Actividad Aprendizaje Semana Dos(2)

7/27/2019 Actividad Aprendizaje Semana Dos(2)

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ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE SEMANA DOSActividad de aprendizaje: La Bomba de Inyeccin Rotativa Mecnica

APRENDIZ:Nombres:Email:

Consulta en internet y/o Biblioteca SENA.Instrucciones: realizar la siguiente consulta. Mencionar la bibliografa empleada para la realizacin de laactividad.

- Explique qu es caudal msico y volumtrico y cules son las diferencias que existen entre ambos tipos.En qu unidades se mide cada tipo de caudal?.

- Cmo se define el trmino presin y en qu unidades se mide?- Elabore un cuadro comparativo donde se expliquen las caractersticas del combustible disel y qu

ventajas y/o desventajas ofrece frente a otros tipos de combustibles?. Tenga presente que se pide uncuadro comparativo as que la informacin presentada en este punto debe obedecer a esta estructura.

- Incluya una grfica donde se aprecien las partes de la bomba rotativa y explique, en sus propiaspalabras, cada una de ellas y la funcin que esta cumple en el sistema. Recuerde que no se calificaranaportes que sean copia textual de cualquier recurso bibliogrfico.

Producto a entregar: Texto que consagre las respuestas obtenidas. En el enlace Actividades / Actividades de laSemana Uno, enlace para Enviar taller 2.

DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD:

CAUDAL MSICO.

Es la magnitud que expresa la variacin de la masa en el tiempo. Matemticamente es el diferencial de la masa

con respecto al tiempo. Se trata de algo frecuente en sistemas termodinmicos, pues muchos de ellos (tuberas,

toberas, turbinas, compresores, difusores, entre otros) actan sobre un fluido que lo atraviesa. Su unidad es el

kilogramo sobre unidad de tiempo o las libras sobre unidad de tiempo

Se puede expresar el flujo msico como la densidad (, que puede estar en funcin de la posicin, (r)) por un

diferencial de volumen.

dm=rdV=Q

Donde Q se refiere al gasto hidrulico o caudal volumtrico expresado en unidades de volumen sobre tiempo y la

densidad expresada en unidad de masa sobre volumen.

Este volumen a su vez se puede expresar como el producto de una superficie S (el ancho de la tubera entrante,

normalmente), que tambin puede depender de la posicin por un diferencial de longitud (la porcin de dicha

tubera cuyo contenido entra en el sistema por unidad de tiempo).

dm=(r)S(r)dr


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Normalmente se supone flujo unidimensional, es decir, con unas densidades y secciones constantes e

independientes de la posicin lo que permite reducirlo a la siguiente frmula

m=VS

Donde:

m = Flujo msico.

= Densidad del fluido.

V = Velocidad del fluido.

S = rea del tubo.

En resumen, la frmula general para calcular el flujo msico es la siguiente:

m=Q

En el caso de tener diversos flujos de entrada y salida se consideran la sumatoria de estos. En un sistema en

estado estacionario se puede deducir que la variacin de masa ha de ser 0 y por tanto podemos establecer:

e=1xme=s=1yms

Donde:

x = nmero de entradas

y = nmero de salidas

Cumpliendo as con la Primera ley de la termodinmica que dice:

La energa es una propiedad termodinmica, es decir, la energa no se crea ni se destruye, se transforma.

UNIDADES.

De acuerdo a la definicin dada anteriormente se tiene que el flujo msico viene dado en unidad de masa, bien

sea kilogramos o gramos para el sistema internacional (SI) o libras para el sistema ingls (USCS) sobre unidades

de tiempo que generalmente son expresadas en horas o segundos.

