Informe final de proyecto Física de fluidos y termodinámica Mini bomba

Informe final de proyecto        Física de fluidos y termodinámica

Mini bomba        

TITULO

Carlos Johan Espitia 1, Karen Tatiana Barreto Gonzalez1 y Lorena… 1 douglas… 1

1 ingeniería Civil, UNIMINUTO 1, Bogotá, Colombia

kbarreto1@uniminuto.edu.co

Fecha: 25/Mayo/2022

Link video: ………

Resumen

En la siguiente entrega podrá  encontrar la realización de una mini-motobomba de agua, y como se puede ver aplicada a la ingeniería , como se pueden ver estos tipos de usos de motobombas en edificaciones y en alcantarillado de la ciudad, la descripción de los cálculos matemáticos que se van a implementar en la sustentación de este proyecto, se evidenciara una pequeña simulación del uso de la mini-motobomba a una escala reducida, que se utilizara como guía para poder entender el funcionamiento del artefacto . de esta se podrán obtener datos y así poder hacer cálculos y concluir a los datos. Asimismo, permitirá que los estudiantes puedan evidenciar los contratiempos y sobrecostos que se pueden llevar a cabo en un proyecto.

Palabras Clave: Mini-motobomba, cálculos, materiales, simulación, maqueta.

Abstract

In the next installment you will find the realization of a mini-water pump, and how it can be seen applied to engineering, how these types of uses of motor pumps can be seen in buildings and in city sewage, the description of the calculations mathematicians that are going to be implemented in the support of this project, a small simulation of the use of the mini-motor pump on a reduced scale will be evidenced, which will be used as a guide to understand the operation of the device. from this data can be obtained and thus be able to make calculations and conclude the data. Likewise, it will allow students to show the setbacks and cost overruns that can be carried out in a project.

Keywords: Mini-motor pump, calculations, materials, simulation, model.

1. Introducción

Este proyecto se desarrolla para poder poner en práctica las teorías desarrolladas a lo largo del semestre y de esta manera llevar la teoría a la práctica, proponiéndose los siguientes objetivos, las cuales son:  evaluar los parámetros que harán más eficiente el flujo de agua producido por una bomba hidráulica alimentada por un motor eléctrico de baja potencia alimentado por una batería de 9 voltios. Así como aplicar conceptos de mecánica de rotación en la caracterización de las partes rotacionales del sistema mecánica propuesto. Asimismo, aplicar conceptos relacionados a mecánica de Fluidos en el cálculo del flujo producido por la bomba hidráulica.  Y por último Utilizar, cálculos mediante ecuaciones aprendidas a lo largo del curso para medir la presión del agua en movimiento después de abandonar la bomba.

1. Aspectos teóricos y conceptuales

En primer lugar, para poder llevar a cabo el proyecto es necesario entender varios conceptos, así como principios de la física que tienen lugar en este proyecto.

1. Bomba Hidráulica

Una bomba es un dispositivo empleado para elevar, transferir o comprimir líquidos y gases, en definitiva, son máquinas que realizan un trabajo para mantener un líquido en movimiento. Consiguiendo así aumentar la presión o energía cinética del fluido.

1. Sistema de bombeo

El sistema de bombeo fue una necesidad muy antigua presentada al ser humano, fue la necesidad de transportar el agua de un lugar a otro, por lo que empezó a idear diversos mecanismos para su solución, iniciando así el desarrollo tecnológico en sistemas de bombeo.

Una bomba sirve para producir una ganancia en carga estática de un fluido procedente de una energía mecánica que se transmite en su eje por medio de un motor.

Una de las funciones que nunca puede faltar en todo sistema hidráulico es la de brindarle al fluido las propiedades necesarias para que este pueda recorrer todo el sistema. Por sus características, debe ser un circuito cerrado, debe poder soportar presión, debe tener ciertos niveles de fluido (dependiendo la magnitud y trabajo requerido), y necesita trabajar a cierta presión para poder cumplir su función; aquí necesitaremos la bomba hidráulica. Un ejemplo común de su aplicación: Sirve para suministrar la presión necesaria al agua para que suba a la cima de un edificio (donde se encuentran los tanques de agua), y que posteriormente sea distribuida a todos los departamentos.

