Práctica de Laboratorio 1

    

  Universidad Nacional De Loja  Facultad De La Energía, Las Industrias Y Los Recursos Recu rsos Naturales No Renovables

INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

PRÁCTICA 1 CristianEncarnación  

Alumnos:

-  KevinOrtega -  WilmerSantos Ciclo:9

no



Paralelo“A”.



Docente:Ing.MarcoRojas

Fecha:

17-05-2021   LOJA –  ECUADOR 

 

PRÁCTICA # 1 ASIGNATURA: Máquinas de fluidos  fluidos  RESULTADO DE APRENDIZAJE DE LA PRÁCTICA: Analiza los parámetros científicos  –  técnicos que intervienen en el diseño de bombas e instalaciones de bombeo le permitirá determinar características construcción de los rodetes, además de tenerque claramente identificados loslas aspectos técnicosdeque debe constar en una instalación de fluido.

TIEMPO PLANIFICADO EN EL SILABO: 2 horas  horas  TIEMPO DE LA PRÁCTICA POR GRUPO: 2 horas  NUMERO DE ESTUDIANTES POR GRUPO: 3 estudiantes 

1.  TEMA: Diseño de Sistemas de Tuberías en Serie mediante Excel   2.  OBJETIVOS   Recordar el método de solución de Sistemas de tuberías en serie



  Configurar un libro Excel para resolver problemas de Sistemas Siste mas de tuberías en serie.



  Simular el Sistemas de tuberías planteado variando cargas estáticas (altura y presión)



y dinámicas (velocidad y resistencia de la instalación).

MATERIALES Y REACTIVOS 

EQUIPOS Y HERRAMIENTAS    Computadora portátil o PC



  Texto guía



  Software Excel



3.  INSTRUCCIONES   Se utilizará el Entorno Virtual de Aprendizaje-EVA como aula virtual, por tanto, los



recursos actividades y evaluaciones constarán aquí.

  Las clases se impartirán mediante la plataforma plata forma ZOOM, con un tiempo mínimo 4 horas



semanales.

  Las clases iniciarán de forma puntual a la hora acordada y notificada mediante el EVA



o WhatsApp

 

  Al inicio de clases deberán silenciar sus micrófonos. Si tienen dudas pueden escribirlas



mediante chat o expresarlas pulsando la tecla espacio de su computadora

  Las clases magistrales se realizarán mediante diapositivas u otros recursos.



 



Si el estudiante tiene que retirarse de la clase, debe solicitarlo en el chat.

  Es estudiante debe tener el material señalado en el sílabo para tomar apuntes o



desarrollar problemas en clases. En algunas clases prácticas se solicitará al estudiante que resuelva el problema durante la clase y lo cargue en la plataforma plata forma EVA, con fines de de evaluación,  evaluación, lo  lo que implica que debe prepararse previo a la clase.

  Las actividades a desarrollar en la asignatura están señaladas en el sílabo. En ella se



señalan las actividades prácticas a desarrollar por los estudiantes y los trabajos autónomos. También se presentan los productos acreditables de la asignatura. as ignatura.

  Pueden utilizar también el e-mail institucional o el grupo WhattsApp de la signatura



 para consultas.

4.  ACTIVIDADE ACTIVIDADES S A DESARROLLAR   Recordar el método de solución de Sistemas de tuberías en serie. - Resuelva el



 problema de de sistema de tuberías en serie propuesto por el docente, mismo mismo que debe ser elaborado a mano. Siga el siguiente procedimiento: Planteamiento del problema, representación gráfica, sistema de unidades y desarrollo.

  Configurar el libro Excel entregado en clases c lases para resolver el problema de S Sistemas istemas



de tuberías en serie resuelto en paso anterior. En clases se practicarán los siguientes libros Excel:

a.- Sistema SI-agua

b. Sistema SI Varios fluidos c.- Sistema USCS-agua d.- Sistema USCS-Varios fluidos

 

  Simular el Sistemas de tuberías planteado, variando las cargas estáticas (altura y



 presión) y dinámicas (velocidad y resistencia de la instalación).

