Hidraulica

UNIVERSIDAD RURAL DE GUATEMALA SEDE 103 PATULUL, SUCHITEPEQUEZ

HIDRAULICA SEPTIMO SEMESTRE

TEXTO PARALELO

ING. INDUSTRIAL

No. CARNET

CRISTIAN OBED MIRANDA CAMEY JULIO RIZ BAJAN AUNER HERNANDEZ PEREZ GLADIS PATRICIA HERNANDERZ CARDONA PABLO ALFONSO GODINES DANY OMAR SOTO MENDIZABAL

12-103-0018 12-103-0036 12-103-0041 12-103-0021 12-103-0043 12-103-0016

PATULUL, 06 DE JUNIO DE 2015

INDICE

Contenido RESUMEN .......................................................................................................................................4 OBJETIVOS .....................................................................................................................................5 INTRODUCCION.............................................................................................................................6 HIDRAULICA ...................................................................................................................................7 ESTATICA DE FLUIDOS ...............................................................................................................8 FLUJO...............................................................................................................................................9 FLUIDO...........................................................................................................................................10 PRESIO EN UN FLUIDO .............................................................................................................11 MAQUINA HIDRÁULICA ..............................................................................................................14 BOMBA CENTRIFUGA ................................................................................................................16 PARTES DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA: ..........................................................................16 BOMBAS ROTATORIAS..............................................................................................................18 BOMBA DE LOBULOS.............................................................................................................18 BOMBA RECIPROCANTE...........................................................................................................19 FUNCIONAMIENTO: ................................................................................................................19 MAQUINARIA HIDRAULICA EN EL SECTOR ALIMENTICIO ...............................................20 BOMBAS DE PISTON MEMBRANA ..........................................................................................21 Especialistas con fluidos difíciles ..........................................................................................21 Su tecnología de doble diafragma o membrana aporta un elevado nivel de seguridad. Cuando se utilizan como bombas de alimentación de filtros prensa, su robusto control automático de la de caudal (sin componentes electrónicos complejos) las hace todavía más fiables ..............................................................................................................................................21 EMBUTIDORA HIDRAULICA ..................................................................................................21 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS ...........................................................................................22 BOMBAS SANITARIAS DE ACERO INOXIDABLE..................................................................23 HIDROPRENSA ............................................................................................................................24 BOMBA CENTRÍFUGA INOX PARA TRASIEGO LÍQUIDOS LIMPIOS................................24 .........................................................................................................................................................25 BALANCE TOTAL DE MASA Y ECUACIÓN DE CONTINUIDAD ..........................................27 2

BALANCE GLOBAL DE ENERGÍA.............................................................................................29 TIPOS DE FLUJO DE FLUIDOS Y EL NÚMERO DE REYNOLDS ...................................30 EL NÚMERO DE REYNOLDS.....................................................................................................33 ANALISIS Y DISEÑO DE TUBERÍAS PARA PLANTAS INDUSTRIALES ........................35 CARGAS DE DISEÑO PARA TUBERÍAS .............................................................................36 FLEXIBILIDAD EN SISTEMAS DE TUBERÍAS ....................................................................37 PÉRDIDAS DE CARGA PRIMARIAS EN TUBERÍAS .............................................................38 PÉRDIDAS PRIMARIAS EN TUBERÍAS Y CONDUCTOS CERRADOS..............................39 Pérdidas primarias y secundarias en las tuberías .........................................................................39 PÉRDIDA DE ENERGÍA EN RÉGIMEN LAMINAR Y RÉGIMEN TURBULENTO ...............42 PERDIDAS POR FRICCION POR EQUIPO .............................................................................46 PÉRDIDAS POR FRICCIÓN EN TUBERÍAS Y ACCESORIOSRESUMEN .....................47 BASES TEÓRICAS ...................................................................................................................48 CONCLUSION ...............................................................................................................................49 RECOMENDACIONES.................................................................................................................50 ANEXO ...........................................................................................................................................51 BIBLIOGRAFIA ..............................................................................................................................52 GLOSARIO.....................................................................................................................................53 VOLUTA: Se denomina voluta a la cámara o carcasa en forma de espiral de una bomba centrífuga dentro de la cual gira el rodete y que recoge el fluido propulsado radialmente por éste, dirigiéndolo hacia las tubuladuras (de tubo) de salida. ......................................................................................................................................54 VÁSTAGO: Barra cilíndrica que se conecta al pistón de un cilindro que realiza la función de empuje o jalado de la carga. .............................................................................54 CENTEPOISE: Esta unidad recibió el nombre en honor al fisiólogo francés JeanLouis-Marie Poiseuille. Suele utilizarse con el prefijo centi-: centipoise (símbolo: cP o cps), equivalente a un milipascal segundo (mPa·s). ........................................................55

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RESUMEN

HIDRAULICA El flujo y el comportamiento de los fluidos revisten gran importancia en muchas de las operaciones unitarias de ingeniería de procesos. Un fluido puede definirse como una sustancia que no resiste, de manera permanente, la deformación causada por una fuerza y, por tanto, cambia de forma. En este texto se considera que los gases, líquidos y vapores tienen las características de fluidos y que obedecen a muchas leyes comunes.

FLUJO En dinámica de fluidos, caudal es la cantidad de fluido que circula a través de una sección del ducto (tubería, cañería, oleoducto, río, canal,...) por unidad de tiempo. PRESIO EN UN FLUIDO La fuerza ejercida por una masa sometida a la acción de la gravedad, la fuerza desarrollada por una masa de fluido sobre su área de apoyo o fuerza/unidad de área (presión) también se obtiene con esta ecuación. MAQUINA HIDRÁULICA Una maquina hidráulica es un transformador de energía, esto es, recibe energía mecánica que puede proceder de un motor eléctrico, térmico, etc., y la convierte en energía que un fluido adquiere en forma de presión, de posición, o de velocidad.

BALANCE GLOBAL DE ENERGÍA La segunda propiedad que debe considerarse en los balances globales del volumen de control es la energía. Se aplicará el principio de conservación de la energía a un volumen de control fijo en el espacio de manera similar al caso de conservación de la masa, para obtener los balances generales de masa.

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OBJETIVOS

1. Reunir en un solo documento todos los temas estudiados a lo largo del semestre en el curso de hidráulica.

2. Servir de soporte de estudio y consulta para el futuro.

3. Resaltar los temas más importantes del curso de hidráulica lo más claro posible.

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INTRODUCCION

El siguiente documento contiene información de gran importancia para el estudio de la hidráulica aplicada al campo industrial y su aprovechamiento detectando fallas perdidas de presiones, dispositivos y máquinas para su control, distribución, medición y uso. Se hace mención de algunas máquinas hidráulicas como también su debido fluidos que se generan en ellas, determinando así su tipo de presión que generan en cuanto se refiera a algún tipo de Maquina. Se estará haciendo mención de cómo van formadas sus partes en cada perspectiva de la Maquina también denominadas Bombas, por lo general siendo concretos de cada función que se ejerce. Así también como aclarar algunos conceptos desconocidos en parte por el estudiante por medio de un glosario al final de este documento.

