Informe N°1 Fluidos pdf

“Experiencia Nº1: viscosidad” Carlos Gajardo López - Oscar Rojas Alcayaga - Yaritza Muñoz Peralta

Septiembre 15 ,2014.

Resumen: La experiencia que a continuación expondremos, corresponde a la experiencia n° 1, el cual lleva por título “Viscosidad de un Fluido”. Lo que realizaremos es determinar la viscosidad de un fluido, aceite de motor, de manera experimental, la cual puede variar según el método que realicemos, las condiciones y el aparato que ocupemos. Acá ocuparemos un viscosímetro rotatorio, específicamente un viscosímetro cenco. Pero para llegar a nuestro objetivo desarrollaremos 3 sub-experiencias, 2 para calcular la viscosidad y la última para ver como varía la viscosidad con respecto a la temperatura. En la sub-experiencia sub-experiencia numero numero 1 calculare calcularemos mos la constante “e” la cual determina la corrección del aparato y así calcular la viscosidad de manera más exacta, para lo cual realizaremos 5 medidas con distinto llenado del fluido y tomaremos el tiempo al caer de una masa constante y realizaremos un gráfico de Longitud v/s Tiempo. Luego en la sub-experiencia número 2 calcularemos la viscosidad numéricamente mediante una tabulación de Masa v/s Tiempo y reemplazaremos en la ecuación dada, calculando una serie de viscosidades de la cual sacaremos un promedio. Finalmente veremos el efecto de la temperatura en la viscosidad mediante una tabla de Temperatura v/s Viscosidad, donde ocuparemos una masa constante a la cual le mediremos el tiempo de caída a una temperatura inicial (ambiente) y luego aumentaremos la temperatura gradualmente y obtendremos nuevos tiempos, finalmente reemplazaremos en la ecuación y observaremos la variación que sufrió la viscosidad comparándola con lo aprendido en la teoría .

Introducción En el presente informe se dará a conocer los datos obtenidos a partir de la experiencia n°1 del curso de mecánica de fluidos I, dicha experiencia está relacionada con una propiedad que tienen todos los fluidos la cual es la viscosidad, esta propiedad es la resistencia que pone el fluido al desplazamiento, ya que es la relación existente entre un esfuerzo de corte con el gradiente de velocidad. Esta experiencia se divide en tres sub-experiencias las cuales son: 1.-Determinación de la constante de corrección “e”. 2.-Determinación absoluta de un fluido. 3.-Efecto de la variación de temperatura con la viscosidad. En esta ocasión estudiaremos un aceite de motor 15W40 de la marca Amalie y el viscosímetro para las pruebas será un viscosímetro rotatorio de la marca cenco modelo 74235.

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Objetivos generales: -Demostrar de manera experimental la viscosidad de un fluido. -Analizar de manera científica los datos obtenidos en la experiencia.

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Objetivos específicos: -Demostrar que la viscosidad del fluido varía con respecto a la temperatura. -Aprender cómo funciona un viscosímetro de tipo rotatorio. -Determinar el coeficiente de corrección “e”.

Alcance de la Experiencia El alcance de esta experiencia a nivel global del curso de mecánica de fluidos I es importante ya que da a conocer de manera práctica los conceptos básicos del curso así con esto el estudiante puede resolver las dudas generadas en la sala de clases las cuales son por ejemplo ¿Qué es un fluido?, ¿Qué es la viscosidad?, ¿Para qué sirve un viscosímetro y cómo se utiliza?, ¿Por qué varía la viscosidad? Con estas dudas ya resueltas gracias a dicha experiencia el alumno obtiene una base sólida para seguir con las demás experiencias que proporciona el curso.

