tomÁs castrellÓn pÉrez
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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN APARATO DE HELE-SHAW
TOMÁS CASTRELLÓN PÉREZ
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
BOGOTÁ
2008
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN APARATO DE HELE-SHAW
TOMÁS CASTRELLÓN PÉREZ
Proyecto de grado para optar por el título de
Ingeniero Mecánico
Director
Dr. Ing. ÁLVARO E. PINILLA SEPÚLVEDA
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA
BOGOTÁ
2008
CONTENIDO
1 INTRODUCCIÓN 5
2 PREFACIO 9
3 FUNDAMENTOS TEÓRICOS 10
3.1 FLUJO BIDIMENSIONAL Y DISTANCIA ENTRE LAS PLACAS 10 3.2 NÚMERO DE REYNOLDS 11
4 DESCRIPCIÓN DEL PROTOTIPO 11
5 CRITERIOS DE DISEÑO 15
6 CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO 17
6.1 PROTOTIPO ENTREGADO 17 6.2 UNIONES 27 6.2.1 PLACAS CON PERFILES 27 6.2.2 TAPA CON CAJÓN 28 6.2.3 EMPAQUES CON ALUMINIO Y VIDRIO. 28 6.2.4 PERFILES CON PERFILES 28 6.3 SELLOS Y EMPAQUES 29
7 DESARROLLO, PROBLEMAS Y SOLUCIONES DEL PROTOTIPO 32
7.1 MODIFICACIONES Y PRUEBAS CON AGUA ESTÁTICA 32 7.2 PRUEBAS CON PRESIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO 33 7.3 AIRE EN EL SISTEMA 34 7.4 INYECCIÓN DE LA TINTA 36
8 PRUEBAS 37
9 MEJORAS POR REALIZAR 41
10 RECOMENDACIONES PARA PROYECTOS SIMILARES 43
10.1 RECOMENDACIONES GENERALES 43
10.2 RECOMENDACIONES PARA EL DISEÑO DE UN SEGUNDO PROTOTIPO 44 10.2.1 DIMENSIONES 45 10.2.2 MATERIALES 45 10.2.3 SELLOS Y UNIONES 45 10.2.4 SISTEMA DE INYECCIÓN 46
11 CONCLUSIONES 47
12 BIBLIOGRAFÍA 49
13 ANEXOS 51
13.1 LISTA DE PIEZAS 51 13.2 PLANOS 52 13.2.1 MONTAJE COMPLETO 52 13.2.2 CAJÓN SIN TANQUE 53 13.2.3 PLACAS PLAL001A Y PLAL001B 54 13.2.4 PLACA PLAL002 55 13.2.5 PLACA PLAL003 56 13.2.6 CAJÓN CON TANQUES 57 13.2.7 SOPORTE EN “U” SUAL001 58 13.2.8 PLACA PLAL004 59 13.2.9 MARCO 60 13.2.10 ACRÍLICO 61 13.2.11 MÚLTIPLE DE ENTRADA 62 13.2.12 MÚLTIPLE DE SALIDA 63 13.2.13 MÚLTIPLE DE TINTA 64 13.3 FOTOGRAFÍAS COMPLEMENTARIAS 65 13.4 MANUAL DEL USUARIO 70
1
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Número de Reynolds 34
Tabla 2. Lista de piezas 45
2
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Aparato de Hele-Shaw 5
Figura 2. Flujo potencial a trav és de un cilindro 6
Figura 3. Flujo laminar entre dos placas paralelas 9
Figura 4. Esquema del prototipo 11
Figura 5. Partes del prototipo 11
Figura 6. Sistema de inyección de tinta 13
Figura 7. Estructura y cuerpo del cajón 15
Figura 8. Cajón con tanques y empaques instalados 17
Figura 9. Fotografía cajón 17
3
Figura 10. Tapa 18
Figura 11. Fotografía Tapa 18
Figura 12. Detalles zona de v isualización 19
Figura 13. Múltiples de entrada y salida 20
Figura 14. Detalle del acople de los múltiples al cajón 21
Figura 15. Fotografías múltiples de entrada y salida 21
Figura 16. Conjunto cajón, tapa y múltiples 22
Figura 17. Esquema del sistema de inyección 23
Figura 18. Aparato completo 23
Figura 19. Diferencia entre los empaques 26
Figura 20. Sello con plastilina (Solución temporal) 27
4
Figura 22. Detalle del v idrio superior y el marco 27
Figura 22. Inclinación del aparato para eliminar las burbujas 31
Figura 23. Detalle de una burbuja atrapada en el límite de un obstáculo 31
Figura 24. Caudal = 40L/min, Reynolds = 3000 34
Figura 25. Caudal = 25L/min, Reynolds = 1500 35
Figura 26. Caudal = 9L/min, Reynolds = 700 35
Figura 27. Perfil alar 36
Figura 28. Reducción de área 36
Figura 29. Efecto de una mala inclinación del aparato en el eje x 42
Figura 30. Aparato Completo: Vista desde el múltiple de entrada 59
5
Figura 31. Aparato Completo, Vista lateral 59
Figura 32. Aparato Completo: Múltiple de salida 60
Figura 33. Detalle del tanque de entrada e inyectores 60
Figura 34. Tapa 61
Figura 35. Múltiple de tinta y válvula de tinta 61
Figura 36. Obstáculos: Perfil alar y círculo 62
Figura 37. Bolsa de 25g de colorante 62
Figura 38. Flujo a trav és de un cilindro 1 63
Figura 38. Flujo a trav és de un cilindro 2 63
1 INTRODUCCIÓN
El proyecto de grado presentado consiste en el diseño, fabricación y puesta
a punto del aparato de Hele-Shaw mostrado en la figura 1. El aparato tiene
como propósito v isualizar flujos potenciales en dos dimensiones.
6
Figura 1 – Aparato de Hele-Shaw
Este consiste en una zona de visualización conformada por dos planos
separados 2,5mm, un tanque de entrada, un tanque de salida, múltiples de
entrada y salida, inyectores, múltiple de tinta y bomba de tinta.
7
Figura 2 – Flujo potencial a través de un cilindro. En la fotografía el agua fluye de abajo hacia
arriba
La v isualización de fenómenos físicos incrementa el entendimiento de estos y
descubren posibilidades y problemas que no se observan de manera clara
con las ecuaciones y simulaciones.
Debido a que los fluidos generalmente son transparentes, es necesario
insertar un medio para poder visualizarlos, tanto en estado estacionario
como variable en el tiempo.
Debido a las dificultades de modelar numéricamente el mov imiento y
comportamiento de los fluidos, los ingenieros y científicos continúan
recurriendo a v isualizadores de flujo para comprender los fenómenos que
hacen parte del transporte de fluidos. En estas técnicas no solo se observ an
patrones o variaciones, también es posible cuantificar el fenómeno de
manera que este aporte al diseño o al desarrollo y comprobación de la
teoría.
