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UNIVERSIDAD DE ORIENTE
NÚCLEO DE ANZOÁTEGUI
ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
INGENIERÍA DE MEDICIÓN
DISEÑO DE BANCO DE PRUEBA PARA MEDICIÓN DE
PERDIDAS EN TUBERÍAS
ÍNDICE
Pág.
INTRODUCCIÓN 3
OBJETIVOS 4
CAPITULO I 5
1.1 Teoría de Flujo en Tuberías 6
1.2 Propiedades Físicas de los Fluidos 6
1.3 Régimen de Flujo en Tuberías 7
1.4 Ecuación General de Energía Teoría de Bernoulli 9
1.5 Fórmula de Darcy 10
1.6 Flujo de Fluido en Válvulas y accesorios 11
CAPITULO II 16
2.1 Estudio De Métodos de Medición y Control de Caudal 16
2.1.1 Dispositivos para Medir el Caudal y Velocidades de Flujo 16
CAPITULO III
3.1 Selección de Elementos y Costo del Proyecto 22
3.2 Diseño del Banco de Prueba para Medición de Perdidas en Tuberías 27
3.3 Practicas a desarrollar con este banco de pruebas 29
BIBLIOGRAFÍA 31
2ii
INTRODUCCIÓN
Las pérdidas de carga son las pérdidas de presión que sufren los fluidos en su
circulación a través de las tuberías y conductos. Son debidas a los rozamientos de
los fluidos con las paredes de las tuberías o conductos y a los rozamientos entre
las distintas capas de fluido.
Un sistema hidráulico contiene y confina un líquido de manera que el mismo usa
las leyes que gobiernan los líquidos para transmitir potencia y desarrollar trabajo.
El sistema Hidráulico para cualquier tipo de proyecto, se convierte en un sistema
indiscutiblemente necesario.
La medición de flujo es uno de los aspectos más importantes en el control de
procesos; de hecho, bien puede ser la variable más comúnmente medida. Existen
muchos métodos confiables y precisos para medir flujo. Las condiciones del
proceso tales como presión, temperatura, densidad, viscosidad etc., pueden
variar, y puesto que todos estos factores afectan la medición deben ser tomados
en cuenta en el momento de seleccionar un medidor de flujo. Es necesario por
tanto conocer el principio de operación y características de funcionamiento de los
diferentes medidores de flujo disponibles. Sin tal conocimiento, es difícil
seleccionar el medidor mas apropiado para una determinada aplicación.
Entre los distintos tipos de medidores se encuentran los medidores de orificio,
las toberas, los venturímetros, los rotámetros, los anemómetros entre otros.
La mayor parte de estos equipos basan su funcionalidad en la primera ley de la
termodinámica, que enuncia la conservación de la energía total de los sistemas.
En este caso, el fluido presenta diversas formas de energía, como lo es la energía
mecánica, que se subdivide a su vez en energía cinética y energía potencial, así
como la energía interna del fluido, que es expresada como la presión del mismo,
3
no es común considerar los cambios térmicos del mismo, no obstante, en caso de
haber un cambio en la temperatura del mismo, también debe incluirse la misma en
el balance general de energía.
El presente trabajo tiene la finalidad de proveer al laboratorio de fluidos de un
banco de pruebas para pérdidas de carga en tuberías y accesorios, que sea
funcional y útil para el aprendizaje de quienes realizan prácticas en este
laboratorio. Para cumplir con este objetivo, se diseñó un banco de pruebas que
cuenta con sistemas de tuberías por el que circula agua impulsada por una
bomba.
4
OBJETIVOS
1. Objetivo General
1.1 Diseñar un Banco de prueba para el laboratorio de Ingeniería Mecánica I,
capaz de medir perdidas de carga en tuberías y accesorios.
2. Objetivos Específicos
2.1 Diseñar un módulo en el que se pueda estudiar el comportamiento de un
fluido a través de un conducto
2.2 Introducir en el diseño elementos capaces de estudiar diferentes formas de
medición de flujo
2.3 Calcular los costos que tendría la construcción del Módulo
5
CAPITULO I
1.1 Teoría de Flujo en Tuberías
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
frecuentes, ya que esta forma ofrece no sólo mayor resistencia estructural sino
también mayor sección transversal para el mismo perímetro exterior que cualquier
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
interior constante.
