Laboratorio de Mecánica de Fluidos Final I

(1)

Laboratorio de Mecánica de Fluidos I Laboratorio de Mecánica de Fluidos I

BOMBAS HOMOLOGAS BOMBAS HOMOLOGAS 13/02/2014 II !er"ino Acad#"ico 13/02/2014 II !er"ino Acad#"ico Mero $onstantine %e&in Gon'alo Mero $onstantine %e&in Gon'alo Facultad de Ingeniería en Mecánica y

Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción (FIMCP)Ciencias de la Producción (FIMCP) Escuela Superior Politécnica del Litoral (ESPOL)

Escuela Superior Politécnica del Litoral (ESPOL) uaya!uil " Ecuador uaya!uil " Ecuador #g$ero%espol&edu&ec #g$ero%espol&edu&ec (esu"en (esu"en 'na 'na

)alabras $la&e*

Centro de presión Presión ensidad Peso especi*ico Centro de presión Presión ensidad Peso especi*ico

Abstract Abstract

One o* t+e $ain application areas o* t+er$odyna$ics is re*rigeration ,+ic+ is t+e trans*er o* One o* t+e $ain application areas o* t+er$odyna$ics is re*rigeration ,+ic+ is t+e trans*er o* +eat *ro$ a lo,er te$perature region to a +ig+er te$perature and is t+e process t+at ,e use& -+e +eat *ro$ a lo,er te$perature region to a +ig+er te$perature and is t+e process t+at ,e use& -+e re*rigeration de.ices ,+ic+ produce re*rigerators called Freon /01a in t+is case and ,+ic+ re*rigeration de.ices ,+ic+ produce re*rigerators called Freon /01a in t+is case and ,+ic+ operates in cycles called re*rigeration cycles 2y .apor co$pression ,+ere t+e re*rigerant is operates in cycles called re*rigeration cycles 2y .apor co$pression ,+ere t+e re*rigerant is e.aporated and condensed alternately and t+en co$pressed into t+e .apor p+ase& -+en locate e.aporated and condensed alternately and t+en co$pressed into t+e .apor p+ase& -+en locate t+e entry and e3it points o* t+e di**erent de.ices used

t+e entry and e3it points o* t+e di**erent de.ices used in t+e cycle and t+en ,it+ t+e in t+e cycle and t+en ,it+ t+e pressure andpressure and te$perature o2tained *ro$ eac+ process co$pressor po,er esti$ate t+e added +eat *ro$ t+e te$perature o2tained *ro$ eac+ process co$pressor po,er esti$ate t+e added +eat *ro$ t+e e.aporator and per*o$ancia coe**icient *or

e.aporator and per*o$ancia coe**icient *or t+e re*rigerator&t+e re*rigerator& %e+,ords*

(2)

Introducci-n

Bo"bas Ho"olo.as

Para e$plear $odelos a escala en el estudio e3peri$ental de $á!uinas +idráulicas se re!uiere la se$e4an5a geo$étrica así co$o !ue los diagra$as de .elocidades en puntos +o$ólogos sean geo$étrica$ente se$e4antes (se$e4an5a cine$ática)& Las unidades cuyos i$pulsores son se$e4antes y tra2a4an con se$e4an5a se lla$an +o$ólogas&

Las relaciones de se$e4an5as geo$étricas o2tenidas e3peri$ental$ente se e3presan con los siguientes coe*icientes6

Coe*iciente de Caudal (C7) es una constante !ue se e3presa por la relación

C

_Q

=

Q

N . D

3

Coe*iciente de 8ltura (C9) es una constante !ue se e3presa por la relación

C

_H

=

H . g

N . D

3

Coe*iciente de potencia (CP) es una constante !ue se e3presa por la relación

C

_P

=

P

N . D

3

esignando por : la relación de las $edidas lineales de dos 2o$2as se$e4antes ele.ando un *luido dado y por #la relación de sus .elocidades de rotación !ue dan lugar a diagra$as de .elocidades se$e4antes se tiene6

λ

=

D

1

D

2 # ;

N

1

N

2

de la ecuación de coe*iciente de caudal se o2tiene6

Q

1

Q

2 ;

λ

3 _#

de la ecuación de coe*iciente de altura se o2tiene6

H

1

H

2 ;

λ

2

k

2

de la ecuación de coe*iciente de potencia se o2tiene6

P

1

P

2 ;