Hipótesis Para calcular la viscosidad de un fluido debemos hacerlo de manera experimental y como ya hemos dicho usaremos un viscosímetro rotatorio, donde nos basaremos en la teoría que nos dice que este fluido se comporta como un fluido newtoniano ya que la forma que calcularemos la viscosidad derivará de la relación existente en estos tipos de fluidos donde la viscosidad es inversamente proporcional a la velocidad de deformación, para así poder relacionar el esfuerzo tangencial producido entre las capas del fluido con el torque existente y así poder darnos cuenta si la relación ocupada es la correcta. Otro análisis que realizaremos es como varia la viscosidad con respecto a un cambio de temperatura gradual y veremos si la relación que hay entre viscosidad y temperatura es inversamente proporcional o directamente proporcional. De esta manera comprobaremos lo estudiado en la teoría que dice que en los líquidos a medida que aumenta la temperatura disminuye la viscosidad.

Marco Teórico ¿Qué es un Fluido?: Un fluido se define como una sustancia que se deforma continuamente cuando se le aplica una fuerza de corte tangencial. Esto quiere decir que frente a cualquier fuerza de corte aplicada, el material sufrirá una deformación, sin volver a su estado original después de retirar la fuerza. La principal característica de los fluidos es que la velocidad a la que se desplaza depende de sus características físicas, por lo que diferentes fluidos se desplazarán a diferentes velocidades.

Por otro lado, se puede observar que, cuando un fluido está en contacto con una superficie sólida, posee la misma velocidad que esta. Un ejemplo es que si tenemos agua fluyendo por una tubería, las partículas de agua que se encuentren inmediatamente adyacentes a la pared de la misma estarán inmóviles, puesto que la pared no se mueve, mientras que el resto del fluido tendrá una velocidad definida. Por ello el fluido presentara distintas velocidades dependiendo de qué tan lejos o cerca esté de la superficie sólida. En el caso de la tubería, el flujo que se desplaza por el centro de la misma lo hará a una mayor velocidad que el que se desplace cerca de la pared.

Este es un hecho comprobado de forma experimental. En la práctica, los fluidos se dividen en dos clases diferentes: fluidos newtonianos y no newtonianos. La principal característica de los primeros es que se cumplen con la ley de viscosidad de newton. Sin embargo otra división de los fluidos son los gases y los líquidos. Las propiedades de un fluido son las que definen el comportamiento y características del mismo tanto en reposo como en movimiento. Existen propiedades primarias y propiedades secundarias del fluido. Las propiedades primarias o termodinámicas son la presión, la densidad, el peso específico, la temperatura, la energía interna, la entalpía, la entropía y los calores específicos. Las propiedades secundarias caracterizan el comportamiento específico de los fluidos como la viscosidad, la conductividad térmica, la tensión superficial y la compresión.

¿Qué es la Viscosidad?: La viscosidad es una propiedad que depende de la actividad molecular de las sustancias a través de la temperatura, en general, la viscosidad de un mismo fluido puede variar a diferentes temperaturas. Otro fenómeno que se puede apreciar, es que esta variación en función de la temperatura no es igual para los líquidos y gases. Para los líquidos la viscosidad disminuye a medida que aumenta la temperatura y es afectada por la presión local. En general, la viscosidad al ser la propiedad de un fluido, debe ser obtenida de forma experimental. La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal. En realidad todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximación bastante buena para ciertas aplicaciones. La viscosi dad solo se m anifie sta en l íquidos en movimiento. Imaginemos un bloque sólido (no fluido) sometido a una fuerza tangencial, por ejemplo una goma de borrar sobre la que se sitúa la palma de la mano que empuja en dirección paralela a la mesa. En este caso(a), el material sólido se opone una resistencia a la fuerza aplicada, pero se deforma (b), tanto más cuanto menor sea si rigidez. Si imaginamos que la goma de borrar esta deformada por alargadas capas una sobre otras, el resultado de la deformación es el desplazamiento relativo de unas capas respecto de las adyacentes, tal como muestra la figura (c).

