Adecuación del túnel de agua de la Universidad de los Andes

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(1)ADECUACIÓN DEL TÚNEL DE AGUA DE LA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. CARLOS ANDRÉS VILLA ALZATE. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA BOGOTÁ D.C. 2008.

(2) ADECUACIÓN DEL TÚNEL DE AGUA DE LA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES. CARLOS ANDRÉS VILLA ALZATE Cód. 200311509. Proyecto de grado para optar por el título de Ingeniero Mecánico. Asesor ÁLVARO PINILLA Ingeniero Mecánico, MSc, Phd.. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA BOGOTÁ D.C. 2008 1.

(3) Bogotá, 24 de Junio de 2008. Ingeniero LUIS MARIO MATEUS Director Departamento de Ingeniería Mecánica Universidad de los Andes Ciudad. Por medio de la presente me permito poner en consideración el proyecto de grado titulado ADECUACIÓN DEL TÚNEL DE AGUA DE LA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES como requisito parcial de grado en el programa de Ingeniería Mecánica de la Universidad de los Andes. Cordialmente,. Carlos Andrés Villa Alzate Cód. 200311509. 2.

(4) Bogotá, 24 de Junio de 2008. Ingeniero LUIS MARIO MATEUS Director Departamento de Ingeniería Mecánica Universidad de los Andes Ciudad. Por medio de la presente certifico como asesor que el proyecto de grado titulado ADECUACIÓN DEL TÚNEL DE AGUA DE LA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES realizado por estudiante CARLOS ANDRÉS VILLA ALZA TE cumple con los objetivos propuestos y que por lo tanto califica como requisito para optar por el título de Ingeniero Mecánico. Cordialmente,. Álvaro Pinilla Profesor Asesor. 3.

(5) TABLA DE CONTENIDO 1 INTRODUCCIÓN 2 SISTEMA 3 CARACTERIZACIÓN DE L A BOMBA 3.1 RESULTADOS EN EL LABORATORIO 3.1.1 CABEZA – C AUDAL 3.1.2 POTENCIA ELÉCTRICA – C AUDAL 3.1.3 EFICIENCIA – CAUD AL 3.2 COMPAR ACIÓN DE RESULTADOS 3.2.1 CABEZA – C AUDAL 3.2.2 POTENCIA ELÉCTRICA – C AUDAL 3.2.3 EFICIENCIA – CAUD AL 4 AN ÁLISIS DEL SISTEMA 4.1 CURVA DEL SISTEMA – MOTOBOMBA 4.2 LÍNEA DE GR ADIENTE HIDR ÁULICO 5 MODIFIC ACIONES DEL SISTEMA 5.1 ELIMIN ACIÓN DE VÓRTICES 5.2 ELIMIN ACIÓN DE FUENTE 5.3 FLUJO LAMIN AR 5.4 MEDIDOR DE C AUDAL 5.4.1 DISEÑO 5.4.1.1 TUBO VENTURI ASME 5.4.2 MANUFACTURA 5.4.2.1 EXTERIOR DEL TUBO VENTURI 5.4.2.2 INTERIOR DEL TUVO VENTURI 5.4.2.3 TAPONES DE PRESIÓN 5.4.3 INSTAL ACIÓN 5.4.3.1 TRANSDUCTORES DE PRESIÓN 5.4.4 CURVA DE C ALIBR ACIÓN 6 TÚNEL DE AGU A COMO HERRAMIENTA DE L ABOR ATORIO 6.1 VISU ALIZACIÓN DE FLUIDO 6.2 PERFIL DE VELOCID AD 7 CONCLUSIONES 8 BIBLIOGR AFÍA ANEXO A – PROCEDIMIENTO DE USO DEL TÚNEL DE AGU A ANEXO B – CÓDIGO DE MANUFACTUR A DE TORNO NUMÉRICO ANEXO C – ESPECIFIC ACIÓN DE MOTOBOMBA HALBERG 4. 8 9 10 10 13 14 14 15 15 16 16 17 18 18 19 20 21 22 23 23 24 27 28 29 29 30 31 33 34 35 37 39 40 41 44 45.

(6) ANEXO D – ESPECIFIC ACIÓN TR ANSDUCTOR DE PRESIÓN ANEXO E – ESPECIFIC ACIÓN TRANSDUCTOR DE POTENCIA ANEXO F – NOR MA ASME MFC-3M-2004 ANEXO G – PL ANOS TUBO VENTURI Y FL ANGES. 5. 47 48 49 61.

(7) TABLA DE FIGURAS FIGURA 1: ESTADO INICIAL FIGURA 2: ESQUEMA DEL SISTEMA 1 FIGURA 3: ESQUEMA DEL SISTEMA 2 FIGURA 4: MODIFIC ACIÓN PAR A C ARACTERIZACIÓN FIGURA 5: GAL ÁPAGO DE SUCCIÓN FIGURA 6: GAL ÁPAGO DE DESCARGA FIGURA 7: TR ANSDUCTOR DE PRESIÓN FIGURA 8: TR ANSDUCTOR DE POTENCIA ELÉCTRICA FIGURA 9: TARJETA LABJACK U12 FIGURA 10: ESQUEMA DEL SISTEMA 3 FIGURA 11: TAPAS INSTALAD AS FIGURA 12: VÓRTICE EN SUCCIÓN FIGURA 13: SUCCIÓN MODIFIC AD A FIGURA 14: BARRIL INSTALADO FIGURA 15: FUENTE DE DESCARGA FIGURA 16: DESCARGA MODIFIC AD A FIGURA 17: MALLA INSTALAD A FIGURA 18: TURBULENCIA EN LA SECCIÓN DE PRUEBA FIGURA 19: SECCIÓN DE PRUEBA MODIFIC AD A FIGURA 20: ESQUEMA TUBO VENTURI FIGURA 21: SECCIÓN C – TUBO VENTURI FIGURA 22: CONFIGUR ACIÓN “TRIPLE-T” FIGURA 23: TUBO VENTURI ASME FIGURA 24: MANUFACTUR A TORNO NUMÉRICO 1 FIGURA 25: MANUFACTUR A TORNO NUMÉRICO 2 FIGURA 26: INTERIOR TUBO VENTURI FIGURA 27: INSTAL ACIÓN TUBO VENTURI FIGURA 28: TR ANSDUCTOR DE PRESIÓN FIGURA 29: CONEXIÓN SECCIÓN C TUBO VENTURI FIGURA 30: CONEXIÓN SECCIÓN A TUBO VENTURI FIGURA 31: ESQUEMA FINAL DEL SISTEMA FIGURA 32: VISU ALIZACIÓN FLUJO 1 FIGURA 33: VISU ALIZACIÓN FLUJO 2 FIGURA 34: VISU ALIZACIÓN FLUJO 3 FIGURA 35: CUADRÍCULA SECCIÓN DE PRUEBA 6. 9 9 10 10 11 11 11 19 19 19 20 20 20 21 21 21 22 22 22 25 25 26 27 28 28 29 30 31 32 33 34 35 35 36 37.