λ

5

k

3

En el caso de una $is$a 2o$2a

λ

=

D

1

D

2 ;/& los puntos +o$ólogos son6

Q

1

Q

2 ;#

H

1

H

2 ;

k

2

P

1

P

2 ;

k

3

Si la .elocidad de rotación es directa$ente proporcional a su diá$etro y a su .elocidad

de giro !ue es lo $is$o6

Q

1

Q

2

=

N

1

N

2

=

D

1

D

2

D

1

D

2

¿

2

N

1

N

2

¿

2

=¿

H

1

H

2

=¿

(3)

D

1

D

2

¿

3

N

1

N

2

¿

3

=¿

P

1

P

2

=¿

rá*ica$ente

<epresenta la .ariación del caudal altura y potencia para .ariaciones de .elocidad de

rotación&

uios e Instru"entaci-n

Lu.ar* La2oratorio de -er$odiná$ica I Instru"entos*

uio* 8parato $edidor de centro de

presión

Marca* -ec!uip$ent

Serie* /=>

Modelo* 9$

$-di.o S)OL*

?@>A>

)esas

)rocedi"iento eri"ental

La práctica consiste en !ue la cara del recipiente es la co$puerta& Pri$ero e$pe5a$os con un peso para 2alancear en instru$ento el cual se encuentra des2alanceado lo e!uili2rare$os aBadiéndole su*iciente cantidad de agua +asta .ol.er a su posición de e!uili2rio& En el instru$ento pode$os .er un !ué ángulo el cual cuando se encuentra en cero pode$os decir !ue se encuentra en e!uili2rio de2e$os asegurarnos de !ue con

(4)

la pri$era $asa !ue e$pe5a$os de2e estar cu2ierta la co$puerta por!ue si alcan5o a e!uili2rar en un ni.el por de2a4o del ni.el de agua de la co$puerta los datos !ue to$aría en ese punto son erróneos por !ue no está cu2ierta total$ente la co$puerta& 'na .e5 !ue se encuentre en la posición de e!uili2rio to$a$os el .alor de + !ue es una altura& Sucesi.a$ente au$ento una $asa y .uel.o a colocar agua +asta .ol.er al e!uili2rio co$o +ay $ás agua el .alor de + .a a dis$inuir y se .uel.e a reali5ar el $is$o procedi$iento +asta o2tener de seis a = datos y anota$os los .alores de $asa y altura&

(esultados

Análisis de los (esultados

En esta práctica +e$os aplicado los conceptos .istos en Mecánica de Fluidos

!ablas de datos + resultados Mas a .r 5 6 H " @? @&1 ? ?&?D > @= @&>D  ?&?D ? 0?? @&D1 ? ?&?A 1 0@ 0&/A ?&?A  ? 0? 0&10 ? ?&?= @ 0= 0&>=  ?&?> A

)ode"os reali'ar la .rá7ica M &s 8

En donde el .alor de la pendiente es igual a $;"/?&=>@ y cuyo error de la pendiente es

∆ m

=

0.003

$; (/?&=>@

±

0.003 )

Con la el .alor de la pendiente pode$os calcular el .alor del peso especí*ico del agua $ediante la ecuación

γ

=

2

m

B

(

R

2 2

−

R

1 2

)

La cual pro.iene de la ecuación del $o$ento

(5)

(

R

) (

B

R

)

h

BCos

M

/@ @ @ 0 / 0 @ @ 0 − − − =

γ

θ

γ

 se o2tu.o !ue el peso especí*ico e3peri$ental del agua es

γ

=

9566.22 

N

m

3 G

Pode$os calcular el $o$ento la *uer5a resultante y la distancia del centro de presión $ediante los siguientes datos del aparato de $edidor de centro de presión y las siguientes *or$ulas6

DATOS:

H ; peso especí*ico del 9@O

/&  ; anc+o de la placa ; = $$ ; = c$

@& </ ; /?? $$ ; /? c$ 0& <@ ; @?? $$ ; @? c$

1& L2ra5o ; /? pulg ; @? $$ ; @ c$ & Jporta$asas ; a ser deter$inado en el

la2oratorio >& θ_{; ??}

Fórmulas

Magnitud de la Fuer5a <esultante

(

)

(

@ /

)

@ / @ @ @

R

B

R

BCos

F

_R = − −

γ

−

θ

γ

h

Mo$ento !ue produce la *uer5a resultante respecto al pi.ote O&

M = W*L

brazo

istancia al centro de presión e3peri$ental&

R cp

F

Lbrazo

W

Y

= K 5 6 H " M 69"  F( e9 6 :c e9 " @&1 ? ?&?D >

?&>/0 0&A=1 ?&/A

@&>D 

?&?D ?

