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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA “TOMAS FRÍAS” FACULTAD DE INGENIERIA TECNOLOGICA CARRERA INGENIERIA MECÁNICA

INFORME N° 2 ENSAYO COMPLETO DE UNA BOMBA CENTRIFUGA DOCENTE: NOMBRES:

ING. RAUL LIMA MAMANI JHULISA ANAHI QUINTEROS MAMANI ELIZABETH FUERTES CRUZ HERNAN GARCIA FERNANDEZ ZAID MAMANI RIVERA JOEL ANGEL CANQUI MARCA

MATERIA: MAQUINAS HIDRAULICAS FECHA: 05/12/2019

POTOSI – BOLIVIA

POTOSÍ – BOLIVIA TABLA DE CONTENIDO 1. INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………… 2. OBJETIVOS………………………………………………………………………… 3. MARCO TEORICO…………………………………………………………………. 4. MATERIALES………………………………………………………………………. 5. PROCEDIMIENTO…………………………………………………………………. 6. RESULTADOS……………………………………………………………………… 6.1. Tabla de datos obtenidos y procesado……………………………………. 6.2. Graficas………………………………………………………………………… 6.3. Solución a preguntas de guía………………………………………………. 6.4. Análisis de errores……………………………………………………………. 7. APLICACIONES……………………………………………………………………. 8. CONCLUSIONES…………………………………………………………………… 9. BIBLIOGRAFIA Y/O WEBGRAFIA…………………………………………………

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1. INTRODUCCION El ariete hidráulico utiliza el fenómeno conocido como “golpe de ariete” para elevar el agua. Este fenómeno se suele observar cuando se interrumpe repentinamente el flujo del agua en una tubería; lo que pasa inmediatamente es que los tubos se estremecen a causa de una súbita subida de presión al interior de la tubería. Entonces, en la bomba de ariete se interrumpe constantemente el flujo de la tubería de admisión gracias a una válvula check, lo que ocasiona que se suba la presión y parte del agua sea impulsada hacia el tubo que eleva el agua. Un ariete hidráulico solo puede elevar parte del agua que recibe, pero aun así es un dispositivo muy útil considerando que se puede utilizar para aprovechar arroyos o ríos con suficiente pendiente. Es esas situaciones el agua “desechada” regresará a la fuente sin generar desperdicio del preciado líquido. El uso de las bombas de ariete puede permitir un mejor aprovechamiento de los recursos hídricos de los que disponen muchos campesinos. Por medio de este dispositivo se pueden regar cultivos, suministrar agua a los animales de la granja o suministrar el agua de uso doméstico. 1. OBJETIVOS  Determinar la altura Ht, caudal Q, potencia consumida P, rendimiento n y altura de carga.  Determinar el grafico de presiones para el sistema.  Calcular la presión de funcionamiento, celeridad de la onda de golpe. 2. MARCO TEORICO La bomba de ariete Las bombas de ariete hidráulicas utilizan la inercia creada por un flujo de agua en un tubo que para de bombear una porción del agua en ascenso. Necesita tener una caída de agua mínima de tres (3) pies o un (1) metro de un riachuelo. Esto puede ser una caída natural o una creada por medio de una represa, o un dique. Esta caída se conoce como “la toma de impulsor.” La altura del agua que es bombeada desde el ariete al punto de uso conocido como “la entrega.” Debe ser 2

más o menos de dos (2) a tres (3) veces la altura de la toma, para mantener una presión de respaldo en la línea. Mientras más alto se bombee el agua, menor será la cantidad de agua. En condiciones de bajo flujo, el uso de tanques permite recoger o almacenar una mayor cantidad de agua, puesto que la bomba funciona todo el tiempo.