En los líquidos, el pequeño rozamiento existente entre capas adyacentes se denomina viscosidad. Es su pequeña magnitud la que le confiere al fluido sus peculiares características: así por ejemplo, si arrastramos la superficie de un líquido con la palma de la mano como hacíamos con la goma de borrar, las capas inferiores no se moverán o lo harán mucho más lentamente que la superficie ya que son arrastradas por efecto de la pequeña resistencia tangencial, mientras que las capas superiores fluyen con facilidad. Igualmente, si revolvemos con una cuchara un recipiente grande con agua en el que hemos depositado pequeños trozos de corcho, observaremos que al revolver en el centro

también se mueve la periferia y al revolver en la periferia también dan vueltas los trocitos de corcho del centro; de nuevo, las capas cilíndricas de agua se mueven por efecto de la viscosidad, disminuyendo su velocidad a medida que nos alejamos e la cuchara. Cabe señalar que la viscosidad solo se manifiesta en fluidos en movimiento, ya que cuando el fluido está en reposo adopta una forma en la que no actúan las fuerzas tangenciales que no puede resistir. Es por ello por lo que llenado un recipiente con un líquido, la superficie del mismo pertenece plana, es decir, perpendicular a la única fuerza que actúa en ese momento, la gravedad, sin existir por tanto componente tangencial alguna. Si la viscosidad fuera muy grande, el rozamiento entre las capas adyacentes lo sería también, lo que significa que éstas no podrían moverse unas respecto de otras o lo harían muy poco, es decir, estaríamos ante un sólido. Si por el contrario la viscosidad fuerza cero, estaríamos ante un súper fluido que presenta propiedades notables como escapar de los recipientes aunque no estén llenos. La viscosidad es característica de todos los fluidos, tanto líquidos como gases, si bien, en este último caso su efecto suele ser despreciable, están más cerca de ser fluidos ideales. La velocidad de deformación de un fluido está directamente ligada a su viscosidad. Con un esfuerzo dado, un fluido altamente viscoso se deforma más lentamente que un fluido de baja densidad. Para un campo de flujo en el que u=u (y), la viscosidad μ del fluido se define mediante la relación:

du/dy: gradiente de velocidad y puede ser interpretado como una velocidad de deformación. t: esfuerzo cortante.

Relación entre el gradiente de velocidad y el esfuerzo cortante para distintos tipos de fluidos.

VISCOCIMETRO ROTATORIO: En este tipo de viscosímetro, el fluido se coloca entre dos superficies que se mueven a velocidades diferentes, girando en torno a un eje común. El esfuerzo de corte que surgirá al girar entre ellas debido a la viscosidad del fluido puede relacionarse con el torque requerido para provocar el giro. Del análisis de las condiciones geométricas del viscosímetro pueden encontrarse otras relaciones que ayuden a obtener la viscosidad en función de las distintas dimensiones del mismo. Para la presente experiencia se utilizará un viscosímetro didáctico rotatorio de la compañía Cenco, modelo74235, denominado Viscosímetro Cinemática Cenco. El viscosímetro consiste especialmente en dos cilindros metálicos de diferentes radios, montados en una base rígida de manera que los ejes de giro de ambos cilindros sean concéntricos. El espacio entre los cilindros sirve como contenedor para el fluido a utilizar. El fluido interno descansa sobre un cojinete de manera que pueda rotar con una fricción mínima. Ajustado a la parte superior del cilindro interno, existe un tambor giratorio que cump le la fu nc ió n de polea. Una cuerda fina es enrollada alrededor del tambor giratorio que cumple la función de polea. Una cuerda fina es enrollada alrededor del tambor y atada a su extremo una masa de peso variable. Cuando se permite que la masa caiga, la cuerda hace girar el cilindro i nterno generando un roce viscoso entre ambos tambores, al aplicar las ecuaciones propuestas es posible la obtención de la viscosidad dinámica. El viscosímetro también dispone de un calentador de resistencia eléctrica alojado en la pared del cilindro externo, que permite ejecutar las pruebas de variación de viscosidad cinemática con respecto a la temperatura.

