Mecánica de Fluidos y Bombas Fundamentos Básicos

El texto se divide en seis capítulos, en el primer capítulo se describe de forma didáctica y con sus respectivos ejemplos los conceptos básicos de la mecánica de fluidos. En el segundo capítulo se definen y explican las principales propiedades de los fluidos, presentando ejemplos que permiten apropiar de forma clara cada una de estas propiedades. En el tercer capítulo, se aborda todo lo relacionado con el comportamiento de los fluidos en reposo, específicamente las fuerzas que se generan sobre cuerpos inmersos en un fluido, además, se describen los conceptos de flotación y estabilidad de los sólidos inmersos en un fluido. En el cuarto capítulo, se hace una descripción fisicomatemática de las principales leyes de conservación y su aplicación a los fluidos, permitiendo identificar conceptos como; flujo másico, caudal, energía de un flujo, etc. En el capítulo 5, se aborda todo lo relacionado con el transporte de fluidos a través de tuberías, incluyendo la energía requerida para dicho transporte, las pérdidas de energía por fricción y por accesorios. Finalmente, en el sexto capítulo, se hace una breve descripción de los principales parámetros a tener en cuenta para la selección e instalación de bombas centrifugas. En cada capítulo se plantean ejercicios relacionados con los respectivos temas que deben ser desarrollados numéricamente, utilizando principalmente el software Engineering Equation Solver-EES.This book is divided into six chapters. In the first chapter described in a didactic way and with their respective examples the basic concepts of fluid mechanics. In the second chapter, the main properties of fluids are defined and explained, showing examples that clearly allow to appropriate each of these properties. In the third chapter, is abording all related to resting fluids, specifically the forces that are generated on bodies immersed in a fluid, also, the concepts of flotation and stability of the solids immersed in a fluid are described. In the fourth chapter, a physicomathematical description of the main conservation laws and their application to fluids are addressed, allowing to identify concepts such as; mass flow, volumetric flow, flow energy, etc. In the fifth Chapter, everything related to the transport of fluids through pipes is addressed, including the energy required for such transport and the energy lost by friction and by accessories. Finally, in the sixth chapter, a brief description of the main parameters to take into account for the selection and installation of centrifugal pumps is addressed. In each chapter, exercises related to the respective issues that must be developed numerically are raised, mainly using the Engineering Equation Solver-Ees software.CONTENIDO Prólogo...............................................................................................................................................13 Acrónimos..........................................................................................................................................15 Glosario..............................................................................................................................................17 Símbolos ............................................................................................................................................19 Introducción .......................................................................................................................................21 CAPÍTULO UNO Cantidades Físicas, Dimensiones, Unidades y Conceptos Básicos ...................................................25 1.1. Cantidades físicas.................................................................................................................25 1.2. Dimensiones.........................................................................................................................26 1.3. Unidades...............................................................................................................................26 1.3.1. Sistema Internacional de Unidades..............................................................................27 1.3.2. Sistema Inglés de Unidades.........................................................................................29 1.3.3. Equivalencias en las Unidades ....................................................................................31 1.4. Definición de fluido..............................................................................................................33 1.5. Historia de la mecánica de fluidos........................................................................................35 1.6. Maquina de fluido.................................................................................................................36 1.7. Ejercicios propuestos............................................................................................................38 1.8. Prácticas para hacer en clase ................................................................................................38 CAPÍTULO DOS Propiedades de los Fluidos.................................................................................................................43 2.1. Densidad...............................................................................................................................44 2.1.1. Densidad de gases ideales............................................................................................45 2.2. Peso específico .....................................................................................................................45 2.3. Gravedad específica..............................................................................................................46 2.4. Volumen específico...............................................................................................................48 2.5. Compresibilidad ...................................................................................................................48 2.6. Coeficiente de expansión volumétrica..................................................................................50 2.7. Presión de vapor...................................................................................................................51 2.8. Energía y calor específico.....................................................................................................52 2.9. Tensión superficial y capilaridad..........................................................................................55 2.10. Viscosidad...........................................................................................................................58 2.10.1. Viscosidad dinámica ..................................................................................................58 2.10.2. Viscosidad cinemática ...............................................................................................61 2.10.3. Fluidos Newtonianos y no-Newtonianos...................................................................61 2.10.4. Índice de viscosidad (IV)...........................................................................................63 2.10.5. Medición de Viscosidad.............................................................................................65 2.11. Presión ................................................................................................................................70 2.11.1. Presión atmosférica....................................................................................................70 2.11.2. Presión manométrica .................................................................................................71 2.11.3. Presión absoluta .........................................................................................................71 2.12. Temperatura........................................................................................................................72 2.13. Ejercicios propuestos..........................................................................................................73 2.14. Prácticas para hacer en clase ..............................................................................................76 CAPÍTULO TRES Estática de Fluidos.............................................................................................................................83 3.1. Presión en un punto ..............................................................................................................83 3.2. Variación de presión en un fluido .........................................................................................85 3.2.1. Variación de la presión en fluidos en reposo ...............................................................87 3.2.2. Manómetros.................................................................................................................88 3.2.3. Presión en la atmósfera................................................................................................92 3.3. Fuerza hidrostática aplicada en áreas planas........................................................................93 3.4. Fuerza hidrostática aplicada en superficies curvas...............................................................99 3.4.1. Superficie curva de sección transversal conocida........................................................99 3.4.2. Superficie curva de sección transversal compleja .....................................................105 3.5. Cabeza piezométrica...........................................................................................................111 3.6. Flotación.............................................................................................................................112 3.7. Estabilidad..........................................................................................................................114 3.8. Fluidos en recipientes lineal-mente acelerados..................................................................118 3.9. Fluidos en recipientes con velocidad angular constante ....................................................119 3.10. Ejercicios propuestos........................................................................................................120 3.11. Prácticas para hacer en clase ............................................................................................126 CAPÍTULO CUATRO Hidrodinámica..................................................................................................................................133 4.1. Introducción al movimiento de fluidos...............................................................................135 4.2. Relaciones integrales para un volumen de control.............................................................136 4.2.1. Flujo de volumen y flujo de masa..............................................................................138 4.2.2. Teorema de transporte de Reynolds...........................................................................139 4.2.3. TTR para un volumen de control unidimensional fijo...............................................139 4.2.4. TTR para un volumen de control fijo arbitrario. .......................................................141 4.2.5. TTR para un volumen de control moviéndose a velocidad constante.......................141 4.3. Relación integral aplicada a la ley de conservación de la masa.........................................142 4.3.1. Flujo incompresible. ..................................................................................................143 4.3.2. Caudal........................................................................................................................144 4.4. Relación integral aplicada a la ley de conservación del momentum..................................146 4.4.1. Conservación del momentum lineal en el flujo unidimensional................................146 4.5. Relación integral aplicada a la ley de conservación de la energía .....................................149 4.5.1. Ley de conservación de la energía palicada a un flujo unidimensional.....................150 4.5.2. Ley de conservación de la energía palicada a un flujo estable. .................................150 4.5.3. Ecuación de Bernoulli para fluido ideal ....................................................................151 4.6. Relaciones diferenciales para las leyes fundamentales......................................................155 4.6.1. Campo de aceleración de un fluido............................................................................155 4.7. Relaciones diferenciales aplicada a la ley de conservación de masa .................................157 4.7.1. Flujo estable y compresible. ......................................................................................159 4.7.2. Flujo incompresible. ..................................................................................................159 4.8. Relación diferencial aplicada a la ley de conservación de momentum..............................160 4.9. Relación diferencial aplicada a la ley de conservación de la energía.................................165 4.10. Resumen de ecuacines diferenciales para un fluido .........................................................167 4.11. Ejercicios propuestos........................................................................................................169 4.12. Prácticas para hacer en clase ............................................................................................171 CAPÍTULO CINCO Estudio de flujos internos.................................................................................................................177 5.1. Energía en flujo interno ......................................................................................................178 5.2. Potencia requerida por la bomba ........................................................................................180 5.3. Potencia de los motores de fluido.......................................................................................180 5.4. Número de Reynolds..........................................................................................................181 5.5. Pérdidas primarias de energía o pérdidas por fricción .......................................................183 5.5.1. Flujo laminar..............................................................................................................184 5.5.2. Flujo turbulento .........................................................................................................185 5.6. Pérdidas secundarias de energía o pérdidas por accesorios................................................189 5.7. Conductos y tuberías comerciales......................................................................................191 5.8. Sistema de tuberías.............................................................................................................192 5.8.1. Parámetros básicos en un sistema de tuberías...........................................................193 5.8.2. Criterios a tener en cuenta en el diseño de sistemas de tuberías...............................194 5.8.3. Sistema de tuberías en serie.......................................................................................195 5.9. Sistema de tuberías en paralelo ..........................................................................................216 5.9.1. Sistemas con dos tuberías en paralelo .......................................................................218 5.9.2. Sistemas con tres o más tuberías en paralelo.............................................................222 5.10. Ejercicios propuestos........................................................................................................227 5.11. Prácticas para hacer en laboratorio...................................................................................231 CAPÍTULO SEIS Selección y aplicación de Bombas Centrífugas...............................................................................239 6.1. Bombas de desplazamiento positivo ..................................................................................239 6.2. Bombas rotodinámicas.......................................................................................................241 6.3. Conceptos básicos de bombas centrífugas .........................................................................243 6.3.1. Instalación de una bomba ..........................................................................................243 6.3.2. Altura manométrica total (hA )....................................................................................244 6.3.3. Altura aspiración manométrica de la bomba (Hs ) .....................................................245 6.3.4. Cabeza neta de succión positiva (NPSH). .................................................................245 6.3.5. Golpe de ariete...........................................................................................................247 6.4. Leyes de semejanza de bombas centrífugas.......................................................................248 6.5. Datos de los favricantes de bombas centrífugas.................................................................249 6.5.1. Tamaño de impulsor, conexión de succión y de descarga .........................................249 6.5.2. Curva característica de una bomba............................................................................249 6.6. Sección de una bomba........................................................................................................251 6.6.1. Punto de operación de una bomba.............................................................................251 6.6.2. Criterios para la selección de una bomba ..................................................................252 6.7. Consideraciones a tener en cuenta en la instalación de la bomba ......................................256 6.7.1. Línea de succión ........................................................................................................256 6.7.2. Línea de descarga ......................................................................................................257 6.8. Velocidades de flujo recomendadas....................................................................................258 6.9. Ejercicios propuestos..........................................................................................................258 6.10. Prácticas para hacer en laboratorio...................................................................................261 Bibliografía ......................................................................................................................................265 Índice alfabético...............................................................................................................................26

