“Año de la Integración Nacional y el Reconocimiento de Nuestra Diversidad”
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
BOMBA DE ARIETE
CÁTEDRA
: FLUJO DE FLUIDOS.
CATEDRÁTICO
:
INTEGRANTE
:
Pascual Víctor Guevara Yanqui
ROMANÍ MONTES, Miguel. POMA LLANA ROSMERY, Angela. SEMESTRE
: VI-A
Huancayo – Perú 2012
OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL: •
Evaluar el funcionamiento de la bomba de ariete hidraúlico.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS: •
Determinar el rendimiento de la bomba de ariete.
•
Determinar el caudal elevado de la bomba de ariete.
•
Determinar la potencia real de la bomba de ariete.
MARCO TEÓRICO BOMBA DE ARIETE HIDRÁULICO Los arietes hidráulicos, son uno de los tipos de bomba de agua que funcionan aprovechando la energía hidráulica, sin requerir otra energía externa como la bencina, gas, petróleo electricidad, etc. Esto hace que la construcción y funcionamiento sea sencillo y de bajo costo siendo su rendimiento energético cerca de 70%.. Mediante un ariete hidráulico, se puede conseguir elevar parte del agua de un arroyo o acequia a una altura superior de su altura inicial, aprovechando la elevada presión generada por el fenómeno conocido como “golpe de ariete hidráulico”. También se puede emplear para riego por aspersión.
1. GOLPE DE ARIETE El golpe de ariete o pulso de Joukowski, se origina debido a que el fluido es ligeramente elástico . En consecuencia, cuando se cierra bruscamente una válvula o un grifo instalado en el extremo de una tubería de cierta longitud, las partículas de fluido que se han detenido son empujadas por las que vienen inmediatamente detrás y que siguen aún en movimiento. Esto origina una sobrepresión que se desplaza por la tubería a una velocidad que puede superar la velocidad del sonido en el fluido. Esta sobrepresión tiene dos efectos: comprime ligeramente el fluido, reduciendo su volumen, y
dilata ligeramente la tubería. Cuando todo el fluido que circulaba en la tubería se ha detenido, cesa el impulso que la comprimía y, por tanto, ésta tiende a expandirse. 2. FUNCIONAMIENTO
El concepto del funcionamiento de esta bomba es el "golpe de ariete" onda de choque. El agua tiene un peso, por lo que un volumen de agua que se mueve a cierta velocidad tiene un momento que no quiere que se detenga inmediatamente.
Si un flujo de agua que se mueve en una tubería se
encuentra con una válvula de cierre de repente, la presión se incrementa de repente debido a que toda el agua se detuvo de golpe (eso es lo que el golpe de ariete es - la punta de presión.
(1) Agua (flechas azules) comienza a fluir a través del tren de tubos y
la válvula (# 4 en el diagrama), que está abierto al principio. El agua acelera a lo largo de la tubería hasta alcanzar una velocidad que hace que se cierre la válvula #4.
(2) Hay
un momento en que el agua se está moviendo tan rápidamente a través de la válvula (# 4) que se agarra a la aleta de retención oscilante, tirando hacia arriba y es detenida por un golpe. El cierre de la válvula hace que haya una alta presión (flechas rojas) en la válvula cerrada. La alta presión que es producida por el golpe hace que el agua (flechas azules) permita la apertura de la válvula de retención #5 y también el pase del agua a la cámara de presión hasta equilibrar las fuerzas. También una parte del agua comienza a moverse (flechas rojas) hacia atrás en la tubería que genera una velocidad pequeña.
(3) A medida que la onda de presión o un punto (flechas rojas) se
mueve hacia atrás por la tubería, se crea una situación de menor presión (flechas verdes) en la válvula de residuos. El resorte válvula de retención (# 5) se cierra cuando la presión disminuye, mantener la presión en la cámara de presión. (4)
(5) En algún momento esta presión (flechas verdes) se vuelve muy
bajo que la aleta de la válvula de residuos (# 4) vuelve a caer, la apertura de la válvula de desagüe de nuevo.