(8) TABLA DE GRÁFICAS GRÁFICA 1: C ABEZA – C AUDAL EN L ABOR ATORIO GRÁFICA 2: POTENCIA ELÉCTRICA – C AUDAL EN L ABOR ATORIO GRÁFICA 3: EFICIENCIA – CAUD AL EN LABORATORIO GRÁFICA 4: COMPAR ACIÓN DE C ABEZA – C AUDAL GRÁFICA 5: COMPAR ACIÓN DE POTENCIA ELÉCTRICA – C AUDAL GRÁFICA 6: COMPAR ACIÓN DE EFICIENCIA – CAUD AL GRÁFICA 7: CURVA SISTEMA – BOMBA GRÁFICA 8: HGL DEL SISTEMA GRÁFICA 9: CURVA DE C ALIBR ACIÓN DE TUBO VENTURI GRÁFICA 10: PERFIL VELOCID AD - L ADO GRÁFICA 11: PERFIL VELOCID AD – SUPERIOR. 7. 13 14 14 15 16 16 18 19 33 37 38.

(9) 1.. INTRODUCCIÓN La Universidad de los Andes cuenta con un túnel de agua elaborado previamente. como proyecto de grado por Hans Peter Goldring en el año 20051; la finalidad del túnel de agua es la visualización de flujo en la interacción con un objeto determinado, ya sea a través de un perfil alar o a través de un automóvil aerodinámico, como lo puede ser un carro de carreras de la Fórmula Uno. La visualización de flujo en la sección de prueba (Figura 2) se desea a una velocidad máxima y laminar para la obtención de un alto número de Reynolds y la consecución de resultados satisfactorios. Goldring realizó el diseño y la manufactura del túnel, dejando a un lado la caracterización y la puesta a punto de éste, inhabilitándolo como herramienta de laboratorio, dado que no se obtenían las condiciones deseadas de un túnel de agua. Dada la condición inicial del túnel de agua, se propone como objetivo general el montaje y adecuación del túnel de agua ubicado en el laboratorio de fluidos de la Universidad de los Andes; éste se logra cumpliendo los siguientes objetivos particulares: Garantizar un fluido laminar en la sección de prueba a una mayor velocidad y mejorar la succión de agua a la bomba. Determinar la velocidad del fluido en la sección de prueba. Instalar un método para la visualización del fluido. Habilitar un sistema de caracterización de la motobomba. Obteniendo como resultado la adecuación del túnel de agua para ser usado en Aerodinámica, Sistemas de Bombeo, Máquinas Hidráulica y en Mecánica de Fluidos.. 1. GOLDRING, Hans Peter. Diseño y Manufactura de un T únel de Aguan para la Visualización de Flujo. Proyecto de Grado de la Universidad de los Andes. Colom bia. 2005. 8.

(10) 2.. SISTEMA El túnel de agua se encuentra en el laboratorio de. fluidos de la Universidad de los Andes, dónde se realizó una primera y minuciosa limpieza para el mantenimiento de la motobomba y sus partes, al activar el sistema se encontraron deficiencias en la succión, en la tubería, en la descarga, en el acondicionamiento de agua y en la sección de prueba (figura 1); haciendo de éste trabajo una suma de modificaciones para poder así lograr el cumplimiento de los objetivos planteados. Figura 1: Estado Inicial El túnel de agua consta de cinco secciones diferentes mostradas en la figura 2 y 3, la primera y más importante es la sección de prueba, donde se observa la interacción del flujo con el objeto; la segunda es la sección de succión, donde el agua ingresa de la piscina a la tubería; la tercera es la sección de energía, donde se encuentra la motobomba y la tubería; la cuarta es la sección de descarga, donde el agua ingresa a la piscina desde la tubería; quinta y última es la de acondicionamiento de flujo, donde se busca aumentar la velocidad del flujo y obtener un flujo laminar para el ingreso a la sección de prueba.. Figura 2: Esquema del Sistema 1 9.

(11) Figura 3: Esquema del Sistema: 2. 3.. CARACTERIZACIÓN DE LA MOTOBOMBA. La motobomba instalada en el túnel de agua está compuesta por una Bomba Halberg NOWA 5016 impulsado por un motor Siemens de 2.0 HP a 1800 rpm, las especificaciones y curvas de la motobomba realizadas por el fabricante se encuentran el ANEXO C. Se realizaron las curvas de comportamiento de la motobomba en el laboratorio de fluidos de la Universidad de los Andes y se comparan con las enviadas por el fabricante Halberg. Las curvas halladas son: Cabeza – vs – Caudal, Potencia Eléctrica – vs – Caudal y Eficiencia – vs – Caudal.. 3.1.. Resultados en el Laboratorio Las variables a medir en el laboratorio. fueron. caudal,. cabeza. entregada. por. la. motobomba y potencia eléctrica. El sistema del túnel de agua tuvo que ser modificado para la caracterización de la motobomba dado que éste no estaba instrumentado y no se tenía la forma de hallar las. presiones. y los. respectivos. caudales. 10. Figura 4: Modificación para Caracterización.

(12) El caudal se midió por medio de un tanque de 250 litros, un balde y cronómetro; para. esto. se. modificó. la. salida. de. la. motobomba, figura 4, para que el agua cayera al tanque y así poder realizar la medición de caudal. La presión se obtuvo por medio de. Figura 5: Galápago de Succión. transductores de presión Omega (figura 7), especificación en el ANEXO D;. éstos se. encuentran en el laboratorio de fluidos y emiten un diferencial de voltaje entre 0 y 5 Voltios proporcional a la presión del agua que se encuentra entre -103.4 y 206.8 kPa. (-15 y 30 psi.); se modificó el sistema para la instalación de los. transductores. de presión que van. Figura 6: Galápago de Descarga enroscados en galápagos ubicados en la tubería tanto de succión (figura 5) como de descarga (figura 6), éstos galápagos se instalaron lo más cerca posible a la motobomba para una correcta medición de la cabeza.. Por medio de los datos suministrados por el fabricante Halberg (Altura dinámica total: 10.0 m), se espera. que. la. presión. de. la. descarga. sea. aproximadamente de 103.4 kPa (15 psi) y la de succión llegue a valores negativos dada su naturaleza, es por esto que se deben usar los siguientes transductores de presión: Succión de Bomba (figura 5): Transductor de presión Figura 7: Transductor de Presión absoluta hasta 103.4 kPa (15 psi). (Transductor Omega – PX219-015A5V) Descarga de Bomba (figura 6): Transductor de presión de 0 a 206.8 kPa (0 a 30 psi). 11.

