cap iii avbt

Upload: sonia-callejas

Post on 27-Feb-2018

221 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • 7/25/2019 Cap III Avbt

    1/27

    FIG. 3-1. Junta de campana

    espiga para tubera de hierro fun

    dido.

    Captulo

    TR NSPORTE DE FLUIDOS

    El transporte de materia les en forma fluida es mucho ms conveniente

    y econmico que el transporte de slidos por lo que siempre que sea posible

    los materiales se movern en forma de l quidos o soluciones. Este captulo

    tratar de los aparatos para el movimiento de f luidos as como el anterior

    trat del mecanismo del flujo y de la resistencia de las tuberas.

    3 1

    Tuberas. El primer requisito que es necesario para transportar

    un fluido es la existencia de un canal en el que pueda efectuarse el movimiento

    del mismo. El ingeniero hidrulico y el de minas emplean con frecuencia cana

    les abiertos pero el ingeniero qumico normalmente transporta sus fluidos

    en tuber as cerradas. Aunque las tuber as se fabrican en cualquier clase de

    material para objetos especiales la de materiales frricos se utilizan mucho

    ms ampliamente que las de cualquier otro material por lo que constituirnla base de este estudio.

    3-2. Tuberas de hierro fundido. Se uti lizan las tuberas de este material

    para las lneas enterradas que transportan lquidos relativamente poco corro

    s ivos . Es ms pesada y cara que las var ie

    dades de tubera que se describirn pos

    teriormente y las juntas entre los diferen

    tes tramos son poco satisfactorias. Tienen

    una resistencia a la corrosin relativamen

    te mayor que las de hierr6. Las tuberas

    de fundicin se fabrican normalmente

    desde 75 mm de dimetro interior. La

    longi tud de los tramos es de unos 3 70 m.

    La junta clsica en esta clase de tuberas

    es la de

    c mp n y espig

    representada

    en la Fig. 31. Las dimensiones de esta

    junta estn especif icadas en cada uno de

    sus detalles por la American Water Works Association. Para efectuar esta

    junta elfondo del espacio que queda entre la campana y la espiga se calafatea

    con estopa. Encima de sta se derrama plomo fundido y este plomo serecalca

    con cinceles romos de tal manera que el plomo se comprime para que rellene

    la muesca interior que lleva la campana. Algunas veces en lugar de emplear

    plomo fundido se utiliza una forma fibrosa de plomo llamada lana de plomOl ;

    en lugar de la estopa pueden util izarse otros materiales tal como cemento

    portland cordn de amianto etc.

    Una junta de campana y espiga bien ejecutada puede resistir presiones

    http://avibert.blogspot.com

  • 7/25/2019 Cap III Avbt

    2/27

    TR NSPORTE E FLUI OS

    71

    hasta de 7 kg cm2 y tiene la ventaja de que no requiere la perfecta alineacin

    de los dos tramos al hacer la junta. Normalmente, s in embargo, se considera

    que no es segura para presiones de ms de unos pocos

    kg/cm2,

    y para altas

    presiones se util izan juntas ms complicadas, que no estudiaremos en este

    l ibro. Se hacen tuberas de fundicin con bridas, pero no se consideran prc

    t icas debido a que la fundicin es dbil , excepto a la compresin pura.

    3-3. Tuberas de hierro. Al hablar de los materiales de que se fabrican

    las tuberas, existen diferentes nombres en las distintas ramas de la ingeniera.

    El proyectista de mquinas , el de estructuras y casi todos los que uti lizan el

    hierro y el acero, siempre ent ienden que se trata de hierro fundido, cuando se

    utiliza la palabra hierrosin ningn calificativo. En la industria de tuberas,

    no obstante, las de hierro fundido se denominan siempre, tuberas de hierro

    fundido, y cuando se uti liza la palabI1a hierro sin cal ificativo, siempre se

    trata de un acero de bajo contenido en carbono. La tendencia actual es refe

    r irse a las tuberas de acero con bajo contenido en carbono como tuberas de

    acero,en lugar de tuberas de hierro; sin embargo, cuando se refiere a tube

    r as de acero,puede referi rse a tuberas fabricadas con acero de alto conte

    nido en carbono. En los primeros tiempos de la industria de tuberas, todas

    ellas se fabricaban de hierro forjado. Algunas tuber as s iguen hacindose de

    este materia l; estas tuberas deben especificarse como tuberas de hierro

    forjado, y aun as, muchas tuberas de acero suave pasan como de hierro

    forjado.

    ,, La tubera de hierro se fabrica enrollando una tira delgada de la an

    chura y longitud apropiada. Para tuberas por debajo de 40 mm, esta tira

    se hace pasar a travs de troqueles y en la misma operacin se suelda a tope.

    Las tuberas por encima de 40 mm se sueldan por solapa arrastrndolas de

    forma que los bordes queden uno sobre otro, volviendo a calentar en un

    horno de soldar, y hacindolas pasar a travs de un par de rodi llos de soldar.

    La soldadura a tope es de menos garanta. La ti ra puede enrrol larse en espiral

    y roblonarse los extremos l Las tuberas en espiral roblonadas se fabrican con

    un espesor de paredes mu~ho menor que el de las normales y se uti lizan para

    trabajos de construccin provisionales, para exhaustores y calentadores de

    aire, para l neas de conduccin situadas sobre t ierra con grandes vanos entre

    los soportes y en otras circunstancias cm ldo la.l igereza y el precio sean fac

    tores decisivos. Muchas tuberas de granut,r..tamaos se construyen soldadas

    elctricamente.

