Laboratorio ii

“AÑO DE LAS CUMBRES MUNDIALES EN EL PERU”
UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUÍS GONZAGA” DE ICA
FACULTAD DE INGENIERIA Y ELECTRICA
TRABAJO DE INVESTIGACION
ACTUALIZACION DE LA GUIA DE LABORATORIO
DE ENERGIA II PARA LA FIME
PRESENTADO POR
CHACALTANA HERENCIA RAUL EDUARDO
ICA - PERU
2008

UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA” DE ICA
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
MEDICIÓN DE CAUDAL
LABORATORIO DE ENERGÍA II
TEMA:

Estudio de flujos por su naturaleza son altamente móviles, el transporte de
fluidos suele darse en canales abiertos o conductos cerrados. En forma muy
general podemos diferenciar los siguientes tipos de flujo:
• Flujo Exteriores
• Flujos Interiores
• Flujo con efectos viscosos
• Flujos no viscosos
• Flujo laminar
• Flujo turbulento
• Flujo permanente
• Flujo No permanente
• Flujo Incompresible
• Flujo Compresible
FUNDAMENTO TEÓRICO

MEDIDOR DE CAUDAL
Es un dispositivo que, instalado en una tubería, permite conocer el flujo
volumétrico o caudal que está circulando por la misma, parámetro éste
de muchísima importancia en aquellos procesos que involucran el
transporte de un fluido. La mayoría de los medidores de caudal se
basan en un cambio del área de flujo, lo que provoca un cambio de
presión que puede relacionarse con el caudal a través de la ecuación
de Bernoulli.
H
g
v
g
P
Z
nn
=++
2.
2
ρ

MEDIDAS DE CAUDAL
En la mayor parte de operaciones realizadas en procesos industriales y en las efectuadas
en laboratorio y en plantas piloto es muy importante la medición de caudales de líquidos o
de gases.
Existen varios métodos para medir el caudal según sea el tipo de caudal volumétrico o
másico deseado. Entre los transductores más importantes figuran los siguientes:

MEDIDORES DE PRESIÓN DIFERENCIAL
Puesto que la medida de caudal volumétrico en la industria se realiza,
generalmente, con instrumentos que dan lugar a una presión diferencial al paso del
fluido, abordaremos en primer lugar los medidores de presión diferencial. Los
instrumentos que se denominan, habitualmente, caudalímetros o medidores de
caudal, constituyendo una modalidad particular los contadores, los cuales
integran dispositivos adecuados para medir y justificar el volumen que ha
circulado por la conducción.
Los medidores de caudal volumétrico pueden determinar el caudal de volumen
de fluido de dos formas:
• Directamente, mediante dispositivos de desplazamiento positivo, o
• Indirectamente, mediante dispositivos de: presión diferencial, área variable,
velocidad, fuerza, etc.
Principales medidores de presión diferencial
– Placas de orificio, toberas,
– Tubos Venturi, tubos Pitot, tubos Annubar, codos,
– Medidores de área variable, medidores de placa.
Se estima que, actualmente, al menos un 75% de los medidores industriales
en uso son dispositivos de presión diferencial, siendo el más popular la placa de
orificio.

VENTAJAS:
• Su sencillez de construcción, no incluyendo partes móviles,
• Su funcionamiento se comprende con facilidad,
• No son caros, particularmente si se instalan en grandes tuberías y se
comparan con otros medidores,
• Pueden utilizarse para la mayoría de los fluidos, y
• Hay abundantes publicaciones sobre sus diferentes usos.
DESVENTAJAS:
• La amplitud del campo de medida es menor que para la mayoría de
los otros tipos de medidores,
• Pueden producir pérdidas de carga significativas,
• La señal de salida no es lineal con el caudal,
• Deben respetarse unos tramos rectos de tubería aguas arriba y aguas
abajo del medidor que, según el trazado de la tubería y los accesorios
existentes, pueden ser grandes.
• Pueden producirse efectos de envejecimiento, es decir, acumulación de
depósitos o la erosión de las aristas vivas,
• La precisión suele ser menor que la de medidores más modernos,
especialmente si, como es habitual, el medidor se entrega sin calibrar.

TIPOS DE INSTRUMENTOS MEDIDORES DE CAUDAL
 1. MEDIDORES DE MASA Y VOLUMEN:
• MEDIDORES DE CAUDAL PARA FLUJO INCOMPRESIBLE
– MEDIDORES DE MASA Y VOLUMEN.- Estos instrumentos se basan en la medición
de masa y/o volumen que fluyen en determinado tiempo.
Consiste en dos tanques separados por medio de un tabique de placa metálica.
El nivel del agua se observa en los tubos transparentes.
Se le adosa una graduación donde se puede leer directamente el volumen.

 2 . MEDIDORES DE FLUJO DE MASA DE VOLUMEN:
• 2.1 MEDIDORES DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO O CANTIDAD: Se basan en
las mediciones de cantidad de fluido.
– Los medidores de desplazamiento positivo miden la cantidad de fluido que
circula por un conducto, dividiendo el flujo en volúmenes separados y sumando
los volúmenes que pasan a través del medidor.
En cada medidor, se pueden destacar tres componentes comunes:
– Cámara, que se encuentra llena de fluido,
– Desplazador, que, bajo la acción del fluido circulando, transfiere el fluido
desde el final de una cámara a la siguiente, y
– Mecanismo (indicador o registrador), conectado al desplazador, que cuenta el
número de veces que el desplazador se mueve de una parte a otra en la cámara
de trabajo.
Dentro de los diferentes tipos de medidores para líquidos se considerarán los
siguientes:
– Medidores de tipo pistón,
– Medidores de paletas deslizantes, y
– Medidores de engranajes.

• 2.1.1 MEDIDORES DE CONDENSADOS O CONTADOR DE FLUJO.
- A. MEDIDOR DE PISTÓN OSCILANTE-ROTATORIO.- Consiste de un pistón hueco
montado excéntricamente dentro de un cilindro. El cilindro y el pistón tienen la misma
longitud, pero el pistón, como se aprecia en la figura, tiene un diámetro más pequeño
que el cilindro. El pistón, cuando está en funcionamiento, oscila alrededor de
un puente divisor, que separa la entrada de la salida de líquido. Al comienzo de un
ciclo el líquido entra al medidor a través de la puerta de entrada A, en la posición 1,
forzando al pistón a moverse alrededor del cilindro en la dirección mostrada en la
figura, hasta que el líquido delante del pistón es forzado a salir a través de la
puerta de salida B, en la posición 4, quedando el dispositivo listo para comenzar
otro ciclo
R.P.MentoCompartimi ## ××=VQ

OPERACIÓN:
Consiste de un pistón hueco montado excéntricamente dentro de un cilindro. El
cilindro y el pistón tienen la misma longitud, pero el pistón tiene un diámetro más
pequeño que el cilindro. El pistón, cuando está en funcionamiento, oscila alrededor
de un puente divisor, que separa la entrada de la salida del líquido. Al comienzo de
un ciclo el líquido entra al medidor a través de la puerta de entrada A, en la posición
1, forzando al pistón a moverse alrededor del cilindro en la dirección mostrada en la
Figura, hasta que el líquido delante del pistón es forzado a salir a través de la puerta
de salida B, en la posición 4, quedando el dispositivo listo para comenzar otro ciclo.

- B . MEDIDORES DE PALETAS DESLIZANTES.-
En la figura 15 se muestra un medidor de paletas deslizantes, que consta de un
rotor con unas paletas, dispuestas en parejas opuestas, que se pueden deslizar
libremente hacia adentro y hacia afuera de su alojamiento. Los miembros de las
paletas opuestas se conectan rígidamente mediante varillas, y el fluido circulando
actúa sobre las paletas sucesivamente, provocando el giro del rotor.
Mediante esta rotación el líquido se transfiere desde la entrada a la salida a través del
espacio entre las paletas. Como éste es el único camino para el paso del líquido
desde la entrada a la salida, contando el número de revoluciones del rotor, puede
determinarse la cantidad de líquido que ha pasado. El cierre se lleva a cabo por la acción
de las paletas sobre la pared de la cámara, Mediante una combinación de presión de
líquido y fuerzas centrífugas, auxiliado por el apriete, mediante resortes, de las paletas
contra la pared de la cámara. Esto ayuda a mantener en valores aceptables cualquier
escape de líquido que pueda producirse a través de las paletas.
Fig. 15. Medidor de paletas deslizantes.

- C. MEDIDORES DE ENGRANAJES.-
Entre los más importantes medidores de engranajes se pueden destacar los siguientes:
– medidores de rueda oval, y
– medidores helicoidales.
- C.1. MEDIDORES DE RUEDA OVAL
El medidor de rueda oval, que se muestra en la figura 16, dispone de dos ruedas ovales que
engranan entre sí y tienen un movimiento de giro debido a la presión diferencial
creada por el flujo de líquido. La acción del líquido actúa de forma alternativa sobre cada una
de las ruedas, dando lugar a un giro suave de un par prácticamente constante. Tanto la
cámara de medida como las ruedas están mecanizadas con gran precisión, con el fin de
conseguir que el deslizamiento entre ellas se produzca con el mínimo rozamiento, sin que
se formen bolsas o espacios muertos y desplazando la misma cantidad de líquido en cada
rotación.
Fig. 16. Medidor de rueda oval.
La principal ventaja de estos medidores es que la medida realizada es
prácticamente independiente de variaciones en la densidad y en la viscosidad del líquido.

- C.2. MEDIDORES HELICOIDALES
En la figura 17 se muestra un medidor de tipo helicoidal, cuyo funcionamiento es similar al
de la rueda oval, por lo que no merece más detalles.
Fig. 17. Medidor de engranajes helicoidales.

- F. MEDIDOR DE DISCO NUTANTE O CONTADOR DE FLUJO.-
Utilizado como medidor de agua de tipo domestico.
Opera bajo el principio de disco nutante; mientras que el disco nuta, transmite un
movimiento al tren de engranaje que mueve el mecanismo de control al pasar el
agua.
Medidor de disco, sección vertical
Ventajas:
* Muy difundido y comprobado.
* Muy económico.
Simple y de bajo
mantenimiento.
Desventajas:
* Es el de menor precisión de
los instrumentos de
desplazamiento positivo.
* No se fabrica para tuberías
de gran tamaño.
* El par disponible para el
accionamiento de accesorios
mecánicos es muy limitado.

OPERACION:
El agua fluye a través del filtro del medidor para llegar a la cámara de medición
donde provoca la nutación del disco. El disco que se mueve libremente, nuta sobre
su propia esfera, guiado por un rodillo de empuje. El eje del disco hace girar el
magneto de la cámara de medición. Mediante inducción magnética, se transmite el
movimiento del disco hacia un imán seguidor localizado dentro del registro. El imán
seguidor está conectado al tren de engranes del registro. El tren de engranes
convierte las nutaciones del disco a unidades de volumen totalizado que se muestran
en la carátula del registro.