?&>=1 1&0? ?&/=

@&D1 ?

?&?A 1

?&=0 1&=0 ?&/

0&/A 

?&?A ?

?&=D> &?@@ ?&/A

0&10 ?

?&?= @

?&AA &D> ?&/0

0&>= 

?&?> A

?&D/D &AA0 ?&/>

!abla 1

Con el .alor del peso especí*ico pode$os o2tener el .alor e3peri$ental de la densidad

del agua el cual es

ρ

=

976.14 

Kg

m

3

G

$onclusiones

urante esta práctica +e$os co$prendido

(eco"endaciones

'na reco$endación es o2ser.ar detenida$ente los .alores !ue presentan los instru$entos de $edición so2re todo al $o$ento de calcular la te$peratura +acerlo cuidadosa$ente y con la $ayor precisión posi2le así co$o ta$2ién to$ar

correcta$ente los .alores o2ser.ados de las presiones&

Biblio.ra7;a

8tt*//oc,us9us9es/in.enieria< a.ro7orestal/8idraulica<+< rie.os/te"ario/!e"a =20>9=20Bo"bas/tutorial?109 8t" Anexos

(6)

onde $; pendiente $;"/?&=>@

γ

=

2

m

B

(

R

2 2

−

R

1 2

)

γ

=

2

(

10.762

)

(

0.075

)(

0.22

−

0.12

)

γ

=

9566.22 [

N

m

3 ]

Calculo de la densidad e3peri$ental del agua

γ

=

ρ . g

ρ

=

γ

g

ρ

=

9566.22 9.8

ρ

=

9566.22 9.8

ρ

=

976.14 [

Kg

m

3 ] d

γ

= 2

_m

B

(

R

2 2

−

R

1 2

)

dρ

=

∆ γ

g

%=

Vteo

−

Vexp

Vteo

∆ m

=

∆ ydx

+

∆xdy

(

dx

)

2

∆ m

=

(

0.001

)(

20

)+(

0.01

)(

100

)

(

20

)

2

∆ m

=

0.003

(7)

Aneos

1@ $-"o se de7ine la &elocidad esec;7ica de una bo"ba + u# i"ortancia tiene en la selecci-n de la "is"a9 s un ará"etro adi"ensional liue9

elocidad especí*ica es un indicador e3celente de las características de una 2o$2a y e3presa la .elocidad de una unidad de ta$aBo () tal !ue en régi$en de *unciona$iento +o$ólogo ele.a la unidad del caudal ($@s) a la unidad de altura ($)&

2@ iste al.una di7erencia entre las cur&as esti"adas + las resecti&as eeri"entales de la bo"ba rototio9 Si

es a7ir"ati&o eliue a ue 7actores se debe9

9ay en e*ecto di*erencias ya !ue la 2o$2a no es per*ecta y las *or$ulas .arían un poco con los deci$ales y las 2o$2as tienen de*ectos& 8de$ás considerando los errores +u$anos introducidos a la +ora de to$ar las $ediciones los errores son cada .e5 $ayores&

3@ $uáles ser;an las &entaas de tener las cur&as caracter;sticas de una bo"ba en 7or"a adi"ensional

Estas .enta4as pueden ser utili5adas para cual!uier 2o$2a ya !ue no estarían

li$itadas a solo ciertas 2o$2as cuyos datos ta$2ién sean $edidos en las $is$as

unidades de las ta2las&

4@ Ce7ina el ará"etro adi"ensional de ca&itaci-n9

El pará$etro adi$ensional de ca.itación es un e*ecto +idrodiná$ico !ue se produce cuando el agua o cual!uier otro *luido en estado lí!uido pasa a gran .elocidad por una arista a*ilada produciendo una desco$presión del *luido de2ido a la conser.ación de la constante de ernoulli (Principio de ernoulli)&

D@ Etili'ando el análisis adi"ensional dedu'ca los .ruos adi"ensionales de caudal de cabe'al + de otencia ara bo"bas9

rupo de Caudal6

πQ

=

Q

N X D

3

(8)

D

N X

¿

πH

=

H x g

¿

N rupo de Potencia6

πP

=

P

ρ x N

3

x D

5

@ A u# se debe ue las e7iciencias esti"ada + real di7ieren

Se de2e *allas a la +ora de calcular los caudales o $edir los caudales ya !ue esto ca$2ia el .alor del *lu4o $ásico y este a su .e5 $odi*ica el P, el cual es uno de los tér$inos considerados en el cálculo de la e*iciencia&