(13) (Transductor Omega – PX219-030G5V) La potencia eléctrica es medida por medio de un transductor de potencia del fabricante Ohio Semitronics, Inc. (figura 8), especificación en el ANEXO E, que es conectado entre la motobomba y la toma corriente del laboratorio; el transductor de potencia entrega un diferencial de Figura 8: Transductor de Potencia Eléctrica voltaje entre 0 y 10 Voltios para una potencia eléctrica respectivamente de 0 y 8 kW.. Los diferenciales de voltaje entregados por los dos transductores de presión y por el transductor de potencia son obtenidos por medio de la tarjeta de adquisición de datos LabJack U12 (figura 9); ésta tarjeta de adquisición de. Figura 9: Tarjeta LabJack U12. datos se conecta al computador por medio de un cable USB y se configura por medio del software LJlogger, dónde se configura cada canal de la tarjeta acorde con la proporción lineal y con el offset de cada transductor instalado para convertir el diferencial de voltaje en la variable física buscada.. Los instrumentos usados para la obtención de las variables físicas manejan los siguientes errores de precisión:. Cabeza: +/- 0.25% Transductor de Presión Omega: +/- 0.25% Potencia Eléctrica: +/- 0.5% Transductor de Potencia Eléctrica Ohio Semitronics, Inc.: +/- 0.5% Caudal: +/- 5.55% Balde de agua: +/- 0.5 litros Cronómetro: 1/100 s. 12.

(14) La cabeza de la motobomba descarga. es la diferencia entre cabeza de. y cabeza de succión. , donde. aceleración de la gravedad; el caudal en determinado tiempo. es la densidad del fluido y. es la cantidad de volumen. es la. de agua. , para éste caso existe una propagación de error de 5.55%; la. eficiencia de la motobomba potencia eléctrica consumida potencia hidráulica. es la relación entre potencia hidráulica. con. , en éste caso la propagación de error es de 6%; la es la relación inversa entre presión. y caudal, con. propagación de error de 5.53%. Se realizará la toma de presiones, caudal y potencia para diferentes aberturas de la válvula de bola. 3.1.1. Cabeza – Caudal. Gráfica 1 La gráfica 1 muestra un caudal máximo de 526.2 +/- 29.2 litros/minuto (139 +/7.7 GPM) con una cabeza de 6.0 +/- 0.015 m y una cabeza máxima de 10.8 +/- 0.027 m a un caudal de 0 litros /minuto (0 GPM).. 13.

(15) 3.1.2. Potencia Eléctrica – Caudal. Gráfica 2 La gráfica 2 muestra una potencia eléctrica máxima de 1.15 +/- 0.006 kW (1.54 +/- 0.008 hp) a un caudal también máximo de 526.2 +/- 29.2 litros/minuto (139 +/- 7.7 GPM) y una potencia mínima de 0.6 +/- 0.003 kW (0.81 +/- 0.004 hp) a un caudal de 0 litros/minuto (0 GPM).. 3.1.3. Eficiencia – Caudal. Gráfica 3. 14.

(16) La gráfica 3 muestra una eficiencia máxima de 52 +/- 3.1% a un caudal de 408.2 +/- 22.6 litros/minuto (108 +/- 6 GPM) y una eficiencia mínima en el origen (0,0). Esta eficiencia máxima es el punto de mayor provecho de energía eléctrica en potencia hidráulica.. 3.2.. Comparación De Resultados Con las curvas del fabricante Halber, ANEXO C, se realiza la comparación de las. gráficas obtenidas en el laboratorio. 3.2.1. Cabeza – Caudal. Gráfica 4 El caudal máximo que obtiene el fabricante es de 699.3 litros/minuto (185 GPM) con una cabeza de 7.0 m; en el laboratorio se obtuvo un caudal máximo de 526.2 litros/minuto (139 GPM) con una cabeza de 6 m; a éste caudal, el fabricante obtuvo una cabeza de 8.9 m dando un error de 32.6% debido a las excelentes condiciones en la elaboración de la curva de comportamiento del fabricante alemán Halberg (Gráfica 4).. 15.

(17) 3.2.2. Potencia Eléctrica – Caudal. Gráfica 5 La potencia eléctrica máxima que obtiene el fabricante es 1.38 kW (1.85 hp) en caudal máximo de 699.3 litros/minuto (185 GPM); en el laboratorio se obtuvo una potencia eléctrica máxima de 1.15 kW (1.54 hp) a un caudal máximo de 526.2 litros/minuto (139 GPM); a esa potencia, el fabricante obtuvo un caudal de 526.2 litros/minuto (139 GPM) dando un error del 0% en la toma de la potencia eléctrica consumida por la motobomba. (Gráfica 5) 3.2.3. Eficiencia – Caudal. Gráfica 6 16.

(18) La eficiencia máxima que obtiene el fabricante es 67.1% a un caudal de 412.5 litros/minuto (110 GPM); en el laboratorio se obtuvo una eficiencia máxima de 52% a un caudal de 408.2 litros/minuto (108 GPM); las eficiencias máximas en cada caso se encuentran a un caudal relativamente igual y el error entre las eficiencias es de 22.5% (Gráfica 6). 4.. ANÁLISIS DEL SISTEMA. El sistema del túnel de agua es un circuito cerrado de circulación de agua impulsado por una motobomba centrífuga de 2 hp. El sistema, figura 10, tiene una piscina dónde se ubica la zona de acondicionamiento de agua y la sección de prueba para la visualización de flujo laminar; también tiene una línea de tubería de succión y otra de descarga. El sistema del túnel de agua se resume en la tabla 1: Tubería de Succión. Tubería de Descarga. Tubería de 1.5". Tubería de 1.5". Longitud. 0.91. m Longitud. 1.04. m. Diámetro. 4.20E-02. m Diámetro. 4.20E-02. m. Rugosidad. 1.50E-06. m Rugosidad. 1.50E-06. m. Tubería de 2.5". Accesorios. Longitud. 1.32. Diámetro. 6.80E-02. Rugosidad. 1.50E-06. m Codos. 2. m Válvula de Bola. 1. Accesorios Codos. 2. Conexión T. 1. Reductor de 2.5" a 1.5". 2. Cambio sección Entrada. 2. Reductor de 2.0" a 1.5". 1. Cambio sección Salida. 2. Tubo venturi. 1. Tabla 1. 17.

(19) 4.1.. Curva del Sistema – Motobomba Teniendo los datos del sistema, se realiza la curva del sistema acorde con las. fricciones y el número de Reynolds; así mismo se grafica la curva de Caudal – vs – Cabeza de la bomba para encontrar el punto de operación de la motobomba. (Gráfica 7). Gráfica 7. El punto de operación de la bomba es de 442.5 litros/minuto (118 GPM); acorde con la caracterización de la bomba se obtiene que la bomba trabaja en este punto a una cabeza de 7.6 m, con potencia de motor de 1.04 kW (1.4 hp) y una eficiencia de 50%.. 4.2.. Línea de Gradiente Hidráulico Dadas las presiones del los transductores en el punto de operación y con las. pérdidas por fricción encontradas, se obtiene la línea de gradiente hidráulico del sistema (Gráfica 8); se observa en la figura 10, la ubicación de los diferentes puntos que componen el sistema y la ubicación de la tubería y de la piscina.. 18.

(20) Figura 10: Esquema del Sistema 3. Gráfica 8 Las pérdidas por fricción del sistema por tubería y accesorios son de 3.04 m, la piscina no tiene pérdidas por fricción en la gráfica 8, ya que la línea de gradiente hidráulico solo tiene en cuenta la presión y la altura; la motobomba genera una cabeza de 7.6 m que corresponde al punto de operación del sistema. 5.. MODIFICACIONES DEL SISTEMA Con el fin de obtener un mejor rendimiento y velocidad de flujo en la sección de. prueba, se realizaron tres cambios en el túnel de agua para la consecución de los objetivos. Inicialmente el túnel de agua se encontraba con problemas de vórtices en la succión, de fuente en la descarga y de flujo turbulento en la sección de prueba, 19.