(6) La mayoría de los golpes de ariete de alta presión de onda de choque (flechas rojas) dará a conocer en la entrada del tren de tubos, que está abierto a la masa de agua de origen. Una pequeña porción puede viajar por el tren de tubos, pero en cualquier caso después de la onda de choque se ha puesto en libertad, la presión comienza a aumentar de nuevo en la válvula de residuos (# 4), simplemente debido a la elevación de la fuente de agua, y el agua comienza a fluir hacia el cilindro hidráulico de nuevo. (7) El agua empieza a salir de la válvula de residuos (# 4), y el
proceso comienza de nuevo. Cada "pulso" o el ciclo de la presión empujan un poco más en la cámara de presión. Si la válvula de salida queda cerrada, el ariete se acumulará a una presión máxima (llamado cabeza de corte de las bombas) y dejar de trabajar. Por lo general, ocho galones de agua deben pasar a través de la válvula de residuos para cada 1 galón de agua bombeada.. Que es aceptable para una situación de arroyo o río, pero no puede ser una buena opción para un estanque que no tiene un flujo de buena primavera. 1. INCLUSOR DE AIRE El incluso de aire es un pequeño orificio de 1,5 a 2 mm de diámetro, con un alambre de cobre que pasa por él con cierta holgura, para permitirle a la cámara de aire tomar alguna burbuja en cada golpe de ariete y mantener la presión en la cámara de aire. Por supuesto, también saldrá una pequeña cantidad de agua en cada golpe de ariete. Pero si no hay cámara de aire que actúe como
amortiguadora del golpe de ariete, este mismo rompería el dispositivo y dejaría de funcionar. 2. RENDIMIENTO DE UNA BOMBA DE ARIETE.
(R) El rendimiento del ariete hidráulico varía en función de cociente H/h. Al aumentar el valor resultante, el rendimiento disminuye; en la tabla siguiente puede verse cómo varía el rendimiento energético.
Tabla 01 3. El caudal elevado (q):
Depende del rendimiento (R), el caudal de alimentación (Q), el desnivel de trabajo (h) y la altura de elevación (H). La ecuación por la que se relacionan es la siguiente: q=R×Q×hH ……….. …………………………..(1)
4. potencia teórica de una bomba
…………………………. (2) En donde: •
γ es el peso específico del fluido
•
Q es el caudal
•
hb es la ganancia de carga en la bomba
Esta expresión puede deducirse fácilmente de la expresión general de la potencia:
La potencia real de una bomba es:
…………………………………………….. (3)
En donde: •
η es el rendimiento de la bomba
•
Pb es la potencia teórica de la bomba
1. Ecuación de Bernoulli De la primera ley de la termodinámica se puede concluir una ecuación estéticamente parecida a la ecuación de Bernoulli anteriormente señalada, pero conceptualmente distinta. La diferencia fundamental yace en los límites de funcionamiento y en la formulación de cada fórmula. La ecuación de Bernoulli es un balance de fuerzas sobre una partícula de fluido que se mueve a través de una línea de corriente, mientras que la primera ley de la termodinámica consiste en un balance de energía entre los límites de un volumen de control dado, por lo cual es más general ya que permite expresar los intercambios energéticos a lo largo de una corriente de fluido, como lo son las pérdidas por fricción que restan energía, y las bombas o ventiladores que suman energía al fluido. La forma general de esta, llamémosla, "forma energética de la ecuación de Bernoulli" es:
……………………(4) Donde: •
γ es el peso específico (γ = ρg).
•
W es una medida de la energía que se le suministra al fluido.
•
hf es una medida de la energía empleada en vencer las fuerzas de fricción a través del recorrido del fluido.
•
Los subíndices 1 y 2 indican si los valores están dados para el comienzo o el final del volumen de control respectivamente.
•
g = 9,81 m/s2 y gc = 1 kg·m/(N·s2)
Suposiciones La ecuación arriba escrita es un derivado de la primera ley de la termodinámica para flujos de fluido con las siguientes características. •
El fluido de trabajo, es decir, aquél que fluye y que estamos considerando, tiene una densidad constante.
•
No existe cambio de energía interna.
PARTE EXPERIMENTAL EQUIPOS Y MATERIALES: ✔
Codo 1” PVC
✔
Cinta teflón
✔
Pegamento de PVC
✔
2 TEE PVC 1”
✔
3 NIPLE PVC
✔
Válvula de check de fondo
✔
Valvula check de paso
✔
Válvulas de paso
✔
Abrazaderas
PROCEDIMIENTO: ➢ Se procede al armado de la bomba de ariete.
