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ÍNDICE
Pág.
JUSTIFICACIÓN i
INTRODUCCIÓN ii
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA iii
OBJETIVOS iv
HIPOTESIS iv
CAPITULO I ANTECEDENTES
1. Antecedentes 1
1.1 Fuerza impulsora 1
1.2 Elevación del fluido 3
CAPITULO II METODOLOGÍA
2. Metodología 4
2.1Diseño de la bomba 5
2.1.1 Cloruro de polivinilo (PVC) 6
2.1.2 Características de la tubería de PVC 7
2.1.2.1 Propiedades mecánicas del cloruro de
polivinilo (PVC) 7
2.1.2.2 Propiedades hidráulicas del cloruro
de polivinilo (PVC) 8
2.2 Construcción de la bomba 10
2.2.1 Deposito de la bomba 10
2.2.2 Tubería de alimentación 11
2.2.3 Accesorios y conexiones 11
2.2.4 Conexión de las válvulas 12
2.3 Análisis de costo de construcción 14
2.4 Funcionamiento de la bomba 15
2.4.1 Energía potencial de elevación 15
2.4.2 Caudal de descarga 15
2.4.3 Calculo de la cabeza neta positiva de succión
[net positive Suction head (NPSH)] 16
CAPITULO III ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS
3.1 Resultados obtenidos 22
CONCLUSIÓN 23
BIBLIOGRAFÍA 24
GLOSARIO 25
ANEXOS 27
JUSTIFICACIÓN
Una forma de solucionar el bombeo o envío de agua para algunas comunidades o
para un sistema de riego, es utilizando una bomba que no consuma energía
eléctrica, para lo cual se puede aprovechar la fuerza impulsora que trae una
corriente de agua, de lograr esto se obtendrían beneficios económicos y se
resolvería parcialmente uno de los problemas primordiales de dotación del agua
para consumo humano o de riego.
Por lo tanto, la construcción de una bomba con estas características funcionales y
de bajo costo, sería de gran utilidad en las zonas rurales y áreas del campo; es
importante hacer notar que este trabajo no constituye una invención, sino una
adaptación ya que se han hecho bombas del mismo funcionamiento con otros
materiales y diseños.
INTRODUCCIÓN
Desde hace mucho tiempo se ha buscado cubrir las necesidades básicas del
individuo; el agua, es una de las necesidades primordiales para poder subsistir.
En un principio las pequeñas poblaciones se establecían a las orillas de los ríos y
lagos, logrando así mantener esta necesidad a base de la mano de obra del
hombre, pero el crecimiento y desarrollo de la población requería de otros
sistemas para abastecer las necesidades del vital líquido.
Los romanos realizaron grandes aportaciones con la creación de acueductos,
estos estaban hechos de ladrillo o de piedra con un revestimiento interior de
cemento impermeable, y en promedio medían 90 cm de ancho y 1.8 m de
profundidad; algunos eran subterráneos y tenían respiraderos cada 73 m
aproximadamente. Una parte de ese caudal llegaba directamente a las casas de
los ricos, que vivían en villas o en manzanas de casonas de un piso. Pero la gente
que habitaba en pisos altos tenía que recoger agua de las fuentes y de los
estanques, o contratar los servicios de agua. Estas nuevas necesidades requieren
de nuevas creaciones como la bomba hidráulica.
La primera bomba conocida fue descrita por Arquímedes y se conoce como
tornillo de Arquímedes, descrito en el siglo III a. c., aunque este sistema había sido
utilizado anteriormente por Senaquerib, rey de Asiria en el siglo VII a. c.
Una bomba es una máquina hidráulica generadora que transforma la energía
(generalmente energía mecánica) con la que es accionada en energía hidráulica
del fluido incompresible que mueve. El fluido incompresible puede ser líquido o
una mezcla de líquidos y sólidos como puede ser el hormigón antes de fraguar o la
pasta de papel. Al incrementar la energía del fluido, se aumenta su presión, su
velocidad o su altura, todas ellas relacionadas según el principio de Bernoulli. En
general, una bomba se utiliza para incrementar la presión de un líquido añadiendo
energía al sistema hidráulico, para mover el fluido de una zona de menor presión o
altitud a otra de mayor presión o altitud.
