PROYECTO SIMULADO EN SOFTWARE

IMAGEN DE LA SIMULACION, UBICACION Y PARTES DE LA TUBERIA

VALORES OBTENIDOS CON LA SIMULACION:

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CIUDAD JUAREZ

METAL- MECANICA

SISTEMAS Y MAQUINAS DE FLUIDOS

Reporte: Visita a Empresa

Juan Francisco Martínez Verduzco

No. Control 06110716

INTRODUCCION
La visita que efectuamos fue a la empresa “Flextronics” planta Cd. Juárez la cual tiene una gran versatilidad ya que dicha empresa crea productos para distintas empresas, por lo cual se utilizan diferentes procesos, los cuales son especificados por la empresa que contrata a flextronics para que elabore ya sea un parte del producto o lleve a cabo la completa producción del producto.
Esta empresa cuenta con una gran variedad de formas de trabajo, ya que cada vez que una empresa solicita sus servicios se deben arrendar las naves o partes para comenzar la elaboración del producto, la cual puede ser por un tiempo prolongado o por un periodo corto de tiempo.
Uno de los procesos que se realizan en Flextronics es el de moldeo de piezas de plástico para la elaboración de juguetes, en el cual se utiliza un proceso de inyección de plástico.
Proceso de Inyección de Plástico
Este proceso consiste en inyectar un polímetro el cual se encuentra fundido en un molde cerrado a presión, a través de un orificio pequeño llamado compuerta. El material es forzado en un dado frió donde se vuelve rígido como resultado del enfriamiento.
Se introduce la materia prima cuando se retira el embolo buzo, y en la carrera de trabajo de la maquina, el material se forza hacia el distribuidor donde se le aplica calor. El material que se introduce sirve para cuatro u ocho disparos de trabajo. Después de los disparos, el material se mantiene en la cámara de calefacción, luego las piezas terminadas caen a un recipiente colocado en la parte inferior. Durante este proceso es poco indispensable la presencia del operador ya que casi todo el trabajo lo hace la computadora.


Dentro de la máquina de inyección las temperaturas son controladas por una computadora ya que el bebedero se debe separar de la boquilla cuando se separan las partes, ya que el proceso continua y el material en la boquilla esta lo suficientemente caliente como para inyectarse en el siguiente ciclo, esto para evitar las pérdidas de desperdicio que usualmente ocurren en el moldeo por transferencia de los plásticos las cuales ya no se pueden reutilizar. Las presiones de inyección que utiliza la maquina es de alrededor de 70 toneladas con émbolos buzos actuados hidráulicamente.
Las maquinas de inyección necesitan ser enfriadas, por ello cuentan con sistema de refrigeración para garantizar el mejor desempeño y la mejor calidad que estas puedan ofrecer. Para que las maquinas mantenga los niveles de producción es necesario mantenerlas a una temperatura estable para evitar problemas de exceso de material o deformaciones que puedan dañar la maquina.
La temperatura en el interior del molde es controlada por un artefacto (Mold Temperature Control) el cual se encarga de registrar la temperatura dentro de la máquina de moldeo. Al momento de que la temperatura se eleva el Mold Temperature Control reduce la temperatura dentro de la cámara de calefacción para lograr estabilizarla en el interior del molde con la ayuda de otro dispositivo de enfriamiento (Cooling System). Por su parte el WTC (control de temperatura del agua) es el que se encarga de regular la temperatura del refrigerante en este caso agua de acuerdo a la temperatura que lo pide el MTC, esto puede ser regulado manualmente al intercambiar las mangueras, las cuales sirven para incrementar o disminuir la cantidad de refrigerante (agua) que entra en la máquina de moldeo.


DISTRIBUCION DE LA MATERIA PRIMA
Durante la visita se pudo observar una parte de las instalaciones neumáticas con las que cuenta Flextronics la cual es utilizada por las maquinas y también para el trasporte de la materia prima y maquinaria pesada. El inmueble que nos mostraron contaba con múltiples tubos neumáticos al alto vacio los cuales estaban distribuidos a lo largo del área de moldeo, estos tubos se encargan de transportar la resina desde un cuarto en donde llega la materia procedente de un molino.
El material es mezclado con otros productos según especificaciones y luego se manda a las maquinas de moldeo a través de los tubos.la maquina decide si hay que agregar material o pigmento, dependiendo del color de la pieza, así como los tiempos en los que debe depositar la materia prima dentro de la máquina de inyección.