Entre las unidades ms usadas frecuentemente tenemos para el sistema internacional el kilogramo sobre

segundos (kg/s), kilogramo sobre hora (kg/h), gramos sobre segundos (g/s), toneladas sobre horas (T/h),

toneladas sobre das (T/d); y para el sistema ingls tenemos las libras sobre segundos (lb/s) y las libras sobre

horas (lb/h)

Para tener una mejor visualizacin del clculo del flujo msico y las unidades utilizas, se plantea el siguiente

ejercicio:

Problema:

Determinar el flujo msico de un fluido cuya densidad es de 62,4 lbft3 que circula sobre una tubera de 2

pulgadas de dimetro a razn de 10 fts.

Solucin:


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Inicialmente se hace necesario determinar el caudal volumtrico mediante la siguiente frmula:

Q=VAf

El rea de flujo (Af) viene determinada por Af= D24 y la velocidad es un dato conocido en el planteamiento del

ejercicio.

Se procede a hacer la conversin de unidades.

2 pulg 1 pie12 pulg =0,166 pies

Af=0,16624

Af=0,021 pies2

Se procede a calcular el caudal volumtrico:

Q=10piesseg0,021pies2

Q=0,21pies3s

Y finalmente se calcula el caudal msico:

m=Q

m=0,21pies3s62,4lbpies3

m=13,6lbs

EQUIVALENCIA ENTRE UNIDADES.

Tomando como unidad base el kilogramo sobre hora (kg/h) tenemos a continuacin una tabla representativa de

la relacin entre las distintas unidades expresadas anteriormente.

TABLA N 1

TABLA DE CONVERSION DE UNIDADES DE CAUDAL MSICO

TOMANDO COMO BASE KILOGRAMOS SOBRE HORA.

UNIDAD | MULTIPLICAR POR | PARA OBTENER |

Kg/h | 0,00028 | Kg/s |

Kg/h | 0,27778 | g/s |

Kg/h | 0,001 | T/s |

Kg/h | 0,024 | T/d |

Kg/h | 0,00061 | Lb/s |

Kg/h | 2,20462 | Lb/h |

Si el caudal msico viene expresado en Kg/h y deseamos expresarlo en g/s simplemente debemos multiplicarlo

por el valor expresado en la tabla, si por el contrario tenemos el caudal msico en g/s y se quiere expresar en

Kg/h se divide entre el valor de la tabla.


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TABLA N 2

TABLA DE CONVERSION DE UNIDADES DE CAUDAL MSICO

TOMANDO COMO BASE LIBRAS SOBRE HORA

UNIDAD | MULTIPLICAR POR | PARA OBTENER |

Lb/h | 0,00013 | Kg/s |

Lb/h | 0,45359 | Kg/h |

Lb/h | 0,126 | g/s |

Lb/h | 0,00045 | T/h |

Lb/h | 0,01089 | T/d |

Lb/h | 0,00028 | Lb/s |

Si el caudal msico viene expresado en Lb/h y deseamos expresarlo en Kg/s simplemente debemos multiplicarlo

por el valor expresado en la tabla, si por el contrario tenemos el caudal msico en Kg/s y se quiere expresar en

Lb/h se divide entre el valor de la tabla.

El uso correcto de estos factores de conversin quedar demostrado mediante los ejemplos a continuacin:

a) 7 Kg/h T/d

7kgh0,024Td1kgh=0,168Td

b) 12,5 g/s Lb/h

12,5gs1lbh0,126gs=99,20634lbh

c) 24 T/d lb/s

24Td1lbh0,01089Td0,00028lbs1lbh=0,61707lbs

MEDIDORES DE CAUDAL MSICO Y SU FUNCIONAMIENTO.

Existen dos formas de determinar el caudal msico, una de ellas es a partir de una medida volumtrica

compensndola para las variaciones de densidad del fluido o tambin directamente aprovechando las

caractersticas medibles de la masa del fluido.

Compensacin de variaciones de densidad del fluido en medidores volumtricos.

En los lquidos, por poseer la caracterstica de ser incompresibles, su densidad presenta variaciones de acuerdo

al cambio de temperaturas del mismo. Al instalar un transmisor de densidad que mida sta en condiciones de

servicio, bastar aplicar su salida directamente a la salida del transmisor de caudal, obteniendo:

m=Kpa-pc0

En donde:

k = constante.