5.  MARCO TEÓRICO: 5.1. Características Características fís físicas icas de llos os fluidos ● 

Viscosidad

Es aquella propiedad que determina la cantidad de resistencia opuesta a las fuerzas cortantes. La viscosidad se debe primordialmente a las interacciones entre las moléculas del fluido.

 

●

Viscosidad Dinámica

Es la resistencia interna entre las moléculas de un fluido en movimiento y determina las fuerzas que lo mueven y deforman. (Corona, 2020)

● 

Densidad

La densidad es una propiedad intensiva de la materia definida de finida como la relación de la masa de un objeto dividida por su volumen.

● 

Peso específico 

Se Define al peso específico de una sustancia, como la relación entre el peso de esta y su volumen, partiendo de esta definición se deduce que el peso específico de una substancia s ubstancia es igual al producto de su densidad por la gravedad.

 

 

La relación entre densidad y peso específico se da con mucha frecuencia y se realiza por po r medio de una conversión dando como resultado (Mott, 2015) 

5.2. Regímenes de flujo de fluidos en tuberías ● 

Laminar y Turbulento. 

El flujo laminar es el movimiento de un fluido cuando esté es ordenado, estratificado, suave. En un flujo laminar el fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse y cada partícula de fluido sigue una trayectoria suave, llamada línea de corriente. En flujos laminares el mecanismo transporte lateral es exclusivamente molecular. (Mott, 2015). Cuando existe flujo laminar, el fluido parece fluir en varias capas, una sobre otra. Para el flujo laminar la pérdida de energía se puede calcular a partir de la ecuación de HagenPoiseuille (Mott, 2015).

O bien por la ecuación de Darcy: Darc y:

Donde: hL= Pérdida de energía debida a la fricción. (m ó ft) L = Longitud de la corriente de flujo (m ó ft)

 

D = Diámetro de la tubería (m ó ft) v = Velocidad de flujo promedio (m/s ó ft/s) f = Factor de fricción.  Nr = Número de Reynols. Reynols. El flujo turbulento es el movimiento de un fluido que se da en forma caótica, en que las  partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños remolinos. (Moran, 1987). Para flujo turbulento se recomienda utilizar la fórmula de darcy para ca calcular lcular la pérdida de energía debida a la fricción. Depende del número de Reynols y la rugosidad relativa de la tubería. (Mott, 2015).

5.3. Diagrama de Moody. Uno de los métodos más utilizados para evaluar el factor de fricción. Este diagrama  presenta el factor fact or de fricción f graficado contra el número de Reynolds NR, con una ser serie ie de curvas paramétricas relacionadas con la rugosidad relativa D/ε. (Mott, D/ε. (Mott, 2015)

En el extremo izquierdo de la gráfica, para los números de Reynolds menores a 2000, la línea recta muestra la relación f = 64>NR para el flujo laminar. Para 2000 6 NR 6 4,000, no se trazan curvas porque ésta es la zona crítica existente entre el flujo laminar y el turbulento y no es posible predecir el tipo de flujo. El cambio de flujo de laminar a turbulento resulta en valores para los factores de fricción ubicados dentro de la banda sombreada. Más allá de NR = 4000, se grafica la familia de curvas relacionadas con los diferentes valores de D>e. (Mott, 2015).

 

   Ilustración 1. Diagrama de Moody.

5.4. Ecuación de la continuidad

● 

Caudal

Se define caudal como el volumen de agua que atraviesa una superficie en un tiempo determinado.

Ya teniendo la definición de caudal Q, la ecuación de la continuidad se expresa de la siguiente manera.

La misma que expresa que para un flujo estable, la rapidez del flujo de volumen es la misma en cualquier sección. (Mott, 2015).

 

5.5. Teorema de Bernoulli El teorema de Bernoulli es una aplicación directa del principio de conservación de energía. Con otras palabras, está diciendo que si el fluido no intercambia energía con el exter exterior ior (por medio de motores, rozamiento, térmica...) esta ha de permanecer constante. El teorema considera los tres únicos tipos de energía que posee el fluido que pueden cambiar de un punto a otro de la conducción. Estos tipos son; energía cinética, energía potencial gravitatoria y la energía debida a la presión de flujo hidroestática. (educat (educativa iva catedu, 2021)

5.6. Presión Por lo general la presión de referencia es la de presión atmosférica y la presión medida resultante se denomina presión manométrica. La relación medida con un vacío perfecto se llama presión absoluta. (Mott, 2015).