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HIDRAULICA El flujo y el comportamiento de los fluidos revisten gran importancia en muchas de las operaciones unitarias de ingeniería de procesos. Un fluido puede definirse como una sustancia que no resiste, de manera permanente, la deformación causada por una fuerza y, por tanto, cambia de forma. En este texto se considera que los gases, líquidos y vapores tienen las características de fluidos y que obedecen a muchas leyes comunes. En las industrias de proceso, gran parte de los materiales están en forma de fluidos y deben almacenarse, manejarse, bombearse y procesarse, por lo que resulta necesario conocer los principios que gobiernan al flujo de fluidos y también los equipos utilizados. Los fluidos típicos son el agua, el aire, aceites, lechadas o suspensiones y jarabes espesos. Si un fluido se ve poco afectado por los cambios de presión, se dice que es incompresible. La mayoría de los líquidos son incompresibles. Los gases se consideran como fluidos compresibles. Sin embargo, si los gases se sujetan a porcentajes pequeños de cambios de presión y temperatura, sus cambios de densidad serán poco considerables y se les puede clasificar entonces como fluidos incompresibles. Como toda la materia física, un fluido está compuesto por un número extremadamente grande de moléculas por volumen unitario. Una teoría como la teoría cinética de los gases o la mecánica estadística trata el movimiento de las moléculas en términos de grupos estadísticos, y no de moléculas individuales. En ingeniería, lo que más interesa es el comportamiento en conjunto o macroscópico de un fluido, y no el comportamiento molecular individual o microscópico. En la transferencia de momento lineal se trata el fluido como una distribución continua de materia o como un “continuo”. Este tratamiento es válido cuando el volumen más pequeño de fluido contiene un número de moléculas lo bastante grande como para que el promedio estadístico sea significativo Y las propiedades macroscópicas del fluido, como densidad, presión, etc., varíen poco o de manera continua de un punto a otro. El estudio de la transferencia de momento lineal, o mecánica de fluidos como también se le llama, puede dividirse en dos ramas: estática de fluidos, o fluidos en reposo y dinámica de fluidos, o fluidos en movimiento.

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ESTATICA DE FLUIDOS

En un fluido estático, una de las propiedades importantes es la presión del fluido. La presión es la fuerza superficial ejercida por un fluido sobre las paredes del recipiente que lo contiene. Además, se tiene presión en cualquier punto del volumen de un fluido. Para comprender la presión, que se define como la fuerza desarrollada por unidad de área, es necesario estudiar primero la ley básica de Newton. La ecuación para el cálculo de la fuerza ejercida por una masa sujeta a la influencia de la gravedad es:

F = mg (Unidades SI) F = 7 (Unidades del sistema inglés)

Donde en unidades SI, F es la fuerza ejercida en newtons N (kg . rnh2), m es la masa en kg y g es la aceleración normal de la gravedad, 9.80665 m/s2. En unidades del sistema inglés, F está en lbf, m en Ib,, g es 32.1740 pie h y g, (un factor de conversión gravitacional) es 32.174 Ib, . pie /lbf *s2. El uso del factor de conversión g, significa que g/gc tiene un valor de 1.0 lbf/lbm, y que 1 Ib, resulta convenientemente igual a 1 lbf. Por lo general, cuando se expresan unidades de presión se omite la palabra “fuerza” y simplemente se pone lb/pulg2 en vez de lb/pulg2. Cuando la masa m está dada en g masa, F es g fuerza, g = 980.665 cm/s y g, = 980.665 g masa *cm/g fuerza *s 2. Sin embargo, rara vez se usan las unidades g fuerza.    

f= FUERZA m= MASA g= GRAVEDAD Gc= FACTOR DE GRAVEDAD

EJEMPLO: Calcule la fuerza desarrollada por 3 Ib masa en términos de: a) Lb fuerza (unidades del sistema inglés) b) Newtons (unidades SI)

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a)

b)

FLUJO En dinámica de fluidos, caudal es la cantidad de fluido que circula a través de una sección del ducto (tubería, cañería, oleoducto, río, canal,...) por unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Menos frecuentemente, se identifica con el flujo másico o masa que pasa por un área dada en la unidad de tiempo.

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FLUIDO Se denomina fluido a un tipo de medio continuo formado por alguna sustancia entre cuyas moléculas sólo hay una fuerza de atracción débil. La propiedad definitoria es que los fluidos pueden cambiar de forma sin que aparezcan en su seno fuerzas restitutivas tendentes a recuperar la forma "original" (lo cual constituye la principal diferencia con un sólido deformable, donde sí hay fuerzas restitutivas). Un fluido es un conjunto de partículas que se mantienen unidas entre si por fuerzas cohesivas débiles y las paredes de un recipiente; el término engloba a los líquidos y los gases. En el cambio de forma de un fluido la posición que toman sus moléculas varía, ante una fuerza aplicada sobre ellos, pues justamente fluyen. Los líquidos toman la forma del recipiente que los aloja, manteniendo su propio volumen, mientras que los gases carecen tanto de volumen como de forma propios. Las moléculas no cohesionadas se deslizan en los líquidos, y se mueven con libertad en los gases. Los fluidos están conformados por los líquidos y los gases, siendo los segundos mucho menos viscosos (casi fluidos ideales).

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PRESIO EN UN FLUIDO La fuerza ejercida por una masa sometida a la acción de la gravedad, la fuerza desarrollada por una masa de fluido sobre su área de apoyo o fuerza/unidad de área (presión) también se obtiene con esta ecuación. F= m.g La fuerza/unidad de área o presión es igual en todos los puntos a una misma altura. Por ejemplo, a una distancia hl del nivel superior, la presión es igual en todos los puntos del área de corte transversal.

Al sustituir en la ecuación (2.2-2), la fuerza total F del fluido sobre el área Al, debida únicamente al fluido es kg.m F = @244~ k)k ds2) = hdpg7WI (2.2-3)

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La presión P se define como la fuerza /unidad de área: (h2Apg) f = h2pg N/m2 o Pa (2.2-4) Ésta es la presión sobre AZ debida a la masa de fluido que está encima. Sin embargo, para obtener la presión total P2 sobre Al, debe añadirse la presión Po que soporta todo el líquido. P2 = h2pg + PO N/m2 o Pa (2.2-5) La ecuación (2.2-5) es la expresión fundamental para calcular la presión de un fluido a cualquier profundidad. Para calcular PI, PI = hm + Po (2.2-6) La diferencia de presión entre los puntos 2 y 1 es P2 - P1 = (h2pg + Po) - (hlpg + PO) = (h2 - hl) pg (Unidades SI) (2.2-7) P2 - P1 = (h2 - hl)p-f c (Unidades del sistema inglés) Puesto que lo que determina la presión en un fluido es la altura vertical del mismo, la forma del recipiente no afecta la presión. Por ejemplo, en la figura 2.2-2, la presión P1 en el fondo de los tres recipientes es igual y equivale a hlpg + PO.

EJEMPLO tanque de almacenamiento

2.2-2. Presión en un

Un gran tanque de almacenamiento contiene petróleo de una densidad igual a 917 kg/m3 (0.9 17 g/cm3). El tanque tiene una altura de 3.66 m (12.0 pies) y está abierto a la atmósfera con una presión de 1 atm abs en la superficie. El tanque está lleno de petróleo a una profundidad de 3.05 m (10 pies) y también contiene 0.61 m (2.0 pies) de agua en la parte inferior. Calcule la presión en Pa y en psia a 3.05 m de la superficie y en el fondo del tanque. También calcule la presión manométrica del fondo del tanque.

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Solución: Primero se hace un diagrama del tanque, como el que se muestra en la figura 2.2-3. La presión PO = 1 atm abs = 14.696 psia (del apéndice 1). También, PO = 1.01325 x lo5 Pa Con base en la ecuación (2.2-6) se usan primero unidades del sistema inglés y después SI.