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pa-pc = presin diferencial creada por el elemento.

0 = densidad del lquido en condiciones de servicio.

De esta manera la seal de presin diferencial captada por el transmisor debe multiplicarse por la seal del

transmisor de densidad.

En el caso de seales neumticas pueden emplearse instrumentos compensadores analgicos como el

representado en la figura 1

Fig. 1 Compensacin de variaciones de densidad del lquido

En la figura, el diagrama de bloques corresponde tambin a los instrumentos que pueden emplearse en la

compensacin. El campo de medida del transmisor de densidad se fija de tal modo que el factor de correccin

sea 1 cuando la densidad transmitida corresponde a la de clculo.

Si el transmisor de densidad mide sta en condiciones estndar, la seal de salida correspondiente debe

corregirse manual o automticamente para las variaciones de temperatura de la lnea antes de introducirla en el

compensador.

Para los gases la frmula es la misma ya que el factor de expansin puede incluirse en la constante K, donde

0 ser el peso especfico del gas en condiciones de servicio.

Distintos mtodos pueden emplearse con el fin de compensar las variaciones de densidad segn sean las

condiciones de servicio y precisin que se desee en la medida, entre estos mtodos tenemos:

a) Registrar la temperatura o presin, o ambas y calcular las correcciones.

b) Compensar automticamente el caudal solo para la variable que cambia.

c) Compensar automticamente el caudal para los cambios en la densidad solo si se esperan variaciones

considerables en todas las condiciones de servicio.

Con respecto al ltimo de los casos, puede trabajarse de 2 maneras:

1) Medir la densidad en condiciones de servicio y compensar as de modo directo y automticamente el caudal.

2) Medir la densidad en condiciones de referencia y corregirla manual o automticamente para las variaciones de

temperatura en el caso de los lquidos, o variaciones de temperatura y presin en el caso de los gases

considerando la compresibilidad constante y teniendo en cuenta que si las presiones son superiores a 10 bar, la

mayor parte de los gases reales se apartan de la ley de los gases perfectos y es necesario aplicar el factor de

correccin de compresibilidad

De esta manera resulta como expresin del caudal msico:

m2=kpa-pcP1273Ts=K'pa-pcPT


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Donde se considera s constante y conocido englobado en K.

De acuerdo con la frmula anterior se consideran elementos primarios que dan seales cuadrticas del caudal

como la placa orificio, tobera y tubo Venturi. Las seales cuadrticas pueden hacerse lineales con el caudal

utilizando un instrumento extractor de raz cuadrada.

Es importante destacar que en la compensacin de presin, la medida debe ser en presin absoluta y en

presiones superiores a 5 bar pueden utilizarse medidores de presin relativa ajustados para dar seales

representativas de la presin absoluta.

En la figura 2 se muestran instrumentos neumticos que compensan la temperatura, la presin o ambas con el

diagrama de bloques correspondiente.

Fig. 2 Compensadores neumticos de temperatura y presin

En el caso de instrumentos electrnicos pueden utilizarse varios sistemas:

a) Una unidad compensadora (multiplicador-divisor) que trabaja con un transmisor de presin diferencial, un

transmisor de presin absoluta PP/I de 4-20 miliamperios c.c. y un transmisor de temperatura TC/I de 4-20

miliamperios c.c. Las conexiones de este sistema podrn verse en la figura 3.

b) Una unidad calculadora que compensa el caudal de gas para las variaciones de temperatura y presin con

correcciones manuales de peso especfico y compresibilidad. Este sistema aunque parezca complejo posee

caractersticas favorables de alta precisin ( 0,2% de la escala para el intervalo 4-100%), estabilidad (el

instrumento alcanza la precisin mencionada luego de 15 minutos de conectado y se mantiene durante 60 das

sin recalibracin) y adems su facilidad de calibracin. Este sistema ser mostrado en la seccin a de la figura 4.