Datos  A B K S Lo

(mm) 25,20 30,00 16,50 900 76,85

En la realidad, el cilindro también recibe un torque debido a la fricción con el cojinete de base y con el fluido que se aloja en el espacio en la parte baja, ya que existe un espacio entre la base de ambos cilindros. Podría determinarse una expresión matemática para el efecto del torque en la parte baja, pero su formulación es poco precisa y a que el flujo es irregular cerca de los bordes de la base. Esta situación puede simplificarse cuando se considera que, al ser todas las variables constantes durante el experimento, entonces el efecto también es constante. Entonces puede introducir una constante de corrección para los datos medidos. Se define entonces una longitud efectiva, que es la longitud de cilindro

sumergida más un factor “e” que debe ser determinado experimentalmente. La relación para obtener la viscosidad es entonces: µ 4* *

)* *g*m*t * *s*(L+e)

Teniendo en cuenta las siguientes variables: a=radio del cilindro rotor. b=radio del cilindro estator. k=radio de la polea. s=altura de la cuerda. Lo=altura cilindro rotor. L=altura del fluido. g=aceleración de gravedad local. m=masa del cuerpo sujeto a la cuerda. t=tiempo en que demora en caer.

Descripción del Experimento Para estas experiencias utilizamos los siguientes instrumentos: 

Viscosímetro cenco

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Aceite sintético de motor multigrado 15W40

  Jeringa



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Pie de metro

  Cronómetro



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Termómetro digital

  Masas



Sub-experiencia n°1: Determinación de la constante de corrección “e”. El objetivo de esta sub- experiencia es determinar la constante “e” para simbolizar el efecto del fluido con la parte baja del cilindro rotativo, el roce de los cojinetes y otras fuentes de disipación de energía.

1.- Medimos el tiempo en que se demora en caer la masa sujeta a la cuerda sin aceite en el viscosímetro para tener una referencia.

2.- Agregamos el aceite 15W40 al viscosímetro con jeringas. 3.- Medimos la altura del aceite en el viscosímetro. 4.- Medimos el tiempo en que la masa se demora en caer desde una altura “s” y repetimos el procedimiento dos veces.

5.- Volvemos a repetir los pasos (2, 3, 4) hasta tener las 5 mediciones. Sub-experiencia n°2: Viscosidad absoluta de un fluido. El objetivo de esta sub-experiencia es determinar la viscosidad absoluta del fluido utilizando la ecuación principal y obtenemos un promedio de esta.

1.-  Para la primera medida vamos a utilizar la quinta medida de la sub-experiencia anterior.

2.- Cambiamos la masa anterior por una de mayor peso. 3.- Medimos el tiempo en que la masa se demora en caer desde una altura “s” y repetimos el procedimiento dos veces.

4.- Repetimos el paso 2 y 3, hasta la quinta medida.

Sub-experiencia n°3: Efecto de la variación de temperatura con la viscosidad. El objetivo de esta experiencia es observar el efecto de la temperatura en la viscosidad, aumentándola de forma gradual con una masa constante de 20 gramos y con el viscosímetro lleno hasta el tope.

1.- Medimos el tiempo de caída de la masa desde la altura “s” y medimos la temperatura ambiente para utilizarla de referencia.

2.-  Utilizamos la resistencia integrada del viscosímetro para aumentar la temperatura del fluido.

3.- Medimos el tiempo que se demora en caer la masa desde la altura “s” y repetimos los procedimientos dos veces.

4.- Repetimos los pasos 2 y 3 hasta la quinta medida.

Cálculo de datos Sub-experiencia N°1 De los datos obtenidos en los pasos ya mencionados llegamos a la siguiente tabla resumen:

Longitud [m]

Tiempo [Segundos]

Medida

Masa [Kg]

1

0,02

0,049

6,405

2

0,02

0,065

9,665

3

0,02

0,076

11,29

4

0,02

0,087

12,88

5

0,02

0,094

14,33

Con estos datos realizaremos un ajuste lineal, realizando un gráfico de Longitud v/s Tiempo para luego obtener una recta. Posterior a esto, una vez obtenido el ajuste lineal y la recta correspondiente, haremos y=0 para así obtener la constante que buscamos.