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MAQUINA HIDRÁULICA Una maquina hidráulica es un transformador de energía, esto es, recibe energía mecánica que puede proceder de un motor eléctrico, térmico, etc., y la convierte en energía que un fluido adquiere en forma de presión, de posición, o de velocidad. Otra definición puede ser: máquina hidráulica (bomba), es un dispositivo empleado para elevar, transferir o comprimir líquidos y gases. En todas ellas se toman medidas para evitar la cavitación (formación de un vacío), que reduciría el flujo y dañaría la estructura de la bomba Para una mayor claridad, buscando una analogía con las maquinas eléctricas, y por el caso específico del agua, una bomba seria un generador hidráulico. Es conveniente no confundirse con la función que realiza una turbina, ya que la turbina realiza una función inversa al de una bomba, esto es, transforma energía de un fluido en energía mecánica.

Clasificación de las máquinas hidráulicas Las bombas o maquinas hidráulicas se clasifican según dos consideraciones generales diferentes: 

Las que toman en consideración características de movimiento de líquidos y



La que se basa en el tipo o aplicación específica para los cuales se ha diseñado la bomba. El uso de estos dos métodos de clasificación de bombas puede despertar gran interés en una gran cantidad de aplicaciones. 14

A continuación se muestra una clasificación de los diversos tipos de bombas que puede ser útil para tener una idea más clara de las clases y tipos de estas.

Clase

Centrifuga

Rotatoria

Reciprocante

Tipo 

Voluta



Difusor



Turbina regenerativa



Turbina vertical



Flujo mixto



Flujo axial



Engranes



Alabes



Leva y pistón



Tornillo



Lóbulo



Bloque de vaivén



Acción directa



Potencia



Diafragma



Rotatoria - Pistón

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BOMBA CENTRIFUGA Una bomba centrífuga es una máquina que consiste de un conjunto de paletas rotatorias encerradas dentro de una caja o cárter, o una cubierta o coraza. Se denominan así porque la cota de presión que crean es ampliamente atribuible a la acción centrífuga. Las paletas imparten energía al fluido por la fuerza de esta misma acción. Así, despojada de todos los refinamientos, una bomba centrífuga tiene dos partes principales: (1) Un elemento giratorio, incluyendo un impulsor y una flecha, y (2) un elemento estacionario, compuesto por una cubierta, estoperas y chumaceras.

PARTES DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA: Carcasa. Es la parte exterior protectora de la bomba y cumple la función de convertir la energía de velocidad impartida al líquido por el impulsor en energía de presión. Esto se lleva a cabo mediante reducción de la velocidad por un aumento gradual del área.

Impulsores. Es el corazón de la bomba centrífuga. Recibe el líquido y le imparte una velocidad de la cual depende la carga producida por la bomba.

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Anillos de desgaste. Cumplen la función de ser un elemento fácil y barato de remover en aquellas partes en donde debido a las cerradas holguras entre el impulsor y la carcasa, el desgaste es casi seguro, evitando así la necesidad de cambiar estos elementos y quitar solo los anillos.

Estoperas, empaques y sellos. La función de estos elementos es evitar el flujo hacia fuera del líquido bombeado a través del orificio por donde pasa la flecha de la bomba y el flujo de aire hacia el interior de la bomba.

Flecha. Es el eje de todos los elementos que giran en la bomba centrífuga, transmitiendo además el movimiento que imparte la flecha del motor.

Cojinetes. Sirven de soporte a la flecha de todo el rotor en un alineamiento correcto en relación con las partes estacionarias. Soportan las cargas radiales y axiales existentes en la bomba.

Bases. Sirven de soporte a la bomba, sosteniendo el peso de toda ella.

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BOMBAS ROTATORIAS Las bombas rotatorias que generalmente son unidades de desplazamiento positivo, consisten de una caja fija que contiene engranes, aspas, pistones, levas, segmentos, tornillos, etc., que operan con un claro mínimo. En lugar de "aventar" el líquido como en una bomba centrifuga, una bomba rota y a diferencia de una bomba de pistón, la bomba rotatoria descarga un flujo continuo. Aunque generalmente se les considera como bombas para líquidos viscosos, las bombas rotatorias no se limitan a este servicio sólo. Pueden manejar casi cualquier líquido que esté libre de sólidos abrasivos. Incluso puede existir la presencia de sólidos duros en el líquido si una chaqueta de vapor alrededor de la caja de la bomba los puede mantener en condición fluida. Las bombas rotatorias se clasifican en: Bombas de Leva y Pistón. También se llaman bombas de émbolo rotatorio, y consisten de un excéntrico con un brazo ranurado en la parte superior. La rotación de la flecha hace que el excéntrico atrape el líquido contra la caja. Conforme continúa la rotación el líquido se fuerza de la caja a través de la ranura a la salida de la bomba.

BOMBA DE LOBULOS

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BOMBA RECIPROCANTE

Es un dispositivo mecánico de desplazamiento positivo, es decir, recibe un volumen fijo de líquido en condiciones casi de succión, lo comprime a la presión de descarga y lo expulsa por la boquilla de descarga.

FUNCIONAMIENTO: El funcionamiento de una Bomba Reciprocante depende del llenado y vaciado sucesivo de receptáculos de volumen fijo, para lo cual cierta cantidad de agua es obligada a entrar al cuerpo de la bomba en donde queda encerrada momentáneamente, para después ser forzada a salir por la tubería de descarga. De lo anterior se deduce, en términos generales, que el gasto de una Bomba Reciprocante es directamente proporcional a su velocidad de rotación y casi independiente de la presión de bombeo. Como el proceso de llenado y vaciado sucesivo de receptáculos de volumen fijo requiere fricción por resbalamiento entre las paredes estacionarias del receptáculo y las partes móviles, estas bombas no son apropiadas para manejar líquidos que contengan arenas o materias en suspensión. Además, la variación cíclica del gasto de descarga puede obligar al empleo de Cámara de aire y de grandes tuberías. Estas bombas son relativamente de baja velocidad de rotación, de tal manera que cuando tienen que ser movidas por motores eléctricos deben ser intercaladas trasmisiones de engranes o poleas para reducir la velocidad entre el motor y la bomba.

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MAQUINARIA HIDRAULICA EN EL SECTOR ALIMENTICIO

En la actualidad las aplicaciones de la hidráulica es muy variada, esta amplitud en los usos se debe principalmente al diseño y fabricación de elementos de mayor precisión y con materiales de mejor calidad, acompañado además de estudios más acabados de las materias y principios que rigen la hidráulica.

En la industria es de primera importancia contar con maquinaria especializada para controlar, impulsar, posicionar y mecanizar elementos o materiales propios de la línea de producción, para estos efectos se utiliza con regularidad la energía proporcionada por fluidos comprimidos en maquinara la elaboración de alimentos entre muchas otras industrias.

Los sistemas hidráulicos empleados en industria alimentaria podrían formar parte de maquinaria robótica (líneas de envasado), elevadores, prensas hidráulicas, embutidoras, amasadoras, en general maquinaria que requiera precisión y fuerza. Hay que destacar que el fluido utilizado debe ser adecuado para la industria alimentaria, que en caso posible de pérdida, no perjudique el producto o la producción.

Para el procesamiento de alimentos y de envasado de la industria se han desarrollado una amplia gama de productos, con beneficios para aumentar la seguridad, eliminando el riesgo de infección bacteriana con el cumplimiento estricto de las directrices de la FDA.

Se ofrecen productos y soluciones diseñadas específicamente para las industrias de transformación alimentaria, estos productos reducen el tiempo de inactividad y los residuos durante la manipulación del producto en un entorno sanitario, incluidos los productos con lubricantes de grado alimenticio.

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BOMBAS DE PISTON MEMBRANA

Transportan productos alimentarios durante su proceso de fabricación, que tienen como prioridad la higiene y manipulación suave.

