UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR

UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR

FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA

MACANICA DE FLUIDOS

CICLO I - 2009

LABORATORIO 3 y 4

CATEDRATICO:Ing. Tomas

GRUPO DE LABORATORIO: 01

ALUMNOS:

CIUDAD UNIVERSITARIA, 06 DE MAYO DE DOS MIL NUEVEINTRODUCCINEn el presente reporte se muestra los resultados del experimento que se realizo en el laboratorio, dicho experimento consisti en medir la fuerza generada por un chorro de agua que choca con un plano y una copa hemisfrica. En el cual se aplico el teorema del impulso y cantidad de movimiento. El impulso es el producto entre una fuerza y el tiempo durante el cual est aplicada. Es una magnitud vectorial. El mdulo del impulso se representa como el rea bajo la curva de la fuerza en el tiempo, por lo tanto si la fuerza es constante el impulso se calcula multiplicando la F por t, mientras que si no lo es se calcula integrando la fuerza entre los instantes de tiempo entre los que se quiera conocer el impulso. La cantidad de movimiento es el producto de la velocidad por la masa. La velocidad es un vector mientras que la masa es un escalar. Como resultado obtenemos un vector con la misma direccin y sentido que la velocidad. Una bomba es una turbo mquina generadora para lquidos. La bomba se usa para transformar la energa mecnica en energa hidrulica.Las bombas se emplean para bombear toda clase de lquidos, (agua, aceites de lubricacin, combustibles cidos, lquidos alimenticios, cerveza, leche, etc.). Un sistema de bombeo puede definirse como la adicin de energa a un fluido para moverse o trasladarse de un punto a otro.Una bomba centrfuga es una mquina que consiste en un conjunto de paletas rotatorias encerradas dentro de una caja o crter; o una cubierta o carcasa. Las paletas imparten energa al fluido por la fuerza centrfuga.Uno de los factores ms importantes que contribuyen al creciente uso de bombas centrfugas ha sido el desarrollo universal de la fuerza elctrica.En el presente reporte se muestra la manera de aplicar la ecuacin de bernoulli cuando se utiliza una bomba para determinar la energa que esta proporciona al fluido para diferentes condiciones de caudal.Adems se aplica la ecuacin de bernoulli generalizada con el fin de determinar las prdidas de energa que se presentan en el sistema y tambin se encuentra el punto de operacin de la bomba centrifuga.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

Determinar el punto de operacin de una bomba centrifuga.

Estudiar las propiedades de los fluidos El Teorema del impulso y la Cantidad de Movimiento.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Determinar la aplicacin de la ecuacin de movimiento

Comprender el concepto de la punto de operacin de una bomba centrifuga

Conocer las graficas que relacionan la potencia y el caudal

Saber el como determinar la condicin de operacin recomendada

DESARROLLO DE LAB 3.

ENSAYO SIMPLE Y PUNTO DE OPERACIN DE UNA BOMBA CENTRIFUGALas bombas como todo dispositivo intercambiador de energa debe contar con las graficas que describan su funcionamiento para las diferentes condiciones de operacin posibles, de manera que su seleccin sea la mas adecuada criterios como: eficiencia, funcionalidad, entre otros.

En este laboratorio ocupamos lo que es una bomba centrifuga lo cual se muestra en la figura.

Fig. 1: Bomba centrifuga

El experimento consta de identificar el punto de diseo de la bomba.

PROCEDIMIENTO:

En este laboratorio nuestro objetivo es estudiar el funcionamiento de la bomba y para esto realizamos dos experimentos:

1. Ensayo simple de la bomba centrifuga

En este experimento mantuvimos la velocidad constante (rpm)

Luego pues necesitbamos que el caudal fuera mximo, por lo tanto la vlvula se abri completamente.

Teniendo la vlvula abierta completamente tomamos mediciones de: caudal, presin de entrada, presin de salida, y la lectura del dinammetro.

Para poder saber el funcionamiento de la bomba, es necesario de realizar el estudio de con diferentes mediciones de caudal, por lo tanto tomamos 10 mediciones con diferentes caudales, teniendo a cuenta que a cada uno de ellos tomar las lecturas de presiones y medidas mencionadas posteriormente.

2. Ensayo completo: punto de Operacin

Para este mtodo realizamos igual que el mtodo anterior (10 mediciones) pero para este caso variamos la velocidad para obtener diferentes caudales.

Situamos la vlvula a un 50% de abertura.

Luego variamos el caudal y por ende la velocidad, realizamos 10 de estas variaciones.