De esta manera obtenemos la recta Seg(L)=170,94*L-1,7696 de lo cual haciendo Seg(L)=0 y despejando nuestra incógnita L obtenemos el valor buscado “e” ya que es la intersección con el eje “x” : “e”= 0,01035217=0,0104

Sub-experiencia N°2 Los datos obtenidos los llevamos a una tabla resumen y los reemplazamos en la ecuación dada considerando la constante “e” ya calculada, las diferentes masas y los tiempos de caída respectivamente, obteniendo así un valor promedio para la viscosidad. µ 4* *

*

)* *g*m*t *s*(L+e)

“Ecuación para calcular la viscosidad”

Medida

Masa [kg)

Longitud [metro]

Tiempo promedio [segundos]

μ [Pa*s]

1

0.02

0.094

14.33

0.301

2

0.03

0.094

9.33

0.294

3

0.04

0.094

7.43

0.312

4

0.05

0.094

5.67

0.297

5

0.07

0.094

4.26

0.313

Promedio

Llevando esto a un gráfico obtenemos:

0.303

Sub-experiencia N°3 Con los datos obtenidos correspondientes al tiempo de caída de una masa constante a distinta temperatura lo llevamos a una tabla, además agregamos el cálculo de la viscosidad al reemplazarla en la ecuación dada con sus respectivos tiempos, obteniendo los siguientes resultados: Medida

Temperatura [K]

1

289.8

0.02

14.81

0.311

2

295.2

0.02

10.3

0.217

3

299.9

0.02

7.66

0.161

4

305.9

0.02

6.05

0.127

5

312.3

0.02

3.96

0.083

Masa [Kg]

 Ahora llevándolos a una gráfica obtenemos:

Tiempo [Segundos]

µ [Pa*s]

Análisis de los datos obtenidos Sub-experiencia N°1 De esta experiencia podemos darnos cuentas que el valor de corrección “e” corresponde a un valor muy pequeño, lo cual concuerda con lo estudiado en teoría ya que al realizar ejercicios de este tipo despreciamos el torque producido en la base y otras formas de disipación de energía. Lo que si nos causa cuidado es que esta constante nos da un valor positivo, siendo que debería dar un valor negativo, de lo cual inferimos que lo más probable es que haya existido un error al momento de medir, como por ejemplo al medir la caída de la masa o del llenado del cilindro.

Sub-experiencia N°2 Con esta experiencia nos damos cuenta que al momento de aumentar la masa del objeto disminuye el tiempo de caída lo que significa que la viscosidad se mantiene casi constante para diferentes masas, ya que mantiene la relación con respecto al tiempo y gracias a esto podemos obtener una viscosidad promedio del fluido en estudio con un grado de certeza mayor.

Sub-experiencia N°3 Con los resultados aquí obtenidos nos damos cuenta la variación que sufre la viscosidad al aumentar la temperatura, ya que cada vez que aumentábamos la temperatura el tiempo de caída aumentaba resultando un grafico con pendiente positiva lo que implica una disminución de la viscosidad del fluido en estudio debido a este aumento de temperatura.

Conclusión El resultado de esta experiencia nos da a entender cómo se comportan los fluidos en diferentes condiciones, las cuales afectan a la propiedad elemental del fluido llamada viscosidad, que en otras palabras es la resistencia a fluir. De las experiencias realizadas podemos darnos cuenta cómo es que ésta actúa al estar en diferentes situaciones, evaluando respecto a la masa y el tiempo en que se demora en recorrer la cuerda, como también al aumentar la temperatura del fluido, confirmando a la misma vez la hipótesis planteada anteriormente ya que se cumple la teoría de fluido newtoniano, en el cual su viscosidad es inversamente proporcional al gradiente de velocidad, relacionando el esfuerzo tangencial con el torque y reafirmando que la relación ocupada es la correcta con respecto a la variación de temperatura, es decir, la viscosidad del fluido en estudio disminuye al aumentar la temperatura. Otro punto a considerar es la det erminación del valor de “e” que representaba el efecto del roce del fluido con la parte de abajo del cilindro rotatorio, el roce de los cojinetes y otras fuentes de disipación de energía. Este fue obtenido por medio de regresión lineal que se efectuó con respecto al tiempo y nivel de altura del fluido, el cual es importante ya que a la hora de obtener los resultados, se debe tener con el menor error posible, debido a que los equipos utilizados para las mediciones también tienen errores. El equipo utilizado fue un viscosímetro rotatorio, en el cual aprendimos a utilizarlo, como agregar el fluido, situar la cuerda y sujetar la masa, tendiendo cuidado para que las experiencias fueran lo más expeditas posibles, haciendo de este un laboratorio agradable. Por lo tanto gracias a estos estudios obtenemos el conocimiento de las propiedades de un fluido, lo cual nos sirve para determinar que fluido ocupar y cual no, por ejemplo, cual fluido usar para una máquina, ya sea un motor, una caja de cambios o una cremallera de dirección ya que cada una debe tener la viscosidad adecuada para su correcto funcionamiento.

