u.2.1 rev 1
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8/17/2019 U.2.1 rev 1
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Procesos de manufactura
IND2403
Fernando Chong Ip
Unidad 2:Máquinas
Clase 1 ver 1
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Transformación de energía
• Fuente de E /Pérdidas/ E útil / eficiencia
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Concepto de eficiencia
• Indicador de la utilización del recurso
• Existen pérdidas que evitan transferir 100% dela energía
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Flujos
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Bibliografía recomendada
• Mecánica de Fluidos: Aplicaciones, PrimeraEdición.Yunus A. Cengel.Mc Graw Hill, 2006.
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Densidad
• Densidad es la masa por unida de volumen
• m= masa [kg]
• V = volumen [m3]
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Flujo , Caudal
• Flujo
• V = volumen [m3]
• t= tiempo [s]
• v = velocidad del flujo [m/s]• A= área [m2]
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Flujo másico
• Flujo másico
• m = masa [kg]
• t= tiempo [s]
• v = velocidad del flujo [m/s]
• Ρ = densidad [kg/m3]
• A= área [m2]
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Presión
• 1 atm ≈ 1 [bar] = 10 5 [Pa] = 14,5 [psi]• 1 [psi] = 6894.757 [Pa]• 1 [psi ] = 1 [lbf / in 2]
• Los fluidos se mueven de zonas de mayorpresión a zonas de menor presión
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Presión
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Presión
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Conservación de masa y flujo
• Sin acumulación
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Bernoulli
• Energía del fluido
Energíacinética
Energíapotencial
Energíaflujo
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Bernoulli
• Se puede tomar comparar distintos puntos
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EJEMPLO•
Bernoulli + continuidad
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Máquinas para fluidos
• Bomba ( da Energía) / Turbina (extrae Energía)
• Cambios de presión
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Energía•
Bernoulli + pérdidas + trabajo externo
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Esquema de energía
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Líneas de Piping
• Línea de cañería de diámetro y material• Fittings = accesorios
Codos Tee Válvulas Instrumentos Filtros Juntas Desagues Flanges equipos
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Líneas de Piping
• No es raro que una línea se vea como la figura
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Potencia suministrada por la bomba
• P1 = P2 = P atm• V1 = V2 = 0 , lejos de la toma y descarga
• Wturbina = 0 , sin turbina
• z1 = 0 , origen de referencia
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Potencia de una bomba: Caso general
• THD = total dynamic head [m]
• v t = velocidad de descarga• H = carga de presión y altura
• hp = pérdidas en la línea
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Potencia de una bomba: Caso general
• Potencia
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Eficiencia de una bomba
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EJEMPLO
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Bomba hidráulica
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Bombas
• Arreglos en serie de bombas
– Mismo flujo con aumento de H
• Arreglos en paralelo de bombas
– Mismo H con aumento de flujo
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Desplazamiento positivo
• Funcionamiento en ciclo cerrado
– Reciben flujo a baja presión
– Elevan la presión en un volumen cerrado
– Descargan flujo a alta presión
• Útil para fluidos viscosos
• Dosificación precisa
• Alta presión de descarga
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Bombas centrifugas
• Turbo máquina hidráulica• Entrada del flujo es axial por el centro• Acción centrifuga para impulsar el fluido•
Rotor entrega energía cinética al líquido• Fluido gana velocidad radial y tangencial por los
alabes. Salida radial• Voluta (difusor) transforma la energía cinética en
presión al desacelerar el flujo
• Distintos efectos según tipos de rotor
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Bomba centrifuga
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Bomba centrifuga
Rotores succión
descarga
eje
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Principio de funcionamiento
• Fuerza giro del rotor entrega energía al fluido
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Acople con motor eléctrico
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Válvula lado
descarga
Cambio dediámetro
Junta flexible
Válvula ladosucción
Motoreléctrico
Acople
bomba
Succión
Descarga
Flange
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Arreglo típico
Manómetro
Manómetro
válvula
Diagrama de bomba
con accesorios
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Selección de bombas centrifugas
• Para especificar una bomba:
– Flujo
– Potencia en el eje
– Eficiencia
– H o TDH
– Diámetro de rotor
– NPSH disponible
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Selección de bombas
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Curva de rendimiento / característicade la bomba
Para un rpm
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Curva de rendimiento de la bomba
• Dado un flujo H
Potencia al eje
Eficiencia
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Curva de rendimiento de la bomba•
PME = punto de mejor eficiencia• Carga al cierre (H max, F=0)
• Descarga libre (H=0, F max)
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Curva de rendimiento• Curva característica de una familia de bombas ( varios
rotores)
• D = diámetro de rotor
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Curva de punto de operación• Compara la capacidad de la bomba con el
requerimiento del sistema de cañerías
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Cavitación en bombas•
P succión – P estanque = ( ΔP) < 0 en la succión• En caso de que : P succión < P vapor• Se generan burbujas de vapor
•
En el rotor ( ΔP) > 0• P rotor > P vapor• Se colapsan las burbujas de vapor
• Daño en el material
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NPSH (Net Positive Suction Head)
• Altura de aspiración para evitar cavitación
• Si no se conoce v en la succión
•
se debe comparar: NPSH diponible > NPSH requerido
• (NPSH requerido) es dado por el fabricante
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Máquinas impulsoras de gases
• Ventilador = alto flujo a baja presión
• Compresor = alta presión a “menor” flujo
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ventilador
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Ventilador
• Mover grandes flujos de gas
• Tipos
– Centrífugos
– Axiales
– Desplazamiento positivo
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Ventilador
•
Principio de funcionamiento - centrifugo• Similar a una bomba centrifuga
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Compresor
•
Principio de funcionamiento - centrifugo• Similar a una bomba centrifuga
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Procesos de manufactura
IND2403
Fernando Chong Ip
Unidad 2:Máquinas
Clase 1 ver 1
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• EXTRA : Pérdidas en cañerías
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Pérdidas en cañerías
• L = largo de línea
• V = velocidad de flujo
• D = diámetro
• ρ= densidad
• g=gravedad
• f = factor de fricción
de Darcy
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Factor de fricción de Darcy ( f )
• f se obtiene por tabla y depende de larugosidad e, el diámetro D y el número deReynolds Re.
• v= velocidad [m/s]
• D = diámetro [m]
• ν = viscosidad ( stokes )[St] [m2 /s]
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Rugosidad e
• Gráfico para f
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p
• Datos de entrada: Re , e/D
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EJEMPLO• e/D =0,000042
• Re = 126400
• f= 0,0174
/D 0 005
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EJEMPLO • e/D =0,005• Re = 3,538 x 105
• f= 0,0306
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Perdidas menores por accesorios
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Perdidas menores por accesorios
• Método 1 : valores K ( coeficiente de pérdida)
• Donde K es un valor dado característico delaccesorio
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Perdidas menores por accesorios•
Método 1 : valores K
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Perdidas menores por accesorios
• Método 2 : largo equivalente
• Donde K es un valor dado característico delaccesorio
Pérdidas de fricción
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Pérdidas de fricción(línea + accesorios)
• Pérdida total
• OJO con :• Cambios de material
• Cambios de diámetros
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