8
Unas de las v entajas de las técnicas de visualización de flujos es que se
interfiere físicamente con el fluido de la menor manera posible o
simplemente no se interfiere en absoluto, dependiendo de la técnica
utilizada. En cambio si se quiere por ejemplo medir la temperatura, es
necesario introducir un dispositiv o que cambia el flujo del sistema al interferir
físicamente con este, además de solo medir un punto del campo.
De las distintas técnicas de v isualización de flujo la más utilizada, por su fácil
implementación y bajo costo es la de introducir un agente externo que sea
visible. En el proyecto de grado presentado, se utiliza la v isualización con
agua manchada con colorantes artificiales.
El prototipo sirv e para entender y modelar flujos en régimen estacionario
alrededor de objetos (perfiles) como lo son cilindros, reducciones de sección
o perfiles alares.
9
2 PREFACIO
Este proyecto de grado se desarrolló en tres etapas; diseño, construcción y
prueba de un prototipo para la v isualización del flujo de agua a trav és de
obstáculos entre dos placas paralelas separadas una distancia de
aproximadamente 3mm, de tal manera que una dimensión pueda ser
despreciada y se tenga un campo de flujo en dos dimensiones. Los
visualizadores de flujo de este tipo se les llaman aparatos de Hele-Shaw
(1854-1941), en honor a su inv entor.
En la etapa de diseño se consultaron aparatos Hele-Shaw y visualizadores de
flujo similares en la bibliografía y empresas que los ofrecen para buscar las
cualidades de las distintas opciones y tomarlas. Se realizaron distintos planos
de diferentes diseños hasta llegar a uno que cumpliera con los objetivos
postulados de tamaño y funcionalidad.
Los inconv enientes y retrasos que se presentan en un proyecto de
construcción fueron superadas tras v arias modificaciones y trabajo. Las
principales dificultades las produjeron las fugas de líquido.
Tras obtener un funcionamiento adecuado se realizaron pruebas con
distintos obstáculos y caudales.
Una parte de este proyecto de grado se dedicará a exponer los
inconv enientes, soluciones y mejoras que se pueden hacer en el aparato,
además de serv ir como guía útil para trabajos posteriores que sean similares.
Por último se harán sugerencias para construir un segundo aparato que
tenga unos costos y funcionamientos mejorados.
10
3 FUNDAMENTOS TEÓRICOS
3.1 Flujo bidimensional y distancia entre las placas
El aparato de Hele-Shaw permite considerar flujo bidimensional a partir de
las siguientes consideraciones:
• El flujo es v iscoso en la dirección y. Se utiliza la condición de no
deslizamiento.
Figura 3 – Flujo laminar entre dos placas paralelas
Donde
o
(White, 2003).
• El largo L y al ancho b de las placas es mucho mayor que la altura 2h
que separa a las placas.
11
• Las v elocidad en la dirección y, v, se puede considerar nula, mientras
que las demás u y w no.
En las ecuaciones de la v elocidad en x arriba citadas se puede observar
que si h 0 la velocidad es también cero. Esta es una de las razones por las
cuales se tiene que dejar, aunque relativ amente pequeña, una distancia
considerable entre placas. Además el factor de fricción para este caso se
rige por la ecuación
(White 2003)
donde V es la v elocidad promedio. En este caso si h 0, hf ∞. Sin embargo si
h aumenta demasiado no se puede postular que L>>h y b>>h, excluyendo la
consideración de flujo en dos dimensiones.
3.2 Número de Reynolds Para el cálculo del número de Reynolds entre dos placas basta con
considerar el diámetro hidráulico para poder calcularlo. Para placas
paralelas donde L>>h y b>>h
(White 2003).
El número de Reynolds se calcula entonces con la ecuación:
.
4 DESCRIPCIÓN DEL PROTOTIPO
La construcción del prototipo tuvo como principal objetivo mantener las
placas separadas una distancia constante a lo largo y ancho de la zona de
visualización. Para cumplir dicho objetiv o se optó por fabricar las superficies
12
de v idrio plano de 8mm de espesor y permitir que el plano inferior v ariase su
distancia respecto al superior.
El aparato tiene tres partes fundamentales; el cajón, la tapa y el sistema de
inyección de tinta.
Figura 4 – Esquema del prototipo
Figura 5 - Partes del prototipo
13
El cuerpo del aparato consiste de un cajón abierto en la parte superior y un
marco (tapa), como el de una v entana que cierra al cajón. Este último se
div ide en tres zonas; el tanque de ingreso, la zona de visualización y el
tanque de salida. El cajón se fabrica con perfiles cuadrados de aluminio de
1 pulgada con aleta como estructura y láminas de aluminio de 3mm de
espesor. Las dimensiones del cajón son 120/60/20cm. (largo/ancho/alto). En
los extremos del cajón se encuentran los tanques de entrada y salida. A
estos los confinan las paredes internas del mismo cajón y una lámina de
aluminio ubicada a 22,5cm de cada extremo del cajón formando pequeños
tanques. Al tanque de entrada ingresa el agua por un múltiple con cinco
salidas y del tanque de salida sale el agua por uno con tres entradas. Ambos
múltiples se encuentran en la parte inferior lateral de los tanques. El cajón se
encuentra soportado sobre 4 soportes graduables que permiten su
niv elación.
La tapa, de 120cm de largo por 60cm de ancho se fabricó con un marco
con los mismos perfiles con aleta que se utilizaron en el cajón. Un v idrio de
80cm. de largo por 55cm. de ancho y un acrílico de 30cm. de largo por
55cm. de ancho, ambos de 8mm de espesor, conforman la superficie
transparente. A una distancia de 25cm. del borde, el acrílico tiene 10
agujeros donde se insertan los inyectores de tinta. Este punto coincide con el
comienzo de la zona de visualización.
Los v idrios utilizados son v idrios flotados para garantizar que las placas sean
paralelas a lo largo y ancho de la zona de v isualización.
El suministro de tinta es proporcionado por una bomba, un estanque que
contiene la tinta (agua con colorante) y un múltiple de donde salen 10
mangueras que irán a los agujeros perforados en el acrílico de la tapa del
aparato. El múltiple fue fabricado con una tubería de acero de 2 pulgadas
de diámetro y 15cm. de largo y dos tapas roscadas, también de acero, en
14
los extremos. Por uno de estos extremos entra la manguera de ¼ de pulgada
que prov iene de la bomba y reparte el flujo a las 10 mangueras de 4mm las
cuales se encuentran en dos filas de 5 a lo largo del múltiple separadas 180°.
Los agujeros de las mangueras de 4mm se encuentran espaciados una
distancia de 3cm.
Figura 6 – Sistema de inyección de tinta
El flujo de agua y tinta al sistema son controlados por válvulas que se
encuentran, en ambos casos, a la entrada de los múltiples.
El v idrio inferior se encuentra recubierto por un plástico blanco mejorando la
visualización de los flujos. Un bombillo fluorescente colocado debajo de la
placa inferior proporciona una iluminación de la zona de v isualización que
facilita la toma de fotografías.