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 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 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 este estudio.
1.2 Propiedades Físicas de los Fluidos
La solución de cualquier problema de flujo de fluidos requiere un
conocimiento previo de las propiedades físicas del fluido en cuestión.
La viscosidad expresa la facilidad que tiene un fluido para fluir cuando se le
aplica una fuerza externa. El coeficiente de viscosidad absoluta, o simplemente la
viscosidad absoluta de un fluido, es una medida de su resistencia al deslizamiento
o a sufrir deformaciones internas.
Se puede predecir la viscosidad de la mayor parte de los fluidos; en algunos la
viscosidad depende del trabajo que se haya realizado sobre ellos.
La unidad de viscosidad dinámica en el sistema internacional (SI) es el pascal
segundo (Pas) o también newton segundo por metro cuadrado (N s/m²), o sea
kilogramo por metro segundo (kg/ms). Esta unidad se conoce también con el
6
nombre de poiseuille (Pl) en Francia, pero debe tenerse en cuenta que no es la
misma que el poise (P) descrita a continuación. El poise es la unidad
correspondiente en el sistema CGS de unidades y tiene dimensiones de dina
segundo por centímetro cuadrado o de gramos por centímetro segundo. El
submúltiplo centipoise (cP) 10^ -2 poises, es la unidad más utilizada para expresar
la viscosidad dinámica.
La densidad de una sustancia es su masa por unidad de volumen. La unidad
de densidad en el SI es el kilogramo por metro cúbico y se denota por ρ (libras por
pie cúbico). El peso específico (o densidad relativa) es una medida relativa de la
densidad. Como la presión tiene un efecto insignificante sobre la densidad de los
líquidos, la temperatura es la única variable que debe ser tenida en cuenta al
sentar las bases para el peso específico. La densidad relativa de un líquido es la
relación de su densidad a cierta temperatura, con respecto al agua a una
temperatura normalizada. A menudo estas temperaturas son las mismas y se
suele utilizar 60°F (15.6°C). Al redondear 15.0°C no se introduce ningún error
apreciable
1.3 Régimen de Flujo en Tuberías
Las ecuaciones que rigen el régimen laminar de flujo son las mismas que en el
flujo turbulento, las denominadas ecuaciones de Navier-Stokes que para un flujo
de un fluido newtoniano e incompresible son:
(1)
Las incógnitas de estas ecuaciones son el campo de velocidades y el de
presiones .
El régimen laminar se caracteriza por un movimiento ordenado de las
partículas de fluido, existiendo unas líneas de corriente y trayectorias bien
definidas. En el régimen turbulento las partículas presentan un
7
movimiento caótico sin que existan unas líneas de corriente ni trayectorias
definidas.
En cuanto al campo de velocidades de uno u otro régimen, si en un punto de
un campo de flujo se hiciera una medida del valor de una variable de campo (por
ejemplo de la componente de la velocidad en dirección X) se obtendría que en
régimen laminar ésta presenta un valor bien definido que es constante en el
tiempo si las condiciones de contorno del flujo son estacionarias o presenta una
ordenada variación temporal si las condiciones de contorno varían en el tiempo.
En el régimen turbulento en cambio las variables de flujo presentan una variación
temporal, aún cuando las condiciones de contorno del flujo sean estacionarias,
muy rápida y aleatoria en un amplio rango de frecuencias (se han medido rangos
entre 0 y 10000 Hz).
Figura 1.3. Regímenes laminar y turbulento
El intentar obtener una solución a las ecuaciones del flujo en régimen
turbulento esta fuera del alcance del análisis matemático y el cálculo numérico
actuales. De forma similar a la teoría cinética donde se estudia el movimiento de
infinidad de moléculas hay que recurrir a un estudio estadístico de la turbulencia
trabajando con propiedades promedio. Una posibilidad de promediar las variables
de flujo es considerar que en un punto del campo las variables vienen dadas como
la suma de un valor promedio y una fluctuación turbulenta. Aunque los valores
promedios de las fluctuaciones sean cero no es cierto que el promedio del
producto de dos fluctuaciones lo sea.