(21) haciendo que la válvula de bola no se pudiera abrir en su totalidad, disminuyendo el rendimiento del sistema y desaprovechando el potencial de la motobomba instalada. 5.1.. Eliminación de Vórtices. Los vórtices aparecen a muy bajo caudal, aproximadamente desde los 50 GPM (Figura 12), descontrolando completamente el sistema al introducir aire a la succión de la bomba, esto a un caudal aproximado de 90 GPM. Se diseñaron dos tapas que evitan la formación del vórtice durante toda la operación de la bomba. Figura 11: Tapas Instaladas. (Figura 11), dado que no se observó ninguna formación de vórtices a un caudal de 139 GPM (Figura 13) con el uso de éstas. Las tapas de madera se ajustan por interferencia a las paredes de la piscina, evitando su giro o flotación. Las tapas disminuyen en baja medida el rendimiento de la bomba, ya que por cada centímetro cuadrado de tubería de succión,. Figura 12: Vórtice en Succión. existen 30 centímetros cuadados de acceso de agua a través de las tapas. El resultado final es satisfactorio ayudando a la correcta succión de la bomba sin partículas de aire.. Figura 13: Succión Modificada 20.

(22) 5.2.. Eliminación De Fuente Dado el alto caudal y cabeza entregado. por la motobomba y por la orientación vertical de la tubería de descarga a la piscina, se genera una fuente en ésta agitando fuertemente el agua (Figura 15) y reduciendo significativamente el caudal permisible de operación. Ésta fuente es expulsada a una presión máxima aproximada de 41.4 kPa (6 psi), generando una fuente con fuerza de 57.3 N. Se diseña un barril en malla. Figura 14: Barril Instalado. con dos láminas perpendiculares al chorro soldadas a ésta para la eliminación del la fuente (Figura 14). La malla usada es de agujeros grandes para eliminar al máximo la resistencia al flujo y lograr la disminución de presión dentro del barril. El barril contiene dos láminas, la inferior es para obstaculizar la fuente y la superior es para soportar alguna masa para. Figura 15: Fuente en Descarga. lograr generar un peso mayor a los 57.3 N. Los resultados son adecuados, puesto que se puede operar el sistema con la válvula de bola totalmente abierta y no generar salpicadura a los alrededores. de. la. piscina. y. perturbación. excesiva al agua (Figura 16).. Figura 15: Descarga Modificada. 21.

(23) 5.3.. Flujo Laminar Aunque el barril realiza una eficiente. función eliminando la fuente de la descarga, el flujo se mantiene agitado y turbulento a través de la piscina (Figura 18) dado al proceso al que ha sido sometido el flujo desde la succión hasta la sección de prueba, pasando por la motobomba. Figura 17: Malla Instalada. centrífuga y por los diferentes accesorios. Es por esto que se diseña una malla de tres pasos (Figura 17) para lograr un flujo laminar apto para la visualización de flujo en la sección de prueba. Ésta. consta. de. una. malla. delgada. con. cuadrados de 7.5 mm de lado que recibe el flujo; el. flujo. atraviesa. otra. malla. ancha. con. cuadrados de 10 mm de lado y 15 mm de largo; finalmente, atraviesa una última malla delgada. Figura 18: Turbulencia en la Sección de Prueba. con círculos de 0,25 mm de diámetro. El resultado obtenido es un flujo laminar durante toda la operación de la motobomba en la sección de prueba, cumpliendo con la finalidad del túnel de agua (Figura 19).. Figura 19: Sección de Prueba Modificada. 22.

(24) 5.4.. Medidor de Caudal Con el objetivo de instalar un instrumento en el túnel de agua para la obtención. de la velocidad de flujo en la sección de prueba, se analizaron varios instrumentos diferenciales de presión para la obtención de caudal a través de la tubería, como la tobera de flujo, la placa de orificio y el tubo venturi; siendo el tubo venturi el escogido por ser el de menor pérdida de energía, dado que se busca aumentar la velocidad de flujo en la sección de prueba. 5.4.1. Diseño. El diseño del tubo venturi se realizó bajo el estándar de la Norma ASME MFC3M-20042 (ANEXO F), que especifica la geometría y el método de uso (instalación y condiciones de operación) de instrumentos de diferencia de presión (incluyendo platos de orificio, toberas de flujo y tubo venturi) instalados en tubería completamente llena y usados para determinar el caudal del fluido. Ésta Norma Asme aplica para instrumentos de diferencia de presión con flujo subsónico a través de la sección de medición y con flujo Newtoniano de una sola fase. El principio de medición está basado en la instalación de un tubo venturi en la línea de tubería completamente llena. En el tubo venturi (Figura 20), una diferencia de presión estática se genera entre la sección aguas arriba (A) y la sección de la garganta del tubo (C). El flujo de masa está determinado por la relación dónde. representa el diferencial de presión,. garganta,. •. el coeficiente de descarga,. ,. el diámetro de la sección de la. es la relación entre el diámetro de la sección. 2. AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS, THE. Measurement of Fluid Flow in Pipes using Orifices, Nozz le, and Venturi. ASME MFC-3M-2004. Revision of ASME MFC-3M-1989 (R1995). USA. 1995. 23.

(25) de la garganta (C) con el diámetro de la sección aguas arriba (A), y fluido. El flujo volumétrico esta dado por 5.4.1.1.. la densidad del. .. TUBO VENTURI ASME. Se diseña el tubo venturi acorde con la tubería de 1 ½” NPT en PVC dada por el sistema del túnel de agua. Estas dimensiones corresponden a un diámetro exterior de 48 mm e interior de 42 mm. Es por esto que el tubo venturi será realizado por maquinado y siguiendo las indicaciones de la Norma Asme MFC-3M-20043 se darán las dimensiones pertinentes. Acorde con la figura 20, el tub o venturi consta de cuatro secciones:. A – Entrada Cilíndrica. B – Sección Cónica Convergente. C – Garganta Cilíndrica. E – Sección Cónica Divergente. Todas las secciones del tubo son concéntricas y coaxiales con el centro de línea de la tubería. Dimensiones del tubo venturi ASME:. Sección De Entrada (A): Debe tener un diámetro interior de 42 +/- 0.42 mm y una longitud mayor a 42 mm. Sección Convergente (B): El ángulo del cono debe ser de 21 +/- 1 grado. Garganta (C): El diámetro interior debe ser de 25.4 mm con una longitud de 25.4 +/- 0.762 mm.. 3. AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS, THE. Measurement of Fluid Flow in Pipes using Orifices, Nozzle, and Venturi. ASME MFC-3M-2004. Revision of ASME MFC-3M-1989 (R1995). USA. 1995. 24.