Por el siguiente sistema circula agua a temperatura ambiente. La entrada a la tubería es de tipo de borda y la tubería tiene un diámetro D=8 in, el sistema cuenta con dos válvulas de globo de conexión roscada y b = 1. La eficiencia de la bomba es de 85%. Calcular la potencia en hp que necesita la bomba para llevar a cabo el traslado del líquido hasta el recipiente que se muestra.
DATOS:
Q= 3000 gal/min
Presión de descarga = 150 psi
Longitud total= 263 ft
Diametro nominal=8 in a 7.98 in (1 ft/12 in) = 0.665083 ft
ε= 0.00015
Propiedades del agua a temperatura ambiente:
r = (1.94 slug/ft3 x 32.2 lbm/1 slug) = 62.468 lbm/ft3,
m = (2 x 10-5 lbf*s/ft2 x (32.2 lbm*ft/s2)/1 lbf) = 0.00064 lb/ft*s
Q= (3000gal/min) x (1m3/264.17 gal) x (35.315 ft3/1m3) x (1 min/60 s) = 6.6841 ft3/s
A= pD2/4
A= p (0.665083 ft) 2/4 = 0.34741 ft2
V= Q/A
V= (6.6841 ft3/s)/ (0.34741 ft2) = 19.2398 ft/s
P2 = (150 lb/in2) x (144 in2/1ft2) = 21600 lb/ft2
Calculo del número de Reynolds
No. Re= (Dint r V2)/m
No. Re = (0.66508 ft x 62.468 lbm/ft3 x 19.2398 ft/s)/0.00064 lbm/ft*s = 1248970.179
e/Dint = (0.00015 ft/0.665083 f t)= 0.000226
Ecuación de Swamee
f= 0.25/(log((e/D)/3.7 + 5.74/(No. Re) 0.9))2
f= 0.2/(log(0.000226/3.7 + 5.74/(1248970.179)0.9))2 = 0.014895
Ecuación de Bernoulli:
P2 – P1 + H2 – H1 + V22 – V12 + pf + wf = 0
rg/gc 2g
Donde:
P1 y V1= 0
Pf= perdidas por fricción
Wf= trabajo del fluido
Pf = PfET + Pftub + Pfacc + Pfvgb + PfST
Pf = (V2/2g* KET) + (V2/2g*f*L/D) tubería + (V2/2g*f*L/D) + (V2/2g-KVGB*ft) + (V2/2g*KST)
Pf= (V2/2g) x (KET + f*L/Dtuberia + f*L/D + KVGB*ft + KST)
L/Dtuberia = (263 ft)/ (0.665083 ft) = 395.439
KET = 1
KST = 1
Válvula de globo:
qnom 8 in ft= 0.014
KVG = 340ft
(340ft*0.014)= 4.76 (2 valvulas)= 9.52
Longitud equivalente ( Le/D):
Codos de 90° = 32 utilizamos 10 en todo el sistema = 10 codos de 90° x 32 = 320 ft

Sustituyendo en la ecuación:
Pf = (V2/2g) x (KET + f*L/Dtuberia + f*L/D + KVGB*ft + KST)
Pf = (19.2398ft/s) 2/ (2*32.2 ft/s2) x (1 + (395.439*0.014895) + (320*0.014895) + (9.52) + 1)
Pf = 127.47 ft
Colocando los datos en la ecuación de Bernoulli:
P2 – P1 + H2 – H1 + V22 – V12 + pf = wf
rg/gc 2g
Wf = ((21600 lb/ft2)/ (62.468lb/ft3*lbf/lbm) + 2 + (19.2398ft/s) 2/ (2*32.2 ft/s2) + 127.47) ft
Wf =325.315ft
Potencia de la bomba
Pot = wf/ (h /100) x wm/g/gc h= 85% (h/100)= (85/100)= 0.85
Wm = flujo masico = r*Q
Wm = 62.468 lbm/ft3 x 6.6841ft3/s = 417.542 lbm/s
Pot = 325.315ft/ (0.85) x (417.542 lbm/s)/ (lbm/lbf) = 159803 lbf*ft/s
Conversion a HP
Pot = (159803lbf*ft/s) x (1hp/550 lbf*ft/s) = 290.551 hp
Colocando las dos bombas en serie:
Las pérdidas se dividen entre dos ya que en el sistema colocaremos dos bombas las cuales deben operar en paralelo:
Pf = (127.47ft)/2 = 63.735 ft
Se utiliza la ecuación de Bernoulli para obtener el nuevo valor del trabajo del fluido, lo cual es necesario ya que necesitamos saber la potencia que tienen las bombas.
Wf = ((21600 lb/ft2)/ (62.468lb/ft3*lbf/lbm) + 2 + (19.2398 ft/s) 2/ (2*32.2 ft/s2) + 63.735) ft
Wf = 320.68 ft
Pot = 320.68 ft/ (0.85) x (417.542 lbm/s)/ (lbm/lbf) = 157526 lbf*ft/s
Pot = (157526 lbf*ft/s) x (1 hp/ 550 lbf*ft/s)
Pot = 286.411 hp
Diámetro económico de la tubería.
Formula:
D = 1.456 (ne ÷ f)0.154 × Q0.46
Variables:
n= (Tiempo en hrs)/24.....(8 hrs)
e= Precio de un Kwh.....(0.663xhr)
f = Precio de tuberia.....(32.00/kg)
Q= Caudal.....(6.6841 ft3/s)