8
La ecuación de la continuidad tiene el mismo aspecto sólo que en lugar del
campo de velocidades aparece el campo de velocidades promedio. La ecuación
de la cantidad de movimiento presenta, además del cambio de las velocidades
instantáneas por las promedio, la aparición de un nuevo término, unas tensiones
adicionales que se denominan tensiones turbulentas de Reynolds. Estas tensiones
cuantifican la influencia de la fluctuación turbulenta en el campo de flujo promedio.
1.4 Ecuación General de Energía Teoría de Bernoulli
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 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 debida a la velocidad, es decir:
Z+ Pρg
+V ²2g
=H
(Figura 1.4)
Si las pérdidas por rozamiento se desprecian y no se aporta o se toma
ninguna energía del sistema de tuberías (bombas o turbinas), la altura total H en la
ecuación anterior permanecerá constante para cualquier punto del fluido. Sin
embargo, en la realidad existen pérdidas o incrementos de energía que deben
incluirse en la ecuación de Bernoulli. Por lo tanto, el balance de energía puede
9
escribirse para dos puntos del fluido, según se indica en el ejemplo de la figura
1.4. Nótese que la pérdida por rozamiento en la tubería desde el punto uno al
punto dos (hl) se expresa como la pérdida de altura en metros de fluido (pies de
fluido). La ecuación puede escribirse de la siguiente manera:
Todas las fórmulas prácticas para el flujo de fluidos se derivan del teorema de
Bernoulli, con modificaciones para tener en cuenta las pérdidas debidas al
rozamiento
1.5 Fórmula de Darcy
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, tiene que existir una pérdida de presión en el sentido
del flujo. Si se conectan dos manómetros a una tubería por la que pasa un fluido,
según se indica en la figura 1-6, el manómetro P1 indicaría una presión estática
mayor que el manómetro P2.
La ecuación general de la pérdida de presión, conocida como la fórmula de Darcy
y que se expresa en metros de fluido, es:
Donde:
hl: pérdida de carga debida al flujo del fluido (m)
f: factor de fricción
L: longitud de la tubería (m)
D: diámetro interno de la tubería (m)
V: velocidad del fluido (m/s)
g: aceleración de gravedad (m/s²)
10
La ecuación de Darcy es válida tanto para flujo laminar como turbulento de
cualquier líquido en una tubería. Sin embargo, puede suceder que debido a
velocidades extremas, la presión corriente abajo disminuya de tal manera que
llegue a igualar la presión de vapor del líquido, apareciendo el fenómeno conocido
como cavitación y los caudales obtenidos por cálculo serán inexactos.
1.6 Flujo de Fluido en Válvulas y accesorios
Ya que las instalaciones industriales en su mayor parte están constituidas por
válvulas y accesorios, es necesario un conocimiento de su resistencia al paso de
fluidos para determinar las características de flujo en un sistema de tuberías
completo.
Válvulas: La variedad en diseños de válvulas dificulta una clasificación completa.
Si las válvulas se clasificaran según su resistencia que ofrecen al flujo, las que
presentan un paso directo del flujo, como las válvulas de compuerta, bola, macho
y de mariposa pertenecen al grupo de baja resistencia; las que tienen un cambio
en la dirección del flujo, como las válvulas de globo y angulares, están en el grupo
de alta resistencia. En el siguiente capítulo se ilustran fotografías de algunos
diseños de las válvulas más usadas. Los anexos D1 se ilustran los factores “K” de
las válvulas.
Accesorios: Los acoplamientos o accesorios para conexión se clasifican en: de
derivación, reducción, ampliación y desviación. Los accesorios como tes, cruces,
codos con salida lateral, etc., pueden agruparse como accesorios de derivación.
Los conectores de reducción o ampliación son aquellos que cambian la superficie
de paso del fluido. En esta clase están las reducciones y los manguitos. Los
accesorios de desvío, curvas, codos, curvas en U, etc., son los que cambian la
dirección de flujo. Se pueden combinar algunos de los accesorios de la
clasificación general antes mencionada. Además, hay accesorios como
conexiones y uniones que no son resistentes al flujo, motivo por el cual no se
consideran aquí.