(26) Sección Divergente (E): El ángulo de salida debe estar entre 7 grados y 15 grados; se diseño con ángulo de salida de 12 grados.. Figura 20: Esquema Tubo Venturi. Redondeo entre secciones para venturi ASME maquinado (Figura 21): El radio de curvatura R1 debe ser de 10.5 +/- 2.1 mm. El radio de curvatura R2 debe ser de 6.35 +/- 1.27 mm. El radio de curvatura R3 debe ser de 6.35 +/- 1.27 mm.. 25.

(27) Figura 21: Sección C – Tubo Venturi. Tapones de presión: El montaje de las tapas de presión cumple con una configuración “Triple-T” con un número mínimo de tapones de presión de cuatro en la garganta y cuatro en la sección A (Figura 22). El diámetro de la tapa de entrada debe ser 3.3 mm en la garganta y de 3.3 mm para la sección A. La longitud de las tapas de presión debe ser de 8 mm en la garganta y de 8 mm en la sección A. La ubicación de las tapas de presión en la sección A es 21 +/- 2.1 mm desde el inicio de la sección B; y la ubicación de las tapas de presión en la sección C es de 12.7 +/- 1.27 mm desde el final de la sección B.. Figura 22: Configuración “Triple-T”. Coeficiente de descarga para venturi maquinado b ajo las siguientes condiciones: 50 mm < d < 250 mm 0.3 < β < 0.75 2(10^5) < R D < 6(10^5). 26.

(28) El coeficiente de descarga del tubo venturi es C=0.995 con un nivel de incertidumbre 1.0%. Distancia recta mínima requerida aguas arrib a y aguas abajo del tubo venturi ASME: El dispositivo debe ser instalado en la tubería en una posición tal que las condiciones de flujo inmediato aguas arriba del tubo se asemeje a un flujo libre de vórtices (swirl-free). Teniendo en cuenta la configuración del túnel de agua con un codo, una válvula de bola y un cambio de sección antes del tubo venturi, la distancia mínima en el sistema aguas arriba del tubo venturi debe ser mayor a 399 mm. El tubo venturi no necesita distancia mínima requerida aguas abajo.. Figura 23: Tubo Venturi ASME. 5.4.2. Manufactura. El proceso de manufactura es realizado en el laboratorio de Ingeniería Mecánica de la Universidad de los Andes, para éste proceso se hizo uso del torno convencional Imomill para la manufactura del interior del tubo; la fresa Cincinnati para la manufactura de los agujeros de los tapones de presión; y del torno de control numérico Leadwell 27.

(29) para el exterior de éste, las roscas y los dos flanges. Se uso Aluminio como material de las partes por su facilidad de manufactura y su bajo costo; éste material se consiguió en dimensiones de 62 mm de diámetro X 300 mm de largo para el material del tubo venturi. El torno numérico se configuró a velocidad rotacional de 1800 RPM y un a vance de 0.12 mm/Rev.; el torno convencional a una velocidad rotacional de 500 RPM, dado la alta cantidad de material a desbastar y los altos esfuerzos generados. 5.4.2.1.. EXTERIOR DEL TUBO VENTURI. El control numérico es configurado por un código, ANEXO B, dado por el operador al torno en base a los planos de diseño de éste (Figura 23).. Inicialmente. se. realizó. un. desbaste. cilíndrico del material inicial para lograr un cilindro concéntrico de 60 mm de diámetro; así mismo se refrentó para obtener un cilindro de 250 mm de largo. El cilindro es montado en el torno convencional Imomill para la elaboración del interior del tubo. Una vez terminado el interior del tubo venturi, se monta de nuevo en el torno numérico y se realiza un nuevo desbaste para lograr la. Figura 24: Manufactura Torno Numérico 1. dimensión final de 58 mm de diámetro en la zona más ancha. El proceso de manufactura exterior (Figura 20), terminadas éstas secciones se voltea el tubo venturi y se realiza las secciones B y A (Figura 24). El proceso de manufactura inicia con un desbaste del material para la rosca del lado de la sección E, dejándolo de 50 mm de diámetro, realizando también el 28. Figura 25: Manufactura Torno Numérico 2.

(30) descargue de rosca para la instalación de un empaque “O” ring y el chaflán en el extremo del tubo para enroscar el flange con facilidad. El programa del control numérico continua con el proceso de manufactura de las secciones C y E, para esto se tiene en cuenta el ángulo de salida a 12 grados, pero para efectos del programa y del proceso se registra un ángulo de avance del buril a 6 grados positivos para la sección E. En éste punto se le da vuelta al tubo venturi para trabajar la rosca, el chaflán y el respectivo descargue de rosca del lado de la sección A y las secciones A y B de éste (Figura 25). En éste caso, se introduce un ángulo de avance del buril al programa de 10.5 grados positivos, finalizando así el exterior del tubo venturi. 5.4.2.2.. INTERIOR DEL TUBO VENTURI. Una vez cilindrado el Aluminio en el torno numérico, se monta en el torno convencional para realizar el proceso de manufactura del interior de éste. Inicialmente se realiza un agujero de diámetro final de 25.4 mm (1”), realizado en dos pasos previos con brocas de 12.7 mm (1/2”) y 19.05 mm (3/4”); que va desde la cara de la sección E hasta la sección C incluida. Una vez realizado el agujero de 25.4 mm, se configura el torno para obtener un. Figura 26: Interior Tubo Venturi. avance con la barra de alesado a 6 grados positivos para la culminación de la sección E. Se da vuelta al tubo venturi y se realiza el agujero pasante manteniendo el mismo proceso previo para obtener un agujero pasante final de 25.4 mm; se configura el torno convencional para obtener un avance con la barra de alesado a 10.5 grados positivos para dar forma a la sección convergente (B) del tubo venturi (Figura 26). 5.4.2.3.. TAPONES DE PRESIÓN. 29.

(31) Se monta el tubo venturi en la fresa Cincinnati para realizar los agujeros de los tapones de presión. Estos son cuatro tapones en la sección A y cuatro en la Sección C, los cuales deben estar separados a 90 grados entre ellos y están ubicados a una distancia previamente dada en la Norma Asme MFC-3M-20044. Dado que los tapones tienen rosca 1/8 NPT, se deben realizar agujeros con una broca de 8.7 mm (11/32”) e introducir el macho de dicha designación. El venturi es montado en un divisor para lograr los agujeros equidistantes y perpendiculares al eje.. 5.4.3. Instalación. Una vez manufacturado el tubo venturi, se instalaron acoples con rosca de 1/8 NPT rápidos para manguera de 6.35 mm como tapones de presión para la homogenización de la presión de los cuatro puntos de toma de presión, tanto para la sección C como para la A (figura 27). La presión homogenizada de cada sección es conectada a un transmisor de presión diferente para cada sección, para así poder calcular el caudal del sistema por medio. Figura 27: Instalación Tubo Venturi de ésta diferencia de presión acorde con la Norma Asme MFC-3M-20045. El tubo venturi es instalado en la línea de tubería de descarga del túnel de agua, se ubica después de la válvula de bola a una distancia de 600 mm como se ilustra en la figura 31, distancia permitida según la Norma Asme MFC-3M-20046. El tubo es 4. AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS, THE. Measurement of Fluid Flow in Pipes using Orifices, Nozzle, and Venturi. ASME MFC-3M-2004. Revision of ASME MFC-3M-1989 (R1995). USA. 1995 5. AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS, THE. Measurement of Fluid Flow in Pipes using Orifices, Nozzle, and Venturi. ASME MFC-3M-2004. Revision of ASME MFC-3M-1989 (R1995). USA. 1995 6. AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS, THE. Measurement of Fluid Flow in Pipes using Orifices, Nozzle, and Venturi. ASME MFC-3M-2004. Revision of ASME MFC-3M-1989 (R1995). USA. 1995. 30.