La tapa se puede quitar para cambiar los obstáculos que se deseen
modelar. Un grupo de obstáculos se entrega para el estudio de algunos
flujos básicos.
El flujo laminar se logra con la combinación del flujo y la pequeña brecha
que hay entre las placas. Las pruebas se realizaron con distintos caudales y
15
fue posible determinar el caudal en el cual se da el cambio de régimen
laminar a turbulento.
El área de v isualización es de 700x450mm y la distancia entre placas fue
fijada finalmente a 2,5mm. Se proporciona polvo suficiente para fabricar 20
litros de tinta.
5 CRITERIOS DE DISEÑO
Se planteó un diseño cuyas dimensiones se adaptan a las instalaciones del
laboratorio de dinámica de fluidos y se tenga un área de v isualización
amplia. Tomando como base las dimensiones del v isualizador de flujo
“Laminar Flow Table” de la empresa Armfield, cuya área de visualización es
de 892x606mm., se decidió hacer el prototipo con un área de v isualización
de 700x450mm. Esta medida fue la base para el resto del diseño.
El diseño siempre se consideró sin recirculación del fluido de trabajo ya que
no sería posible trabajar con tinta.
El v idrio inferior se instaló sobre perfiles de aluminio en “L” los cuales se
acoplaban a la estructura con tornillos en huecos largos lo cual permite
variar la posición del perfil y por lo tanto del v idrio.
El tanque de entrada tiene como principal objetiv o disminuir los gradientes
de presión a la entrada de la sección de las dos placas paralelas para
garantizar un flujo uniforme entre estas. A este objetiv o también lo ayuda el
suministro de agua al aparato que entra por un múltiple con cinco salidas
uniformemente distribuidas en la parte inferior del tanque de entrada. Al
16
tanque de salida el agua llega y cae libremente manteniendo el flujo a lo
ancho de la salida de las placas.
Para una visualización completa se instaló una línea de 10 inyectores
separados 3cm. entre ellos.
17
6 CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO
6.1 Prototipo Entregado
En el diseño del cajón se considera utilizar aluminio o acero inoxidable como
material de construcción. Finalmente se escoge el aluminio por sus
propiedades anticorrosiv as, peso, menor precio, mayor disponibilidad y
mejor maquinabilidad respecto al acero inoxidable. La estructura se
construye con perfiles de aluminio de 1x1 pulgadas con aleta (códigos en los
planos: PEAl001 y PEAl002) y de 1x1 pulgadas sin aleta (PEAl003). Las placas
de aluminio de 3mm. (PLAl001, PLAl002 y PLAl003) forman el cuerpo del cajón
en la parte interior de la estructura de los perfiles. El cajón no es abierto en su
cara superior. Un agujero de las dimensiones mostradas en la figura 7 se hizo
en la placa de aluminio inferior (PLAl001) para poder poner una lámpara por
debajo del vidrio inferior y tener acceso al aparato por la parte de abajo.
Entre los perfiles y las placas de aluminio se colocaron empaques de caucho
de 1mm. de espesor. Las uniones de las placas con los perfiles son con
tornillos golosos.
18
Figura 7 – Estructura y cuerpo del cajón
Las paredes internas que forman los tanques se encuentran a 22cm. de los
extremos del cajón. Estas paredes son conformadas por una placa de
aluminio de 3mm. de espesor (PLAl004) que se encuentra soportada por una
“U” fabricada con perfiles en “L” de aletas iguales de aluminio de ½
pulgada (SUAl001). Las placas van desde el piso del cajón hasta la aleta
superior de los perfiles de la estructura.
En los agujeros que se observan en la placa PLAl002 en la figura 8, se instaló
un perfil en “L” de aletas iguales de 1,5 pulgadas (PEAl004), que es el que
soporta el v idrio inferior. Se instalan empaques entre la “U” y las placas de
aluminio con las cuales limita. Las “U” son fijadas al cajón con tornillos y
tuercas. El soporte del v idrio inferior se recubre con un empaque que tiene
como propósito que no haya deslizamiento entre el perfil y el v idrio.
Todo el borde superior del cajón es recubierto con empaque de caucho-
espuma. Este empaque se encarga de que no haya fugas entre el cajón y la
tapa superior que lo cierra.
19
El v idrio inferior (PLSVi002) es de 8mm de espesor. Inicialmente se considera
utilizar acrílico, sin embargo esta opción fue descartada debido a que este
se podía llegar a pandear lev emente y a que el acrílico que se consigue
comercialmente en Colombia es muy irregular.
Figura 8 – Cajón con tanques y empaques instalados
20
Figura 9 – Fotografía cajón
La tapa es un marco hecho con los mismos perfiles con aleta de 1”x1” del
cajón (PEAl001 y PEAl002). Enmarcados se encuentran un v idrio (PLSVi001) de
85x55cm. y un acrílico (PLSAc001) de 30x55cm., ambas piezas de 8mm. de
espesor. A 5cm. de uno de los bordes del acrílico se encuentra una fila de
agujeros con rosca de 1/8 NPT. Los agujeros se hacen tomando en cuenta
las v elocidades de corte recomendadas por Doyle et al. (1988) de 65
pies/min. Los agujeros se encuentran espaciados entre sí por una distancia
de 3cm.
La tapa y el cajón se une con 12 tornillos con tuercas de mariposa para que
su instalación sea rápida y el sello sea efectiv o.
21
Figura 10 - Tapa
Figura 11 – Fotografía Tapa
El v idrio inferior fue cubierto por una delgada lámina plástica blanca. Entre el
vidrio y la placa de aluminio que cierra el tanque (PLAl004) se colocó un
empaque de caucho-espuma para sellar el espacio entre él y el v idrio
inferior (PLSVi002). Estos detalles se muestran en la figura 12.
22
Figura 12 – Detalles la región donde se junta el tanque de entrada con la zona de
visualización.
En la figura 12 se puede observar la brecha de 2,5mm. que queda entre los
dos v idrios. Un racor de 5/32 pulgadas se muestra en el detalle A de la misma
figura. A este racor llega una de las 10 mangueras que salen del múltiple de
la tinta.
Los múltiples de entrada y salida se fabrican con tubería de acero para
agua de ¾ de pulgada. Se utilizan niples de 6, 3 y 2 pulgadas de largo con
23
rosca externa, uniones tipo “T”, codos y tapones. El múltiple de entrada tiene
una válvula de compuerta la cual permite un mejor control del caudal,
mientras que la válvula del múltiple de salida es de bola y solo tiene como
propósito cerrar el sistema en caso de que esto sea necesario.
Para acoplar el múltiple de entrada y salida al cajón, se utilizaran tuercas de
1 pulgada de diámetro. Entre las tuercas y la placa se colocan empaques
de caucho-espuma cortados a la medida.