11
Válvula de Bola
Son de ¼ de vuelta, en las cuales una bola o esfera taladrada gira entre asientos
elásticos, lo cual le permita la circulación directa en la posición abierta y corta el
paso cuando la bola se gira 90º cerrando así el conducto.
Recomendada para:
Servicio de conducción y corte, sin estrangulación.
Cuando se requiera apertura rápida.
Temperaturas estables.
Cuando se necesita resistencia mínima a la circulación.
Aplicaciones:
Servicio general, altas temperaturas, pastas semilíquidas.
Ventajas:
Bajo costo.
Alta capacidad.
Corte bidireccional.
Circulación en línea recta.
Pocas fugas.
Poco mantenimiento.
No requiere lubricación.
Tamaño compacto.
Desventajas:
Características deficientes para estrangulación.
Alta torsión para accionarla (abrirla)
Susceptible al desgaste de sellos y empaquetaduras.
12
Propensa a la cavitación.
Variaciones:
Entrada por la parte superior, cuerpo o entrada de extremos divididos
(partidos), tres vías, Ventura, orificio de tamaño total, orificio de tamaño
reducido.
Materiales:
Cuerpo: hierro fundido, hierro dúctil, bronce, latón, aluminio, aceros al carbono,
aceros inoxidables, titanio, tántalo, circonio; plásticos de polipropileno y PVC.
Asiento: TFE, TFE con rellenador, Nylon, Buna-N, neopreno.
Especificaciones para el pedido:
Temperatura de operación.
Tipo de orificio en la bola.
Material para el asiento.
Material para el cuerpo.
Presión de funcionamiento.
Orificio completo o reducido.
Ubicación de la entrada (superior o lateral.)
Por lo tanto y debido a sus características, se emplearan este tipo de válvulas, en
la selección del recorrido.
Válvula de compuerta
La válvula de compuerta es de vueltas múltiples, en la cual se cierra el orificio con
un disco de cara plana que se desliza en ángulos rectos sobre el asiento.
Recomendada para:
Estrangulación o regulación de flujo.
Para accionamiento frecuente.
13
Para corte positivo de gases o aire.
Cuando es aceptable cierta resistencia a la circulación del flujo.
Aplicaciones:
Servicio general, líquidos, vapores, gases, corrosivos, pastas semilíquidas.
Ventajas:
Estrangulación eficiente con estiramiento o erosión mínimos del asiento o
disco.
Carrera corta del disco y pocas vueltas para accionarla, lo cual reduce el
tiempo y desgaste del vástago.
Control preciso de la circulación de flujo.
Disponible con orificios múltiples.
Desventajas:
Gran caída de presión.
Costo relativo elevado.
Variaciones:
Normal (estándar) en “Y”, en ángulo y de tres vías.
Materiales:
Cuerpo: bronce, hierro, hierro fundido, acero forjado, Monel, acero inoxidable,
plásticos.
Componentes: de diversos materiales.
Especificaciones para el pedido:
Tipo de conexión de extremo.
Tipo de disco.
Tipo de asiento.
14
Tipo de vástago.
Tipo de empaquetadura o sello del vástago.
Tipo de bonete.
Capacidad nominal de presión.
Capacidad nominal de temperatura.
15
CAPITULO II
2.1 Estudio De Métodos de Medición y Control de Caudal
2.2 Dispositivos para Medir el Caudal y Velocidades de Flujo
- Placa Orificio o diafragma: consiste en una placa, donde se practica un orificio
de área Ao, la cual se inserta dentro de la tubería en la sección deseada. La
modificación en las velocidades ocasiona un cambio de presiones, antes y
después del diafragma, cuyo valor determina el gasto.
Figura 2.1 Perdida de energía en la placa orificio
Figura 2.2 Algunos tipos de placas orificios
120
md hgACQ
El coeficiente Cd depende no sólo de la geometría del diafragma y de la
rugosidad de las paredes, sino también del número de Reynolds, que incluye el
efecto de viscosidad del flujo.
