Gasto másico y potencia de una bomba
1. Escriba la ecuación de la Primera Ley de la Termodinámica para sistemas abiertos y explique cada uno de sus términos. Un sistema abierto es aquel que tiene entrada y/o salida de masa, así como interacciones de trabajo y calor con sus alrededore a lrededores, s, también ta mbién puede realizar trabajo de frontera. La ecuación general para un sistema abierto en un intervalo de tiempo es:
O igualmente; Q+W+ m in
inin
í
m out
outout
= Usistema,
donde; in representa todas las entradas de masa al sistema. out representa todas las salidas de masa desde el sistema. es la energía por unidad de masa del flujo y comprende la entalpía, entalpía, energía potencial y energía cinética: 2. Escriba la ecuación de continuidad y diga sus unidades en el SI. Ecuación de la continuidad
Consideremos una porción de fluido en color amarillo en la figura, el instante inicial t y en el instante t+Dt. En un intervalo de tiempo Dt la sección S1 que limita a la porción de fluido en la tubería inferior se mueve hacia la derecha Dx1=v1Dt. La masa de fluido desplazada hacia la derecha es Dm1=r·S1Dx1=rS1v1Dt. D m1=r·S1Dx1=rS1v1Dt. Análogamente, la sección S2 que limita a la porción de fluido considerada en la tubería superior se mueve hacia la derecha Dx2=v2Dt. en el intervalo de tiempo Dt. La masa de fluido desplazada es Dm2=r S2v2 Dt. Debido a que el flujo es estacionario
la masa que atraviesa la sección S1 en el tiempo Dt, tiene que ser igual a la masa que atraviesa la sección S2 en el mismo intervalo de tiempo. Luego v1S1=v2S2 Esta relación se denomina ecuación de continuidad. En la figura, el radio del primer tramo de la tubería es el doble que la del segundo tramo, luego la velocidad del fluido en el segundo tramo es cuatro veces mayor que en el primero. La ecuación de continuidad se escribe v1S1=v2S2 Que nos dice que la velocidad del fluido en el tramo de la tubería que tiene menor sección es mayor que la velocidad del fluido en el tramo que tiene mayor sección. Si S1>S2, se concluye que v1
3. Haga una clasificación de bombas, diga cuáles son sus características y explique cuál es BOMBAS CENTRIFUGAS. Son aquellas en que el fluido ingresa a ésta por el eje y sale siguiendo una trayectoria periférica por la tangente.
BOMBAS PERIFÉRICAS. Son también conocidas como bombas tipo turbina, de vértice y regenerativas, en este tipo se producen remolinos en el líquido por medio de los álabes a velocidades muy altas, dentro del canal anular donde gira el impulsor. El líquido va recibiendo impulsos de energía No se debe confundir a las bombas tipo difusor de pozo profundo, llamadas frecuentemente bombas turbinas aunque no se asemeja en nada a la bomba periférica. La verdadera bomba turbina es la usada en centrales hidroeléctricas tipo embalse llamadas también de Acumulación y Bombeo, donde la bomba consume potencia; en determinado momento, puede actuar también como turbina para entregar potencia. · BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO. Estas bombas guían al fluido que se desplaza a lo largo de toda su trayectoria, el cual siempre está contenido entre el elemento impulsor, que puede ser un embolo, un diente de engranaje, un aspa, un tornillo, etc., y la carcasa o el cilindro. ³El movimiento del desplazamiento positivo´ consiste en el movimiento de un fluido causado por la disminución del volumen de una cámara. Por consiguiente, en una máquina de desplazamiento positivo, el elemento que origina el intercambio de energía no tiene necesariamente movimiento alternativo (émbolo), sino que puede tener movimiento rotatorio (rotor). Sin embargo, en las máquinas de desplazamiento positivo, tanto reciprocantes como rotatorias, siempre hay una cámara que aumenta de volumen (succión) y disminuye volumen (impulsión), por esto a éstas máquinas también se les denomina Volumétricas.
o BOMBAS RECIPROCANTES.- Llamadas también alternativas, en estas máquinas, el elemento que proporciona la energía al fluido lo hace en forma lineal y alternativa. La característica de funcionamiento es sencilla. o BOMBA ROTATORIA.- Llamadas también rotoestáticas, debido a que son máquinas de desplazamiento positivo, provistas de movimiento rotatorio, y son diferentes a las rotodinámicas. Estas bombas tienen muchas aplicaciones según el elemento impulsor. El fluido sale de la bomba en forma constante, puede manejar líquidos que contengan aire o vapor. Su principal aplicación es la de manejar líquidos altamente viscosos, lo que ninguna otra bomba puede realizar y hasta puede carecer de válvula de admisión de carga. 4. ¿Qué diferencias hay entre la ecuación de Bernoulli y la Primera Ley de la Termodinámica aplicada a un sistema abierto?
5. Para un sistema abierto, ¿qué es el régimen permanente, el estado estacionario, el estado estable y el flujo unidimensional? Flujo uniforme: Este tipo de flujos son poco comunes y ocurren cuando el vector velocidad en todos los puntos del escurrimiento es idéntico tanto en magnitud como en dirección para un instante dado o expresado matemáticamente:
Donde el tiempo se mantiene constante y s es un desplazamiento en cualquier dirección.