[pic 1]

Imagen 1.ejemplos de sistema de bombeo. tomada de IDB.investigación

1. Conceptos físicos

Algunos de conceptos físicos son:

1. Presión

La presión indica la relación entre la magnitud de una fuerza aplicada y el área sobre la cual actúa. En cualquier caso, que exista presión, una fuerza actuara en forma perpendicular sobre una superficie. Esto se refleja matemáticamente por:

                                          (1)[pic 2]

Donde P es la presión (N/m² pascal), F es la magnitud de la fuerza perpendicular a la superficie (N) y A es el área o superficie sobre la que actúa la fuerza (m²).

1.  Presión hidrostática

Es la fuerza que ejerce un fluido en reposo a su alrededor, debido a su propio peso; en consecuencia, dicha presión es independiente de la masa del fluido su volumen y su peso, esto matemáticamente se entiende como:

                                (2)[pic 3]

Donde  es la presión hidrostática (n/m²), ρ es la densidad del líquido(kg/m³), g la gravedad (m/s²) y h altura de la superficie libre al punto. [pic 4]

1. Ecuación de continuidad para fluidos

Establece que el producto del área y la rapidez del fluido en todos los puntos a lo largo de una tubería es constante para un fluido incompresible

[pic 5]

 Donde A es el área para un respectivo punto (1 o 2) y v es la velocidad para un punto (1 o 2)

1. La ecuación de Bernoulli

El principio de Bernoulli establece que, dentro de un flujo horizontal de fluido, los puntos de mayor velocidad del fluido tendrán menor presión que los de menor velocidad.  El modelo matemático se describe así:

[pic 6]

1. Ecuación de Torricelli

El teorema de Torricelli o principio de Torricelli afirma que la velocidad del líquido que sale por el orificio en la pared de un tanque o recipiente es idéntica a la que adquiere un objeto que se deja caer libremente desde una altura igual a la de la superficie libre del líquido hasta el orificio.

[pic 7]

Donde v es la velocidad de la salida del agua de un tanque, g es la aceleración de la gravedad y h la altura que hay desde el orificio hasta la superficie libre del líquido.

1. Detalle experimental

Para la elaboración de la motobomba se llevaron a cabo dos fases, siendo la primera tomar un diseño base o preliminar sobre la cual poder guiarse, y la segunda la elaboración física del artefacto para una vez construidos poder tomar las mediciones de los datos requeridos.

1. Diseño preliminar

Como diseño inicial se plantea el que observa en la imagen 2, cabe aclarar que no es un diseño generado propiamente y que la intención será replicar el de la imagen 4 el cual se le da el crédito al canal de YouTube “Rincón Útil” que compartió el diseño de la bomba de agua en el video “Mini Bomba de Agua Casera con Motor | Experimentos Caseros” de 2016.

[pic 8]Imagen 2. Diseño preliminar del artefacto

1. Construcción del artefacto

1. Materiales y herramientas

Fueron utilizados materiales como, un armazón, una botella, una jeringa, tapas plásticas, silicona, batería de 9 voltios, una base en MDF sobre la cual pudiera descansar todo el artefacto y mangueras entre la cuales fluirá el agua.

1. Construcción

Para la construcción de la mini bomba, inicialmente se reviso que el motor estuviera funcionando, Se hizo un orificio a la tapa del mismo tamaño de motor, para posteriormente pegar el motor a la tapa y se cortaron aspas para armar un ventilador que posteriormente fueron pegadas con silicona a otra base de una tapa, también se abrió un orificio a un costado de la tapa para introducir la manguera transportadora de agua y se   pego a la tapa inicial que ya está con el motor. Luego se cortó una jeringa de 10 ml para que encajara a un costado del hueco de las tapas base para transportar el agua, posteriormente se cortó una botella que fue llenada de agua, para succionar a través de la manguera, finalmente  se verifico  que todo el sistema estuviera funcionando y se precedió a hacer las pruebas

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