➢ Se llane el tanque de agua una altura de terminada.
previamente ubicada a
➢ Abrimos la llave de salida del tanque para poder calibrar la bomba. ➢ Ubicamos la manguera a cierta altura para poder
calcular dicho caudal y la presion en el manometro.
CÁLCULOS Y RESULTADOS Datos experimentales
1 2
H(m) 3,1 2,7
P(Psi) 6 5
P(Bar) 0,414 0,345
caudal elevado Q(ml/s) 36,48 47,22
caudal de alimentación Q(ml/s) 125 125
Calculos realizados Hallando el rendimiento de la bomba de ariete. De la tabla “01” Interpolamos el rendimiento para nuestras alturas repectivas.
H(m)
h(m)
H/h
3,1 2,7
1,35 1,35
2,30 2,00
1 2
Rendimien to(R) 0,838 0,85
Hallando el caudal elevado teórico de la bomba de ariete. De la ecuación “01” : q=R×Q×hH q1=0.838×120×1.353.1 q1=45.62 ml q2=0.85×120×1.352.7 q1=53.13 ml Hallando el margen de error del caudal elevado.
caudal experimental Q(ml/s) 36,48 47,22
caudal teórico Q(ml/s) 45,62 53,13
porcentaje de error %error 20,03 11,11
Hallando la potencia de la bomba de ariete
Hallando la velocidad elevada: El diametro de la maguera es de 1.8 cm
1 2
caudal elevado Q(ml/s) 36,48 47,22
velocidad elevada V(m/s) 0,143 0,186
Hallando la velocidad de alimentación: El diametro de la maguera es de 5 cm
1
caudal de alimentación Q(ml/s) 125
velocidad de alimentación V(m/s) 0,064
Hallando la ganancia de carga: De la ecuacion “04”:
Wp = ∆H +
v22 −v12 +h f 2g
Wp =3.1 −1.35 +
0.143 2 −0.064 2 ×9.81
2
1.751 m
Wp =
Ganancia de carga(m) 1,751 1,752
1 2
Hallando la potencia de la bomba: La ganancia de carga para ambos casos es semejante(Se considerara un promedio): Wp=1.7515 De la ecuación “02”:
Pb=1000×9.81×36.48×10-6×1.7515 Pb=0.627 wats 1 2 La potencia real será:
Potencia(W) 0,627 0,811
Preal=0.627/0.838 Preal=0.748 wats
1 2
Potencia real(watts) 0,748 0,955
DISCUSIÓN DE RESULTADOS El caudal se va influenciado considerablemente según la altura elevación.
de
Nuestro rendimiento es muy alto debido a que nuestra altura altura de elevación es pequeña ya que nuestra altura de elvación es cercana a nuestra altura de alimentación, solo se hizo un ejemplo practico para demostrar el funcionamiento de la bomba de ariete. El caudal elevado tiene un considerable porcentaje de error respecto al teorico, esto puede deberse a que el rendimiento obtiene en la bibliografía fue hecha en base a alturas grandes.
CONCLUSIONES
•
Se determinó el rendimiento de la bomba de ariete: R 0,838 0,85
1 2 •
Se determinó el caudal de elevación y su respectivo porcentaje de error: caudal experimental Q(ml/s) 36,48 47,22
•
caudal teórico Q(ml/s) 45,62 53,13
porcentaje de error %error 20,03 11,11
Se determino la potencia real de la bomba de ariete.
1 2
Potencia real(watts) 0,748 0,955
BIBLIOGRAFÍA •
Pump Application Engineering Hicks and Edwards.
•
Mecánica de los fluidos y maquinas hidráulicas. Claudio Mataix. Biblioteca de
la U.S.B. •
Bombas y Maquinas Soplantes Centrifugas. A.H. Church.
•
http://cosmosproyectual.zoomblog.com/archivo/2007/06/30/como-construirun-ariete-hidrulico-sen.html...(1) • http://es.wikipedia.org/wiki/Potencia_de_una_bomba_hidr%C3%A1ulica ………………………(2 y 3).
•
http://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Bernoulli .............(4)