El múltiple de entrada va de una entrada a cinco salidas, mientras que el de
salida va de 3 entradas a una salida. El múltiple de salida no es igual al de
entrada debido a que en este punto ya no es necesario controles de presión
y caudal a lo ancho de las placas. Las cinco entradas del múltiple de
entrada tienen como propósito mantener un caudal constante a lo ancho
de los v idrios, esto ya no es necesario a la salida.
Figura 13 – Múltiples de entrada y salida
24
Figura 14 – Detalle del acople de los múltiples al cajón
Figura 15 – Fotografías múltiples de entrada y salida
Finalmente se instalan cuatro soportes graduables a los extremos del cajón
para poder niv elar el aparato. El conjunto del cajón, tapa y múltiples de
entrada y salida se muestra en las figuras 16 y 18.
25
Figura 16 - Conjunto cajón, tapa y múltiples
El suministro de tinta se fabricó con una tubería de 2 pulgadas de diámetro y
20cm. de largo. Se perforaron huecos roscados en dos filas desfasadas 180°.
Tapones con rosca interna sellan la tubería. En uno de los tapones se
encuentra un agujero para el racor que acopla la manguera que viene de
la bomba.
La bomba es una de automóv il para limpiar el parabrisas. Esta viene con un
tanque de 5 litros. El suministro de energía a la bomba es por medio de un
transformador de 12V. y 1,5 amperios que se conecta a la toma de la
corriente de 120V. Un interruptor se encuentra entre el transformador y la
bomba.
El flujo de tinta es controlado por una v álvula de bola que se encuentra a la
entrada del múltiple de tinta.
26
Figura 17 – Esquema del sistema de inyección
Figura 18 – Aparato completo
27
6.2 Uniones
En la construcción del prototipo se utilizan diferentes uniones para las
distintas piezas y conjuntos que lo conforman. Algunas de estas uniones se
mencionan en el capítulo anterior. A continuación se entrará en detalle
sobre cómo se hacen dichas uniones.
6.2.1 Placas con Perfiles
Entre las placas de aluminio que conforman el cuerpo del cajón y los perfiles
que constituyen la estructura se utilizan tornillos golosos, debido a que el
tornillo atrav iesa la placa de aluminio, el empaque y luego solo una de las
paredes del perfil impidiendo utilizar tuercas. En la figura 7 se puede observar
un detalle del tornillo asegurando una de las placas al perfil. Estas uniones
son las que presentaron mayores inconv enientes ya que al agua se filtraba
constantemente por la rosca del tornillo. Dos razones fundamentales se
atribuyen a dicho problema; la primera es la rosca de los tornillos golosos, la
cual tiene un paso muy grande y la segunda es la poca presión que estos
hacen para juntar los elementos. A pesar de recubrir estos tornillos con
bastante teflón, el agua se filtra inev itablemente. La solución final es cubrir
los tornillos con masilla epóxica. Estas filtraciones son unas de las que más
causaron problemas. Sobre esto se entrará en detalle en el capítulo de
problemas y soluciones.
La unión del soporte en “U” es realizada con tornillos, arandelas y tuercas.
Este soporte se atornilla a las placas que conforman el cuerpo del aparato y
por lo tanto es posible utilizar tuercas en un extremo. Estas uniones no
presentaron inconvenientes debido a que la presión ejercida por los tornillos
recubiertos con teflón es lo suficientemente alta para que el empaque
ejerza su función efectiv amente. Estos tornillos no dejan filtrar el agua a
trav és de su rosca gracias a que esta rosca es mucho más fina que la de los
28
tornillos golosos y el uso de arandelas y un ajuste fuerte impiden el flujo de
líquido.
6.2.2 Tapa con cajón
La tapa se une con el cajón por medio de 12 tornillos con tuercas mariposa.
Hay 2 agujeros en cada uno de los perfiles de 60cm largo (PEAl002) y 4 en
cada uno de los de 120cm. de largo (PEAl001). Los tornillos son de 5/16 de
pulgada por 2 ¼ pulgadas de largo. El sello que proporcionaron estas
uniones con el empaque de caucho-espuma que une a la tapa con el
cajón mostró resultados satisfactorios.
6.2.3 Empaques con aluminio y vidrio.
Los empaques de caucho-espuma que se instalan en la parte superior del
cajón (sello de cajón y tapa) y en la lámina de aluminio interna del tanque
(PLAl004, mirar 12) son pegados con soldadura epóxica de alta resistencia.
En ambos casos los resultados de la unión son óptimos.
Los empaques de caucho duro son finalmente pegados con silicona negra y
presionados por las uniones no permanentes ya mencionadas. Sobre los
problemas que presentaron estos empaques y la razón de utilizar silicona se
discutirá posteriormente.
6.2.4 Perfiles con perfiles
29
El marco de la tapa y la estructura lo conforman perfiles cuadrados con y sin
aleta. Las uniones de estos perfiles es con un ángulo metálico que va por
adentro y se asegura con tornillos. Los perfiles se cortan en las esquinas con
ángulos de 45° para que encajen bien con el ángulo que los sostiene.
6.3 Sellos y Empaques
Como ya se ha mencionado anteriormente las fugas son las causantes de la
mayoría de los problemas.
Los sellos de caucho-espuma muestran resultados satisfactorios en todos los
lugares donde son instalados. Los empaques de caucho duro muestran
deficiencias constantes. El principal problema es que al ser comprimidos solo
de manera lev e, grietas y pequeños canales no se alcanzan a cubrir y el
agua se filtra.
Figura 19 - Diferencia entre los empaques de caucho-espuma y caucho duro
Las fugas en los cauchos duros se producen principalmente en los lugares
que se encuentran sujetos con tornillos golosos. Para solucionar estos
30
inconv enientes se utiliza silicona negra para pegar los empaques al aluminio
y para sellar las juntas de las placas de aluminio.
La razón de utilizar silicona negra, en vez de la transparente, es que esta no
se deteriora con el tiempo, tiene buena resistencia y su apariencia es buena
cuando se suministra de manera adecuada.
Para ev itar fugas por los tronillos se utiliza bastante cinta de teflón en las
roscas de estos. Para que no se dañe el teflón en el momento de meter el
tornillo este se debe enrollar en la misma dirección que se aprietan los
tornillos. A pesar del teflón las fugas se siguen presentando en los tornillos
golosos debido a la baja presión que ejercen y a al tipo de rosca que tienen.
Finalmente estos tornillos se recubren con masilla epóxica eliminando así las
fugas.
Los lugares críticos y de difícil solución son todas las esquinas del v idrio
inferior. Debido a la baja tolerancia con la que las piezas son fabricadas y
cortadas, grandes grietas quedan presentes. Como a este v idrio se le puede
graduar la altura, no es posible utilizar soluciones permanentes, ya que estas
fijan el v idrio en una posición permanente. La opción temporal utilizada es
con plastilina. Esta alternativa funciona relativamente bien si se tiene en
cuenta que es una solución que permite hacer modificaciones geométricas
sin complicaciones. Los lugares donde la plastilina debe colocarse se
muestran en la figura 20.