    3-4. Tuberas normliles. Las especificaciones por las que antiguamente

    las tuberas de hierro y acero se construan eran las llamadas

    Briggs standard

    que recientemente han sido reemplazadas por las especificaciones de la Ame

    rican Standard Association, que se dan en el Apndice 4. Ciertos datos que se

    uti lizan con frecuencia en los clculos, se dan para el nmero de catlogo 40

    en el apndice 5. El nmero de cat logo 40 es el que en las antiguas especifi

    caciones Briggs corresponda a las tuberas normales. El nmero 80 es el

    que en las especificaciones citadas corresponda a las tuberas extra fuertes

    La antigua clasificacin de doble-extra-fuerte no se representa ya.

    ;Debe observarse que el dimetro nominal de la tubera es nicamente

    aproximado y que no esni e l dimetro exterior ni e l interior. En los grandes

    dimetros, e l dimetro nominal es muy prximo al dimetro de la tubera .

    Las especificaciones permiten una variacin en el espesor de pared hasta

  • 7/25/2019 Cap III Avbt

    3/27

    72

    INTRODUCCION A LA INGENIERIA QUIMICA

    RANSPORTE DE FLUIDOS

    es la fundicin gris, y seutiliza probablemente en el 90a 95 de los accesorios

    empleados en ingeniera qumica. Cuando existen vibraciones grandes y hay

    peligro de que la fundicin se rompa, debe utilizarse el hierro. Para presiones

    elevadas o servicio severo, los accesorios de acero fundidos son apropiados,

    y para casos excepcionales se encuentran en el mercado los accesorios de acero

    dulce forjados. Estos ltimos son relativamente caros y se utilizan nica

    mente cuando el servicio es duro desde el punto de vista de la presin o de

    las tensiones trmicas.

    Como la soldadura ha venido a ser el mtodo ms corriente de construc

    cin de tuberas, se precisa un sustituto de los accesorios normales de hierro

    fundido. Se encuentran ahora pequeas secciones curvadas de tubera, fabri.

    cadas por extrusin a partir de las tuberas normales, que pueden soldarse

    directamente a la lnea. Las ramas laterales y otros accesorios pueden hacerse

    soldando secciones de tubera normal.

    3-8. Presiones de prueba de los accesorios. Los accesorios normalmente

    se prueban a baja presin, normal, extra-fuerte e hidrulica. La baja presin

    ee prueba a 1,75 kg/cm2, para aire y vapor, la normal a 8,75 kg/cm2, la extra.

    fuerte a 17,5 kg/cm2, y la hidrulica, segn las clases, desde 21 a 700 kg/cm2

    Estas presiones no tienen relacin directa con la carga de rotura de los acce

    sorios. Es raro que tanto las tuberas como los accesorios fallen slo por la

    presin. Muchos accesorios fallan lo mismo por esfuerzos de expansin como

    por choques, tales como los golpes de ariete. Esto no puede preverse y por

    tanto se toma un amplio margen de seguridad entre el esfuerzo de. rotura de

    un accesorio y la presin a que seprueba. En efecto, en muchos casos en que la

    presin no es mayor que la que pueda ser soportada por un accesorio normal,

    pero las tensiones debidas a la expansin pueden ser grandes, deben utili

    zarse accesorios del t ipo extrafuerte.

    El uso delos accesorios debaja presin no

    es recomendable en la prctica porque esf

    cilconfundirlos con losaccesoriosnormales y

    utilizarlos donde son demasiado dbiles. Su

    campo deutilizacin principal esen la distri

    bucin de gas, donde puede mantenerse un

    gran_stock .

    de forma que queda justificada

    una ligera disminucin en el precio de los

    accesorios de baja presin, y donde estos

    accesorios pueden mantenerse separados

    siempre de los accesorios normales.

    3-9. Juntas de tuberas. Dos tramos

    de tuberas pueden unirse en una gran

    variedad de formas. Unicamente las ms

    importantes entre ellas semencionarn aqu.

    La junta puede ser soldada, siendo este

    mtodo actualmente muy corriente. Los

    acoplamientos son unos manguitos cortos

    rascados interiormente por cada extremo.

    El acoplamient se suministra regularmente

    con todos los dimetros de tubera. Se con-

    FIG. 3-2. Unin. sidera mala prctica utilizar acoplamiontoH

    de un 12,5 en menos del que indican las tablas. Las tuberas estiradas tam

    bin estn cubiertas por estas especificaciones. Las tuberas estiradas son ms

    finas que las obtenidas en mquina de estirar del mismo dimetro y siempre

    son ligeramente cnicas. Cuando aparece un dimetro en las tablas con dife

    rentes espesores de paredes, el dimetro exterior essiempre el mismo y la varia

    cin essobre el dimetro interior. Esto sehace as con objeto de que todas las

    tuberas del mismo dimetro puedan pasar y trabajarse con las mismas herra

    mientas y que se rasquen con los mismos accesorios.

    3-5. Itesistencia mecnica de tuberas. La resistencia a la rotura de un

    cilindro de paredes ddgadas c8t dada por la frmula:

    JDr

    == st 3-1

    en la que: P

    ==

    presin de rotura, kg/em2;

    r == radio, cm;

    ==

    esfuerzo de tensin, kgjcrn2;

    t == espesor de pared, cm.

    Si en lugar de tomar 8 como esfuerzo de tensin se toma como tensin de

    seguridad de trabajo de las fibras del material, en este caso P es la presin

    de seguridad de trabajo. La relacin del esfuerzo de tensin a la tensin de

    seguridad de trabajo v:ara con las condiciones de servicio y mtodo de fabri

    cacin de la tubera. JRaramente es menor de 5.

    El nmero de catlogo que figura en el apndice 4 es aproximadamente

    el valor de la expresin: 1.000 P

    /8.

