UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚFACULTAD DE INGENIERIA MECÁNICA

DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍA MECÁNICA

Tema de investigación:BOMBA DE AGUA A PISTÓN

Presentado por:RODRIGO HUAMANI Michael Roger

Huancayo – Perú

Huancayo-20 de mayo de 2012

BOMBA DE AGUA(A pistón)

Elevación de agua a una

determinada altura

IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA

Objeto de investigación

Bomba de agua a pistón

Salidas y entradas

Entrada: agua

Salida: elevación de agua a una altura determinada

Caja negra

Tema de investigaciónVerbo Objeto Enlace Verbo Salida DelimitaciónMover El pistón Para dar Fluidez la Elevación de

agua a una altura

determinada

Abastecer agua para un distrito

VariableDependiente

VariableIndependiente

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Tema: mover el pistón para dar fluidez la elevación de agua a una altura determinada.

Problema de investigaciónInterrogante VI Enlace Verbo VD

¿Cómo optimizar el funcionamiento de?

La bomba de agua Para Llevar Agua a una altura

determinada

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Problema: ¿Cómo optimizar el funcionamiento de la bomba de agua, para llevar agua a una altura determinada?

Identificación de variables

VI: bomba de agua.

VD:agua a una altura determinada.

Lista de atributos

Manivela

Biela

Pistón/cilindro

Válvula de admisión

Válvula de salida

Tanque (depósito de agua)

Definición de funciones

Atributos Funciones

Manivela Genera el movimiento ya sea manualmente o mediante un motor, este movimiento generado es rotacional el cual

depende de los rpm.

Biela Transformar el movimiento rotacional en movimiento lineal.

Pistón/cilindro Es el que genera la fluidez del agua mediante la carrera del embolo que describe un movimiento lineal.

Válvula de admisión

Permite que el agua del depósito se lleve al pistón y controla al mismo para que no vuelva al depósito.

Válvula de salida

Encargado de controlar el agua que sale del embolo para llevarlo a una determinada altura y no regrese al embolo.

Tanque Depósito de agua

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Elevación de agua a una

determinada

+Agua

Válvula de admisión Válvula de salida

Pistón / cilindro ++ +

+

+Desplaza

Desplaza

Agua Succión Compresión

Síntesis de funciones

Atributos Principales Secundarios

Manivela x

Biela x

Pistón/cilindro x

Válvula de admisión x

Válvula de salida x

Caja Blanca

MARCO TEÓRICO

Antecedentes

Máquinas Hidráulicas

La aplicación más habitual de las bombas de pistón, en las que se utilizan para bombear el fluido hidráulico que después accionará los diversos mecanismos (ejemplos: motores hidráulicos, cilindros hidráulicos...)

Industria del agua a alta presión

Para hidrolimpiadoras, normalmente en disposición de tres pistones cerámicos en línea para equipos industriales y profesionales, y de plato oscilante para las aplicaciones de bricolaje.

Para equipos de corte por chorro de agua, en las que actúa como impulsor primario antes del multiplicador de presión

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En equipos de chorreo de arena por agua a alta presión.

Industria de la minería y la construcción

Bombeo de hormigón Bombeo de agua a alta presión para perforadoras y tuneladoras Como bomba de relleno de reservorios de petróleo en los pozos

petrolíferos.

Agricultura

Como bomba para fumigación y tratamientos fitosanitarios Como bomba de trasvase en bodegas.

Fundamentos teóricos

SISTEMA BIELA MANIVELA

Se trata de un mecanismo capaz de transformar el movimiento circular en movimiento alternativo Dicho sistema está formado por un elemento giratorio denominado manivela que va conectado con una barra rígida llamada biela, de tal forma que al girar la manivela la biela se ve obligada a retroceder y avanzar, produciendo un movimiento alternativo.

Es un sistema reversible mediante el cual girando la manivela se puede hacer desplazar la biela, y viceversa. Si la biela produce el movimiento de entrada (como en el caso de un "pistón" en el motor de un automóvil), la manivela se ve obligada a girar

El recorrido de desplazamiento de la biela (carrera) depende de la longitud de la manivela, de tal forma que cada vez que ésta da una vuelta completa la biela se desplaza una distancia igual al doble de la longitud de la manivela; es decir:

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I (carrera) = 2 * r

Donde: "l" es la longitud de desplazamiento de la biela y "r" es la longitud de la manivela.

Entre sus numerosas aplicaciones detallan sobre todo las utilizadas en el mundo del automóvil.