A cada una de las variaciones tomamos las siguientes mediciones: presin de entrada, presin de salida.

Otro dato muy importante que realizamos es la medicin con una cinta mtrica de la variacin de altura en la que se encontraban las tuberas.

Posteriormente con estos datos realzar la respectiva asignacin.

n=1700 [rpm]

NQ [m3/h]Pc [plgHg]Px [psi]F [Kgf]

111.0-10.53.01.26

210.0-9.04.21.25

39.0-7.56.01.20

48.0-6.09.01.18

57.0-4.510.01.12

66.0-3.511.01.04

75.0-2.512.01.00

84.0-2.013.00.92

93.0-1.513.00.84

100.0-1.012.50.70

Tabla N1 Datos Tomados en un ensayo simple de la bomba centrifuga

Abertura de la vlvula: 50 %

NQ [m3/h]Pc [plgHg]Ps [psi]rpm

111.0-11.05.01851

210.0-9.54.01695

39.0-8.03.51527

48.0-6.53.51350

57.0-5.02.01188

66.0-4.01.71033

75.0-3.01.5876

84.0-2.01.2674

93.0-1.01.5517

100.0-0.01.0412

Tabla N2 Datos Tomados para la curva caracterstica de la red

n= 1700[rpm]

NQ[m3/s]Pe[KPa]Ps[KPa]HB[m]

111.0-35.5320.946.14

210.0-30.4528.966.45

39.0-25.3841.347.19

48.0-20.3062.068.79

57.0-15.2368.958.97

66.0-11.8475.859.32

75.0-8.4682.749.87

84.0-6.7789.6410.22

93.0-5.0889.6410.44

100.0-3.3886.199.52

Potencia en el Eje (Neje)

n= 1700 [rpm] b= 0.267 [m]

NQ[m3/s]F[Kgf]Neje[W]

111.01.26587.53

210.01.25582.86

39.01.2559.55

48.01.18550.22

57.01.12522.25

66.01.04484.94

75.01.00466.29

84.00.93433.65

93.00.84391.68

100.00.70326.40

Potencia til (Nu)

n= 1700[rpm]

NQ[m3/s]HB[m]Nu[KW]

111.06.14663.65

210.06.45632.75

39.07.19634.81

48.08.79689.84

57.08.97615.97

66.09.32543.16

75.09.69475.29

84.010.22401.03

93.010.44307.25

100.09.520

Eficiencia ()

:eficiencia

NQ[m3/s]Neje[KW]Nu[KW]

111.0587.53663.651.12

210.0582.86632.751.08

39.0559.55634.811.13

48.0550.22689.841.25

57.0522.25615.971.18

66.0484.94543.161.12

75.0466.29475.291.10

84.0433.65401.030.927

93.0391.68307.250.784

100.0326.4000

B. Punto de Operacin

n= 1700[rpm]

NQ[m3/s]Pe[KPa]Ps[ KPa]HB[m]

111.037.2234.487.7

210.032.1527.586.48

39.027.0724.135.61

48.021.9924.135.09

57.016.9213.793.52

66.013.5411.722.96

75.010.1510.342.48

84.06.778.271.92

93.03.3810.341.79

100.006.901.09

ECUACIONES UTILIZADAS:

Altura de la bomba (HB)

Donde:

HB: altura de la bomba (m)PS: Presin de Salida (KPa)

Pe: Presin de Entrada (KPa)

: Peso especifico (9.81KN/m3)

z: Carga Geodsica (0.31m)

Potencia en el Eje (Neje)

Donde:

F: Lectura del dinammetro (Kgf)

b: Brazo de la palanca(m)

n: Velocidad de operacin(rpm)

Potencia til (Nu)

Donde:

Nu: Potencia til (KW)

: Peso especifico (9.81KN/m3)

Q: Caudal (m3/s)Eficiencia ()

Punto de OperacinHf1-2

Donde:

HB: altura de la bomba (m)PS: Presin de Salida (KPa)

Pe: Presin de Entrada (KPa)

: Peso especifico (9.81KN/m3)

z: Carga Geodsica (0.31m)

ASIGNACIONES:Grafica Q vrs Hb

Curva caracteristica de la bomba

Grafica Q vrs Neje

Grafica Q vrs Neje

Grafica Q vrs Nu

b) punto de operacinGrafica Q vrs Hb

DESARROLLO DE LAB 4.

