencia de bombeo como en la bomba de

soga para grandes caudales -ue adicionalmente tiene las caracter"sticas de ma,or

dimetro del tubo de subida menores alturas de bombeo , por lo tanto pistones de

ma,or dimetro. 'on este >ltimo modelo pueden alcanarse 2 (s a 1( m de desnivel de

bombeo con la acción de dos /ombres.

BOMBA DE SOGA PARA EL BOMBEO NO VERTICAL

@o siempre la )uente de abasto es un poo. En ocasiones se re-uiere bombear agua

desde un r"o presa canal o ace-uia , en esos casos la bomba de soga se presenta comoun e-uipo di)"cilmente superable por la )acilidad , el bajo costo con -ue se soluciona el

problema.


16/20

el bombeo desde un poo.

MOLINO

El olino es una m-uina -ue trans)orma el viento en energ"a aprovec/able. Esta

energ"a proviene de la acción de la )uera del viento sobre unas aspas oblicuas unidas aun eje com>n. El eje giratorio puede conectarse a varios tipos de ma-uinaria para moler

grano bombear agua o generar electricidad. 'uando el eje se conecta a una carga como

una bomba recibe el nombre de molino de &iento. 6i se usa para producir electricidad se

le denomina generador de turbina de &iento o aerogenerador.


17/20

7. METODOLOGIA:

TIPO Y DISEO DE LA INVESTIGACION:

TIPO.! 0ro,ecto de investigación.

DISEO: E+perimental

POBLACION Y MUESTRA

POBLACI"N: 7a comunidad en mención.

MUESTRA: 7a comunidad en mención.

TECNICAS E INSTRUMENTOST#$%&$'(: basado en registro de investigaciones ,a realiadas

I%()*+,-%)(: internet tesis ,a realiadas sobre el tema conocimientos ad-uiridos en

el curso de ecnica de Bluidos


18/20

1 2

/. C0LCULOS

@osotros necesitamos obtener un promedio m"nimo de 5 litrosJmin

de agua para un poo de pro)undidad de 3( metros por lo -ue

establecimos las medidas de los materiales de esta manera?

El diametro de la tuberia de subida5cm

El diam . de los pistones de 4.7cm paraevitar la friccion

La separacion de un piston a otro sera de20cm .

El radio de la rueda con manija serade15cm

El radio inferior para que suba el liquido sera de8cm

La distanciaentre el punto mas alto y mas bajo de la bomba de soga sera de25m.

0ara nuestro molino con viento de 3( KmJ/ genera una velocidad

angular de 1radJs.

w1

×r1=w

2×r

2

1 (30 )=w (15)

w=2 rad /s


19/20


20/20

Hallamos el caudal -ue se podr e+traer del poo?Q=V . A

Q=30. π .5

2

4

Q=589.05 cm3

s =0.59

L

s

'alculamos la distancia en promedio de la cuerda -ue

necesitaremos?

Medidacuerda=2√ 25002+7

2+

π 152

2+

π 82

2

Medidacuerda=54.54metros

Proyecto de Mecanica de Fluidos

Documents

Transcript of Proyecto de Mecanica de Fluidos