Curvas Bomba Mecánica de Fluidos

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           Mecánica de Fluidos

ABP G S2:

Curvas Bomba

• Profesor: Benjamín Lyon

• Ayudante: Bastían Cabrera

• Integrantes Grupo 3:

Victoria Álvarez

Franco Berríos

Sofia Campamá

Vicente Lucero

• Fecha Entrega: 13/06/2021

Abstract 

El presente informe presenta el desarrollo conceptual del diseño de un sistema de impulsión tanto para agua, etanol y gasolina.

Para esto se determinaron dos estanques grandes abiertos a la atmósfera, uno más alto que el otro (280 ft) donde a través de las ecuaciones aprendidas en clases (Bernoulli, Darcy, Número de Reynolds, Ecuación de Haaland) se pudo determinar el trabajo operacional necesario de la bomba, el caudal respectivo y las pérdidas por fricción.

Se escogió una Placa de Orificio, como sistema de medición de flujo intrusivo, se describió el modo, características y pérdidas por fricción.

Aparentemente no se requerirá una bomba adicional en serie que trabaje en la misma tubería, ya que no se necesita mayor energía para impulsar el fluido a lo que pide el sistema.

El costo de operación para cada fluido se conocerá, determinando la potencia de la bomba Kwh de cada fluido.

En el análisis de sensibilidad se analizará las variaciones de diámetro de la tubería y como varía la altura que alcanza el fluido.

Índice

Introducción        4

Identificación del problema        5

Definición del problema        5

Hipótesis de diseño        6

Modelo de solución y Resolución del problema        8

Diseño del sistema de impulsión        8

Sistema de medición de flujo        17

Evaluar la incorporación de un set de este mismo tipo de bomba en serie/paralelo        21

Costo diario de operación        22

Realizar un análisis de sensibilidad al sistema        23

Conclusiones        26

Introducción

En el presente informe se desarrollará un diseño preliminar, considerando la metodología  ABP (aprendizaje basado en problema) respecto al problema de curva del fabricante de una bomba centrífuga propuesto en clases.

Para el desarrollo del problema se deberá analizar las variables del problema definido, supuestos e hipótesis necesarias para la resolución del problema. En una primera instancia solo se analizará el problema utilizando como fluido el agua, para posteriormente analizar los fluidos de etanol y gasolina.

Luego de diseñar el problema se hará un análisis de sensibilidad con las variables relevantes del sistema.

Identificación del problema

• Definición del problema

La  curva  de  la  figura  corresponde  a  la  curva  del  fabricante  de  una  bomba  centrífuga  para  agua  a  60ºF  que  posee  una  eficiencia  del  60 %.  No  obstante,  es  necesario ocupar  este  tipo  de  bomba  para  transportar  otros  fluidos,  en  particular  gasolina  y etanol , también 60ºF, comparando sus resultados de operación.

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Hipótesis de diseño

• Se considera flujo estacionario e incompresible.
• La densidad de los fluidos será:

→ Densidad Agua: 62,3 lbm/ft^3

→ Densidad Etanol: 49,255 lbm/ft^3

→ Densidad Gasolina: 42,451 lbm/ft^3

• La tubería a considerar será de acero comercial ya que es el material más utilizado en los distintos fluidos líquidos y que a su vez soporta diversas temperaturas.
•  Se considera una tubería de 1,5” de diámetro, utilizada para transporte de caudales bajos. Tendrá 2 codos de 90°.  En el análisis de sensibilidad se verá la variación con tuberías de otros diámetros .
• Al ser flujos líquidos, uniforme e incompresibles se considerará una tubería circular.
• Pérdidas menores no se calcularán, se supondrá que son un 15% de las pérdidas mayores.
• Se comenzará la operación conceptual primero del agua, ya que para el proceso de etanol y gasolina es el mismo, se diferencia solo en sus densidades para efectos de cálculo.
• Se presenta el diseño de 2 estanques A y B, que están abierto a la atmósfera, conectados por una bomba, como se muestra en la figura:

[pic 3][pic 4][pic 5]

Datos

• Agua a 60°F
• Densidad agua lbm/ft3)[pic 6]
• Densidad Etanol = 49,255 (lbm/ft3)[pic 7]
• Densidad Gasolina = 42,451 (lbm/ft3)[pic 8]
• Viscosidad Dinámica [pic 9]
• Rendimiento bomba = 60%[pic 10]
• Diametro D = 1,5” ; D = 0,125 (ft)
• Rugosidad (ft)[pic 11]
• Largo tubería L = 1200 (ft)
• Area A = 0,0122 (ft2)
• = 32,174 (lbm*ft/s2*lbf)[pic 12]
• (ft)[pic 13]
• Pérdidas menores son un 15% pérdidas mayores.

Modelo de solución y Resolución del problema:

1. Diseñar completamente el sistema de impulsión tanto para agua como para gasolina y etanol (características, material y especificaciones del ducto), para una longitud de tubería de acero comercial de 1200 ft, con un incremento de energía potencial de 280 ft y con pérdidas menores correspondientes al 15% de las pérdidas mayores. Sistema inglés de Ingeniería.

Encontrar la curva del sistema que intersecta con la curva del fabricante, de esta forma sabremos el punto de operación de la bomba, es decir, el caudal Q.

Caso Agua como fluido de trabajo  

Para este paso se utilizará la ecuación de balance de energía entre los dos estanques.

• Al ser dos estanques abiertos a la atmósfera, las presiones se cancelan:

[pic 14][pic 15]

• Al ser dos estanques muy grandes las velocidades tienden a cero.

= =0[pic 16][pic 17]

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