Existe una ambigüedad en la utilización del término bomba, ya que generalmente
es utilizado para referirse a las máquinas de fluido que transfieren energía, o
bombean fluidos incompresibles, y por lo tanto no alteran la densidad de su fluido
de trabajo, a diferencia de otras máquinas como lo son los compresores, cuyo
campo de aplicación es la neumática y no la hidráulica. Pero también es común
encontrar el término bomba para referirse a máquinas que bombean otro tipo de
fluidos, así como lo son las bombas de vacío o las bombas de aire.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
A pesar de los avances tecnológicos hoy en día uno de los grandes problemas
que existen es el exceso de consumo de combustibles fósiles o la generación de
energía eléctrica que dañan de forma considerable los ecosistemas de nuestro
planeta. En el medio rural existe un mínimo de consumo de estos combustibles,
en algunos lugares no se cuenta ni con electricidad ni con agua potable para el
consumo diario. Para resolver estos problemas se requieren de dispositivos que
bombeen el agua la cual se encuentran en zonas distantes en embalses o mantos
freáticos, estos dispositivo no deberán consumir estos tipos de combustibles, de
lograrse esto se resolverán los de agua potable en los lugares apartados de las
ciudades y se evitarán cualquier tipo de contaminantes al medio ambiente.
Si en el lugar existe la presencia de un Arroyo que tenga alguna caída que genere
una fuerza potencial, ésta puede ser canalizada y utilizada para crear una bomba
que trabaje con golpe de ariete, provocando con esto el envío del fluido hasta un
deposito donde se pueda almacenar y posteriormente distribuirlo para sus
diversos usos, la altura que se pretende vencer es por lo menos el doble de la
altura del depósito de descarga, que se pretende colocar por lo menos a 1m ó 2m
de altura.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Construir una bomba hidráulica aprovechando la energía potencial de una
corriente de agua para el beneficio de áreas rurales o zonas de riego, sin
necesidad de energía eléctrica u otros combustibles.
OBJETIVO ESPECIFICO
Determinar el funcionamiento de la bomba, la altura máxima de bombeo, el tipo de
material y lograr que el mantenimiento sea de bajo costo.
HIPOTESIS
Es posible construir una bomba de bajo costo aprovechando la fuerza impulsora
de agua sin necesidad de energía eléctrica o combustible.
CAPITULO I
1. ANTECEDENTES
Para mejorar las condiciones de vida desde el inicio de las grandes ciudades han
surgido creaciones, innovaciones y modificaciones las cuales nos benefician. Una
de las grandes necesidades que surgen en las primeras grandes ciudades es la
necesidad del agua potable, como traer desde distancias lejanas hasta el centro
de la ciudad el agua, como poder mover el líquido desde un nivel a otro de
diferente gravedad.
Al parecer John Whitehurst de Cheshire en 1772 fabricó lo que llamó una
"máquina de pulsación" pero no se tienen detalles sobre el invento. Uno de los
antecedentes históricos esta registrado en Alemania, en 1796, cuando Joseph M.
de Montgolfier, coinventor del globo aerostático de aire caliente, construyó un
ariete de operación automática en su fábrica de papel, la bomba de ariete tuvo
mucha popularidad hasta que los motores baratos y la llegada de la electricidad
llegaron, este invento cayó en desuso en países ricos; sin embargo, continúa
utilizándose en los países más pobres, donde no existe el contacto con las nuevas
tecnologías de electricidad.
Nicaragua es uno de los países donde se utilizaron y aún se siguen utilizando este
tipo de bombas.
1.1 Fuerza impulsora
De acuerdo a la función principal de una bomba, que es incrementar la presión de
un líquido añadiendo energía al sistema, para mover el fluido de una zona de
menor presión o altitud a otra de mayor presión o altitud, se podría desarrollar la
bomba con la fuerza potencial del agua.
La fuerza impulsora que trae una corriente de agua, al chocar sobre un objeto
ejerce una presión o una fuerza que es directamente proporcional a la velocidad
del flujo de la corriente, si se reproduce este efecto en una tubería cerrada la
presión ejercida podría ser capaz de reventar la tubería (fig.1.1), pero si la
obstrucción del flujo en la tubería fuera intermitente (fig. 1.2, 1.3) y a esto se le
agregará una pequeña salida de flujo a la tubería, la presión disminuiría teniendo
un efecto de bombeo.