TEOREMA DEL IMPULSO Y CANTIDAD DE MOVIMIENTOUna forma de convertir la energa cintica contenida en una corriente de fluido, es hacer incidir dicha corriente sobre los alabes de una turbina, la cual es puesta a rotar dada la fuerza generada, debida al cambio de cantidad de movimiento que tiene lugar cuando el corro golpea el alabe, producindose as trabajo mecnico.

Fig. 2: Plato plano y copa hemisferica

PROCEDIMIENTO:PLATO PLANO:

El objetivo principal de este experimento es tomar la medicin de la fuera generada de un chorro de agua que choca contra un plato plano y una copa esfrica.

Se coloca la manguera en la parte inferior del aparato utilizado

Posteriormente se coloca una masa desplazable, sobre una superficie sujetada a un resorte, que este en equilibrio.

Conectamos el flujo de agua, golpeando esta sobre una superficie plana, mientras tanto hay una acumulacin de agua sobre el banco de pruebas.

Cuando la palanca que se encuentra en el banco de pruebas sea levantado por la acumulacin de agua, colocamos una nueva masa en Kg.

De la misma forma tomamos las posteriores mediciones de tiempo de acumulacin de la masa de agua, la distancia de la masa desplazable de su punto de referencia(figura 2), la diferentes masas, las velocidades requeridas

Plato Plano

Masa de agua = [Kg]

Tiempo

[s]Distancia x [m]m

[kg/s]Vt[m/s]Vo[m/s]mVo

[N]F

[N]

26.4200.475.985.922.780.797

17.3400.435.475.402.321.59

16.7600.445.735.672.552.39

13.0800.587.387.334.253.19

11.0900.688.668.625.863.59

10.81000.698.798.756.043.99

Tabla N3 Se anotan las lecturas y clculos utilizando en el plato plano

Copa hemisferica

Masa de agua = [Kg]

Tiempo

[s]Distancia x [m]m

[kg/s]Vt[m/s]Vo[m/s]mVo

[N]F

[N]

41.6200.182.292.130.770.79

27.9400.273.433.341.801.60

22.2600.344.334.252.892.39

18.2800.415.225.154.233.19

16.6900.455.735.675.153.59

16.41000.465.865.805.343.99

Tabla N4 Se anotan las lecturas y clculos utilizando la copa hemisfricaECUACIONES UTILIZADAS:

Fuerza sobre el alabe:

Donde:

F: fuerza sobre el alabe

A: Distancia del centro del pivote al centro del alabe

m: Masa del peso mvil

g: gravedad de la tierra

x: Distancia recorrida por el peso mvil desde la posicin cero.

Velocidad en la tobera:

Donde:

m: flujo masico

AT: area de la tobera

: densidad del fluido

Velocidad V0:

CONCLUSIONESComo se demostr anteriormente, es posible convertir la energa cintica contenida en una corriente de un fluido a energa mecnica haciendo incidir dicha corriente atravs de las alabes de una turbina la cual es puesta a rotar dada la fuerza generada debido al cambio de cantidad de movimiento que tiene lugar cuando el chorro golpea el alabe. Como se observo en la practica la fuerza generada por el fluido al chocar contra el alabe plana es menor que cuando choca con el alabe en forma de copa hemisfrica, y esto se debe a la forma de su figura geomtrica ya que en la copa hemisfrica se mantiene por mas tiempo el fluido al incidir con esta.

Las turbinas extraen energa de un flujo mientras que las bombas hidrulicas adicionan energa (carga total) al flujo que la circula.

Al seleccionar bombas para una aplicacin dada, tenemos varias bombas entre las que elegir. Se debe de hacer lo posible para seleccionar una bomba que opere con un rendimiento relativamente alto para las condiciones de funcionamiento dadas.

Los parmetros que se deben investigar incluyen la velocidad especfica Ns, el tamao D del impulsor y la velocidad de operacin n. Otras posibilidades son el uso de bombas multietapa, bombas en serie, bombas en paralelo, etc. Incluso, bajo ciertas condiciones, limitar el flujo en el sistema puede producir ahorros de energa.

El objetivo es seleccionar una bomba y su velocidad de modo que las caractersticas de funcionamiento de la bomba en relacin al sistema en el cual opera sean tales que el punto de funcionamiento est cerca del PMR (punto de mximo de rendimiento). Esto tiende a optimizar el rendimiento de la bomba, minimizando el consumo de energa.

BIBLIOGRAFIA Titulo: Mecnica de Fluidos

Autor: Alexander J. Smits.

Editorial Alfaomega.

http://es.wikipedia.org/wiki/Cantidad_de_movimiento

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