Estas bombas se emplean en la industria alimentaria para transportar fluidos sensibles a rotura como el yogur o la pasta de tomate. Debido a su capacidad para funcionar en seco y al acabado superficial extraordinariamente liso.

Especialistas con fluidos difíciles Rango de operación: hasta 215 m³/h (950 GPM) y 6,4 MPa (930 psi) Su tecnología de doble diafragma o membrana aporta un elevado nivel de seguridad. Cuando se utilizan como bombas de alimentación de filtros prensa, su robusto control automático de la de caudal (sin componentes electrónicos complejos) las hace todavía más fiables

EMBUTIDORA HIDRAULICA

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La embutidora hidráulica está equipada con un depósito de carne fijo con rectificado interior para maximizar la precisión de ajuste del pistón.

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS 1. Regulador de presión con manómetro. 2. Regulador de caudal para tener velocidad constante. 3. Depósito de aceite independiente y refrigerado con indicador de nivel. 4. Instalación hidráulica con mangueras flexibles de alta presión. 5. Descompresión automática del cilindro. 6. Cilindro hidráulico con vástago y tuerca de Acero Inoxidable. 7. Aceite incorporado.

AMASADORA DE CARAMELOS

Este equipo está diseñado en base al principio hidráulico de procesar la masa de caramelo en una simple acción de amasado. El sistema hidráulico permite una operación y mantenimiento simples. Estas cuchillas también son frías; doblan y aplastan la masa sucesivamente mientras la mesa la deja lista para el siguiente paso.

Modo de operación: Disco gira ¼ de vuelta → retroceso → levanta → presión → levanta hacia atrás → revuelve 4-6 veces

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BOMBAS SANITARIAS DE ACERO INOXIDABLE

Bombas sanitarias y con rotor flexible en acero inoxidable para la industria alimentaria. Son bombas cuidadosamente pulidas tanto en el interior como en el exterior, están diseñadas para garantizar la máxima higiene, eliminación de residuos y depósitos y una mayor resistencia a la corrosión, evitando cualquier tipo de contaminación de los líquidos tratados.

El principio de operación es sencillo: las palas flexibles del rodete se deforman y aspiran el fluido dentro de la bomba, moviéndose de manera continua hacia la boca de descarga. Este principio combina un bombeo suave (evitando la formación de espumas) con una alta capacidad autoaspirante.

Tienen grandes aplicaciones en el sector alimentario (cerveza, zumo, pulpa de frutas, miel, azúcar líquido, glucosa, leche, mantequilla, yogurt, sirope, salsa de tomate, huevos líquidos, aceite, salmuera, etc.). 

Caudal máximo: 72.000 litros/hora



Viscosidad máxima: 50.000 centipoises 23



Temperatura máxima del fluido: 100 o C



Presión máxima: 4 bar

HIDROPRENSA

Descripción Es un producto para el procesamiento de las uvas las manzanas y la fruta en general para obtener de forma sencilla.

La prensa utiliza la presión del agua que se introduce en la membrana interior de caucho natural. La membrana se hincha y exprime la futa. En el caso de las manzanas cortadas previamente contra las paredes INOX de la jaula El ajuste de la presión está protegido por una válvula de seguridad tarada a 3 bares.

Características modelo N20: CAPACIDAD

20 L

PRESIÓN MÁXIMA

3 bar

BOMBA CENTRÍFUGA INOX PARA TRASIEGO LÍQUIDOS LIMPIOS

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Descripción Bomba modelo CDX 90/10 especial para el trasiego de líquidos limpios.

Turbina en acero INOX Cuerpo de bomba, impulsor, difusor y base portacierres en acero INOX AISI 304 Soporte carcasa motor en aluminio

Presión máxima de trabajo 8 bar Potencia

1 CV

CAUDAL MAX

7.800 L/hr

ELEVACIÓN MAX

19 m

Dispositivos para medir la presión y las diferencias de presión En las plantas químicas y de otro tipo de procesos industriales con frecuencia es importante medir y controlar la presión en un recipiente o proceso, o el nivel de líquido en un recipiente. Además, como fluyen muchos fluidos en un conducto o tubería, es necesario medir la velocidad con la que se desplaza el fluido. Muchos de esos medidores de flujo dependen de dispositivos para medir una presión o una diferencia de presión. En los párrafos siguientes se consideran algunos dispositivos comunes. 1. Manómetro de tubo en U simple. El manómetro de tubo en U se muestra en la figura 2.2~4a. La presión pa N/m2 se ejerce sobre un brazo del tubo en Uy Pb en el otro brazo. Ambas presiones pa y Pb pueden ser derivaciones de presión de un medidor de fluidos, o pa puede ser una derivación de presión y Pb la presión atmosférica.

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La parte superior del manómetro está llena con el líquido B que tiene una densidad de PB kg/m3 y la parte inferior contiene un fluido A más denso, que tiene una densidad de PA kg/m3. El líquido A es inmiscible con el B. Para deducir la relación entre pa y pb, pa es la presión en el puto 1 y pb en el pmto 5. La presión en el punto 2 es P2 = Pa + (Z + R ) pfjg N/m2 (2.2-10) donde R es la lectura de un manómetro en m. La presión en el punto 3 debe ser igual a la de 2 debido a los principios de hidrostática P3 = P2 La presión en el punto 3 también es igual a lo siguiente: (2.2-11) p3=pb+ZPBg +RPB (2.2-12) Cap. 2 Principios de transferencia de momento lineal y balances globales 45 Al igualar la ecuación (2.2-10) con la (2.2-12) y al despejar se obtiene Pa ’ (Z + R)PBg = Pb + ZPBg + RPAg Pa - Pb = WPA - PBk (SI) P a - P b =R(PA-PB): (Unidades del sistema inglés) C (2.2-13) (2.2-14) El lector notará que la distancia Z no aparece en el resultado final, como tampoco las dimensiones del tubo, siempre y cuando pu y Pb se midan en el mismo plano horizontal.

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BALANCE TOTAL DE MASA Y ECUACIÓN DE CONTINUIDAD

2.6A Introducción y balances de masa simples En la dinámica de fluidos se estudia el movimiento de éstos. Por lo general, se transfieren de un lugar a otro por medio de dispositivos mecánicos tales como bombas o ventiladores por carga de gravedad o por presión, y fluyen a través de sistemas de tuberías o equipo de proceso. El primer paso en la resolución de los problemas de flujo casi siempre consiste en aplicar los principios de conservación de la masa a la totalidad del sistema o a una parte del mismo. Consideraremos primero un Balance elemental para una geometría simple, para deducir después la ecuación general de balance de masa. En la sección 1.5 se introdujeron los balances simples de material o de masa y se estableció que Entrada = salida + acumulación (1.5-1) Puesto que en el flujo de fluidos generalmente se trabaja con velocidades de flujo y casi siempre en estado estacionario, la velocidad de acumulación es cero y se obtiene Velocidad de entrada = velocidad de salida (estado estacionario) (2.6-l) En la figura 2.6-l se muestra un sistema simple de flujo en el que el fluido entra a la sección 1 con una velocidad promedio VI m/s y una densidad p1 kg/m3. El área de corte transversal es A 1 m2. El fluido sale por la sección 2 con una velocidad promedio y. El balance de masa, ecuación (2.6-l) es,