• 2.2. MEDIDORES POR EL MÉTODO DE RESTRICCIÓN DE FLUJO O ALTURAS
DE PRESIÓN
Se basan en que un líquido que fluye por una tubería tiene una cantidad determinada
o fija de energía total.
- 2.2.1 MEDIDORES DE ÁREAS CONSTANTES Y ALTURAS VARIABLES:
A. TUBO DE PITOT .-
Es uno de los medidores más exactos para medir la velocidad de un fluido dentro de una
tubería. El equipo consta de un tubo cuya abertura está dirigida agua arriba , de modo que el
fluido penetre dentro de ésta y suba hasta que la presión aumente lo suficiente dentro del
mismo y equilibre el impacto producido por la velocidad.
t
V
Q =
PD
= PT
- PE [Ec. 1]
Donde:
PD
: presión dinámica, en milímetros de columna de agua (mm cda)
PE
: presión estática, mm cda
PT
: presión total, mm cda

TIPOS DE INSTRUMENTOS MEDIDORES DE CAUDAL• 2.2. MEDIDORES POR EL MÉTODO DE RESTRICCIÓN DE FLUJO O
ALTURAS DE PRESIÓN
Se basan en que un líquido que fluye por una tubería tiene una cantidad
determinada o fija de energía total.
- 2.2.1 MEDIDORES DE ÁREAS CONSTANTES Y ALTURAS VARIABLES:
A. TUBO DE PITOT .-
Es uno de los medidores más exactos para medir la velocidad de un fluido dentro de una
tubería. El equipo consta de un tubo cuya abertura está dirigida agua arriba , de modo que el
fluido penetre dentro de ésta y suba hasta que la presión aumente lo suficiente dentro del
mismo y equilibre el impacto producido por la velocidad.
El Tubo de Pitot mide las presiones dinámicas y con ésta se puede encontrar la velocidad
del fluido, hay que anotar que con este equipo se puede verificar la variación de la velocidad
del fluido con respecto al radio de la tubería (perfil de velocidad del fluido dentro de la
tubería).
t
V
Q =
PD
= PT
- PE [Ec. 1]
Donde:
PD
: presión dinámica, en milímetros de columna de agua (mlm cda)
PE
: presión estática, mm cda
PT
: presión total, mm cda

El Tubo de Pitot mide las presiones
dinámicas y con ésta se puede
encontrar la velocidad del fluido,
hay que anotar que con este
equipo se puede verificar la
variación de la velocidad del fluido
con respecto al radio de la tubería
(perfil de velocidad del fluido
dentro de la tubería).

Los tubos de Pitot tienen la ventaja de que produce una pérdida de presión
despreciable. Son también baratos, y su instalación simplemente consiste en un
simple proceso de ponerlo en un pequeño agujero taladrado en la tubería. Si se
utilizan adecuadamente pueden conseguirse precisiones moderadas y aunque
su uso habitual sea para la medida de velocidad del aire, se usan también para
indicar el caudal total en grandes conductos y prácticamente con cualquier
fluido. Su principal fallo es que la exactitud de la medida es sólo del 5% y los
dispositivos de medida de presión tienen que alcanzar algo más de exactitud,
sobretodo si la diferencia de presión creada es muy pequeña.

B. TUBO DE VENTURI .-
El Venturi consiste de una reducción gradual del área de flujo, seguido de un ensanchamiento
gradual de la misma; por estas características, provoca una pérdida de energía moderada.
Es útil para medir caudales en conductos
cerrados a presión
La ecuación de la energía y la ecuación de
continuidad pueden utilizarse para derivar la
relación a través de la cual podemos calcular
la velocidad del flujo.
Q = A1v1 = A2v2 (2)

COMPARATIVA DE LOS DISTINTOS SENSORES DE FLUJO
Sensor de
flujo
Líquidos
recomen
dados
Pérdida de
presión
Exactitud
típica en
%
Medidas y
diámetro
s
Efecto
viscoso
Coste
Relativo
Orificio
Líquidos
sucios y
limpios;
algunos
líquidos
viscosos
Medio
±2 a ±4 of full
scale
10 a 30 Alto Bajo
Tubo Venturi
Líquidos
viscosos,
sucios y
limpios
Bajo ±1 5 a 20 Alto Medio
Tubo Pitot
Líquidos
limpios
Muy bajo ±3 a ±5 20 a 30 Bajo Bajo
Turbina
Líquidos
limpios y
viscosos
Alto ±0.25 5 a 10 Alto Alto
Electromagn
et.
Líquidos
sucios y
limpios;
líquidos
viscosos
y
conducto
res
No ±0.5 5 No Alto

B. TUBO DE VENTURI .-
El Venturi consiste de una reducción gradual del área de flujo, seguido de un ensanchamiento
gradual de la misma; por estas características, provoca una pérdida de energía moderada.
Es útil para medir caudales en conductos
cerrados a presión
Diametro de la tuberia
20o
5 a 7o
Tubo de vidrio
Mercurio
Diametro de la garganta
Tubo Venturi
La ecuación de la energía y la ecuación de
continuidad pueden utilizarse para derivar la
relación a través de la cual podemos calcular
la velocidad del flujo.
Q = A1v1 = A2v2 (2)

C. TOBERA.-
La tobera presenta una entrada curvada que se prolonga en un cuello cilíndrico, siendo
el coeficiente de descarga similar al del tubo Venturi. Sin embargo, la caída de presión
es del mismo orden que en la placa de orificio, para el mismo caudal y con el mismo
tamaño de tubería.

Caudal Teórico:
Se ha de tener en cuenta las pérdidas, que no hemos considerado en la ecuación de Bernoulli, eso
se consigue mediante la introducción de una parámetro adimensional,Cv , que afecta a la velocidad:
)..( 22 vCAQ vr =














−
−
= 2
2
1
21
2
1
)(2
.
A
A
pp
g
CvAQr
γ
Cv oscila entre un valor de 0.95 y una valor ligeramente superior a la unidad, pero como regla
general podemos tomar un valor de 0.98.
Si definimos el Coeficiente de Caudal como:

D. PLACAS DE ORIFICIO O DIAFRAGMA.-
• Consiste en una placa perforada que se instala en la tubería.
• El orificio es perpendicular al plato.
• Su popularidad de este medidor es por su bajo costo y fácil instalación.
VENTAJAS:
Su colocación y extracción de la cañería es sencilla lo que favorece la inspección de
daños producidos por erosión, corrosión, incrustación o deformación.

DEMOSTRACIÓN DE FÓRMULA:
Por la ecuación de conservación de la masa:
21 QQ =2211 .. AvAv =
2
1
12 .
A
A
vv =

2.2.2-Medidores de Área Variables y alturas constantes:
A. Rotámetro.-
•Es un dispositivo medidor de caudal que consta de un tubo
vertical ligeramente cónico.
•Dentro del tubo juega libremente un flotador de forma de
plomada.
•Trabaja hasta los 300 ºC.
•Mide caudales de agua limpia en la industria de procesos
alimenticios y otros.
( )ρρρ −××= f
e
f
r
A
V
gACdQ 22
( )22
2
4
adA −=
π
h
a
H
A
tg ==θ
4.262 += ad

Es un dispositivo medidor de caudal que consta de un tubo vertical transparente,
ligeramente cónico, el extremo mas grande del cono queda arriba. Dentro del tubo juega
libremente un flotador con forma de plomada. El flotador esta en contacto directo con el
liquido que se ha de medir y este fluye hacia arriba por el tubo cónico.
DESCRIPCIÓN DE FUNCIONAMIENTO:
Cuando no hay flujo alguno el flotador descansa sobre el tope inferior y obtura la entrada
inferior. Cuando comienza el flujo, el flotador debe levantarse de su asiento inferior y
moverse hacia arriba por el tubo cónico y a medida que sube, es mayor el paso libre que
queda para el liquido a los lados del flotador. A medida que el flujo aumenta, el flotador
sube en el tubo, dejando cada vez mas grande el espacio anular de paso. La lectura de la
altura del flotador se da directamente en unidades de área y viene a ser el área anular de
la altura a que se encuentra el flotador y como está determinada por el volumen del flujo,
se puede decir que es un medidor de área variable.
Hay unas ranuras diagonales o estrías como se quiera apreciar en los costados del
flotador que lo mantiene girando y que también lo mantiene alejado de las paredes de
vidrio de manera que se mantiene en el centro del tubo y no hay fricción entre el flotador
y el tubo cónico. Esta rotación también tiende a mantener el flotador libre de burbujas y de
mugre.
El rotámetro no necesita tramos especialmente rectos, sean instalados antes o después
del rotámetro, tampoco afectan su precisión los codos, uniones y pequeñas
irregularidades de las tuberías .
La escala se construye en escala simple y para variar la capacidad del medidor , por lo
general se cambia el flotador ( de tamaño o material); y algunas veces el tubo cónico de
vidrio. Los flotadores pueden construirse de metales de densidad variable, como plomo,
aluminio, vidrio o acero inoxidable
Rotámetro

FUERZAS DE ROTÁMETRO:
• La fuerza de la gravedad (peso) que actua hacia abajo sobre el flotador
(Wf).
• Fuerza debida al empuje hidrostático (hacia arriba del fluido) sobre el
flotador (FE).
• Fuerza de la resistencia al movimiento resultante de la fricción de la
viscosidad alrededor del flotador. Esta fuerza en muchos casos puede
despreciarse por ser muy pequeñas (FR).
• Diferencia de presión, puede expresarse por el equilibrio de fuerzas en el
flotador, que actúan tanto en su superficie como inferior : (P1 – P2).
• En la superficie inferior actúa la presión de impacto P1(N/m2) y en la
superficie superior actúa la presión estática, P2(N/m2), corriente abajo.
• e) El área efectiva (Ae) del flotador en ángulo recto con la corriente
• La diferencia de presión (P1 – P2) por el Ae, produce una furza en la
direcion de la corriente. FP(N).
• Vf = volumen del flotador (m3)
∀ ρf = densidad del flotador (Kg/m3).
∀ ρ = densidad del fluido (Kg/m3).