Estudio numérico del comportamiento estructural del perfil del álabe de un rotor tipo Savonius implementando una geometría multielemento

Context: This study evaluates the structural stability of a Savonius-type rotor by implementing a multiblade profile, with the purpose of reducing the resistance to movement and consequently improving aerodynamic performance. The rotor with the profile under study was compared against rotors with conventional semicircular and split Bach profiles. Method: The fluid-structure interaction was analyzed by numerically simulating the three rotors, and the state of stresses and deformations was determined under a normal operating regime. The rotors were assigned the same construction material, and they were studied under the same parameters and models of fluid dynamics and computational mechanics via the ANSYS software. Results: The results obtained showed a better structural behavior in the rotor with the multiblade configuration, reducing the maximum equivalent stress by 59,10 and 42,87\% and the deformations by 47,40 and 33,59\% with respect to the rotors with the conventional semicircular and split Bach profiles, respectively. Conclusions: The multiblade configuration allows for greater aerodynamic and structural performance while preserving the construction and operation simplicity that characterize Savonius-type rotors.Contexto: Este estudio evalúa la estabilidad estructural de un rotor tipo Savonius implementando un perfil multielemento, con el propósito de reducir la resistencia al movimiento y mejorar así el rendimiento aerodinámico. El rotor con el perfil en estudio se comparó con rotores de perfiles semicircular convencional y Bach dividido. Método: Se analizó la interacción fluido-estructura mediante la simulación numérica de los tres rotores, y se determinó el estado de esfuerzos y deformaciones en un régimen normal de operación. A los rotores se les asignó el mismo material de construcción, y estos fueron estudiados bajo los mismos parámetros y modelos de la dinámica de fluidos y mecánica computacional a través del software ANSYS. Resultados: Los resultados obtenidos evidenciaron un mejor comportamiento estructural en el rotor con la configuración multielemento, al reducir el esfuerzo equivalente máximo en 59,10 y 42,87\% y las deformaciones en 47,40 y 33,59\% con respecto a los rotores de perfiles semicircular convencional y Bach dividido respectivamente. Conclusiones: La configuración multielemento permite un mayor rendimiento aerodinámico y estructural, a la vez que se conserva la simplicidad de construcción y operacional que caracterizan al rotor tipo Savonius

Desarrollo de un software académico para el cálculo de carga térmica para la asignatura de Aires acondicionados en la Universidad de Pamplona