16
- Tubo Venturi: Permite la medición de caudales 60% superiores a los de la
placa orificio en las mismas condiciones de servicio y con una pérdida de carga de
solo 10 a20 % de la presión diferencial.
Figura 2.3 Tubo Venturi
Posee una gran precisión y permite el paso de fluidos con un porcentaje
relativamente grande de sólidos, si bien los sólidos abrasivos influyen en su forma
afectando la exactitud de la medida.
Su principio de funcionamiento es similar al del diafragma e incluso se usa la
misma ecuación para determinar el caudal así como el mismo coeficiente de flujo.
Rango de aplicación: Este medidor es ideal como elemento deprimogeno en
tuberías donde el flujo es continuo, por que produce depresión h grande con
perdidas hr mínimas.
- Boquilla o tobera de flujo: Es una contracción gradual de la corriente de flujo
seguida de una sección cilíndrica recta y corta. Debido a la contracción pareja y
gradual, existe una pérdida muy pequeña. A grandes valores de Reynolds (106) C
es superior a 0.99.
La tobera de flujo, es un instrumento de medición que permite medir
diferencial de presiones cuando la relación de ß, es demasiado alta para la placa
orificio, esto es, cuando la velocidad del flujo es mucho mayor y las pérdidas
empiezan a hacerse notorias.
Luego, al instalar un medidor de este tipo se logran mediciones mucho más
exactas. Además este tipo de medidor es útil para fluidos con muchas partículas
17
en suspensión o sedimentos, su forma hidrodinámica evita que sedimentos
transportados por el fluido queden adheridos a la tobera [5]
Q = (Cd A/Ö (1- b4))*Ö(2gn hL)
Figura 2.4 Boquilla o tobera de flujo.
- Rotámetro: El rotámetro es un medidor de área variable que consta de un tubo
transparente que se amplia y un medidor de "flotador" (más pesado que el líquido)
el cual se desplaza hacia arriba por el flujo ascendente de un fluido en la tubería.
El tubo se encuentra graduado para leer directamente el caudal. La ranuras en el
flotador hace que rote y, por consiguiente, que mantenga su posición central en el
tubo. Entre mayor sea el caudal, mayor es la altura que asume el flotador.
- Fluxómetro de turbina: El fluido provoca que el rotor de la turbina gire a una
velocidad que depende de la velocidad de flujo. Conforme cada una de las aspas
de rotor pasa a través de una bobina magnética, se genera un pulso de voltaje que
puede alimentarse de un medidor de frecuencia, un contador electrónico u otro
dispositivo similar cuyas lecturas puedan convertirse en velocidad de flujo.
Velocidades de flujo desde 0.02 L/min hasta algunos miles de L/min se pueden
medir con fluxómetros de turbina de varios tamaños.
Rango:
Este tipo de instrumento es lo más adecuado para los grandes caudales, cuando
la caída de presión debe mantenerse en un mínimo.
Formula:
18
Es el mismo caso del rotámetro no es necesario de formulas por poseer un
medidor digital que indica directamente la medida del caudal.
En la medición del caudal en canales abiertos, se utilizan vertederos de forma
variada que provocan una diferencia de alturas del líquido en el canal entre la
zona anterior del vertedero y su punto mas bajo.
El vertedero debe formar un ángulo recto con la dirección del caudal y el canal
aguas arriba debe ser recto como mínimo en una distancia de 10 veces la
anchura.
La diferencias de alturas debe medirse en un punto aguas arriba lo
suficientemente alejado como para no ser influido por la curva de bajada de la
superficie del agua y es conveniente incluso utilizar un pozo de protección (tubería
de diámetro ligeramente mayor a la del flotador) para el flotador del instrumento de
medida, caso de utilizar este sistema. El caudal es proporcional a la diferencias de
alturas según la formula general empírica.
Donde:
Q=KlH n
Q: Caudal [m³/s]
K= Constante que depende del tipo de vertedero.