Fuente del agua (A) Tubo de admisión (B) Válvula check de fondo (C) Válvula check de paso (D) Cámara de aire (E) Tubo de subida (F) Depósito elevado (G) Altura bombeada (H) Desnivel de la fuente del agua (h)

FIGURA N°1 Los elementos que se señalan en el esquema anterior son las distintas partes de un ariete hidráulico. La válvula check de fondo, (C) generalmente se coloca verticalmente hacia Fuente del agua (A) Tubo de admisión (B) Válvula check de fondo (C) Válvula check de paso (D) Cámara de aire (E) Tubo de subida (F) Depósito elevado (G) Altura bombeada (H) Desnivel de la fuente del agua (h) arriba para que se abra continuamente y permita salir el agua con cada ciclo. La válvula check de paso (D) permite que el agua suba pero que no baje. La cámara de aire amortigua la presión súbita, permitiendo de esta forma un flujo parejo. Cada uno de estos componentes son muy accesibles y pueden utilizarse los hechos de PVC.

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¿Qué ES NPSH REQUERIDO? El valor de NPSH requiere solamente depende de las características de la bomba y no de las características de la instalación, es variable para cada bomba siempre es positivo y cambia según el caudal y el número de revoluciones del motor. El valor de NPSH requerido informa sobre la capacidad de aspiración de una bomba en un punto determinado de su curva característica de funcionamiento. CUANTO MENOR ES EL BALOR DE NSPH REQUERIDO TANTO MAYOR ES SU CAPACIDAD DE ASPIRACION.

¿QUE ES NPSH DISPONIBLE? El valor de NPSH disponible depende de las características de las instalaciones y equivale a la reserva total de presión por encima de la atención de vapor de fluido y que se encuentra en la zona de la brida de aspiración

3. MATERIALES

CODO PVC 1”

CINTA TEFLON 4

TEE PVC 1”

NIPLE PVC

VALVULA CHECK DE FONDO

VALVULA CHECK (DETALLE)

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VALVULA CHECK DE PASO

VALVULA CHECK DE PAS

VALVULA CHECK DE PASO

VALVULA DE PAS

ABRAZADERAS

REDUCTOR TIPO CAMPANA

FIGURA N° 2 BOMBA DE ARIETE PVC 1” ESQUEMA DE ARMADO

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 TUBERIA TRANSPERENTE

Figura N°3 Utilizado para la aspiración y la descarga del fluido

FIGURA N°4 Es un instrumento de medición, principalmente de diámetros interiores, exteriores y profundidades. Es un instrumento sumamente delicado y debe manipularse con habilidad, cuidado y delicadeza. Deben evitarse especialmente las limaduras que pueden alojarse entre sus piezas y provocar daños. 7

 FLEXOMETRO

FIGURA N°5 Es un instrumento de medida que consiste en una cinta flexible graduada y que se puede enrollar, haciendo que el transporte sea más fácil. También con ella se puede medir líneas y superficies curvas.

Es un instrumento de medida que nos permite medir los diámetros de las tuberías de transporte. 4. FUNCIONAMIENTO. El funcionamiento del dispositivo es bastante simple:

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 El agua se acelera a lo largo del conducto hasta alcanzar una determinada velocidad que hace que se cierre la válvula A;  entonces se crea una fuerte presión ejercida por el agua que se encuentra en movimiento y es detenida de golpe;  así permite la apertura de la válvula B y pasa agua al depósito hasta que se equilibran las presiones;  Se abre la válvula A y el ciclo se repite una y otra vez. El agua pasa a golpes de ariete al depósito, pero sale de este con continuidad ya que el ariete funciona de uno a dos ciclos por segundo. La cámara de aire del depósito es fundamental para su funcionamiento. Para asegurar la permanencia de esta cámara de aire se usa el inclusor de aire que incorpora unas pocas burbujas en cada ciclo. Inclusor de aire El inclusor 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.

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5. PROCEDIMIENTO

Sacamos medidas de todos los accesorios del equipo, para luego proceder la práctica.

Luego de haber tomado datos o las medidas de todo el equipo procedemos a llenar el tanque con agua para poder realizar la práctica.