MECANISMO BIELA MANIVELA

En este mecanismo, el movimiento de rotación de una manivela o cigüeñal provoca el movimiento rectilíneo, alternativo, de un pistón o émbolo. Una biela sirve para unir las dos piezas. Con la ayuda de un empujón inicial o un volante de inercia, el movimiento alternativo del pistón se convierte en movimiento circular de la manivela. El movimiento rectilíneo es posible gracias a una guía o un cilindro, en el cual se mueve. Este mecanismo se usa en los motores de muchos vehículos.

El recorrido máximo que efectúa el pistón se llama carrera del pistón. Los puntos extremos del recorrido corresponden a dos posiciones diametralmente opuestas de la manivela. Por lo tanto, el brazo de la manivela (distancia del eje al punto de unión con la biela) equivale a la mitad de la carrera del pistón.El pistón completa dos carreras por cada vuelta de la manivela, de manera que la relación entre velocidades es

Vm = 2 ð R / ð

Donde:

Vm: velocidad media del pistónð: velocidad de giro de la manivelaR: brazo de la manivela

El cálculo de la velocidad máxima que adquiere el pistón es más complicado, y depende básicamente de la longitud de la biela. Cuando la biela es bastante mayor que el brazo de la manivela, la máxima velocidad se produce aproximadamente a medio recorrido, y toma por valor

VM = ð R

Donde: VM : velocidad máxima del pistón

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MARCO MORFOLOGICO

Función ActualGenera el movimiento ya sea manualmente o mediante un motor, este movimiento generado es rotacional el cual depende de los rpm.Transformar el movimiento rotacional en movimiento lineal.

Es el que genera la fluidez del agua mediante la carrera del embolo que describe un movimiento lineal.

Permite que el agua del depósito se lleve al pistón y controla al mismo para que no vuelva al depósitoEncargado de controlar el agua que sale del embolo para llevarlo a una determinada altura y no regrese al embolo.Depósito de agua

Alternativa de solución Bomba de agua actual

TITULO DE INVESTIGACION:

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Movimiento de un pistón para dar fluidez y elevación de agua a una altura determinada.

FORMULACION DEL PROBLEMA:

OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION:

OBJETIVO GENERAL: Optimizar el funcionamiento de la bomba de agua, para la

transferencia de agua hacia una determinada altura.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Determinar la velocidad del fluido de transferencia. Determinar la altura que alcanza el agua

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA:

PROBLEMA:

¿Cómo optimizar el funcionamiento de la bomba a pistón, para llevar agua a una altura determinada?

JUSTIFICACION:

MECANISMO BIELA MANIVELA

En este mecanismo, el movimiento de rotación de una manivela o cigüeñal provoca el movimiento rectilíneo, alternativo, de un pistón o émbolo. Una biela sirve para unir las dos piezas. Con la ayuda de un empujón inicial o un volante de inercia, el movimiento alternativo del pistón se convierte en movimiento circular de la manivela. El movimiento rectilíneo es posible gracias a una guía o un cilindro, en el cual se mueve. Este mecanismo se usa en los motores de muchos vehículos.

El recorrido máximo que efectúa el pistón se llama carrera del pistón. Los puntos extremos del recorrido corresponden a dos posiciones diametralmente opuestas de la manivela. Por lo tanto, el brazo de la manivela (distancia del eje al punto de unión con la biela) equivale a la mitad de la carrera del pistón.El pistón completa dos carreras por cada vuelta de la manivela, de manera que la relación entre velocidades es

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Vm = 2 ð R / ð

Donde:

Vm: velocidad media del pistónð: velocidad de giro de la manivelaR: brazo de la manivela

El cálculo de la velocidad máxima que adquiere el pistón es más complicado, y depende básicamente de la longitud de la biela. Cuando la biela es bastante mayor que el brazo de la manivela, la máxima velocidad se produce aproximadamente a medio recorrido, y toma por valor

VM = ð R

Donde:

VM: velocidad máxima del pistón

ALCANSES Y LIMITACIONES:

Para bombas de pistón.El límite máximo cuando es (+Z1), es la cabeza de altura que producirá la presión atmosférica del sitio menos la cabeza de altura producida por pérdidas en los accesorios y por fricción en la tubería de succión. Se calcula mediante las siguientes ecuaciones:

Zs. máx =Zsucción máxima =m.c.a.(1)-(L Le acc) hf sucmáx. Z1 ≤ Zs

Donde :Zs. máx: La altura en (m ó pié) máxima a la que debe ponerse a succionar la bomba.L1 : Longitud de la tubería de succión

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Le acc. : Longitud equivalente de los accesorios (calculada en tablas)hf succión: Pérdida de altura (También calculada en tablas) por fricción en-z1+z1Bomba Tuberia de Succión

MARCO DE REFERENCIA:

ANTECEDENTES:

Máquinas Hidráulicas

La aplicación más habitual de las bombas de pistón, en las que se utilizan para bombear el fluido hidráulico que después accionará los diversos mecanismos (ejemplos: motores hidráulicos, cilindros hidráulicos...)