31
Figura 20 – Sello con plastilina (Solución temporal)
La placa de aluminio interna del los tanques (PLAl004) se pandea lev emente
formando una gran grieta entre el v idrio y esta misma, a pesar del empaque
de caucho espuma que se encontraba entre ambas piezas. Una cinta para
sellar cajas es la solución transitoria.
Las roscas de las tuberías de acero se deben recubrir con bastante teflón
para que su sello sea efectiv o.
32
7 DESARROLLO, PROBLEMAS Y SOLUCIONES DEL PROTOTIPO
Antes de llegar a insertar tinta al sistema se realizan pruebas durante 4
semanas. Estas pruebas se ejecutan para verificar el funcionamiento, buscar
fugas y encontrar el modo de operación adecuado.
7.1 Modificaciones y Pruebas con Agua Estática
Inicialmente las placas de aluminio del cajón se unen a la estructura con
silicona transparente y remaches. Se realizan pruebas con agua sin
mov imiento y no se presentan fugas en los tanques, sin embargo la silicona
rápidamente empieza a tomar un color desagradable y a acumular mugre.
Se toma entonces la decisión de desbaratar el cajón, quitar la silicona y
construirlo nuev amente con empaques. En esta decisión se presenta lo que
tal v ez es el mayor inconv eniente del proyecto; al introducir empaques en el
diseño, las placas de aluminio a la medida no encajaban. Se liman las
placas hasta que entran en el cajón con los empaques, pero los agujeros
hechos para sostener el soporte en “U” y las mismas placas no encajan. Se
arreglan algunos agujeros y se hacen nuev os. Los agujeros que se arreglan
generalmente quedan con defectos notables. Debido a que todo se muev e
lev emente, el v idrio inferior no entra por unos pocos milímetros y es necesario
reemplazarlo por un nuevo v idrio que casara bien.
Al reconstruir el aparato nuevamente se procede a probarlo con agua en
los tanques obteniendo resultados pobres en cuanto a las fugas.
Nuev amente se desbarata el aparato y se pegan los empaques con silicona
negra. Las reconstrucciones constituyeron no solo un problema en el ajuste
de las placas, sino también defectos considerables en los agujeros donde se
insertan los tornillos.
33
Las pruebas posteriores a la modificación con agua estática muestran leves
mejoras. Para acabar con las fugas en los tanques es necesario utilizar
silicona negra en las juntas de todas las placas.
7.2 Pruebas con Presión en Estado Estacionario
En las pruebas en estado estacionario aparecen alrededor del vidrio inferior
las fugas en casi todas partes. El empaque de caucho duro que se insta
inicialmente entre la tapa y el cajón es reemplazado por uno de caucho
espuma eliminando completamente las fugas entre ambas piezas. Las fugas
del v idrio inferior se sellan de manera transitoria con cinta.
Preparado el aparato para realizar pruebas en estado estacionario, se
decide llenar ambos tanques de agua para eliminar la mayor cantidad de
aire posible que puede quedar atrapado dentro del aparato. Al cerrar la
válvula del múltiple de salida la presión aumenta considerablemente
desprendiendo el v idrio superior y dañando el marco que lo sostenía. El área
del marco es de 0.63m2 y la presión máxima del agua de la llav e es de
aproximadamente 275kPa. Con solo un décimo de la presión máxima,
27,5kPa, la fuerza ejercida sobre el marco es de 17kN. Esta es la razón del
colapso de la tapa. Para ev itar nuevamente este inconveniente es
necesario no dejar llenar el tanque de salida nunca, esto se logra
manteniendo la válvula del múltiple de salida abierta completamente y
manteniendo la manguera que llev a al agua al sifón por debajo del niv el de
al menos la mitad del tanque.
34
La tapa se construye nuevamente con una delgada capa de silicona entre
la pestaña del marco y el v idrio, silicona en la parte superior del v idrio y un
pisav idrios nuev o.
Figura 21 – Detalle del vidrio superior y el marco
Con las pruebas que se realizan con agua a presión se encuentra otro
problema, la filtración de agua por las roscas de los tornillos hacia los perfiles.
La hipótesis surge al encontrar que hay agua en los perfiles y que por el
único lugar v isible que se podrían presentar estas filtraciones eran los tornillos.
Se tapan entonces los tornil los con plastilina y se confirma la hipótesis. Tras no
poder contener estas fugas con teflón e inclusiv e silicona alrededor de la
rosca, se recubren los tornillos con masilla epóxica.
7.3 Aire en el Sistema
Con los inconv enientes anteriores solucionados el trabajo se centró en hacer
funcionar el prototipo. Una de las mayores dificultades se presenta con el
aire que queda atrapado en el tanque de entrada. Las burbujas que
quedan atrapadas por el llenado del aparato se eliminan fácilmente
inclinando lev emente el prototipo cómo se muestra en la figura 22.
35
Figura 22 – Inclinación del aparato para eliminar las burbujas atrapadas en el tanque de
entrada y zona de visualización
Cuando hay obstáculos si se llena la zona de v isualización rápidamente
pueden quedar burbujas atrapadas en los bordes de este. Estas burbujas son
difíciles de eliminar inclusiv e si se inclina el aparato. Para evitar el problema
se recomienda llenar la zona de v isualización con un caudal muy bajo, de
manera que el agua bordee lentamente los obstáculos hasta rodearlos
completamente.
Figura 23 – Detalle de una burbuja atrapada en el límite de un obstáculo
También se detectan problemas con burbujas de aire que se atrapan en el
sistema de inyección de tinta. Para eliminar el problema se debe llenar el
sistema de inyección de tinta antes de que el agua llegue al lugar de salida
36
de los inyectores, es decir, antes de que el tanque de entrada se llene y el
agua pase a la zona de visualización, el sistema de inyección debe ya estar
lleno de agua.
Es importante mantener el sistema de inyección sin aire, ya que la presión en
la zona de visualización es en ocasiones menor a la atmosférica. Este
fenómeno sucede cuando se utiliza un caudal de trabajo alto y este se
merma rápidamente causando que el nivel del tanque de salida disminuya
formando un v acío. Esto se comprueba remov iendo repentinamente una de
las mangueras del sistema de inyección. Al hacer esto en las circunstancias
expuestas, aire entra rápidamente a la zona de v isualización. Si se tienen
fugas y el caudal de trabajo se reduce drásticamente o se elimina el vacio
formado hace que por estas fugas deje de salir agua y entre aire al sistema.
7.4 Inyección de la Tinta
La tinta es un colorante industrial que se mezcla con el agua en bajas
proporciones y mancha el fluido con un color morado v iv o.
La bomba de automóv il se utiliza inicialmente con una batería que
proporcionaba una corriente de 2.5A. El caudal obtenido con la batería es
excesiv o y la bomba se recalentaba rápidamente. Se cambia la batería por
un transformador de 12V que entrega 1,5A a la bomba. El caudal máximo
proporcionado sigue siendo excesiv o pero la bomba no se recalienta. La
bomba no vuelve a presentar recalentamiento.
