Gasto másico y potencia de una bomba

1. Escriba la ecuación de la Primera Ley de la Termodinámica para sistemas abiertos y explique cada uno de sus términos.La Primera ley de la termodinámica se refiere al concepto de energía interna, trabajo y calor. Nos dice que si sobre un sistema con una determinada energía interna, se realiza un trabajo mediante un proceso, la energía interna del sistema variará. A la diferencia de la energía interna del sistema y a la cantidad de trabajo le denominamos calor. El calor es la energía transferida al sistema por medios no mecánicos. Pensemos que nuestro sistema es un recipiente metálico con agua; podemos elevar la temperatura del agua por fricción con una cuchara o por calentamiento directo en un mechero; en el primer caso, estamos haciendo un trabajo sobre el sistema y en el segundo le transmitimos calor. Cabe aclarar que la energía interna de un sistema, el trabajo y el calor no son más que diferentes manifestaciones de energía. Es por eso que la energía no se crea ni se destruye, sino que, durante un proceso solamente se transforma en sus diversas manifestaciones.Un sistema abierto es aquel que tiene entrada y/o salida de masa, así como interacciones de trabajo y calor con sus alrededores, también puede realizar trabajo de frontera. La ecuación general para un sistema abierto en un intervalo de tiempo es:

O igualmente:

Q − W + ∑ minθin − ∑ moutθout = ΔEsistema

in out

Donde:

in representa todas las entradas de masa al sistema.out representa todas las salidas de masa desde el sistema.θ es la energía por unidad de masa del flujo y comprende la entalpía, energía potencial y energía cinética:

La energía del sistema es:

La variación de energía del sistema en el intervalo de tiempo considerado (entre t0

y t) es:

2. Escriba la ecuación de continuidad y escriba sus unidades en el SI.

La ecuación de continuidad o conservación de masa es una herramienta muy útil para el análisis de fluidos que fluyen a través de tubos o ductos con diámetro variable. En estos casos, la velocidad del flujo cambia debido a que el área transversal varía de una sección del ducto a otra. Si se considera un fluido con un flujo a través de un volumen fijo como un tanque con una entrada y una salida, la razón con la cual el fluido entra en el volumen debe ser igual a la razón con la que el fluido sale del volumen para que se cumpla el principio fundamental de conservación de masa.El flujo de masa m que sale del volumen está dado por m=ρQ , donde ρ es la densidad del fluido y Q el caudal. Si el área de salida del volumen perpendicular al flujo es A y el fluido sale a una velocidad V, entonces el flujo de masa se define como:

m=ρAVComo el volumen específico v es el inverso de la densidad ρ, el flujo de masa también puede definirse como:

m= AVv

La ecuación de continuidad es empleada para el análisis de boquillas, toberas, altura de álabes de turbinas y compresores, perfil de los álabes de las turbinas a reacción entre otros.

3. Haga una clasificación de bombas e indique cuáles son sus características.Hay tres clases de bombas en uso común del presente: centrífuga, rotatoria y reciprocante. a)Bombas centrífugas: Bombas de tipo Voluta.- El impulsor descarga en una caja espiral que se expande progresivamente, proporcionada en tal forma que la velocidad del líquido se reduce en forma gradual.Bombas de Tipo Difusor: Los álabes direccionales estacionarios rodean al rotor o impulsor en una bomba del tipo de difusor. Esos pasajes con expansión gradual cambian la dirección del flujo del líquido y convierten la energía de velocidad a columna de presión.Bombas de Tipo Turbina: También se conocen como bombas de vértice, periféricas y regenerativas; en este tipo se producen remolinos en el líquido por medio de los álabes a velocidades muy altas dentro del canal anular en el que gira el impulsor. El líquido va recibiendo impulsos de energía.b)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 liquido como en una bomba centrifuga, una bomba rota y a diferencia de una bomba de pistón, la bomba rotatoria descarga un flujo continuo.Bombas de Leva y Pistón-Bombas de Engranes Externos-Bombas de Engrane Interno- Bombas Lobulares-Bombas de Tornillo-Bombas de Aspas-Bombas de junta universal- Bombas de tubo flexible.c)Bombas Reciprocantes: Las bombas reciprocantes son unidades de desplazamiento positivo descargan una cantidad definida de liquido durante el movimiento del pistón o émbolo a través de la distancia de carrera. Sin embargo, no todo el líquido llega necesariamente al tubo de descarga debido a escapes o arreglo de pasos de alivio que puedan evitarlo. Despreciando éstos, el volumen del líquido desplazado en una carrera del pistón o émbolo es igual al producto del área del pistón por la longitud de la carrera.