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Abrimos la llave del tanque hasta que se llene la manguera y poder calibrar la bomba

En este caso la bomba no pudo aspirar el fluido porque estaba seco la bomba, y empezamos a cebar llenado de agua a la bomba y proceder con la práctica

Ubicamos la manguera a una altura de 1.34m, para proceder a llenar el envase de 2000ml y tomar el tiempo que tarda en llenarse este.

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Realizamos el mismo procedimiento otra vez, pero a otra altura diferente y observamos que tiempo tarda en llenarse el envase.

Observamos cuanto se ha vaciado el tanque después de haber realizado los dos pasos anteriores.

Luego procedemos a llenar nuevamente el tanque para realizar otro tipo de medición de manera directa sin la bomba de ariet

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Cuando tapamos existe altura de perdida también cuando el motor esta con variador calienta mas

Después de haber llenado el tanque, abrimos la llave para tomar el tiempo que tarda en llenarse el envase, este procedimiento lo realizamos varias veces.

Se vio que representamos también en turbulento y laminar

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Hecho todo esto, tabulamos todos los datos obtenidos en la práctica para realizar los cálculos correspondientes.

6. RESULTADOS 6.1. Cálculos

6.2.

PROCESAMIENTO DE DATOS

Convertir PSI a m𝐇𝟐 𝐎 𝐻1 = 35𝑃𝑆𝐼 =

1𝑚𝐻2 𝑂 = 24.65𝑚𝐻2 𝑂 1.42𝑃𝑆𝐼

𝐻2 = 15𝑃𝑆𝐼 =

1𝑚𝐻2 𝑂 = 10.56𝑚𝐻2 𝑂 1.42𝑃𝑆𝐼

𝐻3 = 10𝑃𝑆𝐼 =

1𝑚𝐻2 𝑂 = 7.04𝑚𝐻2 𝑂 1.42𝑃𝑆𝐼

Convirtiendo Lt a 𝐦𝟑

1000𝑚3 2𝐿𝑡 = = 0.002𝑚3 1𝐿𝑡

Calculando tiempo Medio 𝑡1 =

6.555 + 5.73 = 6.14𝑠 2

𝑡2 = 𝑡3 =

9.81 + 8.93 = 9.37𝑠 2

8.25 + 7.88 = 8.065𝑠 2

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Nro

H(m)

1 2 3

24.65 10.56 7.04

m3

Q( s ) 0.000326 0.000213 0.000248

Calculando para Q Q= Q1 =

V(𝑚3 ) t(s)

0.002 𝑚3 = 0.000326 6.14 𝑠

0.002 𝑚3 Q2 = = 0.000213 9.37 𝑠 Q3 =

0.002 𝑚3 = 0.000248 8.065 𝑠

Primer tabla

Nro H 1 24,65 2 10,56 3 7,04 42,25

Q Q^2 H*Q^2 Q^4 0,000326 1,06276E-07 2,6197E-06 1,12946E-14 0,000213 4,5369E-08 4,791E-07 2,05835E-15 0,000248 6,1504E-08 4,3299E-07 3,78274E-15 0,000787 2,13149E-07 3,5318E-06 1,71E-14