De la bomba sale una manguera de ¼ de pulgada hasta el múltiple de
tinta, el cual reparte el flujo en 10 salidas a mangueras de 4mm que llegan a
los racores en la tapa del aparato. Se le instalan minas de esfero a la salida
de las mangueras para obtener una salida de tinta más fina, sin embargo
este método no mostró mejoras. Finalmente se desinstalan las minas de
esfero ya que con estas los racores tienden a presentar pequeñas fugas.
37
8 PRUEBAS
Se realizan pruebas con los siguientes obstáculos: círculo, perfil alar y
reducción de área. La distancia entre placas se fijó en 5,0 y 2,5mm
obteniendo mejores resultados con el último valor.
El círculo utilizado es de 2 pulgadas de radio y se ubica centrado en la zona
de v isualización. A este obstáculo se le realizan la mayoría de las pruebas, ya
que fue el primero en ser utilizado y por lo tanto se presentan inconv enientes
que debieron ser solucionados.
El primer contratiempo que se hizo v isible es, el ya anteriormente
mencionado, con el aire que queda atrapado en el sistema de inyección y
en el sistema. Otro inconveniente que se observa en las primeras pruebas es
la importancia de la niv elación del aparato, especialmente cuando se
trabaja con flujos bajos, que es, como se v erá mas adelante, lo que se
desea.
En las pruebas realizadas se v aría tanto el caudal de tinta como el de agua.
Cuando se tiene la distancia entre planos de 5mm es muy difícil llegar a una
visualización en la que las líneas formadas por la tinta no sean
excesiv amente difusas. La distancia entre planos de 2.5mm permite obtener
mejores resultados de v isualización y es fijada para el resto de las pruebas.
Se pudo determinar el caudal al cual el cambio de régimen, de laminar a
turbulento, se hace presente. Con caudales menores a 20 L/min se obtienen
flujos laminares como el mostrado en la figura 26. Este valor corresponde a
un número de Reynolds de 1481.
38
El caudal se mide cronometrando el tiempo en el que el agua que sale del
aparato se demora en arrojar 10 L.
Para el cálculo de este número de Reynolds se toman las siguientes medidas
y parámetros:
Tabla 1 – Número de Reynolds
Densidad 1000 kg/m3
Viscosidad 0.001 kg/(m*s)
Distancia entre placas 2.5 mm
Caudal 20 L/min
Ancho del canal 450 mm
Área transv ersal 1.125*103 m2
Diámetro Hidráulico 5 mm
REYNOLDS 1481
White (2003) propone un número de Reynolds de 2000 como límite entre el
flujo laminar y el de transición. El cálculo realizado en este caso es para flujo
entre placas con un diámetro hidráulico igual al doble de la distancia entre
placas (White 2003). En este cálculo no se tuv o en cuenta que había un
obstáculo, el círculo, en el trayecto. Si se le substrae al ancho del canal el
diámetro del círculo, el número de Reynolds obtenido es de 1900 el cual
concuerda satisfactoriamente con la teoría.
Las pruebas se realizan con flujos que variaron entre 9L/min y 40L/min.
39
Figura 24 – Caudal = 40L/min, Reynolds = 3000 (Sin tener en cuenta el obstáculo)
Figura 25 – Caudal = 25L/min, Reynolds = 1500 (Sin tener en cuenta el obstáculo)
40
Figura 26 – Caudal = 9L/min, Reynolds = 700 (Sin tener en cuenta el obstáculo)
El segundo obstáculo utilizado es un perfil alar naca 0021. Su inclinación en la
prueba fue de 30 grados.
Figura 27 – Perfil alar
41
Por último se instaló una reducción con un ángulo de 15 grados y una
reducción del área del 40%.
Figura 28 – Reducción de área
9 MEJORAS POR REALIZAR
Los retrasos encontrados en la construcción se no permitieron solucionar
todos los inconv enientes que presenta el prototipo. Se propone una
continuación del trabajo bajo las recomendaciones expuestas a
continuación.
Terminar de eliminar las fugas con sellos permanentes y de buena calidad.
Muchas de las fugas son mantenidas bajo control con plastilina. Con
empaques y selladores adecuados en algunos lugares, mirar figura 20, se
pueden eliminar los escapes que quedan. Dado que el prototipo funciona
con una distancia entre placas de 2.5mm se recomienda v erificar esta altura
y fijarla permanentemente para poder utilizar sellos permanentes alrededor
42
del v idrio inferior. Para verificar la altura se puede utilizar la tapa sin racores.
Con un calibrador es fácil y precisa la medición. Mov iendo la tapa a distintos
sectores de la zona de visualización se pueden v erificar distintas alturas a lo
largo y ancho de la región que interesa.
Adaptarle a los inyectores agujas hipodérmicas. Una reducción del área
transv ersal de los inyectores ayudará a obtener líneas de tinta mejor
definidas y menos difusas. Las agujas hipodérmicas son recomendadas por
W. Merzkirch (1987). La bomba utilizada es útil sin embargo al utilizar las
agujas es posible que no funcione adecuadamente y se recaliente.
Un dibujo de una cuadrícula sobre el plástico blanco ayudará a cuantificar y
ver mejor los flujos estudiados. En la empresa Formas y Superficies Ltda (Tel.
4817138) se puede mandar a hacer un plástico transparente con cuadrícula,
o el dibujo que se desee.
Instalar un medidor de caudal para hacer mediciones más precisas.
Fabricar desagües en los tanques en el piso de cada uno para poder
desocuparlos fácilmente.
43
10 RECOMENDACIONES PARA PROYECTOS SIMILARES
10.1 Recomendaciones Generales
• En caso de haber utilizado uniones permanentes se recomienda en lo
posible no desarmar lo ya fabricado para introducir nuevos elementos
o modificaciones. Si la construcción cambia sus medidas en algunos
lugares es muy difícil que las piezas v uelvan a encajar en su lugar
óptimamente.
• Si las piezas que conforman un conjunto no son cortadas
exactamente estas pueden seguir encajando, sin embargo habrá
deformaciones que descuadran otras partes del conjunto.
• No utilizar silicona transparente cuando se trabaje con agua o quede
expuesta a la vista, con el tiempo su apariencia es poco deseable.
• En caso de ser necesario su uso, utilizar siliconas para trabajos
industriales como la negra o la roja. Para implementar tener cuidado
de limpiar muy bien las superficies con solv entes de tal manera que
no quede ni grasa ni humedad alguna. La silicona tiene un tiempo de
curado de 24 horas, es importante respetar este tiempo para su buen
funcionamiento. Las siliconas no se deben utilizar con cordones muy
grandes, ya que una capa se forma con el exterior impidiendo el
curado del centro de la silicona (Petrie 1999).
• No utilizar, en lo posible, tornillos de ningún tipo, especialmente
golosos, para unir piezas que se encuentren en contacto con agua.
En caso de ser necesario utilizar tornillos pasantes con tuercas,
env olv er con abundante teflón y apretar bien. Los tornillos no tienen,
generalmente, protección contra la corrosión.
• Los empaques de caucho duro no se deforman lo suficiente para
poder cubrir las grietas y escapes. Utilizar empaques de caucho-
44
espuma y apretarlos bien, de manera que se introduzcan en las
grietas.
• Se registraron lev es deformaciones en los perfiles y placas de aluminio
en la construcción. Se recomienda utilizar acero inoxidable para el
cuerpo y perfiles de acero para la estructura. Además este material le
dará mayor rigidez a la construcción.
• La presión del agua de la llave sobre un área no muy grande puede
generar fuerzas considerables (Principio de Pascal). En caso de querer
trabajar con presión diseñar los elementos para que resistan dichas
presiones sin deformarse ni colapsar.
• En lo posible utilizar empaques que se acoplen bien a las geometrías
utilizadas o mandar a hacer empaques a la medida de las
necesidades. Adaptar empaques existentes en funciones distintas a
las que se diseñaron llev an a un mal desempeño de estos.
• Soldar los metales para dar rigidez y eliminar el uso de sil icona y
tornillos, prev iniendo de manera permanente las fugas.
• Para mantener una distancia entre los planos en la zona de
visualización es importante tener procesos de manufactura y
construcción muy precisos. El corte de material de las piezas y
construcción del aparato se debe hacer en lo posible con
herramientas que garanticen buenas tolerancias.
• Entre menor sea la distancia entre placas la visualización mejora y el
consumo de agua disminuye. Si se hace muy pequeña esta distancia
es posible tener problemas debido a la presión necesaria para hacer
fluir el l íquido entre las placas.
10.2 Recomendaciones para el Diseño de un Segundo Prototipo
En este capítulo se expondrán las modificaciones y recomendaciones que se
deben tener en cuenta para realizar un segundo prototipo.
45
10.2.1 Dimensiones
Las dimensiones pueden ser menores a las del primer prototipo. Con un
aparato más pequeño es más fácil mantener las placas paralelas separadas
una distancia constante y se podría considerar trabajar con presión ya que
el área de la tapa será menor y la fuerza que ejerce el agua sobre esta
disminuye.
A los tanques de entrada y salida también se les puede reducir su tamaño.
En caso de hacerlo un múltiple de entrada con más salidas ev itará que el
caudal varíe a lo ancho de las placas.
El múltiple de tinta puede ser más pequeño e inclusiv e con más mangueras.
Las placas y perfiles de aluminio presentaron deformaciones no deseadas,
dándole oportunidades al agua de escapar y disminuyendo la acción de los
empaques. Placas y perfiles con mayores espesores deben ser considerados.
10.2.2 Materiales
Para darle mejor rigidez y poder trabajar con un poco de presión el material
utilizado para la estructura es mejor que sea acero inoxidable.
10.2.3 Sellos y uniones
Sellar las juntas del cuerpo con soldadura y no con silicona, ev itando de esta
manera fugas y uniones con tornillos o remaches.
46
Los empaques que se utilicen deben ser en lo posible fabricados para el
propósito. En caso de que sea difícil su fabricación se puede considerar
diseñar las piezas en base a los empaques ofrecidos comercialmente.
10.2.4 Sistema de inyección
Aunque la bomba utilizada funcionó bien es mejor cambiarla por una que
sea más robusta y maneje menos caudal.
Merzkirch (1987) recomienda utilizar agujas hipodérmicas para la inyección
de la tinta. Hay que tener en cuenta que este cambio implica una rev isión
de la cabeza entregada por la bomba.
47
11 CONCLUSIONES
• La distancia entre placas que mejor dio resultados es 2,5mm. Menores
distancias pueden mejorar la v isualización y disminuir el consumo de
agua a cambio del aumento de la presión de trabajo y dificultad del
control del caudal. Mayores distancias presentan inconvenientes para
visualizar flujo en solo dos simensiones.
• La distancia entre placas debe mantenerse constante a lo largo y
ancho de la zona de v isualización.
• La inclinación del aparato debe ser controlada muy bien en la
dirección del ancho de este (Dirección x en la figura 29). La figura 29
muestra lo que pasa cuando el aparato no se encuentra niv elado.
Figura 29 – Efecto de una mala inclinación del aparato en el eje x
• Para sacar burbujas atrapadas el aparato puede trabajar inclinado
en el eje z.
• El llenado del aparato debe ser lento para evitar burbujas atrapadas
en los límites de los obstáculos.
• Los v idrios de 8mm o más tienen las v entajas de ser completamente
planos y de presentar deformaciones muy cercanas a cero. En contra
48
parte, el acrílico es irregular en su espesor y puede pandearse
fácilmente.
• Se debe corar (perforar) los materiales como el acrílico a las
velocidades de corte recomendadas por la literatura para evitar que
estos se agrieten o dañen por derretimiento.
• Por las precisiones que se deben manejar en un proyecto de tal
naturaleza, se debe trabajar con materiales o geometrías que no se
deformen fácilmente. El acero inoxidable muestra mejores
propiedades que el aluminio para constituir el cuerpo del aparato.
• Se debe ev itar hacer agujeros donde v allan tornillos o remaches en
lugares que estos tengan contacto con agua.
• Los empaques duros muestran grandes deficiencias para contener el
agua. Se deben utilizar empaques de caucho-espuma cuando se
tengan superficies planas.
• En caso de tener uniones con geometrías complejas se debe mandar
a hacer el empaque a la medida en caso de no querer utilizar
siliconas o selladores similares.
• La silicona que mejor resultados muestra respecto a su resistencia y
apariencia es la negra. La transparente tiende a ensuciarse
fácilmente.
• Al trabajar con planos que limiten con agua a presión hay que tener
en cuenta las altas fuerzas que se pueden generar debido al principio
de Pascal. Tener en cuenta este factor al diseñar.
49
12 BIBLIOGRAFÍA
• College og Science and Liberal Arts, Departament of Mathematical
Sciences (2008). Hele-Shaw Flow Past Obstacles. Recuperado el 11 de
enero de 2008., del sitio Web:
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Edición, Prentice-Hall, 1988.
• Massachusetts Institute of Technology (2005). National Committe for
Fluid Mechanics Films. Recuperado el 10 de enero de 2008, del sitio
Web de MIT: http://web.mit.edu/fluids/www/Shapiro/ncfmf.html
• MERZKIRCH W. Flow Visualization. Academic Press, 1897.
• MYER K. Mechanical Engineers’ Handbook. Second Edition, John Wiley
and Sons, 1998.
• PETRIE E. M. Handbook of Adhesiv es and Sealants. McGraw-Hill, 1999.
50
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Velocidad. Univ ersidad de los Andes, 2000.
• White F. M. Fluid Mechanics. Fifth Edition, McGraw-Hill, 2003.