Existen básicamente dos tipos de bombas reciprocantes las de acción directa, movidas por vapor y las bombas de potencia.Bombas de Acción Directa-Bombas de Potencia-Bombas del Tipo Potencia de Baja Capacidad-Bombas del Tipo de Diafragma.

4. ¿Qué diferencias hay entre la ecuación de Bernoulli y la Primera Ley de la Termodinámica aplicada a un sistema abierto?En la ecuación de Bernoulli se usa la presión.

5. Para un sistema abierto, ¿qué es el régimen permanente, el estado estacionario, el estado estable y el flujo unidimensional?En el régimen permanente, las propiedades no varían con el tiempo, es decir, los flujos volumétricos, entropías, entalpias no son una función del tiempo.Se dice que un sistema físico está en estado estacionario cuando las características del mismo no varían con el tiempo. El flujo unidimensional, es un flujo en el que el vector de velocidad sólo depende de una variable espacial, es decir que se desprecian los cambios de velocidad transversales a la dirección principal del escurrimiento. Dichos flujos se dan en tuberías largas y rectas o entre placas paralelas.

6. ¿Qué es la potencia de una bomba, cómo se obtiene y qué unidades se usan para expresarla?La potencia de la bomba podrá calcularse por la fórmula siguiente:

CV=Q (lps )∗H (metros)

75∗( n%100 )en donde:CV = Potencia de la bomba en caballos de vapor (para caballos de fuerza usar una constante de 76 en lugar de 75).Q = Capacidad de la bomba.ADT = Carga total de la bomba.n = Rendimiento de la bomba, que a los efectos del cálculo teórico se estima en 60%.

7. ¿Cómo es la presión de entrada con respecto a la de salida de una bomba?, ¿por qué?Menor

8. Escriba al menos diez elementos que se utilizan en la instalación de una bomba para desplazar agua.Válvula de pie con alcachofa, válvula de compuerta, reductor, llave de purga de aire, tubería de cebado, manómetro, válvula de retención, manguera, ventilador, termostato y tornillos.

9. ¿Qué es y cómo funciona un venturi?El Tubo Vénturi, del cual su invención data de los años 1.800, donde su creador luego de muchos cálculos y pruebas logró diseñar un tubo para medir el gasto de un fluido, es decir la cantidad de flujo por unidad de tiempo. Principalmente su función se basó en esto, y luego con posteriores investigaciones para aprovechar las condiciones que presentaba el mismo, se llegaron a encontrar nuevas aplicaciones como la de crear vacío a través de la caída de presión. El Tubo

Vénturi es una tubería corta, recta o garganta, entre dos tramos cónicos. Luego otro científico mejoró este diseño, deduciendo las relaciones entre las dimensiones y los diámetros para así poder estudiar y calcular un Tubo Vénturi para una aplicación determinada.

10. ¿A qué se le llama “efecto Bernoulli?El principio de Bernoulli, también denominado ecuación de Bernoulli o Trinomio de Bernoulli, describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una línea de corriente. Fue expuesto por Daniel Bernoulli en su obra Hidrodinámica (1738) y expresa que en un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido. La energía de un fluido en cualquier momento consta de tres componentes: Cinético: es la energía debida a la velocidad que posea el fluido. Potencial gravitacional: es la energía debido a la altitud que un fluido posea. Energía de flujo: es la energía que un fluido contiene debido a la presión que posee.