Tecnología de bombeo de hormigón

Flujo en una tubería
El flujo de fluido en una tubería depende de la presión aplicada., el radio de la tubería y
la viscosidad del fluido. Para un fluido newtoniano, el flujo es directamente proporcional a la
viscosidad, que es una constante. Para un fluido no newtoniano que tiene una viscosidad que depende
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sobre el esfuerzo cortante, como lechadas y hormigones, el caudal es una función complicada
de la viscosidad.
la viscosidad () de un fluido es la relación entre el esfuerzo cortante () a la tasa de corte (̇):
= /̇. Esta definición es conveniente para los fluidos newtonianos., y ciertos no newtonianos
fluidos. En otros casos, sin embargo, Un enfoque de ingeniería para la descripción de una lata de fluido.
simplificar el análisis. Por ejemplo, si el fluido se aproxima como un fluido de ley potencial, puede
ser descrito por la ecuación. 1 donde τ es el esfuerzo cortante, K el índice de consistencia de la ley de potencia, ̇
la velocidad de corte, n el exponente de la ley de potencia:
norte = Kγt  [ 1] El perfil de velocidad correspondiente en una tubería circular viene dado por la ecuación 2 [4]:
1 1/
2
(3 1) ( ) 1 ( ) ( 1)
norte
p p
Qn r v r
p Rn R
+ +   =   − +    
[ 2] donde v es la velocidad del fluido en función de la posición radial, riñonal , en la tubería, Q el
caudal volumétrico, y Rp el radio de la tubería. El índice de consistencia de la ley de potencia de los fluidos., K,
se puede calcular usando la siguiente ecuación 3 [4], que requiere una caída de presión
medición a lo largo de una cierta longitud:
3 3 1/
2
norte
norte
pag
P Q K R
Lp
∆   − − =    
[ 3] donde ∆P es la caída de presión, y L la distancia entre los sensores de presión.. El
El exponente n y el factor K también podrían determinarse mediante la ecuación. 1 de reológico
mediciones del fluido a través de un reómetro si está disponible. Pero las ecuaciones 2 y 3 podría
También se puede utilizar para determinar n y K a partir del flujo de tubería., en ausencia de un reómetro adecuado.
La velocidad de corte en la superficie de la pared se calcula usando la siguiente ecuación [5, 6]:
3
3 1 ( ) pag
pag
n Q r R
norte R c
pag
+  = = [ 4] El esfuerzo cortante local es
τ = ∆rP L / 2 [ 5] las ecuaciones 1 a través de 5 describir el flujo de un fluido homogéneo en una tubería.
sin embargo, El hormigón es un fluido más complejo porque contiene agregados con una amplia
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gama de tamaños. Estos agregados interactúan con las paredes de la tubería y entre sí., creando
falta de homogeneidad en el fluido. De este modo, El flujo de concreto en una tubería generalmente ocurre en tres capas.
o regiones [5, 6] como se muestra en la figura 1:
• Capa deslizante o capa lubricante,
• La región o capa de corte, y
• El hormigón o capa interior, También conocida como capa de flujo pistón.
El espesor de la capa deslizante depende de la tribología del material adyacente.
al material de la tubería. La tribología es “la ciencia y la tecnología que se ocupan de interactuar
superficies en movimiento relativo, incluyendo la fricción, lubricación, tener puesto, y erosión” [7]. El
espesor de, y el perfil de velocidad dentro, La capa de corte depende de la
viscosidad y límite elástico. El espesor de la capa interior depende del rendimiento.
estrés.
La composición y características físicas de cada capa son difíciles de conocer..
Su caracterización requiere la extracción de material de regiones dispares.. El
La capa deslizante/lubricante contiene principalmente pasta de cemento y posiblemente partículas de arena muy pequeñas.
[8], mientras que la capa interna contiene agregados gruesos. También, el diámetro de la capa interior
o se desconoce el espesor de la capa deslizante. Es concebible que la predicción de resultados concretos
Para el flujo en una tubería será necesario la caracterización de cada una de las capas..
