If Alejos Zelaya Fime

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    UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

    FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA ENERGIA

    PROYECTO DE INVESTIGACIN

    VARIABILIDAD DEL COMPORTAMIENTO DE LOS FLUJOS VISCOSOS EN

    LAS REDES DE DISTRIBUCIN HIDRAULICA SOMETIDAS A PRESIN

    AUTOR: Ing. JORGE LUIS ALEJOS ZELAYA

    CRONOGRAMA

    (Del 01 Octubre 2009 al 30 Setiembre del 2011)

    Resolucin Rectoral N 1082-09-R (19 Octubre 2009)

    CALLAO PERU

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    UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO 2FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

    Ing. Jorge Luis Alejos Zelaya

    INDICE

    Pag.

    I. RESUMEN 4

    II. INTRODUCCIN 5

    III. MARCO TERICO 7

    3.1.- Conceptos Bsicos de la Dinmica de los fluidos 7

    3.1.1.- Rapidez de flujo fluido 7

    3.1.2.- Coeficiente de descarga 8

    3.1.3.- Nociones Generales del Diagrama de Moody 8

    3.1.4.- Flujo estacionario y no estacionario 9

    3.1.5.- Flujo uniforme y no uniforme 9

    3.1.6.- Flujo viscoso y no viscoso 9

    3.1.7.- Flujo laminar y turbulento 10

    3.1.8.- Gasto con velocidad variable 11

    3.1.9.- Mediciones del gasto volumtrico en tuberas 12

    3.2.- Leyes Bsicas de la Dinmica de los fluidos 13

    3.2.1.- Principio de conservacin de la masa 14

    3.2.2.- Principio de conservacin de la energa 15

    3.3.- Ecuacin de Energa Aplicada a las Maquinas Hidrulicas 40

    3.3.1.- Primera expresin de la altura til de la bomba 41

    3.3.2.- Segunda expresin de la altura til de la bomba 42

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    Ing. Jorge Luis Alejos Zelaya

    3.3.3.- Altura Neta de Succin Positiva (NPSH) y Cavitacin 42

    3.3.4.- Curva Caracterstica de las Bombas Centrifugas 45

    3.3.5.- Punto de Operacin de Bombas Centrifugas 46

    IV. MATERIALES Y MTODOS 48

    4.1.- Materiales 49

    4.2.- Mtodos 55

    4.2.1.- Perdida de Carga por Resistencia 57

    4.2.2.- Perdida de Carga por Singularidad 84

    4.2.3.- Distribucin de Caudales a travs de dos tuberas en Paralelo 93

    4.2.4.- Punto de Operacin de una Bomba Centrifuga 100

    V.- RESULTADOS 112

    5.1.- Prdida de carga por resistencia 112

    5.2.- Prdida de carga por singularidad 118

    5.3.- Distribucin de caudales a travs de dos tuberias en paralelo 119

    5.4.- Punto de Operacin de una Bomba Centrifuga 119

    VI.- DISCUSIN 121

    VIII.- REFERENCIALES 122

    IX.- APNDICE 124

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    I.- RESUMEN

    El ahorro de energa en una conduccin hidrulica con sistema de bombeo se debe

    analizar responsablemente a fin de disminuir la demanda del sistema, tomando en cuenta la

    inversin necesaria para su construccin y que se faciliten as las tareas de mantenimiento,

    por lo que el presente Proyecto de Investigacin, titulado: VARIABILIDAD DEL

    COMPORTAMIENTO DE LOS FLUJOS VISCOSOS EN LAS REDES DE

    DISTRIBUCIN HIDRAULICA SOMETIDAS A PRESIN, nos permitir

    comprender y analizar la variacin de las fuerzas superficiales (Presin y Esfuerzo

    Cortante) que presentan los flujos viscosos en las redes de distribucin hidrulica

    sometidas a presin y conocer su influencia en la demanda del sistema, para lo cual se

    presenta un proceso de anlisis sistematizado y metodolgico del clculo, tomando como

    referencia el agua como sustancia operante a 20C , a fin de evaluar: las prdidas de carga

    por resistencia y singularidad, distribucin de caudales en redes de distribucin y la

    determinacin del punto de operacin de la bomba centrifuga respectiva.

    Se determinaron valores muy prximos a la unidad del coeficiente de descarga de

    los caudalimetros, determinndose porcentajes de error menores al 5% entre los

    coeficientes de friccin real y terico. Asimismo se muestra se muestra una disminucin dela variacin del ndice de prdida secundaria con el nmero de Reynolds y el punto de

    operacin de la bomba para una abertura de la vlvula, la misma que puede variar con el

    envejecimiento de la tubera o una estrangulacin de la vlvula, trayendo consigo el

    aumento del costo de la energa requerida para vencer las prdidas de energa hidrulica,

    debido a la variabilidad del comportamiento del flujo viscoso en las lneas de estudio.