51
13 ANEXOS
13.1 Lista de piezas Conjunt o Pieza No. Nombre Código Material Cantidad Dimensiones AnotacionesCajó
1 Perfil con aleta de 1" PEAl001 Aluminio 4 L=1200mm Código catálogo Vitr al: 20372 Perfil con aleta de 1" PEAl002 Aluminio 4 L=600mm Código catálogo Vitr al: 20373 Perfil cuadrado de 1" PEAl003 Aluminio 4 L=144mm Código catálogo Vitr al: 2036
4a Placa para entr ada PLAl001a Aluminio 1 541x190x3mm4b Placa sal ida PLAl001b Aluminio 1 541x190x3mm5 Placa piso PLAl002 Aluminio 1 1141x547x3mm6 Placa lat eral PLAl003 Aluminio 2 1147x187x3mm
7 Soporte en "U" SUAl001 Aluminio 2Fabricado con un perfil en L de aletas iguales de 3/ 4" y lar go total de 910mm
8 Placa interna tanque PLAl004 Aluminio 2 541x187x3mm
9 Soporte Vidrio infer ior PEAL004 Aluminio 2 L=700mmPer fi l en L de aletas iguales de 1,5" . Código catálogo Vitr al: 2029
12 Vidr io inferior PLSVi002 Vidrio 1 700x525x8mmTapa
1 Perfil con aleta de 1" PEAl001 Aluminio 2 L=1200mm Código catálogo Vitr al: 20372 Perfil con aleta de 1" PEAl002 Aluminio 2 L=600mm Código catálogo Vitr al: 2037
10 Vidr io superior PLSVi001 Vidrio 1 850x550x8mm11 Acr íl ico PLSAc Acrílico 1 300x550x8mm
Múltiple de entrada13 Niple de 2" Nip2p Acero 7 L=2pulg. Accesorio tubería de 3/ 4"14 Niple de 3" Nip3p Acero 5 L=3pulg. Accesorio tubería de 3/ 4"15 Unión "T" NipT Acero 5 Accesorio tubería de 3/ 4"16 Codo NipCo Acero 1 Accesorio tubería de 3/ 4"17 Tuerca 1" NipTuer Acero 1018 Válvula de compuerta NipValCo Acero 1 Accesorio tubería de 3/ 4"
Múltiple de salida13 Niple de 2" Nip2p Acero 3 L=2pulg. Accesorio tubería de 3/ 4"14 Niple de 3" Nip3p Acero 3 L=3pulg. Accesorio tubería de 3/ 4"15 Unión "T" NipT Acero 3 Accesorio tubería de 3/ 4"16 Codo NipCo Acero 1 Accesorio tubería de 3/ 4"17 Tuerca 1" NipTuer Acero 618 Válvula de bola NipValCo Acero 1 Accesorio tubería de 3/ 4"19 Niple de 6" Nip7p Acero 2 L=6pulg. Accesorio tubería de 3/ 4"
Sistema de inyección de tinta
20 Cuerpo múltiple TiMuCu Acero 1 200mm21 Tapón múltiple TiMuTap Acero 2 Tapón para tubería de 2 pulg.22 Racor 1/ 4 pulg TiR002 2 Racor de 1/ 4 con rosca de 1/8 NPT23 Racor 5/ 32 pulg TiR001 20 Racor de 5/ 32 con rosca de 1/ 8 NPT24 Manguera 1/ 4 TiMan002 1 1000mm25 Manguera 5/ 32 TiMan001 10 1000mm26 Bomba TiBom 1 Bomba para parabrisas de Renault Cl io27 Tanque tinta TiTan 1 Tanque para agua de parabrisas R. Cl io28 Inter ruptor Ti Int 129 Transfor mador TiTrans 1 Transformador 12V, 1.5A30 Válvula Tinta TiVal 1 Válvula 1/ 4"
Unión tapa-cajón
31 Torni llos 5/16" 12Tor nil los para presionar la tapa con el cajón
32 Arandelas 5/ 16" 2433 Tuercas 5/16" 12
Otros
34 Manguera jar dinería 1 15m
Manguera para jardinería con acoples de 3/ 4". Esta manguera lleva el agua al aparat o
35 Manguera 1" 1 2m Manguera para el desagueObstáculos
36 Cilindr o 1 Diá. 2 pulg37 Perfil alar 1 Naca 002138 Reducción 2 L=20cm, h=10cm
39 Colorante 1 25gr.Color ante Tuska Uva - Químicos Orbe, Cal le 73 #20-16, Tel. 2171560
52
13.2 Planos
13.2.1 Montaje Completo
53
13.2.2 Cajón sin Tanque
54
13.2.3 Placas PLAl001a y PLAl001b
55
13.2.4 Placa PLAl002
56
13.2.5 Placa PLAl003
57
13.2.6 Cajón con Tanques
58
13.2.7 Soporte en “U” SUAl001
59
13.2.8 Placa PLAL004
60
13.2.9 Marco
61
13.2.10 Acrílico
62
13.2.11 Múltiple de entrada
63
13.2.12 Múltiple de salida
64
13.2.13 Múltiple de tinta
65
13.3 Fotografías complementarias
Figura 30 – Aparato Completo: Vista desde el múltiple de entrada, se observa también el tanque de tinta
Figura 31 – Aparato Completo, Vista lateral
66
Figura 32 – Aparato Completo: Múltiple de salida
Figura 33 – Detalle del tanque de entrada e inyectores
67
Figura 34 – Tapa
Figura 35 – Múltiple de tinta y válvula
68
Figura 36 – Obstáculos: Perfil alar y círculo
Figura 37 – Bolsa de 25g de colorante (Suficiente para 20L de tinta)
69
Figura 38 – Flujo a través de un cilindro 1
Figura 39 - Flujo a través de un cilindro 2
70
13.4 Manual del usuario
Para el adecuado funcionamiento del aparato sigua los siguientes pasos.
1. Recubra con plastilina los lugares que se muestran en la siguiente figura, tomando especial atención a las esquinas entre el v idrio y la placa de aluminio interna de los tanques.
2. Coloque el obstáculo deseado y cierre el cajón con la tapa.
3. Apriete bien las 12 tuercas y tornillos que sellan el aparato.
4. Inserte las 10 mangueras del sistema de inyección en los racores
ubicados en la tapa.
5. Mezcle 10L de agua con la mitad del contenido del colorante (aprox.
12g).
6. Llene el tanque de tinta con agua y prenda el sistema de inyección
hasta que salga casi toda el agua del tanque de tinta. Cierre la
válvula de la tinta al haber hecho esto.
7. Prenda el suministro de agua y llene el tanque de entrada. Cuando se
esté llenando por completo disminuir el caudal y llenar muy
lentamente hasta que el agua llegue hasta el sistema de inyección.
8. En caso de que haya burbujas atrapadas, levantar un poco el tanque
de salida (inclinar el aparato) para que las burbujas salgan.
71
9. Al no tener burbujas llenar muy lentamente la zona de visualización.
Mantener un caudal muy bajo hasta que el agua rodee el obstáculo.
10. El aparato ya se encuentra listo para las pruebas. Aumente el caudal
y encienda nuevamente la bomba.