 Ilustración 2. Comparación entre la presión manométrica manométrica y la presión absoluta. 

 

5.7. Datos generales para la resolución de los problemas de elevación del agua ●  Tramo de aspiración, que va desde la extracción hasta hast a la bomba. ●  Tramo de impulsión, que va desde la bomba a la alimentac alimentación. ión. ●  Volumen de agua o caudal que se desea elevar. ●  Altura de aspiración. ●  Altura de impulsión. ●   Número de codos y accesorios (Pajón, 2000)

5.8. Cálculo de la potencia del motor de la bomba.

:  -   =    á á      -   =    í í    -   =   -  ∈ =        

 

6.  RESULTADOS OBTENIDOS a)  Enunciado Calcule la potencia suministrada a la bomba que muestra la figura 11.2 si su eficiencia es de 76 por ciento. El alcohol metílico a 25°C fluye a razón de 54.0 m 3/h. La línea de succión es una tubería de acero estándar DN 100 cédula 40 de 15 m de largo. En la línea

de descarga, la longitud total de la tubería de acero DN 50 cédula 40 mide 200 m. Suponga que el ingreso del fluído desde el depósito 1 tiene lugar por una entrada con  bordes cuadrados y que los codos co dos son estándar. La válvula es de g globo lobo completamente abierta.

b)  Represe Representación ntación gráfica

 Ilustración 3. Representación gráfica a doble línea. línea. 

 

c)  Sistema de unidades Tabla 1. Datos del problema.  

DATOS MAGNITUD

PROBLEMA

MAGNITUD Eficiencia Alcochol metílico Peso específico Densidad Viscosidad cinemática Caudal

CANTIDAD 76 25 7,74 789 7,10E-07 54

S.I

UNI % °C kN/m3 kg/m3 m2/s m3/h

CANTIDAD 76 25 7740 789 7,10E-07 0,015

UNI % °C N/m3 kg/m3 m2/s m3/s

Succión. Acero estándar DN100 cd. 40

Diámetro Área de flujo

102,3 mm 8,21E-03 m2 

Longitud

0,1023 m 8,21E-03 m2 

15 m

15 m

Descarga. Acero estándar DN50 cd. 40

Diámetro

52,5 mm

0,0525 m

2

Área de flujo

2,17E-03 m  

Longitud

2

2,17E-03 m  

200 m

200 m

d)  Desarrollo Tabla 2. Análisis de cargas.  

Datos del sistema:

 

UNIDADES EN EL SISTEMA

Flujo volumetrico (m3/s)=

0,0150

Elevación en el punto 1 (m)=

INTERNACIONAL - SI

0,0

Presión en el punto 1 (N/m2)=

0,0

Elevación en el punto 2 (m)=

10

Presión en el punto 2 (N/m2)=

0,0

Carga de velocida velocidad d en el punto 1 (m)=

0,0

Velocidad en el punto 1 (m/s)=

0,0

Carga de velocida velocidad d en el punto 2 (m)=

0,0

Velocidad en el punto 2 (m/s)=

0,0

Carga estática h0 (m)=

10

-  Con respecto al análisis de cargas en la Tabla 2 se muestra los resultados de la carga velocidad en el punto 1 y 2 igual a 0 m, así como la carga car ga estática igual a 10 m.

Tabla 3. Propiedades de tubería de succión.

Propiedades de Tuberia de succión: Acero,comercial o soldad

Material de la tubería Tamaño nominal de la tuberia- Cédula 40 (DN)

Longitud L (m) = Diámetro D (m)= Rugosidad de la tubería (m): Área A (m2) =

 

Rugosidad relativa



= =

L/D Velocidad de flujo (m/s) = Carga de velocidad en tubería 1 (m)= Número de Reynolds = Factor de f ricción: f = Factor de fricción en e n la zona de turbulencia f TT==

100 15 0,1023 4,60E-05 8,21E-03 2,22E+03 146,63 1,83 0,17 2,63E+05 0,018 0,016

Tabla 4. Propiedades de tubería de descarga.