    La American Standard Association reco

    mienda una tensin de trabajo permisible de 630 para tuberas soldadas a

    solapa y de 460 para tuberas soldadas a tope para temperaturas por encima

    de 1210C.De estos nmeros y del nmero de catlogo, se deduce un valor apro

    ximado de la presin de seguridad de trabajo. Mtodos ms precisos implican

    detalles para los que ha de consultarse el cdigo.

    3-6. Tubos. El cobre, el latn y en alguna cuanta el hierro, el niquel,

    y otros metales, sevenden en forma de tubos en lugar de tuberas. La tubera

    queda perfectamente especificada cuando se da su dimetro nominal por las

    tablas de la American Standard Association, mientras que los tubos se venden

    sobre la base de su dimetro verdadero y espesor de parede s . Los tubos de un

    un dimetro determinado se fabrican en una gran variedad de espesores de

    paredes, por lo que ambos datos tienen que ser especificados. En el caso del

    cobre, latn y hierro, el material puede obtenerse tanto en tubera como

    en tubo. El espesor de las paredes de los tubos de cobre y latn se expresa

    frecuentemente por las Bi l mi ngham wire gag e (BWG). El apndice 6 da las

    dimensiones de algunos tmaos ~rrientes de tubos.

    3-7. Accesorios. Los accesorios se utilizan en las conducciones para:

    1.

    Unir tramos de tubera.

    2. Cambiar la direccin de la lnea.

    3. Cambiar el dimetro de la lnea.

    4. Conectar diferentes ramas de la lnea.

    5. Cerrar elf inal dela lnea.

    En muchos casos, dos o ms de estas funciones pueden combinarse en el

    mismo accesorio.

    El material ms corriente empleado en la fabricacin de los accesorios

  • 7/25/2019 Cap III Avbt

    4/27

    7

    INTRODUCCION A LA INGENIERIA QUIMICA

    TRANSPORTE DE FLUIDOS

    7

    .,JluJlu

    ~_=

    =

    ~

    para tuberas de dimetro mayor de 50 mm; pero se utilizan con fre

    cuencia, especialmente cuando la junta se efecta en el taller y no sobre

    el terreno. La Fig. 3-2 representa un tipo de unin. En este caso la junta

    es de metal sobre metal. Las mejores uniones se hacen con anillos de

    materiales no frreos prensados entre los dos manguitos. Estos anillos se ter

    minan en superficies esfricas de distinto radio con objeto de que la junta

    sea estanca aun cuando las dos partes de la tubera que se unen no queden

    perfectamente alineadas. Los tipos de unin que son menos de desear son

    aquellos que precisan anillos de empaquetadura que necesitan ser reempla

    zados peridicamente. Las juntas rascadas no se consideran prcticamente

    buenas en dimetros de tuberas mayores de 50 65 mm por varias razones:

    primero, esdifcil hacer que la tubera rascada entre en el interior del accesorio

    cuando se trata de grandes dimetros; segundo, el roscado en dimetros

    mayores de 65 mm es necesario hacerla en el tal ler con una mquina en lugar

    de hacerla con herramientas manuales; y tercero, las l laves necesarias para

    hacer estanca la junta rascada en tubera de 75 mm o mayores, son difciles

    de manejar.

    3-10. Bridas. Las bridas son el mtodo universalmente adoptado para

    unir tuberas de grandes dimetros, mayores de 50 65 mm. Pueden clasifi

    carse las juntas de bridas, bien por el sistema de encarar las, bien por los

    mtodos de unir las bridas a la tubera.

    M etdos de unin

    a la tubera

    Roscada

    Soldada

    Locaso giratorias

    Modos de enfrentarlas

    Cara plana

    Cara con ranura

    Caras con un resalte

    Caras conmacho

    y

    hembra

    Carascon lengueta y ranura

    Conanillos de junta

    dI

    111=I

    -

    La Fig. 3-3 representa diversos mtodos de enfrentamiento de las bridas.

    La brida de cara plana a se comprende perfectamente. La de cara con ranura

    se efecta torneando la cara totalmente y labrando en ella una ranura. Esta

    forma proporciona un mayor apriete sobre la empaquetadura, pero se util iza

    nicamente para bajas presiones y empaquetaduras flojas. La brida con resalte b

    se utiliza normalmente en todos los accesorios proyectados para vapor a

    presiones de 17,5

    kgJcm2

    o mayores y con frecuencia se consideran tambin

    b

    b

    r--

    D1.L Lkl

    o

    d

    : ~

    11

    e

    FlG. 3-3. Mt dos de encarar las bridas:

    a

    cara plana;

    b

    cara con ranura;

    e) caras con lengeta y ranura; d caras macho y hembra; e con anillos.

    e

    FIG.

    34. Mtodos de unin de las bridas a la tubera: a roscadas a la tubera;

    b

    Boldadas;

    e)

    brida con garganta soldada;

    d

    junta Van Stone.

  • 7/25/2019 Cap III Avbt

    5/27

    FIG.35. Junta por manguito deen

    chufe:

    A

    manguito de unin;

    B

    arii

    llos; e a nil lo s d e a pr ie to d e l a e m

    paquetadura.

    77

    R AN SP OR TE D E F LU ID OS

    un saliente en anillo e que cierra la caja de empaquetadura y comprime a

    sta. Estas juntas se aplican fcil y rpidamente, previniendo las expansiones,

    y n o pr ec is an q ue lo s d os t ram os d e t ub er a e st n pe rf ec ta me nt e a li nea do s.