H= Diferencias máximas de alturas en m [m]
n = Exponente que depende del tipo de vertedero o canal. [6]
Vertederos triangulares (Weir): la columna hidráulica que produce el flujo varia de
arriba abajo, siendo mayor en el fondo del Weir. Hay por lo tanto, un gradiente de
velocidad de arriba abajo. A causa de esa variación de la velocidad, es necesario
escribir la expresión para el caudal a través de un área elemental y hacer la
integración para llevar una ecuación del caudal total.
El caudal verdadero dq a través del ara infinitesimal dA es:
dq = C√2×g×zdA.
De donde,
19
q=
815C √2g tg
α2h5/8
Vertederos rectangulares:
Q=Cq2/3bh√2gh
Cq oscila ente0.64 y 0.79.
Vertedero rectangular sin contracción lateral.
Da resultados más precisos.
Cq=0.615(1+ 1
h+1 .6 )[1+0 .5 ( hh+zc )
2 ]Vertederos rectangulares con contracción lateral.
Cq=
[0 .578+0. 037 ( bB )2
+3 . 615−3( bB )
2
h+1 .6 ][1+0 .5( bB )( hh+z c )
2]Vertedero de Parshall o Venturi: En el tubo de ventura se conseguía un
decremento de presión, a expensas de un incremento de la altura dinámica,
gracias a un ensanchamiento. En el canal venturi, gracias también a una
disminución de la sección transversal del canal se consigue un decremento de la
altura piezometrica de la corriente a expensas también de un incremento de la
energía cinética. Este decremento proporcional al caudal se emplea para la
medición del mismo en flujo abierto.
- MANÓMETROS
El manómetro es un dispositivo simple y preciso para medir presiones y la mayoría
de estos operan bajo el principio de que las fuerzas resultantes de una presión
producen la deflexión de un elemento elástico.
Probablemente el dispositivo mas familiar y ampliamente usado es el manómetro
de “tubo de Bourdon” al cual cuando se le aplica una presión al extremo abierto
del tubo plano y curvo, este tiende a enderezarse, luego a través de un sistema de
20
transmisión convierte el movimiento del tubo en un movimiento de la aguja sobre
la carátula.
“La carátula se calibra para obtener la medición en cualquier unidad deseada.”
La variación del tamaño y rigidez del tubo permite a los fabricantes de
manómetros construirlos para cualquier orden de magnitud. El control cuidadoso
de la calidad del material del tubo y su geometría, así como también la calibración
cuidadosa aseguran un manómetro razonablemente preciso.
Todos los dispositivos para medir presión miden diferencia de presión y no niveles
de esta. Como con frecuencia una de las dos presiones que el instrumento detecta
es la atmosférica, el término “presión manométrica” se emplea para describir la
presión en relación con la presión atmosférica local.
21
CAPITULO III
3.1 Selección de Elementos y Costo del Proyecto
Tuberia presión PVC
Sección Diámetro (plg) Presión (psi) Longitud (m) Precio (Bsf) Cantidad
R 1 ½ 250 6 221.67 1
S 1 315 6 129.34 2
T ¾ 400 6 97.54 1
U ½ 500 6 73.99 1
Codos de 90º PVC
Código Diámetro (Plg) Precio (Bsf) Cantidad
C020305G 1 ½ 22.32 2
C020203 1 7.01 5
Tee PVC
Código Diámetro (plg) Precio (Bsf) Cantidad
C050107 1 11.22 1
Tee de reducción PVC
Código Diámetro (plg) Precio (Bsf) Cantidad
C050103G 1 ½ * 1 30.58 2
C050102G 1 ½ * ¾ 27.49 2
C050101G 1 ½ * ½ 22.43 2
Doble tee PVC
Código Diámetro (plg) Precio (Bsf) Cantidad
22
C023476 1 56.34 1
Valvula de Bola con purga para comprobación
Código Diámetro (plg) Precio (Bsf) Cantidad
GR19704 1 ½ 47.59 2
GR19703 1 47.59 4
GR19702 ¾ 47.59 2
GR19701 ½ 47.59 2
Válvula de Globo
Código Diámetro(plg) Precio (Bsf) Cantidad
DS6805 1 146.67 1
Unión Universal PVC
Código Diámetro(plg) Precio (Bsf) Cantidad
C220203G 1 58.69 2
Bombas Hidráulicas Marca DOMOSA
Bomba que consta de un impulsor fijado a un eje rotativo dentro de una carcaza la
que posee una entrada y una conexión de descarga. Las bombas centrífugas,
también denominadas rotativas, tienen un rotor de paletas giratorio sumergido en
el líquido.