Calcular relacion de altura caudal

∑ H − nc − ∑ Q2 = 0 {

2

2

2

}

∑ HQ − ∑ Q c − ∑ Q a

−3c − 2.13149E − 7−= −42.21 { } −2.13149E − 7 − 1.71E − 14a = −3.5318E − 6 15

c = 14.68 a = −18077.008

Convietiendo potencia de motor

Pe = 0.5HP =

N 1 2 3

1 = 0.5HP 2

745.7Watts = 372.85Watts 1HP

Pe (Watts) 78.7 22.25 17.12

η 0.2 0.05 0.045

Calculo Pn 𝑷 = ʃ 𝒈𝑸𝑯

𝑷𝟏 = 𝟏𝟎𝟎𝟎 ∗ 𝟗. 𝟖𝟏 ∗ 𝟎. 𝟎𝟎𝟎𝟑𝟐𝟔 ∗ 𝟐𝟒. 𝟔𝟏 = 𝟕𝟖. 𝟕𝑾 𝑷𝟐 = 𝟏𝟎𝟎𝟎 ∗ 𝟗. 𝟖𝟏 ∗ 𝟎. 𝟎𝟎𝟎𝟐𝟏𝟑 ∗ 𝟏𝟎. 𝟓𝟔 = 𝟐𝟐. 𝟐𝟓𝑾 𝑷𝟑 = 𝟏𝟎𝟎𝟎 ∗ 𝟗. 𝟖𝟏 ∗ 𝟎. 𝟎𝟎𝟎𝟐𝟒𝟖 ∗ 𝟕. 𝟎𝟒 = 𝟏𝟕. 𝟏𝟐𝑾

Calculo para rendimiento

𝜼=

𝜼𝟏 =

𝑷𝟏 𝑷𝒆

𝟕𝟖. 𝟕 = 𝟎. 𝟐 𝟑𝟕𝟐. 𝟖𝟓

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𝜼𝟏 = 𝜼𝟏 =

𝟐𝟐. 𝟐𝟓 = 𝟎. 𝟎𝟓 𝟑𝟕𝟐. 𝟖𝟓

𝟏𝟕. 𝟏𝟐 = 𝟎. 𝟎𝟒𝟓 𝟑𝟕𝟐. 𝟖𝟓

Nro η Q Q*η 1 0,2 0,000326 0,0000652 2 0,05 0,000213 0,00001065 3 0,045 0,000248 0,00001116 0,000787 0,00008701

Q^3 Q^2 Η*Q^2 3,4646E-11 1,06276E-07 2,12552E-08 9,6636E-12 4,5369E-08 2,26845E-09 1,5253E-11 6,1504E-08 2,76768E-09 5,96E-11 2,13E-07 2,63E-08

PARA η ∑ ηQ − d ∑ Q2 − ∑ Q3 e = 0 { } ∑ ηQ2 − ∑ Q3 d − ∑ Q4 e = 0

{

8.7E − 5 − 2.13E − 7d − 5.96E − 11e = 0 } 2.03E − 8 − 5.90E − 11d − 1.71E − 14e = 0

−2.13E − 7d − 5.96E − 11e = −8.7E − 5 { } −5.90E − 11d − 1.71E − 14e = −2.63E − 8

d = −116.27 e = 402.7 η = dQ + eQ2 η = −116.27 ∗ 0.000787 + 402.7 ∗ 0.000787^2 η = 0.09 = 9% PARA NPSH

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NPSH =

𝑃𝑠 − 𝑃𝑣 𝑉𝑠 2 + 𝑔ʃ 2𝑔

Donde: Ps= presión absoluta de la succión (Pa) Pv= presión de vapor del agua (Pa) g= aceleración de la gravedad (m/s^2) ʃ= densidad del agua (Kg/m^3) Vs= velocidad media del fluido en la succión (m/s)

Convirtiendo 𝑃𝑠 = 44𝑐𝑚𝐻𝑔 = 58661.68𝑃𝑎 𝑃𝑣 = 7𝑐𝑚𝐻𝑔 = 9332.54𝑃𝑎

Diámetro interno del tubo 𝑑 = 2.27𝑐𝑚 = 0.227𝑚

Para velocidad 𝑄 =𝑉∗𝐴

Despejando 𝑉=

𝑄 𝐴

0.9174 𝑉= 𝜋 2 4∗𝑑 0.9174 𝑉=𝜋 2 4 ∗ 0.227

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m Vs = 22.67 ( ) s

Para NPSH m 58661.68Pa − 9332.54Pa (22.67)^2( s ) HPSH = + m Kg m 2 ∗ 9.8( 2 ) 9.8 ( s ) ∗ 1000( 3 ) s m