Bibliografía  

Frank M. White, Mecánica de fluidos 5ta edición.  Apuntes laboratorio N°1 “Viscosidad de un Fluido”.

Anexos Imágenes de la experiencia:

Documento adjunto

BOMBAS ROTATORIAS O ROTO ESTÁTICAS El campo de aplicación de estas bombas es muy extenso. Se usan para manejar gran variedad de líquidos; las hay en un amplio rango de capacidades, y paro distintas presiones, viscosidades y temperaturas.

Aplicaciones 1. Manejo de líquidos de cualquier viscosidad. 2. Procesos químicos. 3. Manejo de alimentos, 4. Descargas marinas. 5. Bombas para cargar carros tanque. 6. Protección contra incendios. 7. Transmisiones hidráulicas de potencia. 8. Lubricación a presión. 9. Pintura. 10. Enfriamiento para máquinas herramientas. 11. Bombeo de petróleo (líneas, oleoductos). 12. Bombas para quemadores de petróleo. 13. Refinerías. 14. Manejo de grasas. 15. Gases licuados (propano, butano, amoníaco, freón). 16. Aceites calientes.

Restricciones 1. Los líquidos que contienen substancias abrasivas o corrosivas pueden causar un desgaste prematuro en las partes con tolerancias muy pequeñas. 2. Estas bombas no se deben usar en instalaciones donde pudieran quedarse girando en seco.

Ventajas 1. Combinan las características de flujo constante de las bombas centrífugas con el efecto positivo de las bombas reciprocantes. 2. Pueden manejar líquidos densos o delgados, así como líquidos que contengan aire o vapor. 3. Pueden manejar líquidos altamente viscosos, lo que ninguna otra bomba puede hacer. 4. No tienen válvulas.

CLASIFICACIÓN DÉLAS BOMBAS ROTATORIAS Según el Instituto de Hidráulica, de Estados Unidos, las bombas se clasifican en:

MATERIALES Las bambas rotatorias se fabrican con diferentes metales y aleaciones, según el servicio que van a dar. En las que manejan aceites combustibles y lubricantes, la carcasa y los rotores, generalmente son de hierro y las flechas de acero al carbono. Los líquidos corrosivos requieren metales especiales, tales como bronce, monel, níquel y varios aceros inoxidables o hules que tienen ciertas limitaciones citadas a continuación.

Aceros inoxidables. Las partes de acero inoxidable tienen gran tendencia a pegarse cuando una gira muy cerca de otra (Galling or seizing). Es necesario seleccionar aceros inoxidables de diferente estructura y dureza para dichas partes. En general, no se recomiendan bombas de acero inoxidable para líquidos de baja viscosidad.

Hules o plásticos. Las partes giratorias deben trabajar con sólo unas cuantas milésimas de pulgada de claro. Muchos líquidos causan distorsiones, erosiones o agrandamientos de las piezas, lo que impide el correcto funcionamiento de la bomba.

Bronce. Para los elementos girantes, se debe tener cuidado de no seleccionar metales con coeficientes de dilatación mayores que el de la carcasa de la bomba. Por ejemplo, el bronce se expande más que el hierro y el acero. Por tanto, la combinación de dichos metales no es adecuada para temperaturas altas.

Acero. El acero tiende a pegarse, por lo que no deberá usarse para líquidos no lubricantes (baja viscosidad).

Hierro.  A altas temperaturas pueden ocurrir fracturas, al producirse un enfriamiento. Se recomienda usar acero para líquidos a temperaturas > 450°F.