(Peso del flotador) = (Diferencia de presiones x Área afectiva) + (Empuje Hidrostático o sobre
el flotador)
Wf = Fp + FE
( )
( )
( )
ρ
ρρ
ρ
βγα
γρ
β
αρρ
ρρ
ρρ
ρρ
−
==
=
=
−=−
−=
−=
+=
f
e
f
f
e
f
ffe
fffe
feff
A
V
g
g
g
g
A
V
PP
gVA
VgVA
VAgV
2
.
P-P
2V
:)(en)(y)(:luego
)(..............................P-Pg..h:Tambien
)..(........................................2ghV
:esanularespacioelporfluidodelvelocidadLa
).(........................................
).P-P(
g....).P-P(
TerminosOrdenando
g..).P-P(..
212
2
212
2
2
21
21
21
21
DEMOSTRACIÓN DE LA FÓRMULA:

Entonces el caudal que fluye por el espacio anular es:
ρ
ρρ
xA
gV
xACxVACQ
e
ff
ddR
)(2
222
−
== (m3/seg)
Donde : A2 = Área del orificio anular
En unidades de masa :
e
ff
dR
A
xgV
xACQ
ρρρ )(2
2
−
= (Kg/seg)
Para calcular el área y la velocidad a diferentes alturas:
y

Donde los valores de “d” se hallan de la siguiente manera; siendo la forma
del rotámetro como se muestra en la figura :

A. Vertederos.-
Es un dispositivo que se usa para medir caudales , especialmente agua en canales abiertos.
Existen varias formas de vertederos (WEIRS), ente los más utilizados están la rectangular y la
triangular.
2.2.3- Medidores de Área Variables y alturas variables:
El caudal real “ q” lo calculamos de la siguiente manera:ɗ
dAgZCdq 2=
Como: XdzdA = y
DEDUCCIÓN DE LA FÓRMULA:
2
5
)
2
(2
15
3
htggCq
α
××=
C = Constante del elemento
8

Entonces :
dZZh
h
b
gZCdq )(2 −=
∫
=
=
−=
hZ
Z
dZZZh
h
b
gCq
0
2/1
)(2
)(2
0
2/32/1
∫
=
=
−=
hZ
Z
dZZdZhZ
h
b
gCq




−= 2525
5
2
3
2
2 hh
h
b
gCq
2325
2
15
4
15
4
2 bhgCh
h
b
gCq ==
Pero:






=⇒=





2
22
2
αα
hTgb
h
b
Tg 





=
2
2
α
hTgb
25
2
2
15
8
hTggCq 





=∴
α
Donde C: coeficiente de descarga

TRIANGULAR

2.2.3- Medidores de Área Constantes y alturas constantes:
A. Tubo de Reynolds.-
En el flujo de fluidos a través de una tubería se pueden
presentar diferentes tipos de flujo: uniforme, permanente,
variado, etc. y diferentes regímenes: laminar, turbulento, de
transición. El régimen de flujo está definido por el número de
Reynolds (número adimensional).
ν
ν
ρ
µ
νµ
ρ VD
como
VDVD
=⇒=== ReRe
( )
Tec.Sist.M.K.S.;Sist.enlíquidodelDensidad 33
m
UTM
m
Kgrm
⇒ρ
( ) ( )
Segm
Kgr
m
SegN
m
SegKgr mF
×
××
⇒ ,,enfluidodelViscosidad 22
µ
Según el número de Reynolds, los flujos se
definen:
Re < 2000 Flujo laminar
Re 2000 - 4000 Flujo de transición
Re > 4000 Flujo turbulento

 3. Medidores de caudal electrónico y magnéticos.-
- 3.1 MEDIDORES ELECTROMAGNÉTICOS.-
A - FLUXOMETRO ELECTROMAGNÉTICO.-
Los componentes principales incluyen un tubo con un
material no conductor, dos bobinas electromagnéticas y
dos electrodos, alejados uno del otro, montados a 180°
en la pared del tubo. Los electrodos detectan el voltaje
generado en el fluido. Puesto que le voltaje generado es
directamente proporcional a la velocidad del fluido, una
mayor velocidad de flujo genera un voltaje mayor. Su
salida es completamente independiente de la
temperatura, viscosidad, gravedad específica o
turbulencia. Los tamaños existentes en el mercado van
desde 5 mm hasta varios metros de diámetro.

B - FLUXOMETRO DE ULTRASONIDO.-
Consta de unas Sondas, que trabajan por pares, como
emisor y receptor. La placa piezo-cerámica de una de
las sondas es excitada por un impulso de tensión,
generándose un impulso ultrasónico que se propaga a
través del medio líquido a medir, esta señal es recibida
en el lado opuesto de la conducción por la segunda
sonda que lo transforma en una señal eléctrica.
Hay dos tipos de medidores de flujo por ultrasonidos:
•DOPPLER
•TRÁNSITO

- 3.2 TIPO TURBINA.-
VAQ ×=
La energía cinética del fluido circulando hace girar el rotor con una velocidad angular que, en
el margen lineal del medidor, es proporcional a la velocidad media axial del fluido y, por tanto,
al caudal volumétrico.
Donde:
Q :Caudal
A = Sección de tubería
W = velocidad angular
RV ×=ϖ

- 3.3 MEDIDOR DE ALABES ROTATORIOS.-
Los velómetros de alabes rotativos están
basados en la medición de las revoluciones
por minuto del molinete, siendo este valor
proporcional a la velocidad del fluido que
circula por el conducto. La señal puede
medirse con un reloj (velómetros mecánicos)
o bien translucirse a una señal eléctrica. En
este caso deben utilizarse instrumentos
intrínsecamente seguros cuando las
mediciones se realizan en atmósferas
inflamables. Existen velómetros de distintos
diámetros. Es obvio que los de mayor
tamaño no son adecuados para mediciones
dentro de los conductos ya que requerirían
orificios demasiados grandes. En este caso,
su utilidad se pone de manifiesto para
medidas en boca de campana o a la
descarga del sistema.
En general, las sondas de molinete pierden
precisión por debajo de 0,25 m/s, lo que no
significa un problema para su uso en
mediciones en sistemas de extracción
localizada pero sí para mediciones
ambientales.

OTROS MÉTODOS DE MEDICIÓN.
Métodos volumétricos
Método velocidad/superficie
a) Napa de agua baja (altura de descarga baja)
b) Chorro
Q = 3,15D1,99
H0,53
(2)
Q = 5,47D1,25 H1,35 (1)
Q en metros cúbicos por segundo; D y H en metros.
Si H < 0,4 D utilícese la ecuación (1)
Si H > 1,4 D utilícese la ecuación (2)
Si 0,4D < H < 1,4D calcúlense ambas ecuaciones y
tómese la media

Dos tipos de molinete
a) tipo taza cónica b) tipo hélice
 Método Variación de la velocidad en una corriente
 Método del molinete

MEDIDORES DE CAUDAL COMERCIALES.
Medidor de caudal magnético
Medidor de caudal térmico compacto
Medidor de caudal bridado

Medidor de caudal de masa electrónico
Totalizador mecánico

UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA" DE ICAUNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA" DE ICA
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
PÉRDIDAS DE CARGAPÉRDIDAS DE CARGA
EN TUBERÍASEN TUBERÍAS
TEMA:TEMA:

INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN
El método más común para transportar fluidos de un punto a otro es impulsarlo aEl método más común para transportar fluidos de un punto a otro es impulsarlo a
través de un sistema de tuberías. Las tuberías de sección circular son las mástravés de un sistema de tuberías. Las tuberías de sección circular son las más
frecuentes, ya que esta forma ofrece no sólo mayor resistencia estructural sinofrecuentes, ya que esta forma ofrece no sólo mayor resistencia estructural sino
también mayor sección transversal para el mismo perímetro exterior que cualquiertambién mayor sección transversal para el mismo perímetro exterior que cualquier
otra forma. A menos que se indique específicamente, la palabra “tubería” en esteotra forma. A menos que se indique específicamente, la palabra “tubería” en este
estudio se refiere siempre a un conducto cerrado de sección circular y diámetroestudio se refiere siempre a un conducto cerrado de sección circular y diámetro
interior constante.interior constante.
Debido a la gran variedad de fluidos que se utilizan en los procesos industrialesDebido a la gran variedad de fluidos que se utilizan en los procesos industriales
modernos, una ecuación que pueda ser usada para cualquier fluido ofrece ventajasmodernos, una ecuación que pueda ser usada para cualquier fluido ofrece ventajas
obvias. Una ecuación de este tipo es la fórmula de Darcy, que puede ser deducidaobvias. Una ecuación de este tipo es la fórmula de Darcy, que puede ser deducida
por análisis dimensional; sin embargo, una de las variables en la fórmula, elpor análisis dimensional; sin embargo, una de las variables en la fórmula, el
coeficiente de fricción, debe ser determinado experimentalmente. Esta fórmula tienecoeficiente de fricción, debe ser determinado experimentalmente. Esta fórmula tiene
una extensa aplicación en el campo de la mecánica de fluidos y se utiliza mucho enuna extensa aplicación en el campo de la mecánica de fluidos y se utiliza mucho en
este estudio.este estudio.

ECUACIÓN GENERAL DE ENERGÍAECUACIÓN GENERAL DE ENERGÍA
TEOREMA DE BERNOULLI.TEOREMA DE BERNOULLI.
El teorema de bernoulli es una forma de expresión de la aplicación de la ley de la conservaciónEl teorema de bernoulli es una forma de expresión de la aplicación de la ley de la conservación
de la energía al flujo de fluidos en una tubería. La energía total en un punto cualquiera porde la energía al flujo de fluidos en una tubería. La energía total en un punto cualquiera por
encima de un plano horizontal arbitrario fijado como referencia, es igual a la suma de la alturaencima de un plano horizontal arbitrario fijado como referencia, es igual a la suma de la altura
geométrica, la altura debida a la presión y la altura a la velocidad, es decir:geométrica, la altura debida a la presión y la altura a la velocidad, es decir:
FUNDAMENTO TEÓRICOFUNDAMENTO TEÓRICO
H
g
v
g
P
Z
nn
=++
2.
2
ρ
Nótese que la pérdida porNótese que la pérdida por
rozamiento en la tuberíarozamiento en la tubería
desde el punto uno al puntodesde el punto uno al punto
dos (hL) se expresa como lados (hL) se expresa como la
pérdida de altura en metros depérdida de altura en metros de
fluido (pies de fluido). Lafluido (pies de fluido). La
ecuación puede escribirse deecuación puede escribirse de
la siguiente manera:la siguiente manera:
L
nnnn
h
g
v
g
P
Z
g
v
g
P
Z +++=++
2.2.
2
2
2
2
2
2
1
1
1
1
ρρ

MEDIDA DE LA PRESIÓNMEDIDA DE LA PRESIÓN
En la fig.1-5 se ilustra gráficamente la relación entre las presiones absoluta y manométrica. ElEn la fig.1-5 se ilustra gráficamente la relación entre las presiones absoluta y manométrica. El
vacío perfecto no puede existir en la superficie de la tierra pero es, sin embargo, un punto devacío perfecto no puede existir en la superficie de la tierra pero es, sin embargo, un punto de
referencia conveniente para la medición de la presión.referencia conveniente para la medición de la presión.
•
Presión BarométricaPresión Barométrica es el nivel de la presión atmosférica por encima del vacíoes el nivel de la presión atmosférica por encima del vacío
perfecto.perfecto.
•
La presión atmosféricaLa presión atmosférica normalizada es 1.01325 bar (14.7 lb/pulg²) o 760 mm de Hg.normalizada es 1.01325 bar (14.7 lb/pulg²) o 760 mm de Hg.
•
La presión manométricaLa presión manométrica es la presión medida por encima de la atmosférica, mientrases la presión medida por encima de la atmosférica, mientras
que la presiónque la presión absoluta se refiere siempre al vacío perfecto.absoluta se refiere siempre al vacío perfecto.
•
VacíoVacío es la depresión por debajo del nivel atmosférico. La referencia a las condicioneses la depresión por debajo del nivel atmosférico. La referencia a las condiciones
de vacío se hacede vacío se hace a menudo expresando la presión absoluta en términosa menudo expresando la presión absoluta en términos de altura dede altura de
columna de mercurio o de agua.columna de mercurio o de agua.