This work presents the development of a Matlab® program to calculate the cooling thermal load in an environment from the use of three methods; Cooling Load Temperature Differential (CLTD) / Cooling Load Factor (CLF) / Solar Cooling Load (SCL) method, approved by the American Society of Heating Engineers, Refrigeration and Air Conditioning (ASHRAE). The program’s goal it´s obtain the thermal load that each of the elements present, be they structural, occupation or equipment, therefore, it is possible to quickly and clearly identify which of them generate the greatest load. thermal to make engineering decisions that favor the reduction of energy consumption.  Este trabajo presenta el desarrollo de un programa en Matlab® para calcular la carga térmica de enfriamiento en un ambiente a partir del uso de tres métodos; el método de Diferencial de Temperatura de Carga de Refrigeración (CLTD), el método de Factores de Carga de Refrigeración (CLF) y el método de Carga de Refrigeración Solar (SCL), los cuales están aprobados por la Sociedad Americana de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Acondicionamiento de Aire (ASHRAE, por sus siglas en inglés). La integración de estos métodos facilita la obtención de la carga térmica generada por cada uno de los elementos presentes en el ambiente, ya sean estructurales, de ocupación o de equipamiento, por lo tanto, se puede identificar rápida y claramente cuáles de ellos generan mayor carga térmica para tomar decisiones ingenieriles que favorezcan la reducción del consumo energético

EGRESADOS DE INGENIERÍA MECÁNICA – UNIPAMPLONA. 15 AÑOS DE EXCELENCIA ACADÉMICA

Frecuentemente las Instituciones de Educación Superior (IES) y los programas académicos deben implementar cambios que les permitan ser más competitivos, esto se hace a través de estudios que les permitan saber cómo han evolucionado en el tiempo y sí sus programas educativos son de actualidad y calidad o no; en este sentido uno de los puntos claves para saber de la importancia de los programas académicos es a través de la actualidad de sus egresados y de su éxito profesional. En el presente artículo se muestra la importancia del seguimiento a los egresados en las instituciones de educación superior, esto con el fin de adoptar estrategias que permitan ayudar a los programas académicos en algunos de sus procesos de mejoramiento continuo, como los son los procesos de Registro calificado, Acreditación de Alta Calidad o para impulsar proyectos o acciones que permitan a los programas académicos ser más competitivos o para mejorar los lazos de comunicación con los egresados

Selección de la ventana temporal en la transformada de Fourier en tiempos cortos utilizada en el análisis de señales de vibración para determinar planos en las ruedas de un tren

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DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN CURSO INTERACTIVO MULTIMEDIA PARA EL APRENDIZAJE DE LOS PROCESOS CAM EN UN CENTRO DE MECANIZADO LEADWELL V30

En el presente artículo se presentan los resultados obtenidos después derealizar el diseño e implementación de un curso interactivo, que cuenta con herramientas multimedia y que permite a la comunidad académica del programa de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Pamplona, interactuar a través del uso de imágenes, videos y animaciones incluidas en dicho curso en todo lo relacionado con los procesos de Manufactura Asistida por Computador (CAM) en un centro de mecanizado LEADWELL V30. El curso se diseño, haciendo uso del software Autoplay Media Studio 8, en su versión de prueba, que permite la integración de las herramientas multimedia anteriormente mencionas, en una presentación que se adecua a las especificaciones exigidas para este tipo de material de apoyo pedagógico

Banco de pruebas didáctico para aprendizaje y medición del rendimiento de paneles solares fotovoltaicos