    Con el tiempo, la empaquetadura falla y la junta no es auto-soportan te. En

    consecuencia, se emplean raramente en instalaciones normales en edificios,pero

    so n c omu nes e n la s l n ea s co lo ca das di re ct am en te b aj o t ier ra .E st a j un ta e s

    co noc id a c on un a g ra n v ar ie da d d e no mb re s co mer ci ale s, p ero t al v ez es m s

    co noc id a c on e l n om br e d e j unt a d e

    Dresser.

    3-12. Juntas de expansin. Todas las lneas de tuberas en las que

    pu cdc n ox is ti r c am bi os d e t emp er at ur a y t ie ne n gr an l on gi tu d d eb en i r pr o

    viflLn,ge algn dispositivo para absorber las tensiones que se originan por la

    expn.IIFli{ll.V ar a p re sio ne s m od er ada s, e st o p ue de ef ec tu ar se co lo ca nd o u n

    iorLoIlnl \I Odo curvas en la tubera, bien con accesorios ordinarios, bien

    ;011

    COdOfi HI) l )iail fiIil lots).Estas curvas se sitan de tal forma que cada una.

    do clluHI ooilm1I11Hmoeill de la tensin total. Algunas veces se utiliza para.

    bajas pr cHiolICSlla juut,Hquo consiste en un tubo de cobre de corta longitud.

    Antirllurnrl1te, la jll1lta de expansin ms corriente era un tubo de fundi

    cin, unO de CUYOflxLromos

    II< vtLba

    una brida que se una rgidamente a la

    t ube ri a y e l o tr o l kg au a h ARt a111111 en,jade eRtopas dentro de la cual se inser

    ta ba el e xt rem o do l a Lu hr l a. M uch as j unt as co mo sta e st n a n e n u so. La s

    juntas preferidus hoy en dfu consistcn en una seccin de chapa demetal ondu

    lada. Para presiones bajas estas juntas van dcsnudas, pero para presiones mo

    dcradamente elevadas van rcforzadas como se indica en la Fig.

    3-6;

    en ella, A

    E

    c c--\

    FIG.

    36.

    Junta de expansin ondulada:

    A

    seccin ondulada;

    B

    extremo con

    resalte para la junta; e anillos partidos de refuerzo; D juntas en los anillos par

    tidos;

    E

    barr::;,simitadoras.

    es el fuelle, que puede girar sobre una brida para formar una junta de brida.

    con resalte en

    B

    o f orm ar u n pl an o p ar a s ol da r a l a t ub er a . P ara l as t or si on es

    a altas presiones, se utilizan anillos partidos e co n j un tas en

    D .

    La configu

    r ac i n d e l os n er vi os d e e st os a nil lo s e s d e un a fo rm a ex act a a l as d e la s o ndu

    l ac io ne s d el f ue ll e. La m xi ma c om pr es i n d e l a j un ta es t l imi ta da p or l os

    salientes de estos anillos de junta y la mxima extensin por las barras

    E

    que

    l le va n u na s r anu ra s e n s us e xtr emo s.

    \\

    1\

    ,.

    ,1

    \

    f

    B

    ...

    IN TR OD UC CI ON A L A IN GE NI ER IA Q UIM IC A

    N

    B

    buenas para presiones menores de las indicadas. La junta en la brida plana

    se extiende normalmente hasta los bordes de la brida. Si se ha tenido, que

    hacer mucha tensin sobre los pernos de unin con objeto de hacer la junta

    e st an ca , p ue de t orc er se l o s uf ic ien te c omo p ara h ac er co nt ac to e n u n b or de

    sin que por ello sea estanca en el centro. A medida que son ms elevadas las

    p re si on es , n or mal me nt e e xig en j unt as m s gr ue sa s y m s r gi da s, p or l o q ue

    e se i nco nve ni ent e q ued a a gr av ad o c on t al es j un ta s. L a a lt ur a n or ma ,l d e l a

    junta en la brida plana es de

    1,5

    a 2 mm y se corta para que cubra totalmente

    la cara de la brida. En esta forma la presin total que ejercen los pernos de

    unin se transmite a la junta, sin posibilidad de que los bordes de las bridas

    lleguen a tocarse. Las bridr.s de lengeta y ranura ey las de ma,choy hembra d

    se utilizan para presiones tan altas, que puede existir el peligro de que la junta

    se a l an za da f ue ra . L a j un ta d e a ni ll o

    e

    tiene una ranura en cada brida de las

    dos que forman la junta y un anillo metlico de seccin oval colocado entre las

    b ri da s p ar a r el len ar es ta s ra nu ra s. L a p re si n qu e h a d e e je rc er s obr e l os p ero

    nos de unin ha de ser lo suficientemente elevada como para hacer fluir el

    m eta l y h ac er e sta nc a l a j unt a s ob re u na d e l as r an ur as . E st a ju nt a es m s b ie n

    cara y se utiliza solamente para las ms severas condicones de trabajo.

    La Fig. 34 representa los mtodos de unin de las bridas a la tubera.

    An ti gua men te , e l m t od o n orm al F ig . 3-4a fue el de roscar el extremo

    de la tubera y atornillarla a una brida de fundicin. Todava es un mtodo

    corriente, pero ha sido reemplazado rpidamente pOI la soldadura, especial

    me nt e e n g ran de s d i me tr os ; co mo el ac er o n o p ue de s ol da rs e al hi er ro f U,n

    d id o, s e d ed uc e q ue e st e m to do de s ol da du ra i mp li ca l a n ec es id ad d e q ue l a

    brida sea tambin de acero. La brida plana puede soldarse al extremo de la

    t ub er a , c omo i nd ic a l a F ig.

    34b.

    Para trabajos menos importantes, en lugar

    de adquirirla ya fabricada como la de la Fig.