Fig. 1.1 Presión ejercida en una tubería cerrada
Fig. 1.2 Flujo de la corriente libre de obstrucciones.
Fig. 1.3 Obstrucción del flujo de agua.
Teniendo esta energía potencial del agua, se utilizaría como energía para
incrementar la presión de un líquido y poder moverlo de una zona de menor altitud
a otra de mayor altitud.
Fig. 1.4 Movimento de água de una zona de menor a mayor altitud. Fuente: Autor
2.2 Elevación del fluido
Este diseño de ingeniería se basa en la necesidad de elevar agua desde una
fuente (rio o tanque de almacenamiento) a zonas rurales sin la utilización de
energía eléctrica, esta bomba funciona aprovechando la fuerza producida por una
caída de agua para elevar parte de la misma a una mayor altura, es la alternativa
elegida debido a su simplicidad y bajo costo.
Z2
Z1
CAPITULO II
2. METODOLOGÍA
Dentro de la metodología se abarcaron los siguientes puntos:
a) Búsqueda bibliográfica
b) Diseño de la bomba
c) Construcción de la bomba
d) Pruebas de funcionamiento
e) Costos de construcción
El diseño de la bomba comenzó con una búsqueda de bibliografía con el propósito
de identificar antecedentes importantes y físicamente comprobar acerca de las
bombas y su funcionamiento, la búsqueda de información se realizó en libros e
internet principalmente.
En la construcción de bombas es importante hacer notar que ya se han hecho
bombas aprovechando el golpeteo del agua con otros tipos de materiales, el
diseño de este trabajo es una adaptación de los datos que se encontraron
registrados.
Como primer paso será comprobar que el material de construcción de la bomba
sea el más económico y que no afecte la eficiencia ni condiciones de operación de
la bomba como tampoco requiera de un mantenimiento costoso de acuerdo a las
necesidades que presentan las áreas rurales a las que se pretende destinar este
proyecto.
El siguiente paso será, una vez definido el material, se llevará a cabo la
construcción de dicho sistema y se comprobará la cantidad de fluido que puede
bombear y la altura máxima a vencer determinando la factibilidad de las bombas
ya construidas con otro tipo de material.
2.1. DISEÑO DE LA BOMBA
El diseño de la bomba esta hecho en función de las necesidades y recursos
disponibles de acuerdo a nuestras capacidades.
La bomba requiere de un flujo constante de agua y una pequeña caída de presión,
estas condiciones se pueden encontrar en pequeñas corrientes de ríos o
manantiales, como las corrientes son muy pequeñas se sustituyen por un
depósito con capacidad suficiente para poder apreciar el funcionamiento de la
bomba, el siguiente paso es encontrar el tipo de tubería por la cual se transportará
el fluido del depósito hasta la bomba, el material debe ser resistente a la corrosión
debido al fluido que se maneja, económico y fácil de manipular, el diámetro de la
tubería deberá ser en función del depósito del agua que se utiliza, como el sistema
funcionará de acuerdo al flujo y a la presión del fluido se colocará una válvula de
paso para poder controlar el funcionamiento del sistema. Después de la válvula
se necesita un dispositivo colocado al final de la tubería que selle el flujo del agua
para poder generar la presión, una vez que la presión sea liberada el dispositivo
se abrirá automáticamente. Si el sistema se encuentra cerrado la presión no se
liberará así que se hizo una conexión a la tubería principal para que el fluido sea
liberado por esa conexión, la presión del fluido liberado será la que se
aprovechará para elevar desde una altura cero hasta una altura considerable, por
lo menos el doble de la altura del depósito.
En base a los datos antes mencionados el diseño de la bomba quedaría de la
siguiente manera (fig. 2.1)
Fig. 2.1 Diseño de la Bomba
2.1.1. Cloruro de polivinilo (PVC)
Los materiales de cloruro de polivinilo provienen hoy en día de grandes beneficios
de desarrollo a través de la tecnología moderna.
El PVC es construido de material termoplástico, el cual, en un sentido práctico
puede ser considerado inerte cuando se expone al ataque de agentes químicos,
incluyendo los ácidos, alcalinos, gasolinas y corrosivos, el PVC es un material de
peso liviano, de alta durabilidad, productivo, práctico, resistente, eficáz y barato.
2.1.2. Características de la tubería de PVC
Una de las características de la tubería de PVC es que los distintos compuestos y
sus propiedades pueden ser seleccionados de acuerdo al tipo de tuberías que se
deseen fabricar, según requerimientos de diseño.
La clasificación de los compuestos de PVC se efectúa por medio de un código
numérico, donde se indica el Tipo (resistencia al impacto), Grado (resistencia
química) y el Esfuerzo Hidrostático de diseño (c/100 psi)
Los diferentes tipos de grados de acuerdo a una clasificación de propiedades son:
Tipo 1: compuestos con las resistencias químicas y mecánicas más elevadas,
exceptuando el impacto.
Este tipo se divide en tres diferentes grados de acuerdo al balance de propiedades
mecánicas y químicas.
Grado 1: propiedades mecánicas y químicas más altas.
Grado 2: altas resistencias mecánicas y químicas normales.
Grado 3: altas resistencias químicas y mecánicas normales.
Tipo 2: compuestos con alta resistencia al impacto y moderada resistencia
química.
Tipo 3: compuestos de mediana resistencia al impacto y resistencia química baja.
Actualmente la mayoría de fábricas de tubería PVC en el mundo entero, utiliza el
compuesto PVC 1120, que es un compuesto grado 1, tipo 1 con 2000 lb/pulg2 de
esfuerzo hidrostático de diseño.
2.2.2.1. Propiedades mecánicas del cloruro de polivinilo (PVC)
Las características mecánicas para el PVC 1120 se pueden observar en la tabla
1.1.
Tabla 1.1 Propiedades mecánicas
PROPIEDAD NORMA ASTM VALOR
Peso especifico D-792-66 1.38 g/cm3
Resistencia a la tensión
(a 25°C)
D-638-72 500 kg/cm2
Resistencia a la
compresión
D-695-69 675 kg/cm2
Módulo de elasticidad Mínimo 10%
Máximo 30%
Elogación hasta ruptura Máximo 30%
Dilatación térmica lineal D-696-70 0.08 mm/m/°C
Dureza shore D-785-65 75
Presión de trabajo a
23°C, 160 PSI
D-2241 SDR 26 11.2 kg/cm2
Presión mínima de
ruptura 500 PSI
D-241 SDR 26 35.1kg/cm2
Fuente: http://www.amanco.cr/descargas/Amanco_MT.pdf
La normalización de las dimensiones de la tubería PVC está basada en determinar
los espesores de pared mediante la ecuación: ISO R 161-1960 que dice:
Donde:
S= Esfuerzo hidrostático de diseño, kg/cm2 (PSI)
P: Presión de trabajo, kg/cm2 (PSI)
d: Diámetro exterior, mm (pulg)
e: Espesor de pared, mm (pulg)
2.1.2.2 Propiedades hidráulicas del cloruro de polivinilo (PVC):
Una de las mayores ventajas del cloruro de polivinilo es que ofrece una alta
resistencia a la corrosión y a las diversas sustancias químicas, es decir, que no se
corroe, lo que elimina la necesidad de mantenimiento continuo y le da una vida
más larga.
Esta propiedad le permite conducir fluidos que bajo otras circunstancias requieran
materiales costosos, como materiales anticorrosivos, uso de vidrio, arcilla o en el
último de los casos de tuberías protegida.
Dado que el PVC resiste el ataque de los ácidos, soluciones de sal, ciertos
alcoholes y algunos otras sustancias químicas, y también es químicamente inerte,
lo que le da la posibilidad que actué como catalizador en el mantenimiento del
fluido a lo largo de su recorrido.
El PVC no es toxico, resultado de pruebas que ha hecho la Fundación Nacional
Sanitaria (NSF) de los Estados Unidos de Norteamérica, han demostrado que los
componentes de cloruro de polivinilo han sido catalogados como aceptables para
la conducción de agua potable.
2.2. Construcción de la bomba
Para la construcción de la bomba se realizaron varias pruebas de las cuales tres
fueron sin éxito, en base a los errores que surgieron en cada prueba se mejoró el
diseño y los accesorios hasta lograr el funcionamiento en la cuarta prueba.
Lista de materiales.
Deposito abierto
Tubería de PVC de 2”
Válvula de paso o de alimentación de PVC 2”
Válvula check de paso de bronce de 2”
Pichancha de bronce de 2”
Cámara de aire
Tubería de salida o descarga
Reducción bushing de 2” a ¾”
Tapón galvanizado
Conexiones macho y hembra
Codo de PVC de 90º de 2”
Angulo de 45º de PVC de 2”
Niple de 2” x 10 cm
Manguera industrial de ½”
2.2.1. Depósito de la bomba
El primer punto que se consideró para la construcción de la bomba fue la
capacidad de depósito para crear la corriente artificial ó modulo. En un principio se
ideo utilizar una bomba de motor para simular la corriente de agua, esta primera
prueba no se lograron resultados favorables, la segunda prueba fue colocar un
depósito con capacidad de 50 L. La columna de presión que ejercía el depósito
logró el funcionamiento, pero la capacidad no fue suficiente para determinar la
eficiencia de la bomba por lo que utiliza un depósito con capacidad de 200 L
(fig.2.1).
Fig. 2.1. Deposito de 200 L. Fig. 2.2. PVC hidráulico de 2”
2.2.2 Tubería de Alimentación.
Lo siguiente es la tubería de alimentación del agua, que será la columna que
generara la presión, misma que será utilizada para la elaboración de la bomba. El
material debe ser económico resistente a la corrosión y fácil de manipular por lo
cual se eligió el PVC sanitario para las primeras pruebas, las dificultades que se
presentaron con este material son los accesorios ya que para este material no
existían los accesorios que se requería para la construcción, la siguiente opción
fue el PVC hidráulico (fig. 2.2.). Anteriormente se presentaron algunas
características y propiedades de este material por lo que es el adecuado para el
proyecto.
2.2.3. Accesorios y conexiones.
Para unir la tubería de 2” al depósito se le realizó una perforación de 2” (fig. 2.1.)
para colocar una reducción y una conexión macho para colocar el ángulo roscado
de 45° lo siguiente fue utilizar conexiones y accesorios pertinentes (fig. 2.4) para
unir el tubo completo al depósito como se muestra en la figura (fig. 2.3.).
Fig. 2.3. Conexión de la tubería al depósito. Fig. 2.4. Accesorios y conexiones
2.2.2.4. Conexiones de las válvulas
En el primer ensayo de la bomba se le realizaron tres perforaciones y se sello el
final de la tubería (fig. 2.4), la finalidad de las tres perforaciones fue liberar la
presión para que esta no presentara un impacto fuerte dentro de la tubería pero
debido al flujo de la corriente no logró el choque de presión por lo que se hizo la
modificación colocando un codo y una reducción en la cual se colocó un tornillo
con una arandela y un tapón esto simularía una válvula check (fig. 2.5). El objetivo
de la simulación era asegurarse de que la válvula check funcionaría para el
proyecto de lo contrario se tendría perdidas económica, otra simulación se hizo en
la válvula que se colocaría en la conexión en T, que sería una válvula check de
paso (fig. 2.6.), esta estaría conectada a un tubo sellado con un tapón de rosca
galvanizado, la cual funcionaria como una cámara de aire (fig. 2.7.) es decir la
presión del fluido comprimiría el aire de la cámara hasta que por diferencia de
presiones el fluido rebote sellando la válvula de paso quedando atrapado
provocando otro golpe de presión el cual impulsara nuevamente el fluido a la
tubería de salida en la que se coloca una reducción bushing de 2” a ¾” (fig. 2.8.),
posteriormente para colocar una manguera de jardín de 10 m de largo quedando
armado de la siguiente manera (fig. 2.9.).
Fig. 2.5. Adaptación de la válvula check.
Fig. 2.7. Cámara de aire Fig. 2.8. Reducción bushing
Fig. 2.9. Imagen ilustrativa del equipo de
bombeo con accesorios ya instalados
Fig. 2.6. Adaptación de
válvula check de paso.
2.3. Análisis de costo de construcción.
Los costos del material empleado se presentan en la tabla siguiente.
Tabla 2. Costo de materiales
MATERIAL CANTIDAD PRECIO UNITARIO $
PRECIO TOTAL $
Adaptador macho
C-40 2“
9 Pza. 8.90 80.10
Adaptador hembra
C-40 2”
4 Pza. 10.38 41.52
Adaptador macho
C-40 ¾”
1 Pza. 2.24 2.24
Check resorte 2” 1 Pza. 370.01 370.01
Codo PVC C-40 2x45 3 Pza.
16.80 48.00
Cople galvanizado 2” 1 Pza. 25.28 25.28
Manguera de hule
transparente 1/2”
10 m 5.12 51.20
Niple galvanizado 2” 1 Pza. 22.99 22.99
Reducción bushing
C-40 2x1
1 Pza. 11.29 11.29
Reducción bushing
C-40 1 x ¾”
1 Pza. 4.48 4.48
Pichancha c/canasta
2”
1 Pza. 252.07 252.07
Tapón hembra
galvanizado 2”
1 Pza. 44.54 44.54
Tubo hidráulico PVC C-40 2”
6 m 23.33 152.00
Tubo hidráulico PVC
C-40 ¾”
6 m 11.90 71.40
Tuerca unión rosca PVC C-40 “2
1 Pza. 152.20 152.20
Válvula de bola PVC
rosca 2”
1 Pza. 95.60 95.60
Cotización de material: FERREHOGAR. Total: $ 1272.92
2.4. Funcionamiento de la bomba
Esta bomba funciona bajo el siguiente sistema: la válvula de impulso se mantiene
abierta por su propio peso o gravedad, hasta que de momento se cierra por el
impulso del agua que llega de la tubería de impulsión.
La columna de agua entonces continúa pasando de la válvula de impulso a la
válvula en la parte baja de la cámara de aire, buscando la salida del tubo de
descarga.
Cuando momentáneamente el agua se agota, la columna de la misma se
suspende, se cierra el choque de la cámara de aire (válvula de liberación), el agua
sobrante se escapa por la válvula de liberación y el ciclo se repite sucesivamente
por el propio impulso de agua (fig. 2.10.).
2.4.1. Energía potencial de elevación.
Se considera este tipo de energía a la habilidad de desarrollar un trabajo en
función de la fuerza de la gravedad, ya que el líquido puede pasar a otra posición
variando su altura respecto al plano de referencia considerado, dado en una
cantidad “H”.
Así, el trabajo realizado será igual a W x H, siendo W el peso del líquido, si se
considera a W = 1, el valor de “H” dará la energía por unidad de peso y que se
expresa en kilogramo-fuerza-metro han tomado estas unidades de medida. A este
valor se le llama carga de altura.
2.4.2. Caudal de descarga.
Para determinar el caudal de la bomba se utilizó un depósito de 2 L y se tomó
lectura a diferentes alturas en el siguiente orden:
A 2.3m = 0.078400627 L/s = 0.078400627 L/S ó 4.704 L/min.
A 5m = 0.075815011 L/s = 0.075815011 L/s ó 4.55 L/min
2.4.3 Cálculo de la cabeza neta positiva de succión [NET POSITIVE SUCTION
HEAD (NPSH)].
El valor de la NPSH depende de la presión de vapor del fluido que se bombea,
perdidas de energía en el tubo de succión, la ubicación del almacenamiento del
fluido y la presión que se aplica a éste. Esto se expresa de la siguiente manera
NPSHA= hsp hs – hf – hvp (2)
En la figura 2.10 se ilustran estos términos y se define a continuación. La figura
2.10(a) incluye un almacenamiento presurizado colocado sobre la bomba. En la
parte (b) de la figura se muestra la bomba que impulsa el fluido desde un
almacenamiento abierto que se encuentra debajo de ella.
Psp= presión estática (absoluta) sobre el fluido del depósito.
Hsp= Carga de presión estática (absoluta) sobre el fluido en el almacenamiento; se
expresa en metros o pies del liquido.
Hf= Diferencia de elevación desde el nivel del fluido en el depósito a la línea
central de la entrada de succión de la bomba; se expresa en metros o en pies
Si la bomba esta debajo del depósito, h, es positiva [figura 2.10 (a)]
Si la bomba está arriba del depósito h, es negativa [figura 2.10 (b)]
Hf= Pérdida de carga en la tubería de succión, debido a la fricción y perdidas
menores; se expresa en m o en pie.
Pvp= Presión de vapor (absoluta) del liquido a temperatura que se bombea.
Hvp= carga de presión de vapor del liquido a temperatura de bombeo; se expresa
en m o pies del liquido; Hvp=
ha
hvp=Carga de presión del tanque
Líquido con carga de presión
de vapor hvp
Línea de descarga
Línea de succión
Flujo
hf debido a la fricción en la tubería, dos codos, válvula y entrada
a) Si la bomba está abajo del depósito ha es positiva.
Fuente: Mecánica de fluidos, mott, 6ed.
Utilizando la ecuación (2). En primer lugar, se encontrará hsp.
Figura 2.10. Detalles de la línea de succión de la bomba y definiciones de
términos para el cálculo del NPSH
-ha
Válvula de pie con filtro
Líquido con carga de presión
De vapor hvp
hvp = carga de presión atmosférica Con el tanque abierto
Reductor excéntrico
Flujo
hf debido a las perdidas en la línea de succión
Línea de descarga
b) si la bomba está arriba del depósito ha es negativa.
Pero sabemos que
Ahora con base a la elevación del tanque, se tiene:
Para encontrar la pérdida de fricción se debe encontrar la velocidad, el número
de Reynolds y el factor de fricción:
Por último, de la tabla 5. Se obtiene:
Al combinar estos términos queda
CAPITULO III
3.1 RESULTADOS OBTENIDOS
Los costos de construcción descritos en el capitulo anterior no solo son de la
elaboración de la bomba sino también de la adaptación del depósito por lo cual
los costos de la bomba se reducen a la cantidad de $ 1,010.35 MN y tomando en
cuenta que los materiales se compraron por piezas y considerando que este es el
prototipo, los costos de construcción al realizarlo se puede reducir aún más ya que
si se realiza en serie se puede aprovechar el resto del materia considerando que
de la pieza de PVC de 2” de 6m solo se utilizó 1.20 m y del metro de PVC de ¾”
solo se utilizó 10 cm, las conexiones de rosca también pueden ser sustituidas en
este prototipo lo cual reduce un mínimo la cantidad a $ 932.23 MN.
En cuanto al funcionamiento de la bomba el flujo de descarga es de 4.55 L/min
pero debido a que esta funciona con energía potencial del agua al liberar la
presión que provoca el impulso de bombeo existe una pérdida de fluido la cual es
considerada ya que el flujo que se descarga del depósito es de 101.2 L/min así
que la cantidad del flujo que se aprovecha solo es del 4.5 % y el líquido sobrante
se pierde, lo cual no sería ningún problema si la bomba se colocara cerca de la
toma de agua, otra forma de reducir pérdidas seria continuar modificando el
diseño hasta encontrar la máxima eficiencia posible.
El material debido a su costo, durabilidad, funcionalidad y fácil manejo fue el más
adecuado para la realización del proyecto y como se pretende utilizar para uso de
agua potable debido a sus propiedades no presenta ningún riesgo de
contaminación.
CONCLUSIÓN
Con las pruebas realizadas se concluye que la bomba logró vencer una altura de
8 m con una capacidad de 4.700 L/min, lo mismo que equivale a 282 L/hr o 6768
L/día, este tipo de bomba funciona las 24 horas del día, los 365 días del año,
solamente requiere de una caída de agua o desnivel constante de un arroyo, rio,
etc., esta bomba no necesita de energía eléctrica ni combustible, por lo tanto es
una bomba ecológica que no contamina el medio ambiente, de acuerdo a las
propiedades que presenta el PVC, es también un material no toxico, resistente, no
se corroe, es de fácil manipulación y es de cero costos de mantenimiento, esta
es una alternativa de solución a las necesidades que presentan las comunidades
rurales.
El diseño de este equipo hidráulico tiene un costo unitario de $932.23 MN., si se
construyen en cantidades mayores su precio seria más bajo ya que se
aprovecharía todo el material utilizado y el precio por accesorio se reduce por ser
a mayoreo; Así que sí es posible construir una bomba de bajo costo
aprovechando la fuerza impulsora del agua para el beneficio de áreas rurales o
zonas de riego sin necesidad de consumo energético o combustible.
BIBLIOGRAFÍA
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2. Merle C. Potter. David C. Wiggert; Mecánica de fluidos; Tercera Edición.
3. Perry, Robert H; Manual del ingeniero Químico; Editorial Mc Graw Hill, tomo 2.
4. Richard W. Greene; Válvulas selección, uso y mantenimiento; Editorial
Mc Graw Hill.
5. Robert L. Mott; Mecánica de fluidos; 6ta Edición.
http://es.wikipedia.org/wiki/Golpe_de_ariete
http://html.rincondelvago.com/bombas-centrifugas_3.html
http://tarwi.lamolina.edu.pe/~dsa/TBombas.html
http://www.alfabuceo.cl/conversiones.htm#presion
http://www.amanco.cr/descargas/Amanco_MT.pdf http://www.miliarium.com/prontuario/MedioAmbiente/Aguas/PerdidaCarga
.html
A. DEFINICIÓN DE TÉRMINOS
Acueducto: Es un sistema o conjunto de sistemas de irrigación que permite
transportar agua en forma de flujo continuo desde un lugar en el que ésta
accesible en la naturaleza, hasta un punto de consumo distante.
Catalizador: Es una sustancia que está presente en una reacción química en
contacto físico con los reactivos acelera, induce o propicia dicha reacción sin
actuar en la misma.
Corrosión: Deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico
por su entorno.
Dureza shore: Se basa en la reacción elástica del material cuando dejamos caer
sobre él un material más duro.
Elongación: Alargamiento que sufre un cuerpo que se somete a esfuerzo de
tracción.
Envergadura: Es el ancho de la vela mayor de una embarcación a vela.
Fraguar: Trabajar un metal, especialmente el hierro, y darle una forma definida
cuando está caliente por medio de golpes o por presión.
Hormigón: Es el material resultante de la mezcla de cemento (u otro
conglomerante) con áridos (grava, gravilla y arena) y agua.
Intermitente: Que se interrumpe y prosigue cada cierto tiempo.
Inerte: Se aplica a la sustancia o materia que carece de la capacidad de provocar
reacciones químicas
Pichancha: Rejilla o canastilla de plástico que evita el paso de partículas gruesas
suspendidas en el agua, que podrían dañar la bomba, por lo que garantiza un
suministro constante de agua.
PSI: Unidad de presión cuyo valor equivale a 1 libra por pulgada cuadrada.
Termoplástico: Es una mezcla de ingredientes sólidos, que se hace liquida
cuando se la calienta, y luego se solidifica nuevamente cuando se enfría.
Temperatura °C
Presión de vapor kPa (abs)
Peso especifico (kN/m3)
Carga de Presión de vapor (m)
0 0.6105 9.806 0.06226
5 0.8722 9.807 0.08894
10 1.228 9.804 0.1253
20 2.338 9.789 0.2388
30 4.243 9.765 0.4345
40 7.376 9.731 0.7580
50 12.33 9.690 1.272
60 19.92 9.642 2.066
70 31.16 9.589 3.250
80 47.34 9.530 4.967
90 70.10 9.467 7.405
100 101.3 9.399 10.78
Fuente: Mecánica de fluidos, mott, 6ed.
Tabla 3. Presión de vapor y carga de presión del agua:
Tabla 4. Valores de rugosidad absoluta para distintos materiales:
RUGOSIDAD ABSOLUTA DE MATERIALES
Material ε (mm) Material ε (mm)
Plástico (PE, PVC) 0,0015 Fundición asfaltada 0,06-0,18
Poliéster reforzado con fibra de vidrio
0,01 Fundición 0,12-0,60
Tubos estirados de acero 0,0024 Acero comercial y soldado 0,03-0,09
Tubos de latón o cobre 0,0015 Hierro forjado 0,03-0,90
Fundición revertida de cemento
0,0024 Hierro galvanizado 0,06-0,24
Fundición reversible de bituminoso
0,0024 Madera 0,18-0-90
Fundición centrifugada 0,003 Hormigón 0,3-3,0
Fuente:http://www.miliarium.com/prontuario/MedioAmbiente/Aguas/PerdidaCarga.html
Grafica 1. Coeficiente de fricción “f” en función del número de Reynolds (Re) y del coeficiente de rugosidad o rugosidad relativa de las paredes de la tubería (ε / D).
Fuente: Mecánica de fluidos, mott, 6ed.
