MECANICA DE FLUIDOS PROYECTO

ESCUELA POLITECNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

MECANICA DE FLUIDOS

PROYECTO

INTEGRANTES:

RESUMEN EJECUTIVO

En base a un estudio realizado, considerando el esquema de la figura 1 se recomienda para la conexión, el uso de tuberías (tipo sanitario) de PVC según la norma INEN 1374, diámetro 75 mm, largo 3m (CODIGO 926225) [1]. El motivo de escoger esta tubería radica en la proximidad del largo de esta con la altura de cada piso del edificio, esto para no desperdiciar mucha tubería, además de las tuberías se usan diversos tipos de accesorios con el fin de articular el circuito, los cuales se detallan a continuación en la siguiente tabla.

TABLA 1. Lista de accesorios

Mediante los cálculos desarrollados, se ha logrado determinar una potencia mínima (necesaria para recircular el fluido por todo el edificio) y máxima (necesaria para la operación del 70% de las duchas instaladas en el edificio) en la que debe operar la bomba, siendo los resultados obtenidos los siguientes:

• Potencia mínima de la bomba:  1 kW  1.34 HP[pic 1]
• Potencia máxima de la bomba: 7.95 kW10 HP[pic 2]

RESUMEN TECNICO

• Introducción

El estudio de un sistema centralizado de tuberías tiene un fin practico muy importante dentro de la construcción de edificaciones modernas, es por lo que mediante este informe se pretende detallar ciertos aspectos importantes para determinar la potencia necesaria que requiere la bomba para alimentar el circuito detallado anteriormente mediante el uso del conocimiento adquirido en las clases de mecánica de fluidos.

• Objetivos

Determinar aspectos importantes del diseño del circuito como: material de tubería y diámetro, así como de los respectivos accesorios a usar para lograr el funcionamiento óptimo del mismo.

Aplicar conocimientos tales como: perdidas en tuberías, ecuación de Bernoulli y otros conceptos asociados con el fin de calcular la potencia requerida por la bomba para producir el flujo correcto que será usado en las duchas del edificio.

Poner en practica y establecer las diferencias que existen en sistemas de tuberías que se encuentran conectados tanto en serie como en paralelo para resolver un circuito equivalente al planteado inicialmente.

• Metodología

En este problema existen dos literales que plantean cuestiones como: potencia mínima y la potencia máxima que deberá desarrollar la bomba.

Partiendo de estas cuestiones se toman las siguientes consideraciones:

LITERAL 1

• Se busca la potencia necesaria con el fin de asegurar el recirculamiento de agua en todo el edificio, así con esta premisa previa no es necesario considerar el funcionamiento de ninguna ducha.
• Partiendo desde la ecuación de Bernoulli, se desprecian términos como: Presión, hT (perdidas en turbinas), altura, velocidades, teniendo como resultado la ecuación (1):

Donde:

[pic 4]

[pic 5]

[pic 6]

[pic 7]

Se define valores principales los cuales servirán tanto para el primer y segundo literal así se tiene: material y diámetro de tubería, se investigó el caudal óptimo para el funcionamiento de una ducha mediante la experimentación de llenar un 1 litro de agua y observar el tiempo que demora en completarse. El agua dentro de la tubería debe fluir a 450C, con este dato se procede a determinar la viscosidad y densidad (obtenidos de Cengel).

[pic 8]

[pic 9]

[pic 10]

[pic 11]

[pic 12]

Con todos los datos antes mencionados se procedió a calcular respectivamente: área de tubería, velocidad, Reynolds del fluido(Turbulento), factor de fricción (Ecuación de Colebrook); todo esto fue realizado para calcular perdidas mayores en tuberías.

La estrategia para resolver el primer literal es lograr que el agua circule por todo el edifico sin que entre en las duchas, para esto se usa el caudal total necesaria para que las 20 duchas que componen el edifico puedan funcionar es decir 200 lt/min, como el objetivo es la recirculación no se toma en cuenta altura alguna, ya que el punto inicial va a ser igual al punto final de circulación del fluido.

Para este primer ejercicio las válvulas conectadas a las duchas permanecerán cerradas con el fin de evitar que el fluido entre a las mismas, pero si puede circular a través de las tuberías que hay en los departamentos, por esto se ha considerado que la longitud de la tubería sea de  L=145 m para este primer caso analizado.

Después de calcular perdidas mayores, se procede a calcular las menores producidas por los accesorios, para este primer literal fueron usados los siguientes: una entrada y una salida en la bomba, 4 codos 900, 6 T, 4 válvulas de bola (completamente abiertas); para esto fue necesario recurrir a tabular los coeficiente de perdida k de cada accesorios antes nombrados.

Una vez obtenidas el valor de ambas perdidas se usa la ecuación (1) para obtener las perdidas en la bomba, lo cual es importante a su vez para calcular la potencia desarrollada mediante la ecuación (2), así se tiene  definitivamente la potencia que la bomba necesita para circular el agua por todo el edificio.

Los resultados obtenidos, se pueden observar con mayor detalle en los anexos.

LITERAL 2

• El método usado es de ascenso de piso en piso, iniciando en el segundo y terminando el análisis en el quinto piso del edificio, esto con el fin de facilitar el análisis.
• La diferencia respecto al literal 1 es que aquí se toma en cuenta la altura de cada piso, debido a que la duchas entraran en funcionamiento específicamente el 70% de las instaladas, enlazando este análisis con el del punto anterior se debe analizar el funcionamiento de las duchas de los pisos superiores ya que para lograr esto se requiere mayor potencial en la bomba lo cual a su vez nos dará un panorama mas claro respecto a la potencia final.
• Al ritmo en el que se avanza el análisis piso a piso, no solo ira variando la altura, sino que también el número de accesorios necesarios para calcular las perdidas menores, para esto solo se realiza la suma de los k ya que no afecta si la configuración es en paralelo o serie.
• Por otra parte, para las perdidas mayores se requiere considerar cada parte del circuito, ya que en este tipo de pérdidas si depende del tipo de configuración en la que se encuentre el circuito ya sea en serie o paralelo.

La estrategia de este segundo literal tal como se mencionó anteriormente es de calcular la potencia de la bomba necesaria para que funcionen 14 de las 20 duchas instaladas en el edificio, se hace un procedimiento piso a piso empezando por el segundo.

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