    3-4b

    la brida puede ser un

    a ni ll o p la no , c ort ad o d e u na c ha pa d el e spe so r n ec es ar io . La br id a p ued e a d

    quirirse con una garganta para ser soldada a la tubera, que forma parte de

    la brida forjada, como la que se ve en la Fig.

    3-4c.

    Un dispositivo muy til

    e s e l d e l as b ri da s l oc as o l ibr es , F ig . 34d. En l, la brida est loca sobre un

    trozo de tubo que se suelda a la tubera, el extremo del cual se rebordea y

    termina para que acte como superficie de junta. Esta junta tiene varios

    nombres de fabricacin, pero es ms conocida por el nombre de junta Van

    Stone.

    Con ella se hace fcilmente la

    alineacin de los agujeros para los pernos

    d e un i n p ar a t rab aj os s ob re el t err en o,

    especialmente en conjuntos complicados

    o cerrados.

    3-11. Junta por manguito de unin.

    Ot ro t ip o d e j unt a a mp li am ent e u til iz a

    do, especialmente para conducciones de

    ga s o p et r le o, e s l a ju nt a p or m an gu it o

    de unin, representada en la Fig. 35.

    Un ma ngu it o de u ni n l oc o A se desliza

    s ob re la u ni n , c onf or ma do d e m ane ra

    que acte como caja de empaquetadura

    en cada uno de sus extremos. A cada

    l ad o d el m ang ui to l le va u n a ni ll o B con

  • 7/25/2019 Cap III Avbt

    6/27

    ~.

    / \

    ~--_

    ...

    _---

    3

    b

    TRANSPORTE DE FLUIDOS

    ,Q

    ~-----~

    1

    por ambos extremos queda unido; un

    manguito corto

    es aquel que tiene una

    longitud entre roscas de 6 mm aproximadamente.

    En la Fig. 3-7, se indican un nmero considerable de accesorios ordinarios

    para tuberas, aunque debe comprenderse que existe una gran variedad de

    accesorios que se pueden utilizar adems de los que indica la figura. Los

    accesorios pueden roscarse y atornillarse directamente a la tubera. No es sta

    una prct ica considerada como buena en dimetros mayores de 50 a 65 mm.

    La forma universal de efectuar el acoplamiento de los accesorios a la tubera

    en grandes dimetros es la de emplear accesorios con bridas que se unen a

    las correspondientes de la tubera. En la Fig. 38, se indican unos accesor ios

    tpicos con bridas. Las bridas de los correspondientes accesorios estn labra

    das de forma que se correspondan Gonel mtodo de labrado uti lizado en las

    bridas planas de la misma tuber a.

    4 5

    F IG. 3 8 .

    Accesorioscon bridas para tuberas:

    (1)

    Te;

    (2)

    cruz;

    (3)

    Te

    de

    doble

    oxtensin;

    4)

    codo;

    5)

    codo a

    450.

    Muchas de las funciones que lleuan los accesorios pueden obtenerse cons

    truyndolos para que tengan la forma adecuada por medio de soldadura.

    314. Vlvulas. Los dispositivos utilizados para controlar al flu jo de

    fluidoscn las tuberas muestran una gran variedad, mayor que la de los acce.

    sorios, Para cl objeto de este libro pueden clasificarse como sigue:

    Grifosde macho.

    Vlvulas de asiento esfrico.

    De discode metal.

    De disco de pasta.

    Vlvulas de compuerta.

    Conhusillo no desplazable

    Con husillo desplaznble.

    Conrosca exterior

    y

    puente gua.

    Vlvulas deTetencin.

    De bola.

    De charnela.

    Vlvulas automticas de control.

    3-15. Grifos. Los grifos son el mtodo ms sencillo para regular el f lujo

    de fluidos. Consisten esencicllmenteen un cuerpo,fundido, en el que ajusta un

    ~

    ~

    1

    r

    f

    I

    f

    r

    f

    INTRODUCCION A , LA INGENIERIA QUIMICA

    2

    5

    4

    ~

    ___

    6

    7

    :0

    fB

  • 7/25/2019 Cap III Avbt

    7/27

    INTRODUCCION A LA INGENIERIA QUIMICA

    TRANSPORTE DE FLUIDOS 81

    con una pequea rotacin cuando el grifo est apenas abierto y no cambia

    prcticamente cuando el grifo es t abierto cas i por completo. En consecuencia,

    es difcil regular el flujo con los grifos, especialmente a pequeos caudales que

    exigen ir abriendo muy len tamente. Los grifos se utilizan, sin embargo , donde

    han de estar o completamente abiertos o completamente cerrados. Existen

    grifos con aberturas de forma especial para que el rea de la abertura sea casi

    p roporcional, si no completamente, al ngulo girado por el macho .

    .3-16. Vlvulas de asiento. Las figuras 3-10 y 3-11 son ejemplos de vl

    vulas t picas de asiento. La carac te rs ti ca principal de es tas vlvulas y que hace

    que el paso del fluido sea horizontal, es un cuerpo globular con una separa

    cin interna que lleva un taladro cir cular en el que se inserta un anillo llamado

    asiento.

    A pesar de que existen un gran nmero de vlvulas de asiento, en las

    quc vara el coste y la facultad para resistir la presin, la diferencia pr incipal

    portonccc a la construccin del disco y asiento de la vlvula. Las vlvulas

    a

    b

    Discos de las vlvulas de asiento: a disco de metal; b disco de

    w. 311.

    past..

    baratas no tienen separado el anillo de asiento, pero las vlvulas buenas tienen

    su ventaja en la facilidad de sustitucin del anillo de asiento. Los dos

    tipos principales de vlvulas de disco son: la de disco de metal, indicado en

    las Figs. 3-10 y

    3 lla

    y el de pasta, Fig. 3-llb. Las vlvulas de asiento

    se emplean ordinariamente en pequeos dimetros, considerndose como

    una prctica mala emplear vlvulas de asiento para dimetros mayores

    de 50 mm.