Con la construcción de este banco de pruebas se logra realizar la caracterización de sistemas solares fotovoltaicos autónomos y además medir el rendimiento de los paneles solares fotovoltaicos. Este banco de ensayos le permite a los estudiantes y usuarios conocer los componentes de un sistema fotovoltaico aislado para vivienda y validar el funcionamiento de cada uno de estos; componente de protección, las conexiones, el componente de transformación DC-AC, entre otros. El banco fue diseñado para realizar diferentes prácticas de laboratorio, tales como: identificar y evaluar la curva de operación de los paneles según la radiación recibida, medir voltaje y corriente de salida del sistema según sus conexiones en serie y paralelo, realizar conexiones para corriente directa o corriente alterna, entre otras. La práctica más compleja y relevante es la medición del rendimiento de los paneles solares, ya que se deben incluir unas resistencias a diferente capacidad medida para ir creando la curva de corriente vs voltaje (I vs V); se diseñó un circuito electrónico donde el panel es conectado a una carga resistiva variable y se registra el valor de corriente y voltaje. Para la medición de voltaje el multímetro se conecta en paralelo en el circuito y para la medición de amperaje se conecta en serie. Algunos de los resultados más importantes de las prácticas fueron; el poder identificar la variación significativa de la eficiencia de los paneles solares a medida que cambia la posición del sol, Identificar cómo la temperatura afecta el rendimiento del panel y determinar las condiciones excepcionales en las que un panel genera la energía especificada por el fabricante.With the construction of this test bench, it is possible to characterize autonomous photovoltaic solar systems and measure the performance of photovoltaic solar panels. This test bench allows students and users to know the components of an isolated photovoltaic system for homes and to validate the operation of each one of them; protection component, connections, DC-AC transformation component, among others. The bench was designed to carry out different laboratory practices, such as: identifying and evaluating the operating curve of the panels according to the radiation received, measuring the output voltage and current of the system according to its series and parallel connections, making connections for direct current or alternating current, among others. The most complex and relevant practice is the measurement of the performance of solar panels, since resistors with a different capacity must be included to create the current vs. voltage curve (I vs. V); An electronic circuit was designed where the panel is connected to a variable resistive load and the value of current and voltage is recorded. For voltage measurement the multimeter is connected in parallel in the circuit and for amperage measurement it is connected in series. Some of the most important results of the practices were; being able to identify the significant variation in the efficiency of solar panels as the position of the sun changes, Identify how temperature affects the performance of the panel and determine the exceptional conditions in which a panel generates the energy specified by the manufacturer

Diseño del álabe de un aerogenerador horizontal de baja potencia

Actualmente la energía eólica ha tenido gran auge dentro de las energías renovables; las turbinas que se emplean y sus álabes han sido modificadas para aumentar la eficiencia a la hora de extraer energía del viento. En este documento, se realiza el diseño de un álabe para un aerogenerador de baja potencia y baja velocidad, implementando distintos perfiles aerodinámicos. Estos perfiles fueron escogidos según su rendimiento aerodinámico el cual fue determinado por medio del software XFOIL. Basado en la teoría de momentum de elemento de alabe BEM por sus siglas en inglés, se realiza un rediseño continuo hasta que fuese capaz de extraer la máxima cantidad de energía a partir de la maximización de la relación sustentación/arrastre. Prestando atención a los problemas de desprendimiento de la capa límite y retardando la separación, que se presentan en los aerogeneradores expuestos a bajas velocidades de viento. Los perfiles aerodinámicos que fueron seleccionados para el diseño son: WORTMANN FX60-126 empleado en la raíz, el perfil SG6043 para la sección media por su gran comportamiento en el rango de número de Reynolds de diseño. Y finalmente el perfil SG6042 para la punta donde se encuentran los menores números de Reynolds. El diseño tuvo en cuenta valores de Reynolds entre 59000 y 32000. Obteniendo analíticamente 96,82W con un diámetro de 1,5m.Palabras clave: energía eólica, álabe, perfil aerodinámico

Influencia del aire húmedo en la combustión del metano

En este artículo se aborda el estudio teórico de la influencia de la humedad relativa y la temperatura del aire en la combustión del metano. La solución del sistema de combustión es realizada bajo las consideraciones de la termoquímica y sin considerar transporte y cinética química. La temperatura de llama y la composición de los gases de combustión son determinados en función de la humedad relativa y la temperatura del aire. Como es común encontrar cálculos de combustión basados en la consideración de aire seco, este artículo muestra que la humedad relativa y la temperatura del aire pueden tener una considerable influencia en las variables de la combustión

Factores de éxito de la certificación ISO 9001 en empresas de Cúcuta y su Área Metropolitana

Ante el reto que representa para las empresas de la ciudad de Cúcuta (Colombia) implementar un Sistema de Gestión de Calidad (SGC) que les permita ofrecer servicios de calidad, garantizando su sostenibilidad y rentabilidad, el presente trabajo tiene por objeto evaluar el impacto que ha tenido la certificación ISO 9001 para las empresas de la región. Para efectos metodológicos se emplea un instrumento validado el cual se aplica sobre 71 empresas. Los resultados cuantitativos, analizados mediante estadística descriptiva, revelan que 23 de los 24 criterios evaluados se cumplen en más del 95% de las empresas analizadas, siendo la mejora continua el factor de mayor impacto; mientras que el 13% de estas revelan que no se han generado proyectos de innovación y desarrollo tras la implementación de un SGC