NÚMERO DE REYNOLDSNÚMERO DE REYNOLDS
Las investigaciones deLas investigaciones de Osborne ReynoldsOsborne Reynolds han demostrado que el régimen de flujo en tuberías,han demostrado que el régimen de flujo en tuberías,
es decir, si es laminar o turbulento depende del diámetro de la tubería, de la densidad y laes decir, si es laminar o turbulento depende del diámetro de la tubería, de la densidad y la
viscosidad del fluido y de la velocidad del flujo.viscosidad del fluido y de la velocidad del flujo.
EnEn el flujo de fluidos a través de una tubería se pueden presentar diferentes tipos de flujo:el flujo de fluidos a través de una tubería se pueden presentar diferentes tipos de flujo:
uniforme, permanente, variado, etc. y diferentes regímenes: laminar, turbulento, de transición.uniforme, permanente, variado, etc. y diferentes regímenes: laminar, turbulento, de transición.
El régimen de flujo está definido por el número de Reynolds (número adimensional).El régimen de flujo está definido por el número de Reynolds (número adimensional).
El régimen de flujo está definido por el número de Reynolds (número adimensional).El régimen de flujo está definido por el número de Reynolds (número adimensional).
ν
ν
ρ
µ
νµ
ρ VD
como
VDVD
=⇒=== ReRe
seg
m
V enVelocidad⇒
mD entuberíaDiámetro⇒
( )
Tec.Sist.M.K.S.;Sist.enlíquidodelDensidad 33
m
UTM
m
Kgrm
⇒ρ
( ) ( )
Segm
Kgr
m
SegN
m
SegKgr mF
×
××
⇒ ,,enfluidodelViscosidad 22
µ
Seg
m2
encinemáticaViscosidad⇒ν
Donde :
Para estudios técnicos, el régimen de flujo de tuberías se
define:
Re < 2000 Flujo laminar
Re 2000 - 4000 Flujo de transición
Re > 4000 Flujo turbulento

APARATO DE REYNOLDSAPARATO DE REYNOLDS
El Aparato de Reynolds ha sido ideadoEl Aparato de Reynolds ha sido ideado
con el propósitocon el propósito
de servir como ayuda didáctica para elde servir como ayuda didáctica para el
estudiante de temas relacionados alestudiante de temas relacionados al
transporte de líquidos en conductostransporte de líquidos en conductos
cerrados. El aparato permite reproducircerrados. El aparato permite reproducir
el experimento mediante el cual Osborneel experimento mediante el cual Osborne
Reynolds pudo observar la existencia delReynolds pudo observar la existencia del
flujo laminar y el flujo turbulento para unflujo laminar y el flujo turbulento para un
mismo fluido que es transportado bajomismo fluido que es transportado bajo
diferentes condiciones.diferentes condiciones.

A veces se tienen conductos con sección transversal que no es circular.A veces se tienen conductos con sección transversal que no es circular.
Para calcular el número de Reynolds en estas condiciones, el diámetroPara calcular el número de Reynolds en estas condiciones, el diámetro
circular es sustituido por el diámetro equivalente (cuatro veces el radiocircular es sustituido por el diámetro equivalente (cuatro veces el radio
hidráulico).hidráulico).
Esto se aplica a cualquier tipo de conducto (conducto circular noEsto se aplica a cualquier tipo de conducto (conducto circular no
completamente lleno, ovalado, cuadrado o rectangular), pero no a formascompletamente lleno, ovalado, cuadrado o rectangular), pero no a formas
muy estrechas, como aberturas anulares o alargadas, donde la anchura esmuy estrechas, como aberturas anulares o alargadas, donde la anchura es
pequeña con relación a la longitud. En tales casos, el radio hidráulico espequeña con relación a la longitud. En tales casos, el radio hidráulico es
aproximadamente igual a la mitad de la anchura de paso.aproximadamente igual a la mitad de la anchura de paso.
Radio HidráulicoRadio Hidráulico
mojadoperímetro
líquidavenaladeltransversacionladeerficie
RH
.
.....sec...sup
=

LONGITUD EQUIVALENTE (Leq)LONGITUD EQUIVALENTE (Leq)
Es aquella longitud de tubería que ocasionaría las mismas pérdidas queEs aquella longitud de tubería que ocasionaría las mismas pérdidas que
algún accesorio.algún accesorio.
g
V
D
L
f
g
KV eq
22
22
= D
f
K
Leq 





=
Es el diámetro de una tubería de sección circular que ha igualdad de caudal, longitud y fluidoEs el diámetro de una tubería de sección circular que ha igualdad de caudal, longitud y fluido
generan la misma caída de presión que otra tubería de sección no circular.generan la misma caída de presión que otra tubería de sección no circular.

SISTEMAS DE TUBERÍASSISTEMAS DE TUBERÍAS
Tuberías en serieTuberías en serie Tuberías en paraleloTuberías en paralelo

El flujo de los fluidos en tuberías está siempre acompañado de rozamiento de las partículas delEl flujo de los fluidos en tuberías está siempre acompañado de rozamiento de las partículas del
fluido entre sí y, consecuentemente, por la pérdida de energía disponible; en otras palabras,fluido entre sí y, consecuentemente, por la pérdida de energía disponible; en otras palabras,
tiene que existir una pérdida de presión en el sentido del flujo. Si se conectan dos manómetrostiene que existir una pérdida de presión en el sentido del flujo. Si se conectan dos manómetros
Bourdon a una tubería por la que pasa un fluido, según se indica en la fig. 1-6, el manómetro P,Bourdon a una tubería por la que pasa un fluido, según se indica en la fig. 1-6, el manómetro P,
indicaría una presión estática mayor que el manómetro P2.indicaría una presión estática mayor que el manómetro P2.
Ec. 1-4Ec. 1-4
FÓRMULA DE DARCYFÓRMULA DE DARCY
Ecuación general del flujo de fluidos.Ecuación general del flujo de fluidos.

FACTOR DE FRICCIÓNFACTOR DE FRICCIÓN
La Fórmula de DarcyLa Fórmula de Darcy puede deducirse por análisis dimensional con la excepción del factorpuede deducirse por análisis dimensional con la excepción del factor
de fricciónde fricción ff, que debe ser determinado experimentalmente. El factor de fricción para, que debe ser determinado experimentalmente. El factor de fricción para
condiciones de flujo laminar (Re < 2000) es función sólo del número de Reynolds; mientrascondiciones de flujo laminar (Re < 2000) es función sólo del número de Reynolds; mientras
que para flujo turbulento (Re > 4000) es también función del tipo de pared de la tubería.que para flujo turbulento (Re > 4000) es también función del tipo de pared de la tubería.
La información más útil yLa información más útil y
universalmente aceptadauniversalmente aceptada
sobre factores de fricción quesobre factores de fricción que
se utiliza en la fórmula dese utiliza en la fórmula de
Darcy, la presentóDarcy, la presentó L.F.L.F.
MoodyMoody . El profesor Moody. El profesor Moody
mejoró la información enmejoró la información en
comparación con loscomparación con los
conocidos diagramas deconocidos diagramas de
factores de fricción, Piggot yfactores de fricción, Piggot y
Kemler, incorporandoKemler, incorporando
investigaciones másinvestigaciones más
recientes y aportaciones derecientes y aportaciones de
muchos científicos de granmuchos científicos de gran
nivel.nivel.

DETERMINACIÓN DEL FACTOR DE FRICCIÓN PARA EL FLUJO LAMINARDETERMINACIÓN DEL FACTOR DE FRICCIÓN PARA EL FLUJO LAMINAR
Asi para el flujo laminar el factor de fricción es :Asi para el flujo laminar el factor de fricción es :
f = 64/Ref = 64/Re Flujo laminar Re < 2100Flujo laminar Re < 2100
Este es un valor analítico demostrado experimentalmente.Este es un valor analítico demostrado experimentalmente.

DETERMINACIÓN DEL FACTOR DE FRICCIÓN PARA FLUJO TURBULENTODETERMINACIÓN DEL FACTOR DE FRICCIÓN PARA FLUJO TURBULENTO
Experimentalmente se ha demostrado que el factor de fricción para el flujo turbulento está en funciónExperimentalmente se ha demostrado que el factor de fricción para el flujo turbulento está en función
del número de Reynolds en una tubería.del número de Reynolds en una tubería.
Para un mismo número de Reynolds hay diferentes valores del factor de fricción de acuerdo a laPara un mismo número de Reynolds hay diferentes valores del factor de fricción de acuerdo a la
modificación del área del conducto.modificación del área del conducto.
El diámetro no incide en el factor de fricción cuando el flujo es laminar, más si cuando es turbulento.El diámetro no incide en el factor de fricción cuando el flujo es laminar, más si cuando es turbulento.
La caída de presión en el flujo laminar, no depende de la naturaleza de la superficie interna delLa caída de presión en el flujo laminar, no depende de la naturaleza de la superficie interna del
conducto, sinconducto, sin embargo en el flujo turbulento la naturaleza de la superficie interna del caño controla la
caída de presión.
)Karmandelación(Re8.0)f(Relog2
f
1
10 −=

)Nikuradse()R(g
E2
D
log2
f
1
10 °=−
3
f
D
EV
*R =
76.1
E2
D
log2
f
1
10 =−

En este grafico se puede determinar que ha una sola curva deEn este grafico se puede determinar que ha una sola curva de
factores de fricción en la región del flujo laminar y en cambio hayfactores de fricción en la región del flujo laminar y en cambio hay
muchas en la región de flujo turbulento.muchas en la región de flujo turbulento.
Cada una de estas curvas está representada por un valor dado deCada una de estas curvas está representada por un valor dado de
la rugosidad relativa.la rugosidad relativa.
A medida que el numero de Reynolds aumenta, los valores de losA medida que el numero de Reynolds aumenta, los valores de los
factores de fricción tienden a valores constantes.factores de fricción tienden a valores constantes.
Se observará que a la derecha de la curva de guiones llamadaSe observará que a la derecha de la curva de guiones llamada
región de turbulencia completa, los valores de los coeficientes deregión de turbulencia completa, los valores de los coeficientes de
fricción pueden tomarse como constantes. Estos valores de losfricción pueden tomarse como constantes. Estos valores de los
factores de fricción deben considerarse como valores medios,factores de fricción deben considerarse como valores medios,
utilizados a falta de información mas precisa. Ha que tener enutilizados a falta de información mas precisa. Ha que tener en
cuenta que este valor puede tener ciertas variaciones.cuenta que este valor puede tener ciertas variaciones.
DIAGRAMA DE MOODYDIAGRAMA DE MOODY

EFECTO DEL TIEMPO Y USO EN LA FRICCIÓN DE TUBERÍASEFECTO DEL TIEMPO Y USO EN LA FRICCIÓN DE TUBERÍAS
Las pérdidas por fricción en tuberías son muy sensibles a los cambios deLas pérdidas por fricción en tuberías son muy sensibles a los cambios de
diámetro y rugosidad de las paredes. Para un caudal determinado y undiámetro y rugosidad de las paredes. Para un caudal determinado y un
factor de fricción fijo, la pérdida de presión por metro de tubería varíafactor de fricción fijo, la pérdida de presión por metro de tubería varía
inversamente a la quinta potencia del diámetro. Por ejemplo, si se reduceinversamente a la quinta potencia del diámetro. Por ejemplo, si se reduce
en 2% el diámetro, causa un incremento del 29%. En muchos de losen 2% el diámetro, causa un incremento del 29%. En muchos de los
servicios, el interior de la tubería se va incrustando con cascarilla, tierra yservicios, el interior de la tubería se va incrustando con cascarilla, tierra y
otros materiales extraños; luego, es una práctica prudente dar margen paraotros materiales extraños; luego, es una práctica prudente dar margen para
reducciones del diámetro de paso.reducciones del diámetro de paso.
Los técnicos experimentados indican que la rugosidad puede incrementarseLos técnicos experimentados indican que la rugosidad puede incrementarse
con el uso (debido a la corrosión o incrustación) en una proporcióncon el uso (debido a la corrosión o incrustación) en una proporción
determinada por el material de la tubería y la naturaleza del fluido, Ippen,determinada por el material de la tubería y la naturaleza del fluido, Ippen,
comentando sobre el efecto del paso del tiempo, cita una tubería de 4comentando sobre el efecto del paso del tiempo, cita una tubería de 4
pulgadas de acero galvanizado que duplicó su rugosidad e incrementó elpulgadas de acero galvanizado que duplicó su rugosidad e incrementó el
factor de fricción en 20% después de 3 años de uso moderado.factor de fricción en 20% después de 3 años de uso moderado.