Propiedades de Tuberia de descarga: Acero,comercial o soldado

Material de la tubería Tamaño nominal de la tuberia- Cédula 40 (DN)

Longitud: L (m) = Diametro: D (m) = Rugosidad de la pared (m): Área A (m2) =

200 0,0525 4,60E-05 2,17E-03 

Rugosidad relativa

50



L /D Velocidad de flujo (m/s) = Carga de velocidad en tubería 2 (m)= Numero de Reynolds = Factor de friccion: f = Factor de friccion en la zona de turbulencia f T

=

1,14E+03 3809,52 6,92 2,44 5,12E+05 0,020 0,019

 

  Pérdida total de energía



-  Hay seis componentes para la pérdida total de energía.

 Ilustración 4. Representación gráfica a una línea. -  A continuación se describe cada componente con su respectiva fórmula para determinar det erminar las pérdida hL en cada uno de ellos.

ℎ1 =  ∙

ℎ2 =  ∙

ℎ3 =  ∙



 ∙

  (é (é   ) 



∙   (é (é    í  ó)   2∙ 



∙   (é (é    á á   )   2∙

ℎ4 =  ∙





∙   (é (é     90°)   2∙

  ℎ5 =  ∙ ∙   (é (é    í  )   2∙ 

ℎ6 = 1

2∙

 (é  ) 

 

succ ión. Tabla 5. Pérdidas por fricción en la tubería de succión. Tubería de succión Posición del elemento en el esquema hidráulico

Elegir tipo de elemento

K=

Cantidad

Pérdidas hL (m)

1

Entrada con bordes cuadrados

0,50

1

0,085

2

Tubería

2,67

1

0,454

Tabla 6. Pérdidas por fricción en la tubería de descarga. des carga.  Tubería de descarga Posición del elemento en

Elegir tipo de elemento

K=

Cantidad

Pérdidas hL (m)

6,47 0,57 75,36 1

1 2 1 1

15,78 2,79 183,86 2,44

el esquema hidráulico 3 4 5 6

Válcula de globo- totalmente abierta Codo estándar de 90º Tubería SALIDA

Tabla 7. Resultados de la carga total de la bomba.  Pérdida de carga por fricción en tubería 1 Pérdida de carga por fricción en tubería 2 Pérdida de carga por fricción en el sistema Carga Dinámica Total (hA) (m)=

0,54 204,87 205,41

215,41

-  En la Tabla 7 se presentan los resultados de la suma de las pérdidas de cargas car gas por fricción en las tuberías 1 y 2 y tambien la carga dinámica total (hA) obteniendo como resultado un total de 215,41 m.

 

  Potencia suministrada a la bomba



-  Para calcular la potencia suministrada a la bomba se utiliza la siguiente formula:

    = (ℎ ∙  ∙  ) /    :  -  ℎ =  á á   -   =    í í    -   =   -   =         

Tabla 8. Potencia suministrada a la bomba. POTENCIA SUMINISTRADA SUMINISTRADA A LA BOMBA Magnitud

Carga dinámica total (hA) = Peso específico (γ) =

Cantidad

Unidad

215,41 m 7740,00 N/m3 

Caudal (Q) =

0,015 m3/s

Eficiencia de la bomba (eM)=

76,0%

Potencia =

32,91 kW

-  En la Tabla 8 se presenta la potencia suministrada a la bomba cuyo valor es de 32.91 kW.

7.  DISCUSIÓN El presente ejercicio 11.1 se lo realizó en una hoja de cálculo en Excel y también a mano. Dicho ejercicio pedía calcular la potencia pot encia suministrada a la bomba, en la hoja de cálculo se

obtuvo como resultado: 32,91 kW, mientras tanto que realizandolo a mano obtuvimos obtuvimos como co mo resultado: 33,21 kW. Cabe mencionar que la respuesta que se obtuvo trabajando a mano es igual a la respuesta del texto guía de Rober Mott.