NPSH = 5.4m

NPSH = 5.4 − 0.5 = 4.9m Calculo de presión de aspiración en agua 𝑃𝐻 = 𝜌 ∗ 𝑔 ∗ ℎ 𝑃𝐻 = 1000

𝑘𝑔 𝑚3

𝑥 9.8

𝑃𝐻 = 2450000

𝑚 𝑠2

𝑥 25 𝑚

𝑘𝑔 𝑠2

CALCULO DE PRECION DE ASPIRACION EN AIRE

𝑃𝐻 = 𝜌 ∗ 𝑔 ∗ ℎ 𝑃𝐻 = 1.225

𝑘𝑔 𝑚3

𝑥 9.8

𝑃𝐻 = 300.125

𝑚 𝑠2

𝑥 25 𝑚

𝑘𝑔 𝑠2

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7. APLICACIONES Por el bajo costo de construcción, costo de operación cero y cero contaminaciones (no se utiliza ningún tipo de energía ni combustible fuera de la fuerza del fluido) se considera que este equipo puede ser utilizado en casi toda actividad donde el caudal inicial de fluido no sea un problema o pueda ser reciclado. La presente tecnología es una alternativa de solución con muchísimas ventajas con respecto al uso de sistemas y equipos de bombeo más conocidos (motobombas, electro bombas), por tanto, nos corresponde a nosotros plantear esta alternativa muy antigua por cierto en usos y Necesidades actuales como riego, agua potable y otros. Su uso se limita a tres aplicaciones principales.  Elevación de agua potable de los manantiales de los asentamientos en tierras más altas.  Bombeo de agua potable de los arroyos que tienen pendiente significativa.  Elevación de agua de riego de los arroyos o canales de riego elevado 8. CONCLUSIONES  El ariete hidráulico es una alternativa muy práctica en lugares donde se tengan las condiciones adecuadas de abastecimiento, conducción y reutilización de aguas, ya que no genera gastos directos de operación y mantenimiento, siendo esta una herramienta autosuficiente que nos generara disminución costos y consumos de agua.  La bomba de ariete consta de una cámara de aire que provoca la elevación del agua al tanque de descarga.  Tenemos que calibrar la válvula check para que el agua tenga un flujo de caudal constante. pero en esta parte se tuvo un problema en la práctica 20

ya que no se pudo encontrar el punto de funcionamiento de la bomba por la mala regulación de los contrapesos que forman parte de la válvula check y por ende no se pudo realizar la práctica de laboratorio  En cuanto a los objetivos de la práctica no se pudo realizar todos los cálculos referentes a la práctica o dicho de otra forma no se pudo cumplir con los objetivos trazados en un inicio porque no se logró poner en marcha la bomba de ariete.  En el caso del NSPH esta correcto existe cavitación  Por otra parte, podemos también concluir como resultado del presente laboratorio se puede indicar que al realizar algunas modificaciones en el sistema de conducción y diseño del ariete hidráulico se puede generar un mejor rendimiento y mayor alcance sin la necesidad de tener una altura de abastecimiento considerable. 9. RECOMENDACIONES 

El golpe de ariete a gran escala puede ser muy peligroso, y todos entienden la necesidad de establecer medidas en contra de él. Por otra parte, el golpe de ariete a menor escala generalmente es ignorado. A pesar de que toma mayor tiempo, también el golpe de ariete a menor escala generalmente conduce a daños.



Según investigaciones realizados por el grupo sería recomendable colocar un resorte entre la válvula y la tapa de la válvula check esto con el fin de que una vez expulsada la presión del sistema esta pueda volver a cerrar la válvula y así sucesivamente para no tener problemas como lo ocurrido en la práctica.

10. BIBLIOGRAFIA costa novella “flujo de fluidos” Claudio mataix mecánica de fluidos y maquinas hidráulicas pág. 312-313 https://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_de_ariete https://es.scribd.com/doc/114050052/Bomba-de-Ariete-Aplicaciones-Tecnologias 21

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