PÉRDIDA DE ENERGÍA EN TUBERÍASPÉRDIDA DE ENERGÍA EN TUBERÍAS
Cuando un fluido circula por una tubería, sufre pérdidas en su energía por diferentesCuando un fluido circula por una tubería, sufre pérdidas en su energía por diferentes
causas; siendo las más comunes las pérdidas por:causas; siendo las más comunes las pérdidas por:
1. Rozamiento1. Rozamiento
2. Entrada2. Entrada
3. Salida3. Salida
4. Súbito ensanchamiento del tubo4. Súbito ensanchamiento del tubo
5. Súbita contracción de la tubería5. Súbita contracción de la tubería
6. Obstrucciones (válvulas, medidores, etc.).6. Obstrucciones (válvulas, medidores, etc.).
7. Cambio de dirección en la circulación.7. Cambio de dirección en la circulación.
Normalmente las pérdidas más importantes son las debidas al rozamiento y seNormalmente las pérdidas más importantes son las debidas al rozamiento y se
denominan "pérdidas mayores". En algunos casos, las pérdidas puntualesdenominan "pérdidas mayores". En algunos casos, las pérdidas puntuales
debidas a cambios de diámetro o secciones, cambios de dirección de flujo,debidas a cambios de diámetro o secciones, cambios de dirección de flujo,
válvulas, etc., que se denominan" pérdidas menores", pueden ser deválvulas, etc., que se denominan" pérdidas menores", pueden ser de
importancia.importancia.

ESTUDIO DEL FLUJO INTERNOESTUDIO DEL FLUJO INTERNO
Se denomina flujos internos a aquellos que quedan completamente limitados por superficiesSe denomina flujos internos a aquellos que quedan completamente limitados por superficies
sólidos. (Por Ej., flujos a través de tuberías, de conductos, etc.).sólidos. (Por Ej., flujos a través de tuberías, de conductos, etc.).
La pérdida de cargas en tuberías puede ser de dos clases:La pérdida de cargas en tuberías puede ser de dos clases:
PERDIDAS PRIMARIASPERDIDAS PRIMARIAS::
Son aquellas que están relacionadas con las pérdidas de energía, que se generan por la fricciónSon aquellas que están relacionadas con las pérdidas de energía, que se generan por la fricción
entre partículas del mismo fluido al desplazarse al dentro de la tubería y la fricción del fluido conentre partículas del mismo fluido al desplazarse al dentro de la tubería y la fricción del fluido con
las paredes de dicha tubería.las paredes de dicha tubería.
PERDIDAS SECUNDARIASPERDIDAS SECUNDARIAS::
Llamadas también pérdidas menores, son aquellas caídas o pérdidas de presión que seLlamadas también pérdidas menores, son aquellas caídas o pérdidas de presión que se
producen cuando el flujo atraviesa una válvula, codos, cambia de sección en la tuberíaproducen cuando el flujo atraviesa una válvula, codos, cambia de sección en la tubería
(contracción o expansión), etc.(contracción o expansión), etc.

GRADIENTE HIDRÁULICOGRADIENTE HIDRÁULICO
Es una forma de visualizar gráficamente la energía de presión (LGH: Línea de GradienteEs una forma de visualizar gráficamente la energía de presión (LGH: Línea de Gradiente
Hidráulico) o la suma de todas las energías (LET: Línea de Energía Total), que tiene el fluido enHidráulico) o la suma de todas las energías (LET: Línea de Energía Total), que tiene el fluido en
cada uno de los puntos de la tubería por donde fluye.cada uno de los puntos de la tubería por donde fluye.
La línea de gradiente hidráulico o piezométrica muestra la elevación de la energía de presión aLa línea de gradiente hidráulico o piezométrica muestra la elevación de la energía de presión a
lo largo de la tubería; permitiendo determinar o visualizar la presión que se presenta en cadalo largo de la tubería; permitiendo determinar o visualizar la presión que se presenta en cada
punto de la tubería. En una tubería uniforme la energía de la velocidadpunto de la tubería. En una tubería uniforme la energía de la velocidad
αxαxV2/2gV2/2g, es constante y la línea de energía total es paralela a la línea de gradiente hidráulico., es constante y la línea de energía total es paralela a la línea de gradiente hidráulico.
L
h
S
f
f =
Pendiente de la línea gradiente hidráulico. Es la
tangente de ángulo α

Figura 4.2
¿Que se puede hacer para subir la L.G.H. y darle agua a la casa A de la figura 4.2?
1- Construir un tanque elevado T, en lugar del enterrado.
2- Instalar una bomba y subir la línea de gradiente hidráulico.
3- Aumentar el diámetro de la tubería para reducir pérdidas.

TEORÍA Y SELECCIÓNTEORÍA Y SELECCIÓN
DE BOMBASDE BOMBAS
CENTRIFUGASCENTRIFUGAS
LABORATORIO DE ENERGÍA IILABORATORIO DE ENERGÍA II

CONCEPTO DE BOMBAS:CONCEPTO DE BOMBAS:
La bomba es una máquina que absorbe energía mecánica que puede provenir de un
motor eléctrico, térmico, etc., y la transforma en energía que la transfiere a un fluido
como energía hidráulica la cual permite que el fluido pueda ser transportado de un
lugar a otro, a un mismo nivel y/o a diferentes niveles y/o a diferentes velocidades.
Fig..Nº- 1:Bomba de dos etapas

TIPOS DETIPOS DE
BOMBAS:BOMBAS:
Bombas de Desplazamiento Positivo:
a) Bombas Oscilantes de Desplazamiento De émbolo.
 Axiales : Rígida y de Diafragma
 Radiales
Tipo de Bomba Axial Tipo de bomba rígida

b) Bombas rotativas de desplazamiento Positivo.
De Engranajes.
De émbolo Rotativos
De Aletas.
De Husillos Helicoidales.
De Husillo Excéntrico.
Tipo engranaje
Tipo diafragma

c) Bombas Centrífugas.
Las bombas centrífugas transforman la energía mecánica -
generalmente de origen eléctrico - en energía hidráulica.

USO DE LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS
Las bombas centrífugas, debido a sus características, son las bombas que más se aplican
en la industria. Las razones de estas preferencias son las siguientes:
• Son aparatos giratorios.
• No tienen órganos articulados y los mecanismos de acoplamiento son muy sencillos.
• La impulsión eléctrica del motor que la mueve es bastante sencilla.
Para una operación definida, el gasto es constante y no se requiere dispositivo regulador.
• Se adaptan con facilidad a muchas circunstancias.
Aparte de las ventajas ya enumeradas, se unen las siguientes ventajas
económicas:
El precio de una bomba centrífuga es aproximadamente ¼ del precio de la
bomba de émbolo equivalente.
El espacio requerido es aproximadamente 1/8 del de la bomba de émbolo
equivalente.
El peso es muy pequeño y por lo tanto las cimentaciones también lo son.
El mantenimiento de una bomba centrífuga sólo se reduce a renovar el aceite de
las chumaceras, los empaques del presa-estopa y el número de elementos a
cambiar es muy pequeño.

CARACTERÍSTICAS DE LA BOMBA CENTRÍFUGA:
LA PRESION DE SERVICIO
EL CAUDAL DE SERVICIO
MODO EN QUE FUNCIONA
EL CEBADO
CAVITACIÓN
VÁLVULA DE RETENCIÓN VERTICAL
CARGA NETA POSITIVA DE ASPIRACIÓN (NPSH)
CURVAS CARACTERÍSTICAS DE LA
BOMBAS CENTRIFUGAS

Ŋ = Eficiencia
H – Altura manométrica
NPSH = Altura neta positiva de aspiración
P = Potencia de la bomba
OTRAS CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UNA BOMBA CENTRÍFUGACURVA CARACTERÍSTICA DE UNA BOMBA CENTRÍFUGA

CLASES DE BOMBAS.
- Bombas de eje horizontal, flujo radial, de alta presión.
- Bombas multicelulares de eje vertical
- Bombas de sólidos
- Bomba Con Motor Hermético Sumergido
Se caracterizan por tener una caja espiral muy acusada
en la que se aloja un robusto rodete. Sus alturas de
impulsión son moderadas (5 á 20 m.) así como sus
R.P.M. (1.400).
Constituye el tipo de bomba tradicionalmente
utilizada en los sistemas de alimentación de agua
domiciliaria y para la industria así como en los
equipos de riego y de extinción de incendios.
Sustituyen últimamente con ventaja a las bombas horizontales tradicionales;
Sobre un eje vertical van montadas varias turbinas (o "stages") con sus
correspondientes coronas
Se caracterizan por tener una caja espiral muy acusada en la que se aloja un
robusto rodete. Sus alturas de impulsión son moderadas (5 á 20 m.) así como
sus R.P.M. (1.400).

- Bomba con motor seco
- CIRCULADORES.
Pequeño equipo de eje horizontal con
rotor sumergido característico de las
instalaciones de agua caliente
sanitaria y que se conecta
directamente a las tuberías mediante
racor o soldadura
Presenta ventajas en cuanto a control y
mantenimiento respecto al tipo anterior.
Como contrapartida se exige una cuidada
colocación, de modo que la verticalidad del
eje garantice su buen funcionamiento.

SELECCIÓN DE BOMBAS CENTRIFUGAS
EJEMPLO DE APLICACIÓN:
Datos Proporcionados:
Número de unidades : 1
Servicio : 5 horas continúas por día.
Líquido : Agua limpia.
Temperatura : 25 ºC.
Gravedad Específica : 1
PH : 7
Materia Extraña : No hace falta, al indicar
agua limpia.
Caudal : Se desea llenar
un tanque de 12000 litros 6 veces por hora.
.
20
.1600
1
720000
1
612000
seg
Lt
seg
hr
x
hr
Lt
hora
veceslitrosx
Q ===

-Hs
+HdB
Pd
Altura Manométrica total:
La disposición que se tiene es la siguiente.
Diagrama Nº - 1

- Alturas estáticas:
Hs = 5.66 metros B = 65 metros Pd = 29.4 PSI
se mide con manómetro.
Pérdidas por fricción:
Succión
Diámetro del tubo : 5’’
Material. : Fierro negro.
Longitud tubería : 20 metros.
Números de codos : 1
Válvulas : ninguna.
Descarga
Diámetro del tubo : 5’’
Material : Fierro negro.
Longitud de la tubería : 100 metros.
Números de codos : 2
Válvulas : 1
Condiciones de Succión : Indicadas en le croquis.
Altura sobre el nivel del mar : 3000 metros.
Motor : Eléctrico requerido.
Velocidad : 3600 RPM preferido
Corriente eléctrica : 220 voltios/3F60 ciclos
Protección : Cerrado.
Acoplado : Cardán
Tablero : No requerido.