=

|− | 

∗ % % 

Dónde:

 =

error relativo

 =

valor medido

 =

valor calculado

 

 %   = |   | ∗ % 

=

|,−,| ,

∗ 100 00% % = 0,91 %

-  El error relativo calculado ca lculado es del 0,91, este pequeño porcentaje consideramos que se debe al redondeo de los números que se realizan en el e l programa Excel tanto como los decimales que utiliza el programa a diferencia de como se llo o hace cuando se trabaja a mano.

8.  CONCLUSIONES  

Se utilizó el método de solución de Sistemas de tuberías en serie para resolver el ejercicio tanto en la hoja de cálculo como a mano y con ello también ampliamos los conocimientos acerca de la solución so lución de problemas de sistemas de tuberías en serie.  

 

Se observó la pequeña variación que hubo en el resultado de la potencia suministrada a la bomba al realizar el ejercicio a mano y en el programa. El error relativo fue mínimo es decir de un 0.91 %. 

 

Se logró apreciar como varía la carga estática si se cambian los valores de la presión y

también de la elevación en el punto dos, así mismo por dicho cambio también varía la carga dinámica total.  

9.  RECOMENDACIONES  

Se recomienda utilizar otro tipo de sotware, para realizar cálculos extensos como las  perdidas en las tuberías, a pesar que Excel es una herramienta muy amigable.

 

El dimensionamiento de una bomba se lo debe realizar de acuerdo a la eficiencia eficienc ia y a los cálculos de energía dentro del sistema hidráulico.

 

Familiarizarse con la programación dentro de un sotware en concreto, que es necesario  para diseñar sistemas mucho más complejos.

 

 

Es importante revisar la representación gráfica del sistema de tubería para considerar todas las pérdidas que se producen en los accesorios del sistema.

10. PREGUNTAS DE CONTROL 1.- ¿Cuál es la diferencia entre carga estática y carga dinámica? La carga estática hace referencia r eferencia a la altura de un punto a otro en el sistema hidraulico, mientras que en el dinámico hace referencia es la resistencia de los diversos elementos en el sistema hidráulico.

2.- ¿Para qué sirve la herramienta Excel TEXTO EN COLUMNA y qué utilidad tiene en la configuración de la hoja de cálculo para la solución de problemas sistemas de tuberías? La herramienta texto en columna permite separar en columnas un texto dentro de una celda, usando para ello un delimitador que debe ser especificado, ya sea una coma, un punto o los espacios entre palabras, de tal forma que se obtienen varias columnas dependiendo del texto y delimitador escogido.

3.- ¿Qué utilidad tiene la función BUSCARV en la configuración de la hoja de cálculo

para la solución de problemas de sistemas de tuberías? La función BUSCARV permite buscar un valor en la primera columna de la izquierda de una tabla y luego devuelve un valor en la misma fila desde una columna especificada. De forma  predeterminada la tabla se ordena de forma ascendente.

Esta herramienta es muy útil a la hora de escoger un valor valor dentro de una tabla que se encuentre en cierta hoja del documento excel, por ejemplo si queremos seleccionar las propiedades p ropiedades de una tubería en específico y tenemos la tabla necesaria en otra hoja del documento con esta función se puede optimizar y ser eficaz en la búsqueda de un valor específico al aplicar est estaa función.

 

4.- ¿Cuál es la diferencia entre Factor de fricción (f) y Factor de fricción en la zona de turbulencia turbulenc ia (f  ( f T) y qué carga de pérdida se obtiene con cada uno de ellos? La diferencia principal es en que el primero se utiliza para el flujo laminar, o mejor dicho para trayectorias más suaves, mientras que el suegundo se utiliza para flujos en distorciones altas,  por ejemplo en los accesorios como las válvulas codos etc.

5.- ¿Qué significa la Carga dinámica total (TDH) y cuál es su utilidad en el cálculo de la potencia de bombeo? Es la suma de la altura estática o geométrica a vencer y las pérdidas de carga de la instalación. En campo, el valor de TDH se obtiene a partir de las lecturas de manómetros conectados en las  bridas de aspiración e impulsión de la bomba.  bomba. 

11. BIBLIOGRAFÍA: