análisis de banco de fluidos

1. ESQUEMA GENÉRICO DEL ANÁLISIS TECNOLÓGICO DE UN PRODUCTO
BANCO DE FLUIDOS
1. Análisis de antecedentes:
 Necesidad que satisface y evolución de la misma:
Este banco de fluidos brinda la oportunidad a los profesionales en formación
en ingeniería y en ramas de tecnología industrial de estudiar, analizar y poner
a prueba procesos de mecánica de fluidos, en los que haya un líquido o gas
en movimiento o en reposo.
 ¿Qué se usaba antes?
No se tenía ningún tipo de banco similar al de fluidos, por lo cual no se
contaba con un sistema de laboratorio óptimo y con los componentes
adecuados para realizar prácticas sobre conceptos de la mecánica de fluidos.
 ¿En qué fecha se fabricó y comercializó por primera vez?
No se pudo encontrar una referencia de la fecha de fabricación y
comercialización de este tipo de productos.
 Evolución, cambios experimentados desde su descubrimiento
Con el tiempo se han ido desarrollando nuevos módulos y bancos de fluidos
con la adición de nuevas funciones y nuevos subsistemas que permiten poner
en práctica muchos más fenómenos de la mecánica de los fluidos tanto de
hidrostática como de hidrodinámica. En la actualidad y con el avance
tecnológico ya se cuentan con bancos que contienen unidades electrónicas
para la medición y para el control del proceso determinado, permitiendo así
un manejo mucho más sencillo y eficiente de este tipo de productos.
 Razones socioeconómicas que lo justifican
La utilidad que brinda este tipo de productos lo hace idóneo para la
preparación de estudiantes de tecnologías e ingenieras afines al sector
industrial, ya que permiten tener contacto directo con los procesos físicos de
fluidos que se ven involucrados en la mayoría de industrias, garantizando que
el profesional esté bien capacitado para afrontar retos reales a nivel industrial.

2. En el aspecto económico se justifica en los altos costos que puede
representar unas instalaciones industriales reales para realizar dichas
prácticas, así como la oportunidad de poder agregar módulos según las
capacidades económicas del usuario.
2. Análisis global del producto:
 Análisis Funcional:
El banco de pruebas hidráulicas da la posibilidad de estudiar temas
interesantes y de gran interés práctico en la industria. El banco brinda la
oportunidad de realizar distintas prácticas y procesos relacionados con los
temas de estudio de la mecánica de fluidos. Los temas que se pueden estudiar
son:
1) Medición y determinación de flujos.
2) Estudio de pérdidas de presión en tuberías y accesorios, el cual es un
tema fundamental en la hidráulica y es usado continuamente en la
industria.
3) Estudio de fenómenos hidráulicos como golpe de ariete y cavitación de
bombas y accesorios.
4) Medición de variables características de los fluidos tales como: densidad,
viscosidad, presión, caudal.
5) Medición de bajas presiones a través de manómetros inclinados.
6) Determinación de caudal a partir de datos de los equipos que conforman
el banco de pruebas, como son las bombas centrífugas, tuberías y
accesorios hidráulicos industriales. El caudal puede ser determinado a
través de un rotámetro calibrado para cada flujo suministrado por el
equipo de bombeo.
7) Determinación y simulación del fenómeno presente en todos los
procesos de conducción de fluidos en tuberías de distintos materiales y
dimensiones.
8) Reconocimiento de accesorios industriales comerciales como válvulas,
tuberías, codos, ‘T’, manómetros, bombas, reducciones, etc. Para la
familiarización con dichos instrumentos y con sus hojas de características.

3. 9) Instalación hidráulica del banco. Permite realizar prácticas de instalación
de sistemas de bombeo en serie y en paralelo, esto se logra con una
disposición de válvulas y tuberías.
 Utilidad:
Por medio de este banco los estudiantes pueden aplicar los conocimientos
adquiridos en la materia de mecánica de fluidos y a su vez conocer algunos
elementos industriales con las respectivas mediciones y hojas de
características. Permitiendo que el estudiante se integre a una actividad
altamente necesaria al sector industrial, como es el caso de levantamientos de
campo para realización de cálculos o mejoras a sistemas de producción en
donde se manejen fluidos.
 Modos de uso habituales:
En general el banco está disponible para 3 modos de uso:
1) Medición de caudal, presión y densidad del fluido.
2) Pruebas de pérdidas, golpe de ariete, cavitación, instalaciones
hidráulicas y diagnóstico de fallas en instrumentos.
3) Pruebas en configuración de sistemas de bombeo.
Para cada modo de uso se deben realizar distintas configuraciones en
accesorios como válvulas de paso y la instalación de componentes
adicionales.
8. Análisis de márgenes de trabajo u operacional y de propiedades:
 Modos de trabajo: el banco de fluidos se puede operar en 3 modos básicos
antes mencionados.
a. Medición de caudal, presión y densidad del fluido:
Este modo se realiza a través de conexiones con un diámetro de ¼ de
in sobre las tuberías de pruebas. Estos puntos cuentan con conectores
rápidos para aire. Cada una de las líneas de prueba cuenta con una
válvula de globo del diámetro correspondiente que permite aislar las
líneas y permitir el flujo en la línea de estudio. En el extremo de entrada,

4. las tomas de presión se localizan después de cada una de las válvulas
de globo.
b. Pruebas de pérdidas, golpe de ariete, cavitación, instalaciones
hidráulicas y diagnóstico de fallas en instrumentos:
Cuenta con un sistema de tuberías diseñado para realizar pruebas de
pérdidas de presión por flujo a través de tuberías y elementos
industriales como válvulas y accesorios.
c. Pruebas en configuración de sistemas de bombeo:
Es posible realizar la configuración de bombas en paralelo con el
objetivo de estudias los fenómenos hidráulicos. El sistema cuenta con
dos electro bombas EVANS de 1 HP y con una cabeza máxima de 30
metros a un caudal de 8 gpm. También cuenta con un conjunto de
válvulas para implementar los sistemas de bombeo en paralelo y serie.
 Intemperie:
Este banco es hecho de un material de acero inoxidable propicio para
ambientes propios de industria en los que se encuentran múltiples factores
externos que pueden ser perjudiciales para la estructura del banco. Esto hace
que el banco pueda ser utilizado tanto en ambientes limpios de laboratorio
como en ambientes industriales. Sin embargo no se recomienda ubicarlo en
lugares despejados o a la intemperie ya que el clima intenso y cambiante
podría deteriorar la estructura y componentes.
 Vibraciones:
Las únicas vibraciones considerables en este banco son en el área del tanque
de almacenamiento donde se encuentran instaladas las electro bombas
quienes en su funcionamiento normal generan cierta vibración que alteraría
la estabilidad de la estructura. Para esto se cuenta con unas bases en tubería
estructural con una resistencia adecuada para albergar y soportar el tanque
de almacenamiento, las bombas y el sistema de tuberías.
 Tamaño:

5. El tamaño de este tipo de banco varía de modelo a modelo, en este caso ya
que se cuentan con unidades para medición de pérdidas en tuberías el cual
genera un mayor tamaño del banco en total, se tiene un tamaño aproximado
de 4 metros de largo por 2 de ancho que dependen de cómo se ubiquen los
elementos.
 Peso:
Del peso no fue encontrado un dato verídico. Sin embargo tomando como
referencia algunos bancos similares disponibles en el mercado, se tiene que
pueden pesar alrededor de 160 kg todo el banco en conjunto.
9. Análisis de modos y efectos de fallo y de la seguridad del producto (AMFE):
 A nivel de funciones:
 La seguridad en la realización de sus funciones depende del manejo
realizado, y del cumplimiento de ciertos pasos para su operación.
 Cada una de sus funciones amerita una serie de requisitos y
procedimientos para la preparación del banco en dicha función.
 En la actualidad se tiene dificultades con el sistema de descarga y carga
del líquido en el tanque de almacenamiento, ya que las tuberías usadas
para tal fin no tienen un lugar de toma de agua y descarga. Por lo cual
esta actividad se realiza manualmente con baldes.

6.  A nivel de piezas:
 Fallo en los manómetros de la unidad del tanque de almacenamiento
por derrame de glicerina, lo que los hace inservibles. (avería actual).
 Fallo en las tuberías de carga y descarga de líquido en el tanque de
almacenamiento.
 Fallo en la tubería de la sección de medición de flujo a través de placa
orificio, donde se presenta una ruptura del tubo que fue reparada
rústicamente con una especie de yeso. (avería actual).
 A nivel de procesos de fabricación:
 Defectos en los sistemas de medición de presión, como manómetros.
 Bomba con insuficiente potencia para desarrollar sus funciones.
 Válvulas en mal estado con fugas y dificultad de maniobra.
10. Análisis de costos:
 De fabricación
-Materia prima
-Mano de obra directa
-Mano de obra indirecta
-Costo del puesto de trabajo
-Costo medioambiental
 De almacén
 De distribución
 De explotación
 De reciclaje o destrucción
11. Análisis de factores económicos:
 Con influencia en el proceso de fabricación:
Los posibles factores económicos en su fabricación dependen de los precios
de los componentes utilizados en el banco, el costo de material y la demanda
que se tenga del producto por parte de los consumidores.