Determinación de la altura manométrica total (H)
H = Hs + Hd + Fs + Fd +
Donde:
Hs : Altura estática de succión.
Hd : Altura estática de descarga.
Fs : Pérdidas por fricción en la succión.
Fd : Pérdidas por fricción en la descarga.
g
Vs
2
2
g
Vd
2
2
-
ALTURA ESTATICA DE DESCARGA (Hd):
Hd = B + Pd = 65 metros + 29.4 psi = 65 + 20.66 = 85.66 metros
(como 14.7 psi = 10 de H2O, entonces 29.4 = 20.66 metros de agua
H1 = 85.66 metros
PERDIDA EN DESCARGA (Fd):
Pérdida en el tubo = 2.4 metros (para 100 metros el diagrama indica 2.4
metros).
Pérdida en los codos = 2x0.036 = 0.072 metros.
Pérdidas en válvulas = Para válvulas de 5’’ embriado
K = 0.14
g
V
kxh
2
2
= = 0.4x0.12 = 0.0168 metros

CARGA DE VELOCIDAD:
metros
g
Vs
g
Vd
12.0
22
22
== (Ya que los diámetros de succión y descarga son iguales)
ALTURA DE SUCION (Hs):
Hs = 5.66 (Se toma con signo menos según dato proporcionado)
Determinación de las condiciones de succión (N.P.S.H. Disponible)
NPSHd= Presión atmosférica en metros – Hs – Fs – Presión del vapor del líquido.
Presión atmosférica = 10.33 metros.
Para 3000 m.s.n.m de tablas hay que descontar 3.20 metros.
Presión atmosférica a 3000 m.s.n.m. = 10.33 – 3.28 = 7.05 mts.
Presión de vapor : depende de la temperatura, se debe descontar 0.323 metros para
agua a 25ºC (del diagrama Nº 1)
Hs = (-5.66) según croqis.

Determinación de la Bomba:
Como se desea bombear agua limpia la bomba indicada la tendremos que
buscar entre las de líneas ISO; buscamos la que más se asemeje a H = 83
metros, Q = 20 Lt/seg., V = 3600RPM, encontramos que está en un mejor
punto de eficiencia la 50-200; esta parte de la sección se hace exclusivamente
basada en la eficiencia H y Q.
Diámetro Impulsor: (SEMEJANZA HIDRAULICA)
Aplicando la fórmula indicada en los principia de Hidráulica:
2
1
2
1
D
D
Q
Q
=
2
2
1
2
1






=
D
D
H
H
3
2
1
2
1






=
D
D
P
P
Cálculo del motor:
La potencia consumida es 32.3 HP, podríamos colocar un motor de
esas características, siempre y cuando estemos seguros:
Que se va arrancar contra válvula de descarga cerrada
El calculo H sea confiable; como esto no ocurre se recomienda usar
factor de servicio 1.15 para el motor, siempre y cuando se cuente con
válvula; si no hay válvula habría que calcular sobre la base de la
potencia máxima absorbida por la bomba que para este caso es 43
HP.

. BOMBAS DE PROFUNDIDAD TURBINA
Estas bombas se emplean en abastecimientos de agua, agricultura industria, minas,
etc...., en fuentes y surtidores, Indispensables para elevación de aguas en pozos
profundos de reducido diámetro.
Las principales ventajas a este tipo de bombas son:
1.- Funcionamiento más fácilmente regulable.
2.- Gran capacidad y rendimiento y además, a grandes velocidades.
3.- Tolerancia ante los contaminantes en el fluido.
4.-Sumamente compacta, tanto en servicio vertical como en horizontal.
5.- Funcionamiento silencioso.
6.- Amplio campo de elección de un motor apropiado.

d) Bombas de Profundidad.
SELECCIÓN DE BOMBAS PARA POZOS PROFUNDOS
Datos Requeridos: Para el cálculo de la altura manométrica total necesitamos
conocer la distribución de bombeo. En el croquis adjunto se muestra las diferentes
variante que se pueden presentar en la descarga.
Altura Estática:
Hd = Altura de descarga.
Hs = Altura de succión
Datos Adicionales:
Nivel estático (Z)
Nivel Dinámico (Y)
Profundidad (X)
Diámetro del pozo (D)

TURBINA VERTICALTURBINA VERTICAL
BOMBA DE POZOBOMBA DE POZO
PROFUNDOPROFUNDO
LABORATORIO DE ENERGIA IILABORATORIO DE ENERGIA II

TURBINA VERTICALTURBINA VERTICAL
BOMBA DE POZO PROFUNDOBOMBA DE POZO PROFUNDO
La bomba turbina vertical es una unidad de bombeo
diseñada para operar en pozos profundos, cisternas
o encapsulada en un barril como elevadora de
presión.
La construcción vertical reduce el espacio requerido
de instalación y permite el uso de una cimentación
sencilla.

ESQUEMA DE LAESQUEMA DE LA
BOMBABOMBA

TIPOS DE TURBINATIPOS DE TURBINA
Existen dos tipos de bombas turbinaExisten dos tipos de bombas turbina
vertical:vertical:
De acuerdo al sistema de lubricaciónDe acuerdo al sistema de lubricación
empleado:empleado:
*Bombas lubricadas por aceite*Bombas lubricadas por aceite
*Bombas lubricadas por agua*Bombas lubricadas por agua

INSTALACIÓN DE LA BOMBAINSTALACIÓN DE LA BOMBA

Instalación del tubo deInstalación del tubo de
succiónsucción
a)a) Enrosque la canastilla al tubo de succiónEnrosque la canastilla al tubo de succión
aplicando laaplicando la mezcla para roscamezcla para rosca
b) Coloque un juego de abrazaderasb) Coloque un juego de abrazaderas
aproximadamente a 10” de la extremidad libre delaproximadamente a 10” de la extremidad libre del
tubo de succión y levante el conjuntotubo de succión y levante el conjunto
cuidadosamente por medio del estribo.cuidadosamente por medio del estribo.
c) Deposite el conjunto en el pozo hasta hacerc) Deposite el conjunto en el pozo hasta hacer
descansar las abrazaderas sobre la cimentacióndescansar las abrazaderas sobre la cimentación

Instalación del tubo de succiónInstalación del tubo de succión

Instalación del cuerpo deInstalación del cuerpo de
bombabomba
a)Fije el segundo juego de abrazaderas debajoa)Fije el segundo juego de abrazaderas debajo
de la brida del primer tazón intermediode la brida del primer tazón intermedio
superior .superior .
b) Levante cuidadosamente el cuerpo de lab) Levante cuidadosamente el cuerpo de la
bomba y conéctelo al tubo de succión.bomba y conéctelo al tubo de succión.
c)Eleve el conjunto, retire las abrazaderas delc)Eleve el conjunto, retire las abrazaderas del
tubo de succión y descienda el conjuntotubo de succión y descienda el conjunto
hasta que las abrazaderas del cuerpo de lahasta que las abrazaderas del cuerpo de la
bomba descansen sobre la cimentación.bomba descansen sobre la cimentación.

Instalación del cuerpo deInstalación del cuerpo de
bombabomba

Instalación de la columnaInstalación de la columna

Acoples de ejesAcoples de ejes

Instalación del tramo inferiorInstalación del tramo inferior

Diseño de cabezalesDiseño de cabezales

CALCULO DE SELECCIÓN DE BOMBACALCULO DE SELECCIÓN DE BOMBA
 Datos proporcionados:Datos proporcionados:
 Caudal= 60 l/s = 951 GPMCaudal= 60 l/s = 951 GPM
 Nivel dinámico= 50 m = 164ftNivel dinámico= 50 m = 164ft
 Nivel estático= 30 m= 98.4ftNivel estático= 30 m= 98.4ft
 Profundidad del pozo= 80 m = 262.4ftProfundidad del pozo= 80 m = 262.4ft
 Diámetro de pozo =16’’Diámetro de pozo =16’’
 Altura (m.s.n.m.)= 100mAltura (m.s.n.m.)= 100m
 Tipo de lubricación que se desea.Tipo de lubricación que se desea.
 Tipo de impulsor ( Semi-abierto ó Cerrado ).Tipo de impulsor ( Semi-abierto ó Cerrado ).
 Velocidad de operación ( R.P.M.)=1760(recomendada)Velocidad de operación ( R.P.M.)=1760(recomendada)
 Gravedad especifica del agua a bombearGravedad especifica del agua a bombear
 Temperatura del agua a bombear.Temperatura del agua a bombear.

Conociendo “Ht”Conociendo “Ht”
 Se sabe que Ht=90m =295ftSe sabe que Ht=90m =295ft
 Se sabe el caudal= 951 G.P.M.Se sabe el caudal= 951 G.P.M.
 De la tabla se obtiene el tipo de bomba que es :De la tabla se obtiene el tipo de bomba que es :
12G12G
TIPO DIAMETRO
EXTERIOR
DE
TAZONES
G.P.M. D.I.MINIMO
DEL POZO
D.I.
PREFERIDO
DEL POZO
5.5G 5 1/9’’ 25-160 6’’ 7’’
6G 5 ¾’’ 85-430 6’’ 7’’
8G 7 ½’’ 150-450 8’’ 10’’
10G 9 ½’’ 350-900 10’’ 12’’
12G 11 ½’’ 600-1500 12’’ 14’’
14G 13 ½’’ 1000-2500 14’’ 16’’
16G 15 ½’’ 1500-3750 16’’ 18’’

CALCULO DEL “IMPULSOR”CALCULO DEL “IMPULSOR”
Con el diámetro de 8’’se ingresa a las tablas y seCon el diámetro de 8’’se ingresa a las tablas y se
obtiene el siguiente cuadro:obtiene el siguiente cuadro:
Se selecciona el impulsor más eficazSe selecciona el impulsor más eficaz::
 Se escoge el impulsor: 12GMSe escoge el impulsor: 12GM
impulsor 12GL 12GM 12GH 12CGL 12CGM
EFICIENCIA 78% 78% 80% 78% 78%
Altura x etapa(m) 12.5 13.6 20.8 12.5 13
NPSH(m) 4.2 5 ------ 4.2 5
Nº de impulsores 8 7 5 8 7
Potencia x etapa(HP) 12 13 21 12 13
Potencia total 96 91 105 96 91

CALCULO DE LONGITUD y Nº DECALCULO DE LONGITUD y Nº DE
ETAPAS DE LA COLUMNA EXTERIOR EETAPAS DE LA COLUMNA EXTERIOR E
INTERIORINTERIOR
Longitud= Nivel Dinámico + ConsideracionesLongitud= Nivel Dinámico + Consideraciones
L= 50m+4mL= 50m+4m
L=54m=177.2ftL=54m=177.2ft
Nº de tramos=(54-3)/3Nº de tramos=(54-3)/3
Nº de tramos=17Nº de tramos=17
Nº de medio tramo=(3)/1.5Nº de medio tramo=(3)/1.5
Nº de medio tramo=2Nº de medio tramo=2