Q = (6.6841ft3/s) x (1 m3/35.315 ft3) = 0.189271 m3/s
D = 1.456 (8/24 * 0.663 ÷ 32.00/kg)0.154 x (0.189271 m3/s) 0.46 = 0.314676 m
D = (0.314676 m) x (39.37 in/1m) = 12.3888 in

GOLPE DE ARIETE

El golpe de ariete es una modificación de la presión en una conducción debida a la variación del estado dinámico del líquido.
La variación de la velocidad de circulación del liquido se produce en el cierre de las válvulas y en las paradas de las bombas.
La fuerza de inercia del líquido en estado dinámico en la conducción, origina tras el cierre de válvulas, unas depresiones y presiones debidas al movimiento ondulatorio de la columna líquida, hasta que se produzca el paro de toda la masa líquida. Las depresiones o sobre presiones empiezan en un máximo al cierre de válvulas o parada del motor, disminuyendo hasta el final, en que desaparecerán, quedando la conducción en régimen estático.
En el valor del golpe de ariete influirán varios factores, tales como la velocidad del fluido dentro de la conducción y el diámetro de la tubería.
Para evitar este incremento del golpe de ariete o sobrepresión creada, se pueden instalar varios elementos como: Válvulas de retención, calderines de aire, chimeneas de equilibrio y válvulas antiariete.
En cualquier sistema se deberá calcular el golpe de ariete y evitarlo o neutralizarlo, esto para evitar roturas en conducciones, daños en grupos de bombeo e incluso posibles accidentes en el personal de servicio.

CAVITACION

La cavitación o aspiración en vacío es un efecto hidrodinámico que se produce cuando el agua o cualquier otro fluido en estado líquido pasa a gran velocidad por una arista afilada, produciendo una descompresión del fluido
Este efecto ocurre cuando se alcanza la presión de vapor del líquido de tal forma que las moléculas que la componen cambian inmediatamente a estado de vapor, formándose burbujas o cavidades. Las burbujas viajan a zonas de mayor presión y cambian su estado, de vapor a líquido súbitamente, lo cual produce una estela de gas y un arranque de metal de la superficie.

ONDAS DE PRESION POR CAVITACION

La implosión causa ondas de presión que viajan en el líquido. Estas pueden chocar con una superficie. Si todas chocan en la misma zona, el material tiende a debilitarse metalúrgicamente y se inicia una erosión que, además de dañar la superficie, provoca que ésta se convierta en una zona de mayor pérdida de presión y por ende de mayor foco de formación de burbujas de vapor. Lo que ocasiona también picaduras sobre la superficie sólida

PROBLEMAS OCACIONADOS

•Daño en los componentes
• pérdida de rendimiento
• Causa mucho ruido

CAVITACION DE DESCARGA

Sucede cuando la descarga de la bomba está muy alta, normalmente en bombas que están funcionando a menos del 10% de su eficiencia. La elevada presión provoca que la mayor parte del fluido circule por dentro de la bomba en vez de salir por la zona de descarga. A medida que el líquido fluye alrededor del rodete debe de pasar a una velocidad muy elevada a través de una pequeña apertura de la bomba. Esta velocidad provoca un vacío, lo cual provoca que el líquido se transforme en vapor, lo cual puede ocasionar que se rompa el eje del rodete.

CAVITACION DE SUCCION

Ocurre cuando la succión de la bomba se encuentra en condiciones de baja presión/alto vacío que hace que el líquido se transforme en vapor a la entrada. Este vapor es transportado a la zona de descarga donde el vacío desaparece y el vapor del líquido es comprimido debido a la presión. Se produce en ese momento una implosión sobre la superficie del rodete de la bomba. Esto origina el fallo prematuro de la bomba.

CALCULOS

• El valor del tiempo que tarda en anularse la onda de presión y sobrepresión influye en el golpe de ariete de modo que a menor tiempo, mayor golpe.
• Esto se debe no sólo al cierre de las válvulas, sino también al paro del motor que acciona a la bomba de la conducción.

Para hacer los calculos es necesaio tomar en cuenta lo siguiente:

El tiempo en segundos, el coeficienteque se determina según la pendiente de la conducción, la K que es el valor que depende de la conducción, la longitud real de la conducción en mts, la velocidad del agua en la conducción en m/s, la constante de la gravedad (9,8 m/seg2) y la altura manométrica en metros que en realidad es el tiempo que tarda en anularse la onda de presión y sobrepresión.

Se considerará la longitud L desde la toma de agua hasta el depósito o hasta el primer punto de salida (conducciones de instalación para riego)


CELERIDAD O ACELERACION

Es la celeridad de propagación del fenómeno y en su calculo se utilizan las siguientes variables:

G= Factor sin dimensión (depende del material de la tubería)
D= Diámetro interior en mm
e= espesor del tubo en mm.
G= 106/E ; siendo E el coeficiente de elasticidad del material en Kg/cm2

sabiendo los datos anteriores es posible calcular el golpe de ariete en un sistema de tuberias, esto con el fin de evitar el desgaste y los problemas subsecuentes ocacionados por el golpe de ariete.