Fig. 3 Unidad compensadora (multiplicador-divisor)

Fig. 4 Unidad calculadora de caudal msico

c) Una unidad calculadora que compensa el caudal de gas para las variaciones de densidad del gas con

correcciones manuales del peso especfico con caractersticas semejantes al sistema anterior pero con una

mayor precisin de 0,15% de la escala. Este sistema es mostrado en la parte b de la figura 4.

En los compensadores digitales con microprocesador (mostrado en la parte c de la figura 4) el clculo de los

factores de los mdulos es realizado automticamente. Con tan solo introducir los campos de medida de los

transmisores de caudal, presin y temperatura; si estos instrumentos son inteligentes, puede cambiarse si se

desea su campo de medida y adems se consigue una precisin final de lectura ms elevada, al disponer

asimismo de linealizacin, compensacin de viscosidad y otras funciones entre las que se encuentran pulsadores


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de prueba del circuito, simulacin caudal volumtrico, presin, temperatura, entre otros.

Medicin directa del caudal msico.

En ocasiones es importante aprovechar las caractersticas medibles de la masa para obtener el valor del flujo

msico, en este caso existen tres sistemas bsicos que son los instrumentos trmicos, los instrumentos de

momento angular y los de Coriolis.

Medidores trmicos de caudal.

Estn basados comnmente en dos principios fsicos que son la elevacin de temperatura del fluido en su paso

por un cuerpo caliente y la prdida de calor experimentada por un cuerpo caliente inmerso en el fluido. De estos

dos principios el ms utilizado industrialmente es el primero, este fue proyectado por Thomas en 1911 para medir

el flujo msico de gas en una tobera, por tal motivo dichos dispositivos reciben el nombre de medidores de

caudal Thomas.

El medidor Thomas consta de una fuente elctrica de alimentacin de precisin que proporciona un calor

constante al punto medio del tubo por el cual circula el caudal, en puntos equidistantes de la fuente de calor se

encuentran resistencias que sirven para medir la temperatura. Cuando el fluido est en reposo la temperatura es

idntica en las dos sondas, cuando el fluido circula el mismo transporta una cantidad de calor hacia el segundo

elemento (T2) y se presenta una diferencia de temperaturas que va aumentando progresivamente entre las

sondas a medida que aumenta el caudal. Esta diferencia a su vez es proporcional a la masa que circula a travs

del tubo, planteando la siguiente ecuacin:

Q=mcet2-t1

Donde:

Q = calor transferido.

m = masa del fluido.

ce = calor especfico.

t1 = temperatura anterior.

t2 = temperatura posterior.

El sistema est conectado a un puente Wheatstone que determina la diferencia de temperaturas y amplifica la

misma con una seal de salida de 0-5 V c.c. en 1000 ohmnios de impedancia, esta seal puede ser utilizada en

registradores, indicadores digitales y controladores digitales que pueden estar situados hasta 300 metros del

instrumento.

La precisin del elemento primario es de 1% de toda la escala, es recomendable la calibracin del instrumento

en condiciones lo ms cercanas posibles a su utilizacin final. La medida es apta para bajos caudales de gas que


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van segn los modelos de 0-10 cm3/minuto.

Para aumentar el caudal medible se deriva con un capilar el fluido y se intercala un laminador que garantiza el

mismo flujo laminar que en el capilar. Como se conoce la relacin de secciones entre el laminador y el capilar,

midiendo el caudal en el sensor se obtiene el caudal total, de esta manera los caudales medibles llegan a 15

l/min en gases y a 20 kg/h en lquidos.

Medidores de momento angular.

Estn basados en el principio de conservacin del momento angular de los fluidos, partiendo de la segunda ley

de Newton Z=I, en donde:

Z = par.

I = momento de inercia.

= aceleracin angular.