    3-17. Vlvulas de compuerta. Las vlvulas de compuerta se utilizan

    universalmen1:fl en los grandes d imetros y pueden obtenerse en una amplia

    variedad de precios, materia les , construcc in y deta lles mecnicos. La vlvula

    de compuerta con husillo dcsplazable, representada en la Fig. 3-12, ilustra

    sobre e l tipo general de consLruccin.

    La vlvula de complIC l ta ( on Iills illo qllo NOd( splaza cst: t reprcsentada

    en la Fig. 3-13. El dis tinLivo cnmcLerfNLioo d(l ( NI, LV(dVlillLCH

  • 7/25/2019 Cap III Avbt

    8/27

    8

    INTRODUC~ION A LA INGENIERIA QUIMICA TRANSPORTE DE FLUIDOS 83

    que prec isa de una l ongi tud t ot al menor c ua ndo e st a bie rt a que l a de l husill o

    desplazable en el mismo caso. Por otra parte, se puede decir con una sola

    mi ra da c u ndo e st a bi ert a o ce rr ada una vl vul a de compuer ta c on husil lo

    desplazable. En este tipo, adems, pueden obtenerse una ampl.t variedad de

    compuer tas y a si entos, que depende grande me nt e del c oste y del servicio

    a que se de st ina l a v lvula .

    3-18. Vlvul as de a pe rt ura r pida . Las vl vula s de c ompuer ta e st udia

    das en la seccin anterior, llevan los vstagos rascados, lo que obliga a efectuar

    una ser ie de gi ros ante s de c er ra r l a vl vula . La s denominadas vl vulas QO

  • 7/25/2019 Cap III Avbt

    9/27

    T RA NS PO RT E D E F LU ID OS

    85

    F IG . 3- 15 .

    Vlvulas de retencin:

    a

    de charnela;

    b

    de bola.

    t.t

    L

    H

    medio del acoplamiento

    K

    al vstago

    de la vlvula. La parte superior del dia

    f rag ma es t un ida a un a va ri ll a, L de

    form a que el muelle M que se apoya

    sobre la parte superior de la estructura

    en

    N

    sirve normalmente para elevar

    e l d iaf rag ma y, po r t ant o, a bri r l a v l

    vula principal.

    Supongamos que esta vlvula se colo

    ca para mantener una presin definida,

    pero ms baja sobre el lado de aguas

    a ba jo. E st a p res in a gua s ab ajo s e co

    necta a travs de la abertura

    O

    a la

    p art e su pe ri or d el d iaf rag ma y t ie nde

    a empujarlo hacia abajo. La accin del

    m uelle tiende a elevar el diafragm a.

    A medida que la presin en el lado de

    aguas abajo comunicada a travs de

    O

    vara, la posicin del diafragma

    y

    por

    tanto la apertura de la vlvula entre

    los discos

    O

    Y los asientos

    B

    vara, por

    l o qu e el f luj o t ambi n va ra . S i l a pr e

    sin aguas abajo disminuye, la presin

    en la parte superior del diafragma en

    O,

    d is min uye . E l muel le t ien de a s ub ir e l

    diafragma, abre la vlvula y as au

    menta elflujo. A medida que la presin

    a gu as ab ajo s e ha ce may or , l a p res in

    comunicada a la parte supcrior del

    diafragma a travs de O aumenta, com

    pensando la accin del final del muelle

    y tendiendo a cerrar la vlvula.

    E n lu gar de c on ec tar l a pr esi n qu e

    ha de regular a

    O,

    tambin es muy

    corriente utilizar el suministro de aire

    de un compresor 11.1kg/cm2, aproxima

    dam ente, que a su vez es controlado

    por un dispositivo instalado en el punto

    FIG.

    3-16. Vlvula de regulacin:

    A,

    que ha de controlarse. E ste puede ser cuerpo d e v lvula;

    B,

    a;:;ientoeempla

    u n d isp os it iv o s ens ibl e a l a p re si n, a l a za ble ;a, discos;

    D,

    vst

  • 7/25/2019 Cap III Avbt

    10/27

    TRANSPORTE DE FLUIDOS 8

    Vlvula Vlvula Vlvula

    d e ngu lo d e r et en ci n au tom t ic a

    FIG. 3-17. Representacin de

    pueden recubrirse con una capa de vidrio de alta resistencia fundida sobre el

    acero. Tales aparatos no pueden adquirirse en unidades de gran tamao o de

    formas complicadas. Para trabajo,ae fabricacin en pequea escala ode planta

    piloto se utilizan muchos aparatos, calderas y reactores esmaltados con vidrio.

    Carbat.

    Es carbn que ha sido impregnado con resinas (normalmente

    del tipo de bakelita). Se utiliza nicamente en tubos o planos delgados de

    tamao limitado, siendo muy resistente a los cidos. De carbato pueden ha

    ccrse serpentines y calentadores tubulares. Es algo quebradizo y precisa de

    una fabricacin cuidadosa.

    Plsticos.

    Actualmente son muchos los plsticos disponibles para fabricar

    tuberas y tubos. Su resistencia a la mayor parte de los tipos de corrosin es

    excelente; son fciles dc cortar y ajustar y son de poco peso. L 1zona de tem

    pcratura en que pueden uti lizarse cs todava muy limitada. Actualmente las

    formas disponibles son pocas y el coste relativamente alto, pero estos materia

    les tienen la probabilidad de llegar a ser un material muy importante en la

    fabricacin de tuberas

    y

    aparatos.

    D Ilriron.