CALCULO DEL EJECALCULO DEL EJE
COLUMNACOLUMNA
EJE(Dia) PESO
X PIE
R.P.M. PERDI
DAS
(EJE)
2000
EVB
3000
EVB
5000
EVB
7500
EVB
1000
0
EVB
15000
EVB
¾’’ 1.50 1760 0.32 15.2 14.4 11.4
1’’ 2.67 1760 0.53 43.0 42.5 40.7 37.0
1 3/16’’ 3.76 1760 0.72 70.1 69.6 68.2 65.2 61
1 7/16’’ 5.52 1760 1.05 ----- 135 134 131.5 128 118
1 11/16’’ 7.60 1760 1.20 ----- 232 231 229 226 218
1 15/16’’ 10.0 1760 1.23 ----- ----- 367 365 363 356
2 3/16’’ 12.7 1760 2.3 ----- ----- 545 543 542 536
Del siguiente cuadro se ingresa con la potencia de la bomba=91 HP
Y luego se selecciona el diámetro del eje de columna y además
obtenemos datos adicionales

DATOS OBTENIDOSDATOS OBTENIDOS
PESO POR PIE=5.52 LIBRASPESO POR PIE=5.52 LIBRAS
PERDIDAS EN EL EJE=1.05HP POR 100ftPERDIDAS EN EL EJE=1.05HP POR 100ft
Empuje vertical= K x Ht(ft)+ peso del ejeEmpuje vertical= K x Ht(ft)+ peso del eje
E.V.= 12 x 295 ft+ 5.52x 178E.V.= 12 x 295 ft+ 5.52x 178
E.V.=4522.5 librasE.V.=4522.5 libras
Con este valor entramos ala tabla anterior y seCon este valor entramos ala tabla anterior y se
calcula la capacidad del eje para el empujecalcula la capacidad del eje para el empuje
calculado es de 134HPcalculado es de 134HP

DIAMETRO DE LA COLUMNADIAMETRO DE LA COLUMNA
INTERIORINTERIOR

OBTENIENDO VALORES DEOBTENIENDO VALORES DE
TABLA:TABLA:
DIÁMETROS PERDIDAS
8’’X 2’’ 3.2
8’’ X 2 ½’’ 3.8
8’’ X 3’’ 5.2
El valor mas apropiado es el de 8’’ x 3’’ ya que posee el 5%
de perdidas y es el valor màs apropiado por diferentes
aspectos.

PERDIDAS POR FRICCIÓN:PERDIDAS POR FRICCIÓN:
 Esta perdida se debe tener en consideración alEsta perdida se debe tener en consideración al
momento de calcular la altura manométrica total:momento de calcular la altura manométrica total:
Perdida por fricción= 5.2 x 1.78Perdida por fricción= 5.2 x 1.78
Perdidas por fricción=9.256ftPerdidas por fricción=9.256ft
Este valor se considera dentro de lasEste valor se considera dentro de las
consideraciones que se hace al momento delconsideraciones que se hace al momento del
calculo de la altura manométrica total.calculo de la altura manométrica total.

NUMERO DE SEPARADORESNUMERO DE SEPARADORES
 SE EMPLEARA LA SIGUIENTE TABLA:SE EMPLEARA LA SIGUIENTE TABLA:

Datos:Datos:
 Longitud de la columna=177.2 ftLongitud de la columna=177.2 ft
 Se necesita 5 separadores de diámetrosSe necesita 5 separadores de diámetros
8’’x3’’ que serán colocados de la8’’x3’’ que serán colocados de la
siguiente manera:siguiente manera:
 1º impulsor nº11º impulsor nº1

Cálculos complementariosCálculos complementarios
 Diámetro de canastilla = 8’’Diámetro de canastilla = 8’’
 Tipo de lubricación: por aceite SAE 20 o 30Tipo de lubricación: por aceite SAE 20 o 30
 Linterna de descarga: 8 x 16 ½ GSLinterna de descarga: 8 x 16 ½ GS
 Motor eléctrico= fs.(1.05 x 1.78+Motor eléctrico= fs.(1.05 x 1.78+
91)=1.2(93)HP=112HP91)=1.2(93)HP=112HP

CALCULO DEL NPSHCALCULO DEL NPSH
Carga a favor:Carga a favor:
Presión atmosférica a 100 msnm =Presión atmosférica a 100 msnm = 10m10m
Carga de velocidad= 0.17mCarga de velocidad= 0.17m
Normalmente este termino es despreciable.Normalmente este termino es despreciable.
 Sumergencia de la bomba=Sumergencia de la bomba=54-50= 4m54-50= 4m
(Long. Columna-nivel dinámico)(Long. Columna-nivel dinámico)
 Suma de cargas a favorSuma de cargas a favor= 10+4+0.17= 14.17= 10+4+0.17= 14.17
mtsmts

CALCULO DEL NPSHCALCULO DEL NPSH
Carga en contra:Carga en contra:
Presión de vapor a la temperatura de bombeoPresión de vapor a la temperatura de bombeo
= 0.432m a 30ºC= 0.432m a 30ºC
Fricciones en la succión:Fricciones en la succión:
=no hay pues normalmente no hay=no hay pues normalmente no hay
accesorios en la succión excepto laaccesorios en la succión excepto la
canastilla decanastilla de
fabrica que se considera despreciable talfabrica que se considera despreciable tal
fricción.fricción.
Suma de cargas en contraSuma de cargas en contra = 0.432 m.= 0.432 m.
Entonces el NPSH disponible es:Entonces el NPSH disponible es:
= 14.17 -0 .432 = 13.7 m.= 14.17 -0 .432 = 13.7 m.

TABLA DE PRESIÓN DE VAPORTABLA DE PRESIÓN DE VAPOR

En conclusión:En conclusión:
 De tablas de obtiene:De tablas de obtiene:
NPSH(r)=5mNPSH(r)=5m
NPSH(d)=13.7mNPSH(d)=13.7m
y se cumple que:y se cumple que:
NPSH(r)<< NPSH(d)NPSH(r)<< NPSH(d)
Por lo tanto la cavitación será pequeña.Por lo tanto la cavitación será pequeña.

Resumen:Resumen:
 Tipo:Tipo: 12GM-712GM-7
 CAUDAL:CAUDAL: 971G.P.M.971G.P.M.
 VELOCIDAD:VELOCIDAD: 1760RPM1760RPM
 EFICIENCIA:EFICIENCIA: 80%80%
 PIES X ETAPA:PIES X ETAPA: 33.0233.02
 FRICCION EN EL EJE:FRICCION EN EL EJE: 1.86 HP1.86 HP
 FRICCION EN LA COLUMNA:FRICCION EN LA COLUMNA: 9.259.25
ftft
 LARGO DE COLUMNA DE DESCARGA:LARGO DE COLUMNA DE DESCARGA: 178ft178ft
 DIAMETRO EXTERIOR MAXIMO:DIAMETRO EXTERIOR MAXIMO: 11 ½11 ½

INTRODUCCION
Las calderas, en sus vertientes de vapor y agua caliente, están
ampliamente extendidas tanto para uso industrial como no industrial,
encontrándose en cometidos tales como, generación de electricidad,
procesos químicos, calefacción, agua caliente sanitaria, etc.
Estos ejemplos muestran la complejidad que puede tener una caldera y
que haría muy extenso la descripción de los elementos que se integran en
ellas.
Por ello, para el lector interesado en el conocimiento, no ya de sus
elementos, si no del léxico empleado en calderas, le remitimos a la Norma
UNE 9001,donde encontrara una terminología suficientemente amplia.
Así mismo, para garantizar su seguridad, el Reglamento de Aparatos a
Presión, establece unas prescripciones específicas algunas de las cuales se
recogen en los siguientes puntos.

Calderas del tipo igneotubulares o de tubos de humo
Calderas de acero.
Calderas del tipo acuotubular o de tubos de agua
Calderas horizontales de tubos rectos.
Calderas de tubos curvados de circulación normal y forzada.
Calderas de cuerpo de acero.
Calderas de hierro colada.
Calderas de diseño especial.
TIPOS DE CALDERAS

CALDERAS PIROTUBULARES
Son aquellas en que los gases y humos provenientes de la
combustión pasan por tubos que se encuentran sumergidos en
el agua.
VENTAJAS:
Menor costo inicial debido a su simplicidad de diseño.
Mayor flexibilidad de operación
Menores exigencias de pureza en el agua de alimentación.
INCONVENIENTES:
Mayor tamaño y peso.
Mayor tiempo para subir presión y entrar en funcionamiento.
No son empleables para altas presiones

CALDERAS PIROTUBULARESCALDERAS PIROTUBULARES

CALDERAS ACUOTUBULARESCALDERAS ACUOTUBULARES
En estas calderas, al contrario de lo que ocurre en las pirotubulares,
es el agua el que circula por el interior de tubos que conforman un
circuito cerrado a través del calderín o calderines que constituye la
superficie de intercambio de calor de la caldera. Adicionalmente,
pueden estar dotadas de otros elementos de intercambio de calor,
como pueden ser el sobrecalentador, recalentador, economizador,
etc.
Estas calderas, constan de un hogar configurado por tubos de agua,
tubos y refractario, o solamente refractario, en el cual se produce la
combustión del combustible y constituyendo la zona de radiación de
la caldera.
Desde dicho hogar, los gases calientes resultantes de la combustión
son conducidos a través del circuito de la caldera, configurado este
por paneles de tubos y constituyendo la zona de convección de la
caldera. Finalmente, los gases son enviados a la atmósfera a través
de la chimenea.

VENTAJAS:
Pueden ser puestas en marcha rápidamente.
Son pequeñas y eficientes.
Trabajan a 30 o mas atm.
INCONVENIENTES:
Mayor consto
Debe ser alimentadas con agua de gran
pureza.

CALDERAS ACUOTUBULARESCALDERAS ACUOTUBULARES

Existe una variedad de las anteriores calderas, denominadas
de vaporización instantánea, cuya
representación esquemática podría ser la de un tubo
calentado por una llama, en el que el
agua entra por un extremo y sale en forma de vapor por el
otro. Dado que el volumen posible
de agua es relativamente pequeño en relación a la cantidad
de calor que se inyecta, en un
corto tiempo la caldera esta preparada para dar vapor en las
condiciones requeridas, de ahí la
denominación de calderas de vaporización instantánea.
CALDERAS DE VAPORIZACIÓN INSTANTÁNEA

CALDERAS DE VAPORIZACIÓN INSTANTÁNEA

Es la diferencia entre la presión de la caldera y la presión
atmosférica.
El tiro es necesario para el funcionamiento del hogar de una
caldera,
con el fin de poderle suministrar el aire necesario para la
combustión del combustible y arrasar los gases quemados hacia
el exterior a través de la chimenea
EL TIROEL TIRO

TIRO NATURALTIRO NATURAL
Se produce por el efecto
generado por una
chimenea. Su valor
depende de la altura de la
boca de la chimenea sobre el
nivel del emparrillado del
hogar

TIRO MECÁNICOTIRO MECÁNICO
Es el tiro creado por la
acción de inyectores de
aire,
vapor o mediante
ventiladores, el cual se
requiere cuando
Deba mantenerse un
determinado tiro con
independencia de las
condiciones atmosféricas
y del régimen de
funcionamiento de la caldera

ACCESORIOS
Además deben disponer de accesorios tales como:
Quemadores, Vaso de expansión
Manómetros
Termómetros (sondas de temperatura)
Líneas de seguridad
Válvula de seguridad
Llaves de paso y regulación

ACCESORIOS DE OBSERVACIÓN DESTINADOS A
OBSERVAR LA OPERACIÓN DE LA CALDERA:
tubos de nivel
grifos de prueba
manómetros
termómetros
analizadores de gases

Accesorios de Seguridad, destinados
a evitar una excesiva presión de
generación del vapor en la caldera:
de palanca y contrapeso
de peso directo
de resorte
tapón fusible
sistemas de alarma
Accesorios de alimentación de agua:
bomba de alimentación de agua
inyector de agua

ACCESORIOS DE ALIMENTACIÓN DE
COMBUSTIBLE:
quemadores para combustibles líquidos y gaseosos
quemadores mecánicos para combustibles sólidos
elementos manuales
ACCESORIOS DE LIMPIEZA:
registros o tapas de limpieza
válvulas de purga
estanque de retención de purgas
expansores
deshollinadores

CICLO COMBINADO
Este ciclo combina el Ciclo Rankine con el ciclo Brayton
de esta forma se consigue un aumento de potencia gracias
a la caldera recuperadora de calor.....