Régimen estacionario cuando las características del mismo no varían con el tiempo. Flujo unidimensional: Es un flujo en el que el vector de velocidad sólo depende de una variable espacial, es decir que se desprecian los cambios de velocidad transversales a la dirección principal del escurrimiento. Dichos flujos se dan en tuberías largas y rectas o entre placas paralelas. 6. ¿Qué es el trabajo de eje o trabajo de flecha? escriba la ecuación para cuantificarlo y explique cada uno de sus términos?. El Trabajo se entiende como una expansión o compresión del sistema mediante la fórmula de trabajo mecánico:
7.
¿Qué es la potencia de una bomba, cómo se obtiene y qué unidades se usan para
expresarla? Para una bomba hidráulica la potencia P será: P = QHn/ (mkg/s) En que: es el rendimiento de la bomba es el peso específico del agua = 1000 kg/m 3 Q
es el caudal en m 3 /s
Hn
es la altura neta de elevación en m
8. ¿Qué es una ³pichancha´ y cómo funciona? Las válvulas de pie son las encargadas de impedir que se produzca el vaciado de la tubería de succión, fenómeno muy importante en los sistemas moto-bomba que no pueden funcionar si tienen dichas tuberías vacías. Cuando se para la bomba y las gavetas de la válvula se cierran si estas asientan perfectamente, el agua no puede drenarse regresando al poso de succión. En conclusión esta clase de bombas tiene como finalidad permitir el cebado de la bomba manteniendo llena esta y la tubería después de parado el bombeo. 9. ¿Qué es ³purgar´ y ³cebar´ una bomba? Toda bomba tiene un tapón generalmente de bronce arriba del cuerpo de la bomba, ( no del motor,), sacas ese tapón y le echas agua hasta que rebalce y le das marcha. El cebado de la bomba consiste en llenar de líquido la tubería de aspiración succión y la carcasa de la bomba, para facilitar la succión de líquido, evitando que queden bolsas de aire en el interior. Al ser necesaria esta operación en las bombas rotodinámicas, se dice que no tienen capacidad autocebante. Sin embargo,las bombas de desplazamiento positivo son autocebantes, es decir, aunque estén llenas de aire son capaces de llenar de fluido el circuito de aspiración. 10. ¿Cómo es la presión de entrada con respecto a la de salida de una bomba?, ¿por qué? La presión es mayor debido a que el trabajo que se raeliza dentro hace que el fluido se comprima. 11. ¿Qué es la eficiencia de una bomba y cómo se calcula? Eficiencia hidráulica Esta tiene en cuenta las perdidas de altura total, Hint y Hu, donde Hint son las perdidas de altura total hidráulicas y Hu = Htotal ± Hint, luego la eficiencia hidráulica esta dada por la siguiente ecuación: hh = Hu/Htotal
Eficiencia volumétrica Esta tiene en cuenta las perdidas volumétricas y se expresa como: hv = Q/(Q+qe+qi) donde Q es el caudal útil impulsado por la bomba y (Q+qe+qi) es el caudal teórico o caudal bombeado por el rodete 12. Escriba al menos diez elementos que se utilizan como uniones y acoplamientos en la instalación de una bomba para desplazar agua. Abrazadera, codo,cople, unión metalica, tuercas,teflón,etc« 13. ¿Qué es y cómo funciona un venturi? El efecto Venturi (también conocido tubo de Venturi) consiste en que un fluido en movimiento dentro de un conducto cerrado disminuye su presión al aumentar la velocidad después de pasar por una zona de sección menor. Si en este punto del conducto se introduce el extremo de otro conducto, se produce una aspiración del fluido contenido en este segundo conducto. Este efecto, demostrado en 1797, recibe su nombre del físico italiano Giovanni Battista Venturi (1 746-1822). El efecto Venturi se explica por el Principio de Bernoulli y el principio de continuidad de masa. Si el caudal de un fluido es constante pero la sección disminuye, necesariamente la velocidad aumenta tras atravesar esta sección. Por el teorema de la energía si la energía cinética aumenta, la energía determinada por el valor de la presión disminuye forzosamente.
14. ¿A qué se le llama ³efecto Bernoulli? El principio de Bernoulli, también denominado ecuación de Bernoulli o Trinomio de Bernoulli, describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una línea de corriente. Fue expuesto por Daniel Bernoulli en su obra Hidrodinámica (1 738) y expresa que en un fluido ideal
(sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido. La energía de un fluido en cualquier momento consta de tres componentes: 1. Cinética: es la energía debida a la velocidad que posea el fluido. 2. Potencial gravitacional: es la energía debido a la altitud que un fluido posea. 3. Energía de flujo: es la energía que un fluido contiene debido a la presión que posee. La siguiente ecuación conocida como "Ecuación de Bernoulli" (Trinomio de Bernoulli) consta de estos mismos términos.
donde:
V = velocidad del fluido en la sección considerada.
g = aceleración gravitatoria
z = altura en la dirección de la gravedad desde una cota de referencia.
P = presión a lo largo de la línea de corriente.
=
densidad del fluido.
Para aplicar la ecuación se deben realizar los siguientes supuestos:
Viscosidad (fricción interna) = 0 Es decir, se considera que la línea de corriente sobre la cual se aplica se encuentra en una zona 'no viscosa' del fluido.
Caudal constante
Flujo incompresible, donde es constante.
La ecuación se aplica a lo largo de una línea de corriente o en un flujo irrotacional
Aunque el nombre de la ecuación se debe a Bernoulli, la forma arriba expuesta fue presentada en primer lugar por Leonhard Euler. Un ejemplo de aplicación del principio lo encontramos en el flujo de agua en tubería.