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EJEMPLO 2.6-l. Flujo y balance de masa de petróleo crudo Un petróleo crudo con una densidad de 892 kg/m3 fluye a través del sistema de tuberías que se muestra en la figura 2.6-2 a una velocidad total de 1.388 x lOe3 m3/s a la entrada de la tubería 1. El flujo se divide en partes iguales entre las tres tuberías. Las tuberías son de acero de cédula 40 (véase en el apéndice A.5 las dimensiones exactas). Calcule lo siguiente usando unidades SI. a) Velocidad total del flujo de masa m en las tuberías 1 y 3. b) Velocidad promedio v en 1 y 3. c) Velocidad de masa G en 1. Solución: De acuerdo con el apéndice A.5, las dimensiones de las tuberías son las siguientes: tuberías de 2 pulg: D,(DI) = 2.067 pulg, área de corte transversal, Al = 0.02330 pie2 = 0.02330 (0.0929) = 2.165 x 1O-3 m2 tubería de 1 1/2 pulg: D3 (DI) = 1.610 pulg, área de corte transversal A3 = 0.01414 pie2 = 0.01414 (0.0929) = 1.313 x 10p3 m2 La velocidad total del flujo de masa en las tuberías 1 y 2 es igual, y ml = (1.388 x 10-3 m3/s) (892 kg/m3) = 1.238 kg/s Puesto que el flujo se divide en partes iguales en las tres tuberías,

Para el inciso b), usando la ecuación (2.6-2) y despejando v,

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Para el inciso c),

BALANCE GLOBAL DE ENERGÍA 2.7A Introducción La segunda propiedad que debe considerarse en los balances globales del volumen de control es la energía. Se aplicará el principio de conservación de la energía a un volumen de control fijo en el espacio de manera similar al caso de conservación de la masa, para obtener los balances generales de masa. La ecuación de conservación de la energía se combinará con la primera ley de la termodinámica, a fin de obtener la ecuación global final de balance de energía. La primera ley de la termodinámica puede escribirse como AE=Q-W

(2.7-1)

Donde E es la energía total por unidad de masa de fluido, Q es el calor absorbido por unidad de masa de fluido, y W es el trabajo de cualquier clase realizado por unidad de masa de fluido sobre los alrededores. En estos cálculos, todos los términos de la ecuación deben expresarse en el mismo sistema de unidades, tales como J/kg (SI), btu/lb, o pie *lbf/lb, (sistema inglés).

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Puesto que la masa lleva consigo una energía que depende de su posición, movimiento o estado físico, todos estos tipos de energía aparecen en el balance de energía. Además, también puede transportarse energía a través del límite del sistema sin transferencia de masa.

Deducción de la ecuación de balance global de energía El balance para una cantidad que se conserva, como en el caso de la energía, es similar a la ecuación (2.6-3) y se expresa como sigue para un volumen de control. Velocidad de salida - velocidad de entrada + Velocidad de acumulación = 0 (2.7-2) La energía E presente en un sistema puede clasificarse en tres formas. 1. Energía potencial zg de una unidad de masa de fluido, que es la energía presente debido a la posición de la masa en un campo gravitacional g, donde z es la altura relativa en metros desde un plano de referencia. Las unidades de zg en el sistema SI son m *m/s2. Multiplicando y dividiendo por kg masa, las unidades pueden expresarse como (kg *m/s2) *(m/kg), o J/kg. En unidades del sistema inglés, la energía potencial es zg/gC en pie . lbf/lb,. 2. Energía cinética V2/v de una unidad de masa de fluido, que es la energía presente debida al movimiento de traslación o rotación de la masa, donde v es la velocidad en rn/s con respecto al límite del sistema en cierto punto. De nueva cuenta, en el sistema SI las unidades de v2/2 son J/kg. En el sistema inglés, la energía cinética v2/2gC se da en pie *lbf/ Ib,. 3. Energía interna U de una unidad de masa de un fluido, que es toda la demás energía presente, tal como de rotación o vibración de enlaces químicos. También las unidades son J/kg o pie *lbf/lb.

TIPOS DE FLUJO DE FLUIDOS Y EL NÚMERO DE REYNOLDS

2.5A Introducción y tipos de flujo de fluidos Los principios de la estática de fluidos, estudiados en la sección 2.2 son casi una ciencia exacta. Por otra parte, los principios del movimiento de los fluidos son bastante complicados. Las relaciones básicas que describen el movimiento de un 30

fluido están comprendidas en la ecuación para los balances totales de masa, energía y momento lineal, que se tratarán en las secciones siguientes. Estos balances totales (o macroscópicos) se aplicaran a un recipiente finito o volumen fijo en el espacio. Usamos el término “total” debido a que deseamos describir estos balances con respecto al exterior del recipiente. Los cambios dentro del recipiente quedan determinados en términos de las propiedades de las corrientes de entrada y salida, y de los intercambios de energía entre el recipiente y sus alrededores. Al llevar a cabo balances totales de masa, energía y momento lineal, no interesan los detalles de lo que ocurre dentro del recipiente. Por ejemplo, en un balance total se consideran velocidades de entrada y salida promedio. Sin embargo, en un balance diferencial se puede obtener la distribución de velocidades dentro del recipiente por medio de la ley de viscosidad de Newton. En esta sección estudiaremos primero los dos tipos de flujo de fluidos que se pueden verificar: flujo laminar y flujo turbulento. Además, se considerará también el número de Reynolds, que se usa para caracterizar los tipos de flujo. Después, en las secciones 2.6, 2.7 y 2.8 se describe el balance global de masa, el balance de energía y el balance de momento lineal, junto con varias aplicaciones. Por último, en la sección 2.9 se estudiarán los métodos para efectuar un balance de un elemento en el recinto para obtener la distribución de velocidades de dicho elemento y la caída de presión. Flujo laminar y flujo turbulento El tipo de flujo que se presenta en el desplazamiento de un fluido por un canal es muy importante en los problemas de dinámica de fluidos. Cuando los fluidos se mueven por un canal cerrado de cualquier área de corte transversal, se puede presentar cualquiera de dos tipos diferentes de flujo, dependiendo de las condiciones existentes. Estos dos tipos de flujo pueden verse con frecuencia en un río o en cualquier corriente abierta. Cuando la velocidad del flujo es baja, su desplazamiento es uniforme y terso. Sin embargo, cuando la velocidad es bastante alta, se observa una corriente inestable en la que se forman remolinos o pequeños paquetes de partículas de fluido que se mueven en todas direcciones y con gran diversidad de ángulos con respecto a la dirección normal del flujo. El primer tipo de flujo a velocidades bajas, donde las capas de fluido parecen desplazarse unas sobre otras sin remolinos o turbulencias, se llama flujo luminar y obedece la ley de viscosidad de Newton estudiada en la sección 2.4A. 31

El segundo tipo de flujo a velocidades más altas, donde se forman remolinos que imparten al fluido una naturaleza fluctuante, se llama flujo turbulento.

La existencia de flujo laminar y turbulento puede visualizarse con facilidad por medio de los experimentos de Reynolds, que se muestran en la figura 2.5 1. Se hace fluir agua de manera uniforme a través de una tubería transparente, controlando la velocidad por medio de una válvula situada al final del tubo. Se introduce una corriente muy fina y uniforme de agua con un colorante, a través de una boquilla de inyección, para observar su flujo. Cuando la velocidad de flujo del agua es baja, la coloración es regular y forma una sola línea, esto es, una corriente similar a un cordel, tal como lo muestra la figura 2.5-la. En este caso no hay mezclado lateral del fluido y éste se desplaza en una línea recta por el tubo. Al colocar varios inyectores en otros puntos de la tubería se demuestra que no hay mezclado en ninguna parte del mismo y que el fluido fluye en líneas rectas paralelas, A este tipo de flujo se le llama laminar o viscoso.