ESQUEMÁTICO DEL CICLO COMBINADO

Habilitado para operación remota y
análisis de características. Lo ultimo en
seguridad y presición capaz de
comunicarse con sistemas de control
centralizados habilitado para calderas
pirotubulares y acuotubulares, controla y
mantiene la óptima relación
aire/combustible.
Mejora la eficiencia, analisis con
diagnósticos seguro y un gran display para
leer toda la información manejada
Seguridad probada
Sistema de control computarizado que incrementa
la seguridad y eficiencia

QUEMADOR AVANZADO
Razones de llama garantizados de 10:1 en
gas y 8:1 en petróleo diesel
Reduce el stress térmico de los elementos
mecánicos causados por el ciclaje ON-OFF
Elimina los ciclos de purga para
incrementar la eficiencia
Provee mayor constancia en la presión de
vapor o temperatura en el agua
Provee una rápida respuesta en los cambios
en la carga

TRATAMIENTO DE AGUAS DE APORTACIÓN A
CALDERAS (SEGUN EMPRESA BABCOCK WANSON )
DescalcificaciónDescalcificación
Se trata de un tratamiento mínimo que elimina, mediante su
paso a través de resinas, el calcio y el magnesio cuyas sales
producirían el ensuciamiento de los circuitos y equipos. Estas
resinas se presentan con un formato de botellas llenas de
resina y regeneradas periódicamente con la ayuda de una
solución cargada de cloruro y sodio.
Este tipo de tratamiento no es siempre suficiente para las
aplicaciones industriales. En efecto, los gases disueltos, los
carbonatos, el sílice y otros iones pasan a través de estas
resinas y son por tanto fuentes de corrosión, ensuciamiento,
espumas o desarrollo de algas. Teóricas complementarias de
tratamiento puede ser requeridas (descarbonatación,
desmineralización)

DESCARBONATACIÓN : EL PROCESO CARBOMIX
La descarbonatación mediante resinas permite reducir la alcalinidad
(TAC) del agua bruta. el Carbomix, una instalación compacta en la
que las fases de descarbonatación y descalcificación se realizan en un
sólo intercambiador.
El intercambiador Carbomix contiene dos tipos de resina que,
teniendo en cuenta su diferencia de densidad, se posicionan en el
aparato en capas superpuestas. A punto de llegar a la saturación, los
intercambiadores Carbomix son regenerados mediante pasos
sucesivos de una solución de ácido clorhídrico y de salmuera
(cloruro de sodio). La regeneración de los intercambiadores es
automática.

PROCESOS DE DESMINERALIZACIÓN
Cuando las tasas de purgas son demasiado elevadas para
mantener un contenido en sales satisfactorio en el agua de caldera,
es conveniente purificar previamente el agua de alimentación,
tratando el agua de aporte mediante un sistema de
desmineralización con resinas o bien por osmosis inversa.
DESMINERALIZACIÓN CON RESINAS : PROCESO HRW :
Basándose en el procedimiento de regeneración contra-corriente,
BABCOCK WANSON ha desarrollado el proceso « HRW » que
permite, según las necesidades, eliminar todas las sales (y el sílice)
con resinas catiónicas y aniónicas (cadena primaria) y/o lechos
mixtos (cadena de acabado) .

El proceso denominado « en suspensión » y asociado a la
regeneración a contra-corriente presente numerosas ventajas en
término de consumo de reactivos regenerantes y de la calidad del
agua obtenida :
calidad del agua de baja conductividad y estable en el tiempo ;
sin fase de contralavado ;
obtención de un agua de calidad constante durante todo el ciclo ;
disminución notable del volumen del agua de servicio y por tanto del
volumen de efluentes a vertido ;
reducción de la duración de la regeneración y de la cantidad de
reactivo (-30 a - 40%) ;
reducción de las dimensiones de la instalación.
DESMINERALIZACIÓN POR OSMOSIS INVERSA :
Esta técnica por membranas permite reducir la mineralización del
agua. Presenta la ventaja de no utilizar regenerante (ácido o base).

DESGASIFICADORES BABCOCK WANSON
El oxígeno y el gas carbónico presentes en el agua son agentes de
corrosión muy activos en contacto con el acero. Siendo
indispensable proceder a su eliminación.
Su eliminación se puede realizar, bien químicamente (para el
oxígeno), bien por vía termo-física (para el conjunto de los gases
disueltos).
EL DESGASIFICADOR TÉRMICO A PRESIÓN :
El desgasificador térmico a presión (0,3 bar) permite obtener un
agua de excelente calidad con muy bajo contenido en oxígeno
(inferior a 0,01mg/l), y se utiliza para instalaciones que funcionan
con características de vapor elevadas (caudal, presión). El diseño
Babcock Wanson, en función de los parámetros físico-químicos de
funcionamiento, optimiza el stripping de los gases disueltos y el
desplazamiento del equilibrio calco-carbónico. El agua de
alimentación así obtenida es de excelente calidad.

EL DEPÓSITO DESGASIFICADOR A PRESIÓN :
Este material que presenta resultados próximos al
desgasificador térmico, se adapta bien a las calderas de
potencia intermedia y constituye una alternativa
económica al tratamiento químico. Las condiciones de
funcionamiento son idénticas a las del desgasificador
térmico, pero, la torre y sus aparellaje son sustituidos
por un domo instalado en el depósito.

LABORATORIO DE ENERGIA II
REFRIGERACIÓN

REFRIGERACIÓN
Son máquinas térmicas inversas
Son ciclos en los que Q va de Tª a Tª Necesita el aporte de energía
(compresor, calor, …)
Interviene un fluido, refrigerante, sufre transf. termodinámicas controladas
Cada refrigerante tiene un diagrama termodinámico
Además de compresión y absorción existen otros sistemas (marginales)
La refrigeración es el proceso de reducción y mantenimiento de la
temperatura (a un valor menor a la del medio ambiente) de un objeto
o espacio. La reducción de temperatura se realiza extrayendo
energía del cuerpo, generalmente reduciendo su energía térmica, lo
que contribuye a reducir la temperatura de este cuerpo.

El diagramaEl diagrama presión-entalpía.presión-entalpía.

La condición del refrigerante enLa condición del refrigerante en
cualquier estado termodinámico puedecualquier estado termodinámico puede
quedar representado por un punto dequedar representado por un punto de
diagramadiagrama phph .. El punto sobre elEl punto sobre el
diagramadiagrama phph que represente a laque represente a la
condición del refrigerante paracondición del refrigerante para
cualquier estado termodinámico encualquier estado termodinámico en
particular puede ser trazado si separticular puede ser trazado si se
conocen dos propiedades cualesquieraconocen dos propiedades cualesquiera
del estado del refrigerante. Una vezdel estado del refrigerante. Una vez
localizado el punto sobre el diagrama,localizado el punto sobre el diagrama,
podrán obtenerse de la grafica todaspodrán obtenerse de la grafica todas
las demás propiedades del refrigerantelas demás propiedades del refrigerante
para dicho estado.para dicho estado.

Es un ciclo teórico en el que seEs un ciclo teórico en el que se
suponeque el vapor refrigerante quesuponeque el vapor refrigerante que
sale del evaporador y entra alsale del evaporador y entra al
compresor es vapor saturado a lacompresor es vapor saturado a la
temperatura y presión vaporizante ytemperatura y presión vaporizante y
el líquido refrigerante que sale delel líquido refrigerante que sale del
condensador y llega al control delcondensador y llega al control del
refrigerante es el liquido saturado arefrigerante es el liquido saturado a
la temperatura y presión della temperatura y presión del
condensante. Aun cuando el ciclocondensante. Aun cuando el ciclo
de refrigeración de una maquina dede refrigeración de una maquina de
refrigeración real se desviará algorefrigeración real se desviará algo
del ciclo saturado simple, no sedel ciclo saturado simple, no se
piense que es inútil el análisis de unpiense que es inútil el análisis de un
ciclo saturado simpleciclo saturado simple
EL CICLO DE REFRIGERACIÓN SATURADO SIMPLE.EL CICLO DE REFRIGERACIÓN SATURADO SIMPLE.

EVAPORADOR
es un intercambiador de calor entre fluidos, de
modo que mientras uno de ellos se enfría,
disminuyendo su temperatura, el otro se
calienta aumentando su temperatura,
pasando de su estado líquido original a
estado vapor (cabiendo la posibilidad de un
calentamiento ulterior, con lo que se dice que
alcanza el estado de vapor sobrecalentado).
A fin de cuentas un evaporador, es un
intercambiador de calor más complejo, en el
que además de producirse el cambio de fase
pueden darse otros fenómenos asociados a la
concentración de la disolución, como la
formación de sólidos, la descomposición de
sustancias

CONDENSADOR
Es un elemento intercambiador térmico,
en cual se pretende que cierto fluido que lo
recorre, cambie a fase líquida desde su
fase gaseosa mediante el intercambio de
calor (cesión de calor al exterior, que se
pierde sin posibilidad de aprovechamiento)
con otro medio. La condensación se puede
producir bien utilizando aire mediante el
uso de un ventilador o con agua (esta
última suele ser en circuito cerrado con
torre de refrigeración, en un río o la mar).
La condensación sirve para condensar el
vapor, después de realizar un trabajo
termodinámico p.ej. una turbina de vapor o
para condensar el vapor comprimido de un
compresor de frío en un circuito frigorífico.
Cabe la posibilidad de seguir enfriando ese
fluido, obteniéndose líquido subenfriado en
el caso del aire acondicionado

COMPRESOR
Un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la
presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son
los gases y los vapores. Ésto se realiza a través de un intercambio de energía
entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es
transferido a la substancia que pasa por él conviertiéndose en energía de flujo,
aumentando su presión y energía cinética impulsándola a fluir.

CIRCUITO DE LA CAMARA FRIGORIFICA DE LA PLANTA DE
CONSERVAS

ANEXOSANEXOS
►PELICULA DE BOMBAS DE SÓLIDOSPELICULA DE BOMBAS DE SÓLIDOS
►PELICULA DE LOS PROCESOS ENPELICULA DE LOS PROCESOS EN
FABRICA HIDROSTAL.FABRICA HIDROSTAL.
►PELICULA DE REPARACION DE UNAPELICULA DE REPARACION DE UNA
BOMBA DE PROFUNDIDADBOMBA DE PROFUNDIDAD
►PELICULA DE CALDEROS –PELICULA DE CALDEROS –
TRATAMIENTOTRATAMIENTO

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