Y de las frmulas I=mr2 , H=Iw, se llega a:

mt=Zr2w

En donde:

H = momento angular.

m = masa.

t = tiempo.

r = radio de giro.

w = velocidad angular.

Si al fluido se le comunica un momento angular y se mantiene constante la velocidad angular, la medicin del par

producido permitir determinar el valor del flujo msico ya que el radio es constante en el sistema.

El medidor axial de una turbina consiste en un rotor radial con canales de paso fluido que gira a velocidad

constante por acoplamiento magntico con un motor sncrono, comunicando al fluido un momento angular. Una

turbina adyacente al rotor impulsor elimina el momento angular del fluido y recibe un par proporcional al mismo,

finalmente la turbina est frenada por un resorte y su posicin angular es proporcional al par dando la medida del

caudal msico. Este sistema es sencillo comparado con otros mtodos pero inexacto para caudales bajos, solo

puede medir caudales en un solo sentido y no es capaz de medir variaciones rpidas en el caudal. Este

instrumento es mostrado en la parte a de la figura 5.

El medidor axial de doble turbina est basado en el mismo principio, contiene dos turbinas montadas en el mismo

eje y enlazadas con un dispositivo de torsin calibrado, las palas de las turbinas poseen ngulos distintos y

tienden a girar a velocidades angulares diferentes pero al estar unidas por el elemento de torsin se presenta un

desfase entre las mismas que es la funcin del par del sistema. Cada turbina posee un captador que da un


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impulso por cada vuelta, el impulso de la turbina anterior abre un circuito puerta y el de la posterior lo cierra.

Durante el tiempo de apertura se genera trabajo en el oscilador y su nmero de oscilaciones indica el desfase

angular, el ngulo da el valor del par, que a su vez es proporcional a la medida del caudal masa. El

funcionamiento de este instrumento puede verse en las partes b y c de la figura 5.

Fig. 5 Medidor axial

Medidor del Coriolis.

Este tipo de medidor est basado en el teorema del matemtico francs Coriolis que observ que un objeto de

masa m que se desplaza con una velocidad lineal V a travs de una superficie giratoria que gira con una

velocidad angular constante w, experimenta una velocidad tangencial (velocidad angular x radio de giro) mayor

cuanto mayor es su alejamiento del centro. Si el mvil se desplaza del centro hacia la periferia experimentar un

aumento en su velocidad, lo que indica que se le est aplicando una aceleracin al mismo y a su vez una fuerza

sobre la masa del objeto. Como el radio de giro va aumentando, la velocidad tangencial tambin vara, con lo que

se concluye que una variacin de velocidad comporta una aceleracin, la que a su vez es debida a una fuerza

que acta sobre la bola, estas son respectivamente la aceleracin y la fuerza de Coriolis.

La generacin de la fuerza de Coriolis se produce bsicamente en dos formas:

a) Por inversin de las velocidades lineales del fluido mediante la desviacin de un bucle en forma de omega ()

en estado de vibracin controlada. La vibracin del tubo, perpendicular al sentido de desplazamiento del fluido,

crea una fuerza de aceleracin en la tubera de entrada del fluido y una fuerza de desaceleracin en la salida,

con lo que se genera un par cuyo sentido va variando de acuerdo con la vibracin y con el ngulo de torsin del

tubo, que es directamente proporcional a la masa instantnea de fluido circulante. El valor de la fuerza de

Coriolis es:

F=2mwV

Donde:

F = fuerza de Coriolis.

m = masa del fluido contenida en el tubo recto de longitud L

w = velocidad angular alrededor del eje del tubo en

V = velocidad lineal del fluido.