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EL NÚMERO DE REYNOLDS

Con diversos estudios se ha podido demostrar que la transición del flujo laminar al turbulento en tuberías no está sólo en una función de la velocidad, sino también de la densidad y viscosidad del fluido y del diámetro del tubo. Estas variables se combinan en la expresión del número de Reynolds, que es la dimensional:

Nre= Numero de Reynolds N= Diámetro m V= Velocidad de fluido m/s P= Densidad kg/m3 M=Viscosidad del fluido Pa-5

Si: Re 4000: Régimen turbulento EJEMPLO 2.5-l.

Número de Reynolds en una tubería

Por una tubería con un diámetro interior (DI) de 2. 067 pulg fluye agua a 303 K con una velocidad de 10 gal/min. Calcule el número de Reynolds usando unidades del sistema inglés y SI.

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Solución: Con base en el apéndice A. 1,7.841 gal = 1 pie3. de flujo se calcula como La velocidad

Por tanto, el flujo es turbulento. Al usar unidades SI,

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DISEÑO EN PLANTA DE TUBERIAS ANALISIS Y DISEÑO DE TUBERÍAS PARA PLANTAS INDUSTRIALES

Uno de los principales problemas que se presenta en los proyectos de plantas industriales, es el de proporcionar diseños racionales de sistemas de tubería que exhiban un comportamiento estructural satisfactorio bajo las condiciones de operación impuestas por el proceso. En términos generales se puede decir que la mayor parte de los equipos que participan en el proceso de una planta del tipo refinación o petroquímica, son potencialmente susceptibles de presentar problemas de interconexión por efecto de temperaturas extremas, no obstante la mayor parte de éstos, son resueltos proporcionando un diseño del sistema de tubería suficientemente flexible para no imponer elementos mecánicos inaceptables sobre las boquillas de los equipos o inducir rangos de esfuerzos excesivos en la tubería.

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CARGAS DE DISEÑO PARA TUBERÍAS Un sistema de tuberías constituye una estructura especial irregular y ciertos esfuerzos pueden ser introducidos inicialmente durante la fase de construcción y montaje. También ocurren esfuerzos debido a circunstancias operacionales. A continuación se resumen las posibles cargas típicas que deben considerarse en el diseño de tuberías.



Cargas por la presión de diseño

Es la carga debido a la presión en la condición más severa, interna o externa a la temperatura coincidente con esa condición durante la operación normal.



Cargas por peso

a. Peso muerto incluyendo tubería, accesorios, aislamiento, etc. b. Cargas vivas impuestas por el flujo de prueba o de proceso c. Efectos locales debido a las reacciones en los soportes



Cargas dinámicas

a. Cargas por efecto del viento, ejercidas sobre el sistema de tuberías expuesto al viento b. Cargas sísmicas que deberán ser consideradas para aquellos sistemas ubicados en áreas con probabilidad de movimientos sísmicos c. Cargas por impacto u ondas de presión, tales como los efectos del golpe de ariete, caídas bruscas de presión o descarga de fluidos d. Vibraciones excesivas inducidas por pulsaciones de presión, por variaciones en las características del fluido, por resonancia causada por excitaciones de maquinarias o del viento.

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EFECTOS DE LA EXPANSIÓN Y/O CONTRACCIÓN TÉRMICA a. Cargas térmicas y de fricción inducidas por la restricción al movimiento de expansión térmica de la tubería b. Cargas inducidas por un gradiente térmico severo o diferencia en las características de expansión (diferentes materiales)

Efectos de los Soportes, Anclajes y Movimiento en los Terminales a. Expansión térmica de los equipos b. Asentamiento de las fundaciones de los equipos y/o soportes de las tuberías

FLEXIBILIDAD EN SISTEMAS DE TUBERÍAS Con el fin de introducir los conceptos e ideas fundamentales que se manejan en el análisis de esfuerzos en sistemas de tuberías, se tomará como punto de partida un sistema sencillo como el mostrado en la figura 1.

Procedimiento de diseño de tuberías La lista siguiente muestra los pasos que deben completarse en el diseño mecánico de cualquier sistema de tuberías:

a. Establecimiento de las condiciones de diseño incluyendo presión, temperaturas y otras condiciones, tales como la velocidad del viento, movimientos sísmicos, choques de fluido, gradientes térmicos y número de ciclos de varias cargas.

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b. Determinación del diámetro de la tubería, el cual depende fundamentalmente de las condiciones del proceso, es decir, del caudal, la velocidad y la presión del fluido. c. Selección de los materiales de la tubería con base en corrosión, fragilización y resistencia. d. Selección de las clases de "rating" de bridas y válvulas. e. Cálculo del espesor mínimo de pared (Schedule) para las temperaturas y presiones de diseño, de manera que la tubería sea capaz de soportar los esfuerzos tangenciales producidos por la presión del fluido. f. Establecimiento de una configuración aceptable de soportes para el sistema de tuberías. g. Análisis de esfuerzos por flexibilidad para verificar que los esfuerzos producidos en la tubería por los distintos tipos de carga estén dentro de los valores admisibles, a objeto de comprobar que las cargas sobre los equipos no sobrepasen los valores límites, satisfaciendo así los criterios del código a emplear.

Si el sistema no posee suficiente flexibilidad y/o no es capaz de resistir las cargas sometidas (efectos de gravedad) o las cargas ocasionales (sismos y vientos). El análisis de flexibilidad tiene por objeto verificar que los esfuerzos en la tubería, los esfuerzos en componentes locales del sistema y las fuerzas y momentos en los puntos terminales, estén dentro de límites aceptables, en todas las fases de operación normal y anormal, durante toda la vida de la planta.

PÉRDIDAS DE CARGA PRIMARIAS EN TUBERÍAS

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PÉRDIDAS PRIMARIAS EN TUBERÍAS Y CONDUCTOS CERRADOS

Pérdidas primarias y secundarias en las tuberías Las pérdidas de carga en las tuberías se dividen en 2 clases: pérdidas primarias y pérdidas secundarias. Las perdidas primarias son las pérdidas que genera la superficie en contacto con el fluido en la tubería (capa limite), rozamiento de unas capas de fluido con otras (régimen laminar) o de las partículas de fluido entre sí (régimen turbulento). Tienen lugar en un flujo uniforme, por lo tanto en los tramos de tubería de sección constante. Las pérdidas secundarias son las pérdidas de forma, que tienen lugar en las transiciones (angostamientos, ensanchamientos, etc.), codos, válvulas, elementos de medición y toda clase de accesorios y elementos adicionales de las tuberías.

1.1.2 Pérdidas Primarias

Supongamos una tubería horizontal de diámetro constante D (Fig.1.1) por la que circula un fluido cualquiera, cuya velocidad media en la tubería es V. La energía en el punto (sección) 2 será igual a la del punto 1, o sea según la ecuación de Bernoulli modificada en la forma siguiente:

P1



2

 Z1 

2

V1 P V  H r12  2  Z 2  2 2g  2g

Ecuación 1-1. Bernoulli modificada

En el caso particular del ejemplo: 39

Z1 = Z2 (tubería horizontal) V1 = V2 (sección transversal constante)

Luego la pérdida de carga por roce será:

H r1 2 

P1  P2



(m)

Ecuación 1-2. Caso particular del ejemplo

Figura 1-1. Sección de la tubería

1.1.3. Pérdidas secundarias o menores

Consideremos el esquema de conducción representado en el esquema siguiente, los tramos a-b, d-e, f-g, h-i, j-k, l-m son tramos rectos de sección constante. En todos ellos se originan pérdidas primarias. En los tramos restantes se originan pérdidas

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secundarias: así F es un filtro, F-a desagüe de un depósito, b-c un codo, c-d un ensanchamiento brusco, k-l un medidor de caudal y m-n desagüe de un depósito.