FUNCIONAMIENTO DE LAS BOMBAS ROTATORIAS Desplazamiento.  El desplazamiento es la cantidad teórica de líquido que los elementos giratorios pueden desplazar sin carga o presión. En una bomba de engranes, por ejemplo, el desplazamiento es la suma de los volúmenes existentes entre los dientes.

Deslizamiento. (Slip) Es la cantidad de líquido que regresa de la descarga a la succión, a través de los claros que existen entre los dientes y entre la pared lateral de los engranes y la carcasa.

Gasto. El gasto de la bomba es la cantidad real del líquido que sale de ella, y es igual al desplazamiento de la bomba menos el retorno o recirculación. Teóricamente, el desplazamiento es una línea recta. En la práctica se produce un pequeño retomo. El retorno es directamente proporcional a la presión de descarga e inversamente proporcional a la viscosidad del líquido. El retorno no varía con la velocidad de la bomba. La curva Q y el desplazamiento tienden a unirse cuando aumenta la viscosidad, y en una bomba de engranes para líquidos con viscosidad > 5,000 SSU casi son iguales.

El efecto del claro en el retorno o recirculación puede apreciarse más cuantitativamente si usamos de siguiente fórmula:

Qt = Flujo a través del claro. ∆ρ = Presión diferencial (P d-Pa). b =Ancho de la trayectoria. d =Claro. µ =Viscosidad absoluta. l =Longitud de- la trayectoria. Se puede notar que el flujo Q t varía con el cubo del claro. Por ejemplo, si el claro aumenta al doble, el flujo de retomo aumentará 8 veces.

Potencia.  En una gráfica, la variación de la potencia tiene la forma de una línea recta. Para p = 0 existen perdidas de fricción. Al aumentar la presión aumenta la potencia al freno requerida. Esta depende de la presión y la viscosidad.

Eficiencia. La eficiencia de la bomba varía según el diseño de la misma, la viscosidad y otros factores. En general es mayor para bombas de alta presión. Las bombas rotatorias pueden tener eficiencias muy altas tales como 80-85%, cuando manejan líquidos de viscosidad relativamente alta (10-15,000 SSU). Por lo general, cuando aumenta la viscosidad, la eficiencia tiende a disminuir, pero se pueden obtener eficiencias altas, si se selecciona correctamente el equipo.

Engranes. Los engranes de las bombas pueden ser helicoidales (Spur) o tipo de espina de pescado (Herringbone). Los primeros generalmente se usan en bombas de altas presiones que manejan líquidos delgados, o substancias altamente viscosas a velocidades muy bajas. Sin embargo, debe tenerse cuidado con este tipo de dientes, ya que hay un punto de claro mínimo donde se producen presiones locales muy altas que pueden acelerar el deterioro completo del material. Para evitarlo, algunas veces se ponen alivios en las tapas laterales. Para presiones moderadas es más aconsejable el engrane helicoidal, ya que elimina el problema anterior al tener un arco de llenado de los dientes en el lado de succión.  A fin de eliminar el empuje axial y conservar la ventaja del engrane helicoidal, se ha difundido el uso de engranes herringbone, en los cuales el acabado de la punta es de extrema importancia. Los rotores pueden cortarse de 6 ó 7 dientes, y hasta 11 engranes se consideran adecuados. El ángulo de presión varía entre 20° y 28°. El diseño del engrane debe ser hidráulica y mecánicamente apropiado. Para el diámetro y la longitud deberá tomarse en cuenta el gasto que se necesita. Por otra parte, una longitud muy grande puede afectar los claros. Acerca de la rotación se ha discutido mucho y aun cuando se ha encontrado que el ápice hacia atrás es ligeramente mejor, puede considerarse que un par de engranes Herringbone puede girar en ambas direcciones.

Sin embargo, las bombas de engranes tienen una dirección de rotación determinada, en virtud de que se coloca un tapón para crear una circulación forzada del aceite. Por tanto, si se quiere cambiar la rotación deberá modificarse la colocación de dicho tapón.