    Es un hierro especial con alto contenido en sil icio. Es un mate

    rial que sobrcsale pOl su resistencia a los cidos. Ms resistente que la fundicin,

    se fabrica en una gran variedad de formas

    y

    tamaos. Su principal desventaja

    es que es excesivamcnte quebradizo, extremadamentc duro y tiene un alto

    coeficiente de expansin trmica. No pueden utilizarse bridas corrientes, pero

    s cuando son de disco especial. Debe tenerse gran cuidado en el empleo de

    este material para prevenir las tensiones y que, por tanto, pueda romper por

    dilatacin trmica. No puede mecanizarse.

    Plomo.

    Las tuberas de plomo se encuentran disponibles en el mercado

    en gran variedad de pesos y dimetros

    y

    es especialmente resistente a las solu

    ciones que contienen cido sulfrico. Se une normalmente -por

    calentamiento

    (fundiendo dos piezas adyacentes con una lamparilla de soldar; de esta fOl ma

    las piezas quedan unidas cuando se enfran). Un conocimiento completo del

    trabajo del plomo puede llevar, partiendo de tuberas o lminas de plomo,

    a construir cualquier clase de equipo con las ramas o conexiones que se desee.

    La principal desventaja del plomo es que su lmite elstico es muy bajo y..

    en consecuencia cualquier tensin por causas mecnicas o trmicas, origina

    una deformacin permanente, y como resultado de ella, el plomo tiende a

    serpentear, por lo que hay que fijado a intervalos frecuentes y soportado

    en todos los puntos.

    Cobre y otros materiales no errosos.

    Estos materiales se utilizan con fre

    cuencia en la prctica de la ingeniera qumica, especialmente el cobre. El

    cobre es resistente a prcticamente todos los cidos excepto el ntrico a con

    centraciones moderadas, tanto ms cuanto ms se evite la oxidacin. Tiene

    una alta resistencia y se trabaja fcilmente; pero es caro, a pesar de que su

    coste est parcialmente compensado por su alto valor como chatarra. Las

    juntas en las tuberas de cobre se hacen normalmente, bien soldando con

    latn, bien atornillando el extremo de la tubera en una brida de hierro. El

    latn no es resistente y se utiliza raramente excepto en forma de pequeas

    vlvulas.

    Aluminio.

    El aluminio se uti liza para una amplia variedad de maquina

    ria qumica. Su ligereza y baratura son sus caractersticas principales. Los

    mtodos de fabricacin no difieren grandemente de los uti lizados para los

    Te

    ruz

    Codo

    +

    -J

    accesorios.

    calentado por el serpentn, la vlvula se comporta como una vlvula de re

    gulacin. La distincin es ms bien acadmica, por lo que la construccin de

    la vlvula puede ser la misma en los dos casos, y la diferencia es nicamente

    el mecanismo por el que la vlvula acta.

    3-22.

    Materiales de construccin de las vlvulas. Las vlvulas para tube

    ras de

    50

    mm y menores, corrientemente son de latn. Para dimetros mayo

    res de 50 mm, normalmente son de fundicin con las partes principales de

    trabajo, tal como asientos, caras de contacto, del disco y algunas veces de

    vstago, de bronce o latn. Las vlvulas de este tipo se conocen con elnombre

    t

    de

    lB

    (iron body

    =

    cuerpo de hierro) o

    vlvulas

    guarnecida s de la tn.

    Para uso con soluciones

    que corroen el latn, tal como las amoniacales

    y cianm adas, se emplean vlvulas totalmente

    de hierre},pero stas no son satisfactorias para

    servicios generales, porque las superficies de con

    tacto se hacen rugosas. Para altas presiones o

    servicios severos, las principa.Ies fundiciones dis

    -i>

  • 7/25/2019 Cap III Avbt

    11/27

    materiales frreos. El niquel es resistente a la corrosin alcalina y los aparatos

    para manejar sosa y potasa castica se hacen la mayor parte de las veces de

    nquel.

    Aparatos revestidos.

    Los aparatos de acero pueden utilizarse para tra

    bajos con lquidos corrosivos si se les da un revestimiento de plomo o goma.

    El plomo se une al acero por intermedio de una capa de cinc, que se alea por

    una cara con el acero y por la otra con el plomo. Esta construccin puede

    utilizarse para tuberas y vlvulas, pero los aparatos complicados no pueden

    revestirse fcilmente de plomo. Los revestimientos de goma se vulcanizan

    sobre el acero y la tcnica de estos revestimientos se ha desarrollado hace

    poco tiempo de tal forma que cualquier clase de aparato de acero puede ser

    provisto de un revestimiento de goma de alta resistencia a la corrosin pero

    fectamente unida al acero.

    Aleaciones especiales. Existen muchas variedades de aleaciones especiales.

    En general, se pueden clasificar en dos grupos; las que tienen el cobre como

    base y las que la base esel hierro. Las aleaciones de base cobre son muy com

    plejas, pues contienen cuatro o cinco consti tuyentes y algunas de ellas son

    altamente resistentes a la corrosin. Pl,J.edenobtenerse en varias formas, in

    cludos los tubos. Las que tienen el hierro como base son normalmente

    aleaciones de cromo o nquel, y tambin ambos. Se conocen con el nombre

    de aceros inoxidables, son muy resistentes a la corrosin y disponibles en el

    comercio prcticamente en la forma que se deseen. El metal monel es una

    aleacin que contiene aproximadamente el 65

    de nquel y el 30

    de

    cobre; el resto hasta 100 son otros ingredientes en menor cantidad. Es fuerte,

    se mecaniza fcilmente y es muy resistente a la mayor parte de las soluciones

    diludas.