Figura 1-2. Esquema explicativo de conducción de un fluido

En el caso particular la ecuación de Bernoulli quedará: P1 = P2 (presión atmosférica) V1 = V2 = 0 (depósitos grandes, velocidad de descenso del agua en 1 y de ascenso en 2, despreciables). Luego Hr1-2 = Z1 – Z2 (m)

El término H r 1-2 = H rp 1-2 + H rs 1-2 donde: H rp 1-2 = suma de pérdidas primarias entre 1 y 2. H rs 1-2 = suma de pérdidas secundarias entre 1 y 2. El término Hr1-2 de la ecuación 1.1 se conoce con el nombre de pérdida de carga y es el objeto de estudio del presente trabajo de titulación.

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PÉRDIDA DE ENERGÍA EN RÉGIMEN LAMINAR Y RÉGIMEN TURBULENTO

En el cálculo de las pérdidas de carga en tuberías, juegan un papel discriminante dos factores: el que la tubería sea lisa o rugosa y que el régimen de corriente sea laminar o turbulento. Consideremos con más detención la influencia del segundo factor. Supongamos una tubería de sección constante y veamos que sucede cuando aumentamos el caudal y por tanto la velocidad del flujo. En la figura 1.6 se representa la pérdida de energía por unidad de longitud de la tubería como ordenada y la velocidad como abscisa. Si la velocidad del fluido en la tubería es pequeña, el flujo es laminar. Entonces como se ve en la figura, trazada en papel doblemente logarítmico, la pérdida de carga es proporcional a la primera potencia de la velocidad. En el punto A, el régimen pasa de laminar a turbulento (zona de transición, número de Reynolds entre 2000 y 4000). En el punto C el régimen ya es turbulento. Como se ve en este régimen, la perdida de carga es mucho mayor, siendo en este caso proporcional a la segunda potencia de la velocidad.

Grafico 1-1. Esquema de pérdida de energía v/s velocidad 42

Se advierte una vez más que en realidad no es la velocidad la que condiciona este fenómeno sino como siempre el número de Reynolds, en el punto B el régimen empieza a hacerse turbulento.

Pérdidas de energía en flujo laminar

Cuando se tiene un flujo laminar el fluido parece desplazarse en forma de capas, una sobre la otra. Debido a la viscosidad del fluido, se crea una tensión de corte entre las capas del fluido. La energía se pierde del fluido mediante la acción de vencer a las fuerzas de fricción producidas por la tensión de corte. Puesto que el flujo laminar es tan regular y ordenado, podemos derivar una relación entre las pérdidas de energía y los parámetros medibles del sistema de flujo.

Esta relación se conoce como:

Hl 

32 LV yD 2

(m)

Ecuación 1-4. Ecuación de Hagen-Poiseuille

HL = Pérdida primaria de carga del fluido (m) 32 = constante (adimensional)  = viscosidad dinámica del fluido (Kg/m x s) y = peso específico (N/m3) 43

L = largo de la tubería en el cual se quiere calcular la pérdida. (m) V = velocidad del fluido (m/s) D = diámetro de la tubería (m)

La ecuación de Hagen-Poiseuille ha sido verificada de manera experimental muchas veces y a través de ella se puede observar que la pérdida de energía en el flujo laminar es independiente de la condición de la superficie del conducto. Las pérdidas por fricción viscosa dentro del fluido determinan la magnitud de la pérdida de energía.

Pérdidas de energía en flujo Turbulento

Ecuación general de las pérdidas primarias (Darcy-Weisbach)

Los manuales de hidráulica están llenos de tablas, curvas, ábacos y monogramas para el cálculo de las pérdidas primarias por roce, el cual es preciso realizar con precaución. Hay tablas, por ejemplo, que solo sirven para las tuberías de fundición, en estas no se menciona la rugosidad porque es un factor constante para todas la tuberías de este material y sería erróneo utilizarlas para el cálculo de pérdidas de carga en tuberías de cualquier otro material. Otras tablas se han diseñado para el cálculo de pérdidas de carga únicamente cuando el fluido a utilizar sea agua, por lo tanto en estas no se menciona para nada su viscosidad ya que es un factor constante y sería erróneo utilizar estas tablas cuando se trata de calcular las pérdidas de carga de cualquier otro fluido.

Ya a fines del siglo pasado experimentos realizados con agua y en tuberías de diámetro constante demostraron que la pérdida de carga era directamente proporcional al cuadrado de la velocidad media en la tubería y a la longitud de la tubería e inversamente proporcional al diámetro de la misma quedando esto establecido en la siguiente fórmula:

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2 L V H rp f D 2 g = (m)

Ecuación 1-5. Ecuación de Darcy-Weisbach

Donde: Hrp = pérdida de carga primaria (m) f = coeficiente de pérdida de carga (adimensional)

L = longitud de la tubería. (m) D = diámetro de la tubería. (m) V = velocidad media del fluido. (m/s) g = aceleración de gravedad (m/s2)

La ecuación de Hagen-Poiseuille es válida solo para flujos laminares (NR < 2000), sin embargo si se igualan las dos relaciones (Hagen-Poiseuille con DarcyWeisbach) para HL, se puede despejar el valor el factor de fricción:

f

L V 2 32LV   D 2g yD 2

64 g f = VDy o también

Despejando en función f de obtenemos:

64  f = VD 

 y como NR = VD 

La ecuación quedará también definida como:

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64 f = NR

Ecuación 1-6. Coeficiente de pérdida de carga

Esta fórmula es de uso universal, en los libros y formularios de hidráulica. Las tablas, curvas, ábacos y monogramas a que aludíamos anteriormente sirven solo para obtener el coeficiente f , que llevado a la ecuación anterior nos da la pérdida de carga primaria.

PERDIDAS POR FRICCION POR EQUIPO

Fricción Es la fuerza de rozamiento que se opone al movimiento. Se genera debido a las imperfecciones, especialmente microscópicas, entre las superficies en contacto. Se relaciona con la caída de presión y las pérdidas de carga durante el flujo. Puede ocurrir debido a la forma o a la superficie y es función de las propiedades del fluido: viscosidad, la velocidad de circulación, diámetro de la tubería y la rugosidad.

En el análisis de los sistemas de tuberías, las pérdidas de presión comúnmente se expresan en términos de la altura de la columna de fluido equivalente llamada pérdida de carga.

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Representa la altura adicional que el fluido necesita para elevarse por medio de una bomba con la finalidad de superar las pérdidas por fricción en la tubería. La pérdida de carga en una tubería es la pérdida de energía dinámica del fluido debida a la fricción de las partículas del fluido entre sí y contra las paredes de la tubería que las contiene. La pérdida de carga se produce por la viscosidad y se relaciona directamente con el esfuerzo de corte de la pared del tubo.

Las pérdidas de carga pueden ser continuas, a lo largo de conductos regulares, o localizadas, debido a circunstancias particulares, como un estrechamiento, un cambio de dirección, la presencia de una válvula, etc. Estas dependen de:     

El estado de la tubería: tiempo en servicio, presencia de incrustaciones, corrosión, etc. El material de la tubería Velocidad del fluido Longitud de la tubería Diámetro de la tubería

Ecuación general de le energía: La ecuación general de la energía es una extensión de la ecuación de Bernoulli, lo que permite resolver problemas es los que hay pérdidas y ganancias de energía. Para un sistema, la expresión del principio de conservación de la energía es:

PÉRDIDAS POR FRICCIÓN EN TUBERÍAS Y ACCESORIOSRESUMEN

Los sistemas de flujo de un fluido presentan ganancias de energías por bombas y pérdidas por fricción conforme el fluido que pasa por los ductos y tubos, pérdidas por 47

cambios en el tamaño de la trayectoria de flujo y pérdidas de energía por las válvulas y accesorios. La realización de este informe de laboratorio tiene como propósito identificar, analizar y calcular las pérdidas por fricción de un fluido en un sistema con tuberías y accesorios. Palabras Claves:

Energía, flujo laminar, flujo turbulento, factor de fricción, número de Reynolds.