El líquido entra en la bomba cerca del eje del rotor, y las paletas lo arrastran
hacia sus extremos a alta presión. El rotor también proporciona al líquido una
velocidad relativamente alta que puede transformarse en presión en una parte
estacionaria de la bomba, conocida como difusor.
En bombas de alta presión pueden emplearse varios rotores en serie, y los
difusores posteriores a cada rotor pueden contener aletas de guía para reducir
poco a poco la velocidad del líquido. En las bombas de baja presión, el difusor
23
suele ser un canal en espiral cuya superficie transversal aumenta de forma
gradual para reducir la velocidad.
El rotor debe ser cebado antes de empezar a funcionar, es decir, debe estar
rodeado de líquido cuando se arranca la bomba.
Cebado
Se llama cebado a la operación que consiste en extraer el aire de la cañería de
aspiración y de la bomba para que quede llena con líquido. Se puede realizar esta
operación por medio de dos sistemas:
Llenando la cañería con liquido ya sea desde una fuente exterior o bien
desde una cañería de impulsión mediante un By-Pass
Extrayendo el aire por medio de una bomba de vacío
Las bombas pequeñas tienen en su cuerpo un pequeño embudo por donde se
puede agregar agua para cebado.
La cañería de aspiración debe tener en su extremo inferior una válvula de pie
que es una válvula de retención que permite mantenerla llena de líquido.
Es de gran importancia que la cañería de aspiración sea perfectamente
hermética, ya que si entra un 1% de aire, la capacidad de la bomba disminuye en
un 10% y si entra el 10% de aire se pierde totalmente el cebado. Se puede decir
que el 90% de las fallas de las bombas se deben a filtraciones de aire en la
aspiración.
Por lo general, las bombas centrífugas tienen una válvula en el conducto de
salida para controlar el flujo y la presión. En el caso de flujos bajos y altas
presiones, la acción del rotor es en gran medida radial
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.
24
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 de prensa-estopa y el número de elementos a
cambiar es muy pequeño.
CódigoDiámetro
(plg)Velocidad Potencia Frecuencia Voltaje Tipo
Precio
(Bsf)Cantidad
E2733851 entrada
1 Salida3600RPM 1/2HP 60Ciclos
110v
Monofásico
Eléctric
o316.78 2
Rotámetro Vidrio de Alta Precisión
CódigoDiámetro
(plg)
Rango de
mediciónPrecisión
Presión
Max.
Temperatura
Max
Precio
(Pesos
Chilenos)
Cantidad
25
Nº103
9
1 entrada 1
Salida
0.01-
0.1GPH a
265-2645
GPH agua
±1.0% fin
de escala130PSIG 140-212 ºF 625.40 1
Placa Orificio Concéntrica
Código
Diámetro
de tubería
(plg)
Diametro
del orificio
(plg)
Precio
(Bsf)Cantidad
FMDU-1 1 1/8 426.86 1
Tubo venturi Fabricado en metacrilato transparente
Código
Diámetro
de tubería
(plg)
Estrechamient
o aguas arriba
Estrechamiento
aguas abajoPrecio
(€)Cantidad
FMDU-1 1 14º 21º 367 1
Medición de presión digital
Código
Diámetro
de tubería
(plg)
Precio
(Bsf)Cantidad
667410 1 199 1
Manometro Tubo de Bourdon Modelo MAN-R
CodigoDiametro
carcazaPreision
PrecioCantidad
210533 63 1.6 246.58 3
Medidor de Velocidad de corriente
CodigoRango de
mediciónPresición
Resolución PrecioCantidad
FMDU-960 a
40m/s0.5% el valor
0.1m/s 695.361
26
3.2 Diseño del Banco de Prueba para Medición de Perdidas en Tuberías
27
FI81
FE79
ST PR292
PR292
FR291 FE
76
FE73
Esquema de diseño de banco de prueba se un sistema de
hidráulico con diferente medidores de flujo
3500
540 540540690 690
500
500
500
500
*Dimensiones en mm.