El par creado respecto al eje R-R del tubo es:

M=2Fr=4mVwr=4wrm

Si K, es la constante de elasticidad del tubo y el ngulo de torsin del tubo, la fuerza de torsin del tubo que


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equivale al par creado respecto al eje R-R del tubo es T=Ks y como M = T resulta como ecuacin de caudal

msico:

m=Ks 4wr

Los sensores magnticos se sitan en el centro del tubo y combinan dos intervalos de tiempo, uno de

movimiento hacia abajo del tubo y el otro del movimiento hacia arriba, la diferencia de las ondas se traduce en

impulsos que alimentan un integrador lineal. Cuando hay caudal el integrador carga un condensador y la carga

es conectada a una seal analgica proporcional al ngulo de torsin del tubo.

La diferencia en tiempo (t) de la seal de los sensores de posicin est relacionada con y con la velocidad

(Vi) del tubo en su punto medio, segn la ecuacin:

tg=Vi2rt

Como es pequeo, se tiene:

=Lw2rt

Y al combinar esta expresin con la de flujo msico obtenida anteriormente, se obtiene:

m=KsL8r2t

b) Por inversin de las velocidades angulares del fluido mediante un tubo recto donde la velocidad lineal del

fluido es la misma en dos puntos distintos pero la vibracin en el tubo es tal que la velocidad angular en uno de

los puntos es contraria a las agujas del reloj mientras que en el otro punto es en el mismo sentido de las agujas

del reloj. Esta diferencia de fase es medida por los sensores y a su vez es proporcional al caudal msico.

La medida es independiente de la temperatura, presin y densidad del fluido, al estar el tubo libre de

obstrucciones admite la circulacin de fluidos con slidos en suspensin, es importante la seleccin del material

del tubo ya que el mismo debe soportar fatiga mecnica debido a las vibraciones, corrosin y erosin del fluido.

En la figura 6 puede observarse el funcionamiento del tubo de Coriolis tanto en como recto.


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DIESEL GASOLINA

La principal diferencia es el consumo y el

par. Los diesel consumen menos y ofrecena igualdad de potencia mayores cifras depar, lo que supone mejores prestaciones.

Claro que tambin est el sonido. No es

comparable el sonido de un diesel con elde un gasolina, sobre todo si es un V6 oV8.

Por un lado, es ms caro por los aceites

especiales que llevan, por todos los filtros(partculas, etc...). Y sufren ms averas

precisamente por eso, porque llevan mselementos que un gasolina, y por tanto,son ms susceptibles a estropearse.Adems, al pesar ms kilos, losneumticos se deterioran antes.

Los diesel emiten menos emisiones (se han

puesto de moda los 99g, o sea, los queemiten 99 gramos de Co2

Los gasolina, sin embargo, son motores

con un margen de utilizacin ms amplio,pues pueden estirar hasta las 6.000-7.000revoluciones (algunos incluso ms)mientras que los diesel se acaban en unas4.000 y la mayora no empiezan a ofrecerpotencia hasta las 2.000, por eso porciudad su uso se vuelve menos confortabley por eso se calan ms.

Las gasolina tampoco ofrecen mucha

fuerza en bajas. Dependiendo del motor suzona buena puede estar en las 3.000-4.000.

Y ah radica la mayor diferencia entre

ambos. Los puristas de la gasolina siempreargumentan que eso es lo mejor, el poderestirar las marchas y que, segn ellos, es laesencia de lo que llamada "me gustaconducir".

los gases que emiten son ms nocivos que

los de una gasolina.


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Bombas rotativas VE.

En el cuerpo cerrado de la bomba se encuentran reunidos los siguientes componentes con susrespectivas funciones:

1- Bomba de alimentacin de aletas: aspira combustible del depsito y lo introduce al interior de la

bomba de inyeccin.2.- Bomba de alta presin con distribuidor: genera la presin de inyeccin, transporta y distribuye elcombustible.3.- Regulador mecnico de velocidad: regula el rgimen, vara el caudal de inyeccin mediante eldispositivo regulador en el margen de regulacin.4.- Vlvula electromagntica de parada: corta la alimentacin de combustible y el motor se para.5.-Variador de avance: corrige el comienzo de la inyeccin en funcin del rgimen (n de rpm motor).


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