Cifra 1: Perfil de flujo de hormigón en una tubería. [6] 2.2. capa deslizante
Varios grupos de investigación han investigado la capa deslizante del flujo de hormigón en un
pipa. Choi y otros. [5, 6] midió el espesor de la capa deslizante usando un ultrasonido
Perfilador de velocidad (PVP) en circuitos de bombeo que utilizan equipos industriales y encontró que
hay un 2 capa de mm de espesor a lo largo de la superficie interior de la tubería. sin embargo, la capa
El espesor puede variar dependiendo de las proporciones de la mezcla y de la configuración de la tubería..
Kaplan [9] informó que el flujo de concreto en una tubería está relacionado principalmente con la
viscosidad de la capa deslizante y que sus propiedades podrían medirse mediante tribometría. Él
encontró que la correlación entre las propiedades del material a granel medidas en un
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reómetro y las propiedades de la capa deslizante eran débiles. Jacobsen y otros. [10] mostrado por
Usando concreto coloreado, el perfil de velocidad del concreto se parecía al del tapón.
flujo en el centro de la tubería, y capa deslizante inmóvil, similar al que se muestra en la figura 1.
Kwon et al.[11, 12] midió las propiedades reológicas del hormigón antes y
después del bombeo mientras monitoreaba la presión y el caudal y descubrió que si bien había
No hay correlación entre las propiedades reológicas del hormigón a granel., p.ej., viscosidad y rendimiento
estrés, y caudales, hubo una fuerte correlación entre las propiedades de la capa deslizante
y caudales. Así dedujeron que la capa deslizante es el factor determinante para
predecir que el concreto fluirá en una tubería. Luego procedieron a desarrollar un tribómetro.
es decir, un reómetro coaxial con una bola lisa hecha de acero o recubierta de caucho para
simular la capa deslizante de la tubería.
Ngo et al.[13] observó que la capa deslizante está entre 1 mm a 9 mm de espesor, por
visualizar el flujo de material en el reómetro. Analizó la capa y descubrió que
contenía arena con un tamaño de partícula menor que 0.25 mm. Esto implicaría que hay una
migración de agregados gruesos desde cerca de la pared hasta el centro de la tubería donde
La tasa de corte es menor que la que se encuentra cerca de las paredes..
2.3. Presión de bombeo
Otro factor en el bombeo es la presión aplicada al material para moverlo.
a través de la tubería. Río et al.. [8] demostró con un gran número de pruebas de bombeo que el
La relación entre la presión de la bomba y el caudal del material es lineal.:
Pk kQ = +1 2 [ 6] dónde 1 k y 2 k son dos parametros empiricos que dependen del material y otros
condiciones experimentales. Río et al.. concluyó que los dos parámetros se pueden utilizar para
caracterizar una mezcla específica. Río et al.. [8] defendió que el conocimiento de estos
Los parámetros para una mezcla específica y un circuito de bombeo podrían usarse como control de calidad.
herramienta para garantizar que la presión aplicada sea suficiente para garantizar el caudal deseado.
Feys y otros. [14] estableció una relación empírica entre la viscosidad plástica
del hormigón a una velocidad de corte de 10 s-1 y el gradiente de presión en una tubería. si la presión
el gradiente es demasiado bajo, el material no se moverá a través de la tubería. Feys mencionó dos
Cuestiones relevantes para la predicción del flujo en una tubería.: 1) la influencia de la capa deslizante es muy
importante, pero no se entiende bien y es difícil de medir; 2) las tasas de corte en
La tubería varía espacial y temporalmente.. Una solución para el efecto de la capa deslizante.
Sería medir sus propiedades reológicas., si pudiera ser aislado y extraído.
El modelado del flujo en una tubería podría ayudar a resolver el segundo problema.. Feys y otros. [14] además
Se observó que el bombeo de hormigón autocompactante (CCS) requiere un mayor
presión, mientras que el límite elástico es casi cero, pero la viscosidad plástica es mayor que eso
para hormigón normal. Esto podría deberse a la capa deslizante. (Cifra 1) eso requeriría un
Mayor esfuerzo cortante a la misma velocidad de corte debido al aumento de la viscosidad..