BASES TEÓRICAS Las pérdidas por fricción se presentan porque al estar el fluido en movimiento habrá una resistencia que se opone a dicho movimiento (fricción al fluir), convirtiéndose parte de la energía del sistema en energía térmica (calor), que se disipa a través de las paredes de la tubería por la que circula el fluido. Las válvulas y accesorios se encargan de controlar la dirección o el flujo volumétrico del fluido generando turbulencia local en el fluido, esto ocasiona una pérdida de energía que se transforma en calor. Estas últimas pérdidas son consideradas perdidas menores ya que en un sistema grande las pérdidas por fricción en las tuberías son mayores en comparación a la de las válvulas y accesorios.

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CONCLUSION

Una Máquina hidráulica es una variedad de máquina de fluido que emplea para su funcionamiento las propiedades de un fluido incompresible o que se comporta como tal, debido a que su densidad en el interior del sistema no sufre variaciones importantes. Máquinas de desplazamiento positivo o volumétrico. Se trata de uno de los tipos más antiguos de máquinas hidráulicas y se basan en el desplazamiento de un volumen de fluido comprimiéndolo. Una máquina hidráulica es un dispositivo capaz de convertir energía hidráulica en energía mecánica; pueden ser motrices (turbinas), o generatrices (bombas), modificando la energía total de la vena fluida que las atraviesa.

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RECOMENDACIONES

 Comprender adecuadamente los términos que se emplean dentro de las maquinas Hidráulicas.

 Tener conocimiento amplio sobre los manejos adecuados que se les deben de dar.

 Hacer de un buen uso la información proporcionada.

 Ampliar el conocimiento acerca de cómo se generan los tipos de fluidos dentro de una tubería o cualquier conducto.

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ANEXO

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BIBLIOGRAFIA

 http://es.wikipedia.org/wiki/Caudal_%28fluido%29  http://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_centr%C3%ADfuga  http://html.rincondelvago.com/maquinas-hidraulicas.html

 http://cesehsa.com.mx/cesehsa/?page_id=392  http://www.fishbam.com/fishbam-productos-detalle.php?id_producto=20  http://www.bachiller.com/productos/equipos_de_proceso/procesado_de_soli dos/mezcladores_de_solidos/supramix.html  http://www.abelpumps.com/es/5-Aplicaciones/9-Industria-Alimentaria.php  http://www.gaser.com/home.php?lang=cas&pid=2&mod=e15l  http://www.delanitrading.com/caram_02a.htm  http://www.proindecsa.com/pyd-industria/bombas-sanitarias-de-aceroinoxidable/  http://inviashop.invia1912.com/hidroprensa-modelo-n20-347-p.asp



http://www.monografias.com/trabajos25/disenio-tuberias/diseniotuberias.shtml

 http://www.academia.edu/5440138/P%C3%89RDIDAS_POR_FRICCI%C3 %93N_EN_TUBER%C3%8DAS_Y_ACCESORIOS

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GLOSARIO

A1 = sección menor (antes de la dilatación) en mm2 A2 = sección mayor (después de la dilatación) en mm 2 C = constante (0.0828 f ) D = diámetro en metros. D1 = diámetro menor (antes de la dilatación) en mm2 D2 = diámetro mayor (después de la dilatación) en mm 2 e = rugosidad absoluta experimental en mm. e/D = rugosidad relativa (adimensional). f = factor de fricción (adimensional)

g = aceleración de gravedad (m/s2) HL = pérdida de carga del fluido. Hr 1-2 = pérdida por roce entre los puntos 1 y2. Hrp = pérdidas por roce primarias. Hrs = pérdidas por roce secundarias. K = coeficiente de resistencia de la ecuación fundamental de las pérdidas secundarias (adimensional) Kt = coeficiente total de pérdidas secundarias. L = largo de la tubería en metros. Le = largo equivalente de tubería en metros o diámetros de tubería. Log = logaritmo en base de 10. 53

P1 = presión en el punto 1 aguas arriba, en Pa. P2 = presión en el punto 2 aguas abajo, en Pa. Q = caudal del fluido en m 3/ s. Re o Rey = número de Reynolds (adimensional). r = radio medio de la tubería en mm. Ri = radio interior de la curvatura del codo. Ro = radio exterior de la curvatura del codo. Rh = radio hidráulico en mm. V = velocidad del fluido en m/s. Z = altura aguas arriba en metros.

 = densidad en Kg/m3

 = peso específico en N/m3  = 3.14159…

 = viscosidad dinámica en Kg/m s. VOLUTA: Se denomina voluta a la cámara o carcasa en forma de espiral de una bomba centrífuga dentro de la cual gira el rodete y que recoge el fluido propulsado radialmente por éste, dirigiéndolo hacia las tubuladuras (de tubo) de salida.

VÁSTAGO: Barra cilíndrica que se conecta al pistón de un cilindro que realiza la función de empuje o jalado de la carga.

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CENTEPOISE: Esta unidad recibió el nombre en honor al fisiólogo francés JeanLouis-Marie Poiseuille. Suele utilizarse con el prefijo centi-: centipoise (símbolo: cP o cps), equivalente a un milipascal segundo (mPa·s).

1 poise = 100 centipoise = 1 g/(cm·s) = 0.1 Pa·s 1 centipoise = 1 mPa·s

FDA: Es la agencia del gobierno de los Estados Unidos responsable de la regulación de alimentos, medicamentos, cosméticos, aparatos médicos, productos biológicos y derivados sanguíneos.

DESCOMPRESION: Reducción de la presión a que ha estado sometido un cuerpo, en especial un gas o líquido.

RODETE: Es un tipo de rotor situado dentro de una tubería o un conducto y encargado de impulsar un fluido. Generalmente se utiliza este término para referirse al elemento móvil de una bomba centrífuga, pero en ocasiones también se utiliza para referirse al elemento móvil de turbinas y ventiladores.

AUTOASPIRANTE: Significa que no necesita válvula de pie para aspirar, ya que la lleva incorporada en su interior.

SIROPE: Especie de jarabe que se emplea para endulzar bebidas o aderezar postres. AMPLITUD DE PRESIÓN: Se constituyen en los límites máximos de presión con los cuales una bomba puede funcionar adecuadamente. Las unidades son Lb/plg 2.

VOLUMEN: La cantidad de fluido que una bomba es capaz de entregar a la presión de operación. Las unidades son gal/min.

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AMPLITUD DE LA VELOCIDAD: Se constituyen en los límites máximo y mínimo en los cuales las condiciones a la entrada y soporte de la carga permitirán a la bomba funcionar satisfactoriamente. Las unidades son r.p.m.

EFICIENCIA MECÁNICA: Se puede determinar mediante la relación entre el caballaje teórico a la entrada, necesario para un volumen específico en una presión específica y el caballaje real a la entrada necesario para el volumen específico a la presión específica.

EFICIENCIA VOLUMÉTRICA: Se puede determinar mediante la relación entre el volumen teórico de salida a 0 lb/plg 2 y el volumen real a cualquier presión asignada.

EFICIENCIA TOTAL: Se puede determinar mediante el producto entre la eficiencia mecánica y a la eficiencia volumétrica.

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