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    II.- INTRODUCCION

    Es comn encontrar en una sociedad que tiende a la industrializacin y su desarrollo

    socio-econmico-cultural, suministros de flujos internos en redes de distribucin hidrulica

    sometidas a presin, con componentes y elementos motrices que proporcionan energa al

    fluido para su transporte adecuado.

    Debido a la variabilidad del comportamiento de los flujos viscosos en las redes de

    distribucin hidrulicas sometidas a presin se hace necesario su estudio sistemtico y de

    anlisis responsable que nos orienta a determinar adecuadamente la curva de perdida de

    carga o demanda del sistema y una seleccin apropiada de la maquina hidrulica

    generadora de energa a fin de reducir costos de inversin y operatividad.

    El Proyecto de Investigacin titulado VARIABILIDAD DEL

    COMPORTAMIENTO DE LOS FLUJOS VISCOSOS EN LAS REDES DE

    DISTRIBUCIN HIDRAULICA SOMETIDAS A PRESINestestructurado y

    organizado en captulos que permitirn al lector con inters al tema, comprender y analizar

    la problemtica del transporte de los fluidos en situaciones descritas.

    En el captulo del Marco Terico se detallan teoras del Principio Bsico de la

    Dinmica de los Fluidos, detallndose en l: la cuantificacin en el tiempo de la sustancia

    operante como volumen, peso y masa, tipos de flujo, y la cuantificacin del gasto y su

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    medicin respectiva con velocidad variable. A s mismo, se hace mencin de las Leyes

    Bsicas de la Dinmica de los Fluidos: Principio de Conservacin de Masa y Principio de

    Conservacin de la Energa con las aplicaciones respectivas a las conducciones hidrulicas.

    En el captulo de Materiales y Mtodos se hace mencin las variables medibles para

    el estudio de la variabilidad del comportamiento de los flujos viscosos en la unidad de

    instruccin experimental, la misma que est constituida por cuatro lneas de conduccin: 1

    Cedula 40, Cedula 80, Cedula 40 y 1 Cedula 80, hacindose notar que en

    esta ltima lnea de estudio se instalar una vlvula de retencin liviana para el estudio del

    ndice de perdidas secundaria respectiva. El mtodo seguido presenta un proceso ordenado

    y sistematizado para determinar: la Prdida de Carga por Resistencia con un anlisis y

    metodologa propia del clculo, Perdida de Carga por Singularidad, Distribucin de

    Caudales a travs de dos tuberas en paralelo y el Punto de Operacin de una Bomba

    Centrifuga para el cual se determin la ecuacin de la curva caracterstica Carga vs. Caudal

    mediante el empleo del software Data Studio y la grfica curva de perdida de carga o

    demanda del sistema se hizo mediante el software anteriormente precisado.

    En el captulo de Resultados se presentan cuadros y graficas que hizo posible su

    anlisis, comentario y evaluacin de las tendencias respectivas a fin de recalcar la

    importancia que tiene su estudio en las conducciones hidrulicas.

    Sern muy apreciados los comentarios, sugerencias o crticas respectivas.

    Ing. Jorge Luis Alejos Zelaya

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    III.- MARCO TEORICO

    3.1.- CONCEPTOS BASICOS DE LA DINAMICA DE LOS FLUIDOS

    3.1.1.- RAPIDEZ DE FLUJO FLUIDO.-Es la cantidad de flujo que fluye en un sistema

    por unidad de tiempo y se puede expresarmediante ecuaciones * MOTT, Robert.

    Mecnica de Fluidos Aplicada, 1996, dado en los siguientes trminos:

    A.- RAPIDEZ DE FLUJO DE VOLUMEN (V

    ).- Es el volumen del flujo de fluido que

    pasa por una seccin por unidad de tiempo. Llamado tambin caudal o gasto volumtrico.

    Tiempo

    VolumenV

    = Velocidad x rea (3.1)

    B.-RAPIDEZ DE FLUJO DE PESO (

    W).- Es el peso del fluido que fluye por una

    seccin por unidad de tiempo. Llamado tambin caudal gasto gravimtrico.

    W = . . . . (3.2)

    La rapidez de flujo de peso y volumen, estn relacionada por la ecuacin:

    VW . . . . . . (3.3)

    C.- RAPIDEZ DE FLUJO DE MASA (

    m).-Es la masa de fluido que fluye por una

    seccin por unidad de tiempo.

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    Ing. Jorge Luis Alejos Zelaya

    m = = V (3.4)

    3.1.2.- COEFICIENTE DE DESCARGA (Cd).- Es el cociente entre el caudal real y el

    caudal terico, establecido en la referencia * POTTER, Merle. Mecnica de

    Fluidos,1998.

    Cd = < 1 . (3.5)

    3.1.3.- NOCIONES GENERALES DEL DIAGRAMA MOODY

    Es uno de los grficos ms prcticos en Ingeniera , para determinar el coeficiente de

    friccin rozamiento f

    Es la representacin grfica de dos ecuaciones: Poisiulle y Colebrook White

    En una tubera se hace necesario conocer si es