A) B)
Esquema de Conexión de bombas en paralelo. A) Vista de frente, la salida de
caudal de la bomba. B) Vista superior de la conexión de las bombas.
*Dimensiones en mm
3.2.1 Parámetros de funcionamiento
Los parámetros de funcionamiento serán:
Presión de Trabajo: 2 bar. (Tendiendo a aumentar la presión)
Largos de los tramos después de accesorios: 4 a 5 veces el Diámetro
Tubería
(Longitud necesaria para que el fluido se recupere de los efectos producidos
por el accesorio en particular)
Caudal de trabajo: 4.2 m3/H (1.1667 Lt/seg suministrado por la bomba)
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PI142
PI142
BOMBABOMBA
BO
MB
AB
OM
BA
RESERVORIO DE AGUA500
500
500
Temperatura del agua: 15° C (ambiente)
Tipo de Flujo: Flujo Turbulento.
Nº de Reynolds: 5390
Fluido: Agua.
3.3 Practicas a desarrollar con este banco de pruebas
PÉRDIDAS DE CARGA EN LOS COMPONENTES DE LAS
INSTALACIONES HIDRÁULICAS
Se describirá el procedimiento para medir la caída de presión en las tuberías. Con
la bomba parada se cerrarán las válvulas de los demás ramales del banco,
dejando abiertas una sola válvula y la válvula de regulación de caudal con una
cierta apertura.
Se pondrá en marcha la bomba apuntándose en el cuaderno de prácticas la caída
de presión en la placa de orificio.
Con el manómetro conectado en los extremos de la tubería denominada como 1
se medirá la caída de presión, apuntándose en el cuaderno de prácticas.
Este procedimiento se repetirá con 6 caudales diferentes que se obtendrán
manipulando la válvula reguladora de caudal. El rango de caudales estudiados
deberá ser lo más amplio posible.
Procedimiento para medidas de caída de presión en elementos
Con la bomba parada se cerrarán las válvulas {2}, {4}, {6} y {10}, dejando abiertas
la {11} y la reguladora de caudal en una determinada apertura.
Se pondrá en marcha la bomba apuntándose en el cuaderno de prácticas la caída
de presión en la placa de orificio.
Con el manómetro se medirán las caídas de presión en los elementos {12} y {13} y
se apuntarán en el cuaderno de prácticas. Hay que tener en cuenta que los
elementos {12} y {13} están formados por cuatro codos y la pérdida de carga que
se obtiene es la correspondiente al conjunto.
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Este procedimiento se repetirá con 6 caudales diferentes que se obtendrán
manipulando la válvula reguladora de caudal {17}. El rango de caudales
estudiados deberá ser lo más amplio posible.
Procedimiento para medidas de caída de presión en elementos
Se procederá de forma análoga a la descrita en el apartado anterior.
Otras practicas posibles:
1. Demostrar las características importantes de los diferente tipo de
medidores de caudal usado en la medición de caudal de agua a
través de tuberías o de canales abiertos.
2. Comparación del uso, la aplicación y las limitaciones de diversos
tipos de medidores de caudal.
3. Uso de manómetros para medir las perdidas de presión
4. Comparación de la pérdida de energía en los diferentes medidores.
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BIBLIOGRAFÍA
1. MOTT, R, Mecánica de Fluidos, 4° Edición: Pearson Prentice Hall
Hispanoamericana 1996.
2. SHAMES, Mecánica de fluidos 3° Edición: Mc Graw Hill 1995.
3. MORALES OLIVARES, Julio Henríquez. Diseño y construcción de un banco
de prueba para medir pérdidas de carga en líquidos. Tesis (Ing. Ejec.
Mecánico) Valparaíso, Chile: UTFSM., 1978. 153 h.
4. CREUS, A. Instrumentación Industrial. 6º Edición. Editorial Marcombo. Año
1997.
5. Catalogo de Instrumentación y Control. Genebre.
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