(32) instalado en la tubería por medio de dos flanges manufacturados en Aluminio en el laboratorio de la Universidad de los Andes, éste flange está unido por medio de tornillos y tuercas al flange de plástico con un empaque entre éstos para evitar cualquier fuga de agua que se presente.. 5.4.3.1.. TRANSDUCTORES DE PRESIÓN. Por medio de la Norma Asme MFC-3M-20047 y con los. datos. de. caudal. y. presión. tomados. en. la. caracterización de la motobomba, se obtiene el tipo de transductores (figura 28) que deben ser usados en el tubo venturi para la correcta obtención de los resultados. Considerando que la presión máxima que se ejerce en la sección A (Manguera transparente de las figuras 27 Y 30) del tubo venturi es igual a la presión registrada por el transductor. de. caracterización. descarga de la motobomba realizada. cuando. la. válvula. en la. Figura 28: Transductor de Presión. está. completamente abierta (34.5 kPa (5 psi)), dado que es la presión más alta que se obtiene después de la válvula de bola. Así mismo se sabe de la caracterización de la motobomba y de la curva de carga del sistema que el caudal de operación es de 442.5 litros/minuto. (118. GPM).. Tabulando. la. ecuación. de. caudal. volumétrico,. , con el caudal obtenido en las pruebas, se obtiene la diferencia de presión entre la sección A y la sección C para diferentes puntos de operación (Tabla 2):. 7. AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS, THE. Measurement of Fluid Flow in Pipes using Orifices, Nozzle, and Venturi. ASME MFC-3M-2004. Revision of ASME MFC-3M-1989 (R1995). USA. 1995. 31.

(33) Caudal. Diferencia de Presión. GPM. kPa. psi. 0.00. 0.00. 0.00. 9.85. 0.65. 0.09. 22.67. 3.45. 0.50. 28.67. 5.52. 0.80. 31.96. 6.86. 0.99. 45.34. 13.80. 2.00. 54.16. 19.69. 2.86. 59.08. 23.43. 3.40. 67.23. 30.35. 4.40. 84.77. 48.24. 7.00. 88.62. 52.73. 7.65. 108.31. 78.77. 11.42. 118.00. 93.49. 13.56. 121.85. 99.69. 14.46. 139.26. 130.21 18.88 Tabla 2. Dado que la máxima presión aproximada de la tubería es de 34.5 kPa (5 psi), se obtiene que la presión del la sección C del tubo venturi (Manguera azul de las figuras 27 Y 29) es de 59.0 kPa (-8.56 psi) aproximadamente, éste valor es aproximado dado que no se sabe con certeza la presión de la tubería después de la válvula de bola.. Figura 29: Conexión Sección C Tubo venturi 32.

(34) Con esto se obtiene que los transductores de presión a usar deben estar entre los rangos: Sección A (Manguera transparente de la figura 27 y 30): Transductor de presión de 0 a 15 psi.. (Transductor Omega (figura 28) PX219-. 015G5V) Sección C (Manguera azul de la figura 27 y 29): Transductor de presión de vacío de -15 psi a 15 psi. (Transductor. Omega. (figura 28). PX219-30V15G5V). Figura 30: Conexión Sección A Tubo venturi. . 5.4.4. Curva de Calibración. Se obtiene la curva de calibración del tubo venturi por medio de los datos tomados y de la ecuación de flujo volumétrico dado por la Norma Asme MFC-3M-20048 ; para un eficiente uso de la curva, los transductores de presión. deben estar correctamente calibrados y ajustados a la escala en el Software de uso de la tarjeta de adquisición de datos.. 8. AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS, THE. Measurement of Fluid Flow in Pipes using Orifices, Nozzle, and Venturi. ASME MFC-3M-2004. Revision of ASME MFC-3M-1989 (R1995). USA. 1995. 33.

(35) Gráfica 9 Se observa en la gráfica 9 que el máximo caudal entregado por la motobomba y registrado por la curva de calibración del tubo venturi es de 118 GPM, caudal esperado de la caracterización de la bomba y de la curva de perdidas por fricción del sistema; corroborando la veracidad y la confiabilidad de la curva 6.. TÚNEL DE AGUA COMO HERRAMIENTA DE LABORATORIO El túnel queda adecuado para ser usado por los estudiantes de Mecánica de. Fluidos, Sistemas de Bombeo, Máquinas Hidráulicas y de Aerodinámica; quedan instalados en el túnel 4 transductores de presión (figuras 5, 6, 29, 30, 31) para poder realizar la caracterización de la motobomba y para poder analizar el comportamiento del tubo venturi. También se pueden realizar laboratorios de visualización de flujo y de perfiles de velocidad.. 34.

(36) Figura 31: Esquema Final del Sistema La caracterización se realiza obteniendo caudal, cabeza y potencia eléctrica; el caudal se obtiene con ayuda del tubo venturi y la diferencia de los dos transductores de presión Omega ubicados en éste; la cabeza con los transductores Omega instalados en la succión y en la descarga de la motobomba; y la potencia eléctrica por medio del transductor de potencia del fabricante Ohio Semitronics, Inc. 6.1.. Visualización de Fluido 9 El estado o comportamiento del flujo en. canales abiertos está gobernado básicamente por los efectos de viscosidad y gravedad en relación con las fuerzas inerciales del flujo. Efecto de viscosidad: El flujo puede ser laminar, turbulento o transicional según el efecto de la viscosidad en relación con la inercia. El flujo es laminar si las fuerzas viscosas son muy fuertes en relación con las fuerzas. Figura 32: Visualización de Flujo 1. inerciales, de tal manera que la viscosidad juega un papel importante en determinar el. •. 9. CHOW, Ven Te. Hidráulica de Canales Abiertos. Mc Graw Hill. Colom bia. 1994. 35.

(37) comportamiento del flujo. En el flujo laminar, las partículas de agua se mueven en trayectorias suaves definidas o líneas de corriente, y las capas de fluido con espesor infinitesimal parecen deslizarse sobre capas adyacentes. El flujo es turbulento si las fuerzas viscosas son débiles en relación con las fuerzas. inerciales. En. flujo. turbulento, las. partículas de agua se mueven en trayectorias irregulares, que no son suaves ni fijas, pero que en conjunto todavía representan el movimiento hacia adelante de la corriente entera. Entre los estados de flujo laminar y Figura 33: Visualización de Flujo 2. turbulento existe un estado mixto o transicional. El efecto de la viscosidad en relación con. la inercia puede representarse mediante el número de Reynolds, definido por donde. es la velocidad del flujo en m/s; , donde. es el ancho del canal y. ,. es el radio hidráulico definido como es la altura del agua; y. es la viscosidad. cinemática que para el caso del agua a 20°C es de 1.01E-6 m^2/s. El flujo cambia de laminar a turbulento en el rango de R entre el valor crítico 500 y un valor que puede ser tan alto como 12,500. Efecto de la gravedad. El efecto de la gravedad sobre el estado del flujo se representa por la relación entre las fuerzas inerciales y las fuerzas gravitacionales. Esta relación está dada por el número de Froude, definido como donde. ,. es la velocidad media del flujo en m/s;. m/s^2; y. Figura 34: Visualización de Flujo 3 es la aceleración de la gravedad en. es la profundidad hidráulica .. Cuando F es igual a la unidad, la ecuación se convierte en. y se dice. que el flujo está en estado crítico. Si F es menor que la unidad el flujo es subcrítico. En 36.

