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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

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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