7.  Con influencia en la elección de los materiales:
Las distintas marcas de fabricantes de materiales y componentes hacen que
se consideren factores como la calidad-precio que afecta de manera directa
la calidad general del banco en función a que tan buenos son sus materiales
y componentes, que tan resistentes y que tan confiables pueden ser su
funcionamiento.
 Con influencia en la forma de cada elemento y conjunto
Si bien se puede fabricar un banco de fluidos de un tamaño y forma
desproporcional que contenga múltiples funciones y subsistemas, se debe
tener en cuenta los costos y complicaciones que representa dicha fabricación.
También aspectos como el espacio de instalación afecta la forma del banco y
sus componentes.
12. Análisis comparativo:
 ¿Existen otros elementos que cumplen la misma función?- productos
sustitutivos- ¿nombres? ¿utilización?:
Existen otros tipos de bancos que pueden ser conformados por distintos
módulos independientes donde se pueden realizar diferentes ensayos y
experimentos de algún tema.
Por ejemplo se muestran algunos ejemplos:
Laboratorio completo de mecánica de fluidos – F1:
El banco hidráulico Armfield y sus accesorios han sido durante mucho tiempo
el valor de referencia en los laboratorios de enseñanza de mecánica de fluidos.
Esta completa gama de equipos trata todos los aspectos de la enseñanza de
la hidráulica de una forma segura, visual y fácil de comprender, respaldada
por materiales de enseñanza de primer nivel.

8. Módulos para dinámica de Fluidos:

9. Módulos de estática de fluidos:

10.  Ventajas e inconvenientes a lo largo de la vida del producto:
Ventajas:
 El uso y utilidad que se le puede dar a este banco es primordial para la
puesta en práctica de los fundamentos de mecánica de materiales para
los estudiantes y usuarios de este producto.
 La similitud y uso de instrumentos industriales y la morfología que se
asemeja a unidades reales de procesos de fluidos implementados a
nivel industrial, permite un acercamiento y experiencia básica por parte
de los usuarios en este tipo de procesos.
 Posibilidad de agregar más unidades o subsistemas de procesos de
fluidos, lo que amplía el rango de utilidad de este producto.
 El mantenimiento es muy básico y de frecuencia baja, dado que solo se
usa en prácticas de laboratorio que no representan un uso constante
que pueda generar averías. Sin embargo del buen uso y cuidado
depende la conservación en óptimas condiciones del banco.

11. Desventajas:
 El costo que depende de la calidad y fabricante de estos bancos, puede
representar cierta desventaja a la hora de adquirir este producto.
 El uso de nuevos instrumentos y unidades disponibles en el mercado
con un nivel mayor de manejo y uso, requiere de personas más
especializadas en su instrucción a los usuarios (estudiantes).
 Necesita de un espacio considerable para su instalación.
13. Análisis ergonómico
 ¿Cómo se relaciona el usuario con el objeto?
La comunicación con el usuario por parte del banco se basa en contacto
directo. Ya que se trata de un banco de fluidos con arquitectura industrial, el
modo manejo se basa en accionamientos de válvulas manuales, y
acondicionamiento de ciertos componentes que dependen de los 3 modos de
uso disponibles en este banco. Sin embargo para su puesta en marcha se tiene
un pequeño panel de control, donde se accionan las bombas por separado y
donde se tiene un botón de paro de emergencia, así como 2 leds que indican
el funcionamiento de cada bomba.
 ¿Es cómodo?

12. Si es cómodo ya que su forma de trabajo, su organización e instalación
permite un uso sin dificultades y repartido en secciones bien identificadas.
 ¿Es ecológico?
Sí dado que no expulsa ningún tipo de contaminación considerable que
pueda afectar el medio ambiente, al trabajar con un líquido como el agua no
se tiene peligro de contaminación. Además el material en el que es construido
es reutilizable y de buena calidad.
 Efectuar un análisis de usabilidad:
El uso de este banco es muy sencillo pero requiere de ciertos pasos
especificados anteriormente. Por lo cual siempre se requiere de que esté
presente una persona capacitada en el banco si quienes lo usan no tienen
experiencia en su manejo. Dado que es de contacto directo no tiene mayor
dificultad en su manejo, y depende de la responsabilidad de los usuarios o
personas que hagan uso del banco.
17. Análisis de reciclabilidad y destructibilidad:
 ¿Es degradable el producto?
No es degradable en su totalidad, ya que los materiales con los que son
construidos los componentes del producto, son en su mayoría acero
inoxidable y aluminio de alta calidad, que los hacen idóneos para una
durabilidad extensa y que soportan ambientes con alta contaminación y
agentes degradables.
 ¿Es reciclable?
Si es reciclable dado que la mayoría de sus elementos pueden ser usados en
otras aplicaciones en caso tal que el banco quede en desuso o avería general.
Tal es el caso de las tuberías, válvulas, bombas, y algunos instrumentos.
 ¿Es reutilizable?

13. Si es reutilizable dado que hace parte de un conjunto de subsistemas
interconectados y da la posibilidad de que sea separado y usado en otro tipo
de prácticas no solo para las que fue diseñado. Por ejemplo la unidad de
tanque de almacenamiento y motobombas puede ser usados en procesos de
control de nivel para prácticas de Control industrial. Las unidades de medición
de flujo y presión, pueden ser adaptadas a procesos reales donde se requiera
conocer dichas características del fluido en cuestión, permitiendo desarrollar
sistemas de control basados en estas variables.