Industria del agua a alta presión

Para hidrolimpiadoras, normalmente en disposición de tres pistones cerámicos en línea para equipos industriales y profesionales, y de plato oscilante para las aplicaciones de bricolaje.

Para equipos de corte por chorro de agua, en las que actúa como impulsor primario antes del multiplicador de presión

En equipos de chorreo de arena por agua a alta presión.

Industria de la minería y la construcción

Bombeo de hormigón Bombeo de agua a alta presión para perforadoras y tuneladoras Como bomba de relleno de reservorios de petróleo en los pozos

petrolíferos.

Agricultura

Como bomba para fumigación y tratamientos fitosanitarios Como bomba de trasvase en bodegas.

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MARCO CONCEPTUAL:

DEFINICIONES CONCEPTUALES

Un diseño con tecnología de punta para la optimización en transporte de agua a una determinada altura cuya medición es en escala

DEFIICIONES OERACIONALES

Mayor eficiencia en el bombeo de agua

MODELO TEORICO

SISTEMA BIELA MANIVELA

Se trata de un mecanismo capaz de transformar el movimiento circular en movimiento alternativo Dicho sistema está formado por un elemento giratorio denominado manivela que va conectado con una barra rígida llamada biela, de tal forma que al girar la manivela la biela se ve obligada a retroceder y avanzar, produciendo un movimiento alternativo.

Es un sistema reversible mediante el cual girando la manivela se puede hacer desplazar la biela, y viceversa. Si la biela produce el movimiento de entrada (como en el caso de un "pistón" en el motor de un automóvil), la manivela se ve obligada a girar

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El recorrido de desplazamiento de la biela (carrera) depende de la longitud de la manivela, de tal forma que cada vez que ésta da una vuelta completa la biela se desplaza una distancia igual al doble de la longitud de la manivela; es decir:

I (carrera) = 2 * r

Donde: "l" es la longitud de desplazamiento de la biela y "r" es la longitud de la manivela.

Entre sus numerosas aplicaciones detallan sobre todo las utilizadas en el mundo del automóvil.

HIPOTESIS

HIPOTESIS GENERAL:

Para lograr optimización del funcionamiento de la bomba de agua se utilizara un motor que tenga mayor potencia para dar mayor velocidad a la manivela que se conecta a una biela la cual transforma el movimiento de rotación a un movimiento lineal del pistón en el cilindro el cual succiona y expulsa agua para así finalmente ser trasladado a una determinada altura.

DISEÑO METODOLOGICO

TIPO DE LA INVESTIGACION

Experimentación pura

NIVEL DE LA INVESTIGACION

Analítico – sintético

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POBLACION Y MUESTRA

TECNICAS E INSTRUMETACION PARA ACOPIO DE LA

INFORMACION:

Búsqueda y recopilación de toda información

concerniente al tema.

Revisión de la información.

Ordenamiento de la información, según un formato a

seguir.

Búsqueda en páginas de internet de estudios similares

realizados anteriormente.

TECNICAS DE PROCESO DE DATOS:

En el tratamiento de los datos se emplearon las técnicas

siguientes:

TABULACIÓN: Ésta será efectuada, haciendo uso de

tablas de doble entrada para registrar los datos.

GRÁFICOS ESTADÍSTICOS: Serán usados con la finalidad de representar los resultados obtenidos en forma gráfica, haciéndose uso para ello del gráfico de barras

DISEÑO DE LA INVESTIGACION

Cuasi – experimental

REFERENCIA BIBLIOGRAFICA

Bedford, A., & Fowler, W. (1996). Mecánica para Ingeniería DINÁMICA (Primera ed.). USA: Addisson-Wesley Iberoaméricana S. A.

Hibbeler, R. C. (1996). Ingeniería Mecánica DINÁMICA (Séptima ed.). México: Prentice-Hall Hispanoamérica S. A.

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Montez, C. E. (2010). Metodología de Investigación Tecnológica (Primera ed.). Huancayo, Perú: Imagen Gráfica SAC.

Ramíres, I. A. (s.f.). apuntes para la materia de CINEMÁTIA DE LAS MÁQUINAS. Obtenido de http://ingenieria.uaslp.mx/web2010/Estudiantes/apuntes/Cinem%C3%A1tica%20de%20las%20M%C3%A1quinas.pdf

Singer, F. L. (1996). Mecánica para Ingeniería DÍNAMICA (Tercera ed.). México: Harla S. A.

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