(38) este estado el papel jugado por las fuerzas gravitacionales es más pronunciado; por tanto, el flujo tiene una velocidad baja y a menudo se describe como tranquilo y de corriente lenta. Si F es mayor a la unidad el flujo es supercrítico. En este estado las fuerzas inerciales se vuelven dominantes; el flujo tiene una alta velocidad y se describe usualmente como rápido, ultrarápido y torrencial. Con la ayuda de jeringas y tinta, se puede visualizar el flujo a través de un objeto determinado; como demostración se obtienen las figuras 32, 33, 34 del comportamiento del fluido interactuando con un cilindro a una velocidad máxima en el túnel de 0.21 m/s, generando los siguientes números adimensionales Fr: 0.15. Flujo Subcrítico. Re,D: 1.48E+04 Re,H: 1.34E+04. 6.2.. Perfil de Velocidad. El perfil de velocidad es determinado con ayuda de una videocámara, cuadrícula (figura. 35). y. jeringa. con. tinta.. El. procedimiento se logra obteniendo un video del flujo a través. de la cuadrícula e. inyectando tinta en diferentes zonas del canal, dependiendo del caso, sea para encontrar el perfil de velocidad lateral o. Figura 35: Cuadrícula Sección de Prueba superior. El video es corrido en el Software Quick Time Player a ½ de velocidad para poder observar la distancia recorrida por la tinta con ayuda de la cuadricula y el tiempo que toma en recorrer dicha distancia; se registran esos valores en una tabla de Excel y se van obteniendo las velocidades en diferentes puntos del canal para luego poder realizar las curvas del perfil de velocidad. 37.

(39) Gráfica 10 Se observa en la gráfica 10 el perfil de velocidad en la sección de prueba de un flujo visto desde los visores laterales; esto se logra moviendo la aguja de la jeringa con tinta de arriba abajo, analizando luego en el video la velocidad de la tinta a cada altura. Se observan velocidades máximas de 0.21 m/s en la parte superior de la sección de prueba y velocidades mínimas de 0.05 m/s a una distancia muy cercana a la superficie inferior del túnel de agua, mostrándonos el efecto de capa límite por efectos de viscosidad en la interacción del flujo con una superficie.. 38.

(40) Gráfica 11 En la gráfica 11 se observa el perfil de velocidad de la sección de pruebas visto desde la cara superior de la sección; ésta se obtiene moviendo la aguja con tinta de izquierda a derecha y con ayuda del video y con las tintas se obtienen las velocidades mostradas en la gráfica. Se observa una velocidad máxima en el centro de la sección de prueba de 0.21 m/s y mínima en la cercanía con la superficie del túnel de agua de 0.1 m/s.. 7.. CONCLUSIONES El túnel de agua queda adecuado como herramienta de laboratorio para los. estudiantes de Ingeniería, cumpliendo a cabalidad con el objetivo general. Las 39.

(41) diferentes modificaciones se realizaron en busca del máximo aprovechamiento de éste; el vórtice en la succión se eliminó por medio de las tapas en madera, la fuente a la descarga se desvió por medio del barril con malla, se consigue flujo laminar en la sección de prueba por medio de la malla instalada; así mismo se instaló un tubo venturi para determinar la velocidad en la sección de prueba el cual fue realizado en su totalidad dentro del laboratorio de Ingeniería Mecánica de la Universidad de los Andes. El túnel es una herramienta apta para la caracterización de la motobomba, dado que las dos variables principales para dicho proceso, Cabeza y Caudal, se obtienen con gran facilidad; la cabeza se obtiene gracias a los transductores de presión instalados en la tubería de succión y en la de descarga; el caudal se obtiene por medio de la diferencia de presión en los transductores de presión instalados en el tubo venturi. Como resultado, se obtiene un túnel de agua con una velocidad máxima en la sección de prueba de 0.21 m/s, a un caudal de 118 GPM, operando la motobomba a una de 7.6 m, con potencia de motor de 1.4 hp y una eficiencia de 50%. En el Anexo A se encuentra una guía de uso del túnel de agua, donde se encontrarán los transductores que se deben usar y la forma de instalarlos en la tarjeta de adquisición de datos. Quedarán los procedimientos de obtención de las diferentes curvas de la motobomba y recomendaciones del uso de éste.. 8.. BIBLIOGRAFÍA. • AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS, T HE. Measurement of Fluid Flow in Pipes using Orifices, Nozzle, and 40.

(42) Venturi. ASME MFC-3M-2004. Revision of ASME MFC-3M-1989 (R1995). USA. 1995 • ÁVILA, Gilberto. Hidráulica General. Volumen I – Fundamentos. Limusa. México. 1992 . • BERTIN, John. Mecánica de Fluidos para Ingenieros. Prentice-Hall. México. 1986 • CHOW, Ven Te. Hidráulica de Canales Abiertos. Mc Graw Hill. Colombia. 1994 • FINNEMORE, John; FRANZINI, Joseph. Fluid Mechanics with Engineering Applications. Tenth Edition. Mc Graw Hill. USA. 2002. • GOLDRING, Hans Peter. Diseño y Manufactura de un Túnel de Aguan para la Visualización de Flujo. Proyecto de Grado de la Universidad de los Andes. Colombia. 2005 • GURU, Bhag; HIZIROGLU, Huseyin. Electric Machinery and Transformers. Second Edition. Saunder College Publishing. USA .1995. • ROADSTRUM, William; WOLAVER, Dan. Introducción a la Ingeniería Eléctrica. Harla. México. 1989 • WHITE, Frank. Fluid Mechanics. Mc Graw Hill. USA. 1979.. ANEXO A Procedimiento de Uso del Túnel de Agua. 41.

(43) 1. Como medida inicial, se debe realizar un lavado del túnel de agua, dado que está expuesto a constante movimiento de polvo y a la oxidación de la motobomba, dejando el agua con oxido y de apariencia opaca. 2. Instalar los Transductores de Presión según la siguiente configuración. Presión Succión Bomba. Transductor Omega PX219-015A5V. Presión Descarga Bomba. Transductor Omega PX219-030G5V. Presión Sección A Tubo Venturi. Transductor Omega PX219-015G5V. Presión Sección C Tubo Venturi. Transductor Omega PX219-30V15G5V. Los Transductores se deben instalar acorde con el siguiente diagrama. Adjunto se encuentra el esquema de conexión de transductores en el sistema 3. Los Transductores del Tubo Venturi se deben ubicar ambos a la misma altura, buscando que la muestra de presión que se tome este a la altura de la tubería, para no obtener una presión errónea por cambio de altura. 4. Prender la fuente de energía y abrir el programa LJlogger de la tarjeta de adquisición de datos. 42.