Baleros.  En muchas bombas de engranes sus baleros son lubricados por el mismo líquido que se maneja; sí éste es aceite, se tiene un excelente lubricante. En aquellos casos en que el líquido no tenga esta propiedad, se tendrán que usar bombas can baleros exteriores, pero este caso es raro, ya que sabemos que para los elementos internos de las máquinas rotatorias se necesitan substancias lubricantes a fin de que no se peguen los metales. Los baleros generalmente son de rodillo, por tres razones: a) La carga es únicamente radial. b) Estos baleros son fáciles de instalar. c) Las cargas son grandes. La carga hidráulica se suele calcular como la diferencia de presiones que existe entre descarga y succión, multiplicada por el área proyectada.

BOMBAS Bomba de rotor simple.   Una bomba de rotor simple es aquella en la cual todos los elementos que giran lo hacen con respecto a un solo eje.

Bomba de rotores múltiples.   Una bomba de rotores múltiples es aquélla en la cual los elementos que giran lo hacen con respecto a uno o más ejes.

Bombas de aspas.  En este tipo de bomba las aspas pueden ser rectas, curvas, tipo rodillo, tipo cangilón, y pueden estar ubicadas en el rotor o en el estator, y funcionan con fuerza hidráulica radial. El rotor puede ser balanceado o desbalanceado, y el desplazamiento es constante o variable. La Fig. 126 ilustra una bomba con rotor desbalanceado de desplazamiento constante, con las aspas en el rotor. La Fig. 127 muestra otra, también desbalanceada y de desplazamiento constante, pero con aspas en el estator.

Bomba de pistón.   En este tipo el fluido entra y sale impulsado por pistones, los cuales trabajan recíprocamente dentro de los cilindros; las válvulas funcionan por rotación de los pistones y cilindros con relación a los puntos de entrada y salida. Los cilindros pueden estar colocados axial o radialmente, y pueden trabajar con desplazamientos constantes o variables, la Fig. 128 ilustra una bomba axial con desplazamiento constante del pistón. Las bombas de pistón son utilizadas generalmente en la industria por su alto rendimiento y por la facilidad de poder trabajar a presiones superiores 2000 lb/plg2 y tienen una eficiencia volumétrica aproximadamente de 95 a 98%. Debido a la gran variedad de las bombas de pistón, estas pueden clasificarse como:

Bombas de pistón circunferencial  (Fig. 160). Tiene el mismo principio de operación que las de engrane, pero aquí cada rotor debe trabajar accionado por medios diferentes.

Bombas de miembros flexibles.   En éstas el bombeo del fluido y la acción de sellado dependen de la elasticidad de los miembros flexibles, que pueden ser un tubo, una corona de aspas o una camisa, cuyos ejemplos se ilustran en las figuras 129, 130 y 131, respectivamente.

Bombas de lóbulos.   En estas bombas el líquido se desplaza atrapado en los lóbulos, desde la entrada hasta la salida. Los lóbulos efectúan además la labor de sellado. Los rotores deben girar sincronizada mente. La figura 132 muestra una bomba de un lóbulo y la 133 una de tres lóbulos.

Bombas de engranes.  En este tipo el líquido es conducido entre los dientes de los engranes, que sirven también como superficies de sello, en la carcasa de la bomba. Las hay de engranes externos, que pueden ser rectos, helicoidales simples o dobles como el tipo espina de pescado (Herringbone). Los engranes internos tienen un solo rotor que engrana con uno externo. La Fig. 134 muestra una bomba con engranes exteriores rectos. En las 135 y 136 aparecen bombas de engranes internos con y sin partición.

Bomba de tornillo simple.  (Figs. 138 y 139) El tomillo desplaza axialmente el líquido a lo largo de una coraza en forma de gusano. Tiene el inconveniente de poseer un alto empuje axial. La Fig. 139 muestra otro tipo de accionamiento a base de una rueda dentada.

Bomba de tornillo múltiple. (Figs. 140 y 141) El fluido es transportado axialmente por los lomillos. En vez de un estator, cada tomillo trabaja en contacto con el otro, que puede ser el motriz o el conducido. En estos diseños se reduce el empuje axial.