(44) 5. Configurar adecuadamente los transductores de presión para obtener las presiones reales, tener en cuenta que los transductores tienen diferentes rangos y se usan tanto transductores absolutos como manométricos. 6. Recordar que la presión atmosférica en Bogotá es de 748 hPa (10.84 psi) 7. Llenar el Túnel de Agua con la manguera de la tubería de 2” que se encuentra en el techo del laboratorio de fluidos hasta una altura de 200 mm desde la superficie del túnel de agua. 8. Garantizar que las mangueras que homogenizan la presión de las dos secciones del Tubo Venturi no contengan aire, purgarlas desconectando la superior de cada sección y volviéndola a conectar. 9. Verificar que las tapas de succión, la malla de acondicionamiento de flujo y el Barril se encuentren correctamente ubicados. 10. Colocar peso sobre el Barril, éste puede ser un balde con agua. 11. Cerrar la válvula de bola para prender la motobomba. 12. Si se busca hallar la potencia eléctrica para la caracterización de la bomba, se debe conectar la motobomba al transductor de potencia y éste a la toma de corriente, el transductor también debe ser instalado en la tarjeta de adquisición de datos y configurado en el LJlogger. 13. El Túnel de Agua está listo para ser operado, ya sea para realizar visualización de flujo, caracterización de la motobomba o laboratorio de capa límite y perfil de velocidad. 14. La visualización de flujo se puede realizar por medio de tinta, azul de metileno o colorante de comida. 15. Se recomienda el uso de una lámpara para una mejor visualización del flujo.. 43.

(45) 44.

(46) ANEXO B CÓDIGO CNC. G71U.75R.25. M0. Configuración de Parámetros. G71P3Q4F0.15. Desbaste Cónico – Sección B. G21G40G97G99 T0000 G28U0 G28W0 G54 Desbaste Cilíndrico T0101 G97S2000M4 G0X62Z2M8 G71U.75R.25 G71P1Q2F0.15 N1G0X47 G1Z0 X50A-30 Z-20 X58R1.5 N2Z-230.65 G0X200Z100M5 M0 Desbaste Aguas Arriba T0101. N3G0X47. T0202. G1Z0. G97S1800M4. X50A-30. G0X60Z-145.32M8. Z-20. G71U.75R.5. X58R1.5. G71P5Q6F0.15. N4Z-21.5 G0X200Z100M5. N5G0X41.2 N6G1Z-190.65A-10.5. M0 Descargue de Rosca. G0X200Z100M5 M0. T0707 G97S1500M4. Desbaste Cónico – Sección E. G0X58Z-20M8. T0303. G1X48F.05. G97S1800M4. G0X52. G0X60Z-145.32M8. X200Z100M5. G71U.75R.5. M0. G71P7Q8F0.15. Rosca 500 mm X 2P. G0N7X41.2. T0505. G1Z-119.92. G97S300M3. N8Z-40A6. G0X50Z2. G0X200Z100M5. G76P010160Q200. M30. G97S2000M4. G76X48.05Z18P975Q200F1.5. G0X62Z2M8. G0X200Z100M5 45.

(47) ANEXO C – ESPECIFICACIÓN DE MOTOBOMBA HALBERG DESCRIPCIÓN DEL SUMINISTRO Conjunto motobomba completamente ensamblado, compuesto por: Bomba Halberg NOWA 05016 AB CD2 0B 2 + Motor Siemens 2,0 HP @ 1.800 rpm. (1) (2) (3). FLUIDO A BOMBEAR Fluido pH Temperatura Densidad Viscosidad Sólidos en suspensión Ø Sólidos en suspensión BOMBA Marca Modelo Tipo Ejecución Norma de f abricación Disposición de eje Norma de bridas Ø Desc / Tipo / Presión Ø Succ / Tipo / Presión No de Etapas Ef iciencia BHP BHP máximo NPSH requerido Tipo de impulsor / Ø Ø Impulsor Min - Máx Rodamientos (2) / Lubricación Cierre de eje. CONDICIONES DE TRAB AJO : Agua Limpia. : : 20 º : 1000 : 1,0. °C 3 Kg/m 2 cSt (mm /s). : 0 : 0. Mm %. : : : : : : :. Presión de descarga. :. Bar. Presión dif erencial. :. Bar. Halberg NOWA 05016 AB CD2 0B 2 Eje libre EN 733 / DIN 24255 Horizontal ANSI B16.1 FF. : : : : :. 120 10.0 1000. US gpm m m m m. GG20 ASTM A48 / 30B. : 2” / Radial / PN 25 2 ½” / Axial / PN 25 1 68.8 % 1.5 HP. Eje. : Acero AISI SAE 1045. Camisa de eje. : Acero inoxidable AISI 304. Anillo de desgaste : Fundición Hierro Gris. HP m + 0,5 m : 1.11 (Seguridad) : Cerrado / 149 mm. 2.0. Carcasa Sello mecánico. : 130 – 174 mm. GG20 ASTM A48 / 30B : John Crane Tipo 21 Caras en carbon – Cerámica – Buna – 316 SS Sencillo. : Auolubricados : Sello mecánico. Sin f lushing externo ACOPLE / GUARDA ACOPLE / BASE. : Siemens HP : 2.0. Factor de serv icio : Voltaje/Frecuencia/Fase s : Arranque : Tamaño / cerramiento Aislamiento / Protección. : : : : :. EJECUCIÓN DE MATERIALES BOMBA Carcasa : Fundición Hierro Gris GG20 ASTM A48 / 30B Tapa de carcasa : Fundición Hierro Gris GG20 ASTM A48 / 30B Impulsor : Fundición Hierro Gris GG20 ASTM A48 / 30B Bastidor : Fundición Hierro Gris. MOTOR Marca Potencia nominal No Polos / Velocidad. Caudal Altura dinámica total NPSH disponible Altura sobre niv el mar Presión de succión. 4 / 1.800 rpm. Acople Marca Tipo. 1,15. Tamaño. 220 -440V / 60Hz / 3. Guarda Acople. Estrella triangulo. Material. : 90 / TEFC. Base. : Clase F / IP55. Material. 46. : Rex omega o Woods. : Flexible espaciador : ES 2. : Lamina de acero : Lamina de acero.

(48) 47.

(49) ANEXO D – ESPECIFICACIÓN TRANSDUCTOR DE PRESIÓN – OMEGA.. 48.

(50) ANEXO E – ESPECIFICACIÓN TRANSDUCTOR DE POTENCIA. 49.

(51) ANEXO F – NORMA ASME MFC-3M-2004. 50.

(52) 51.

(53) 52.

(54) 53.

(55) 54.

(56) 55.

(57) 56.

(58) 57.

(59) 58.

(60) 59.

(61) 60.

(62) 61.

(63) ANEXO G – PLANOS SOLID EGDE. 62.

(64) 63.

(65) 64.

(66)