    Metales revestidos. Los metales tales como el acero inoxidable y el nquel

    son caros, y el nquel, . adems, tiene una resistencia mecnica baja. Para

    aumentar la resistencia y disminuir el coste, se utilizan los metales revestidos.

    Una hoja de nquel o de acero inoxidable se suelda a una hoja de acero al

    carbono y la hoja compuesta se lamina exactamente de la misma forma en

    que se lamina el acero slo. El espesor de la capa de metal resistente se con

    trola de manera que sea del 10al20 del espesor total dela lmina obtenida.

    Estos metales revestidos pueden fabricarse sin peligro de que se desprenda el

    revestimiento.

    3-24. Bombas. Se ha desarrollado un gran nmero de tipos de bombas

    que difieren ampliamente en su fundamento y en su construccin mecnica

    para llenar una gran variedad de condiciones de trabajo. Ninguna bomba o

    clase de bombas puede considerarse de mayor importancia con respecto a

    las dems.

    3-25. Elevadores de aire comprimido. (Bombas Mammut). La figu

    ra 3-18 es el esquema de un elevador de aire. En este aparato, el tubo de des

    carga va sumergido en el l iquido que ha de elevarse y en este extremo sumer

    gido.se introduce un chorro de aire comprimido. La presin y la carga debida

    a la velocidad del aire transporta elliquido hacia arriba a lolargo de la tubera

    hasta descargarlo. La forma en que se distribuye el aire en el fondo del ele

    vador tiene un efecto considerable sobre el rendimiento del aparato. L;t

    Fig. 3-19 representa dos tipos de piezas distribuidoras de- aire en el pie

    del aparato.

    Teoria del elevador de aire comprimido. A pesar de que la construccin

    mecnica del elevador de aire es sencilla, su forma de actuar es tan complicada

    que an no se ha desarrollado una teora matemtica adecuada. Tal teora

    implicara la resistencia o la friccin en flujo bifsico, lo que est ms all

    de nuestros conocimientos actuales.

    Se ha desarrollado una frmula emprica derivada de la prctica

    1:

    89

    32

    ~

    ,.:.

    ,.:,

    1:::1

    ...

    ~...

    1=:=1

    ..

    lJ

    t--

    ~

    o

    o

    FIG. 3-19. Elevador de aire

    comprimido: piezas de pie.

    1.....

    r--

    h

    (11

    245

    233

    216

    185

    156

    TRANSPORTE DE FLUIDOS

    COl1,

  • 7/25/2019 Cap III Avbt

    12/27

    91

    f)

    I D . ,: .

    '1:l Otl

    cij

    :8 S

    t;:;a

    ~:>cij

    +>~:;

    g. .

    :;

    cij~ :>

    Q., .

    S~~

    i::

    (;,)~~

    al cij.23

    ::J;=: Q.,

    bO g.GJ

    cij cit

    O

  • 7/25/2019 Cap III Avbt

    13/27

    111.\1\/10'1111111/ 1,'11

    iI[i

    1III.li I 'illlld 1'111/1 1IIIIIIIdlllll 111111'1'111/111111111,1/ '11111/1111111, 1111111111111

    it

    jllilldd1i 11111dllllll ti 111,'dI 111111 11'Ililll' 111111111:lIINI, 11111 11:1dlll' Iillltlll

    I1 tll 1 111111i 11111di 1111'1111,1111ltI 1,111 11111 111'1111111'III'I'I lill', 1':1111111'dl 1111111

    111'1 11di 111'111'1'1111',' 1111d','IIIII'I, 11111,)'(11','

    I:J

    /1. 11, 111, 11:11111/1V/dVIIIII/1dll

    11111111/11111111,1\ III('I,ic'llI 1(1111111111I' H('I' d,'lIIlHilldll gl'lillci(l P I'II, 1111('1 '1\

    '11111ldll

    1' '

    1111diHI'1) cil' glilllll, llli('lilI'IIH

    IjIW

    111milinlO Lil'1l1Jlo1'1'illl'I'(JlII'llla

    1,1,'111'/1.d,. ('IIIIIlIdo ('1111'1'el dislo y ('1 asi(,lIto de la vlvula atID}( 'lil,llIdo las

    I'J'OIIIliJilidlld('H

    d

    11] \ lIHi('JI to im].lcJ'fccto cn alguno de los puntos. Si la comua

    d('H('1Ir/la

    ti

    I Il '1l l1 tc 11 ]111cmicu rrel , dcben ut il iza rse mayor nmero de v lvu las

    rnm quc el agll

  • 7/25/2019 Cap III Avbt

    14/27

    T RA NS PO RT E D E F LU ID OS

    95

    FIG. 3-23a Bomba duplex de mbolo buzo y empaquetadura exterior. Sc< ci611

    transversal.

    94

    INTROJl UCCIO~ A LA INGENIERIA QUIMICA

    3.30. Bombas con empaquetadura exterior. Las figuras 2-23 a y

    b

    pre se nt an l os e xt re mos de agua de una bomba dupl ex c on empa quet adura

    terior y mbolo buzo, provista de vlvulas de placa con guas. En este caso,

    cilindro de agua est dividido en dos partes por medio de un tabique y el

    mbolo buzo est tambin en dos partes. El Illedio lado de la izquierda

    A

    del

    mbolo buzo est conectado directamente al vstago del pistn B y e l me di o

    do de la derecha e del mbolo buzo se opera desde el otro extremo por medio

    e la cruceta D y l os t ira nt es de vari ll a E Este tipo de bombas es apropiado

    a ra a lta s pre si ones de bi do a que l a e mpa quet adura pue de vigil ar se y ma no

    . ener se e n buen e st ado m s f c il mente . Las a lt as presiones, sin e mbar go,

    xcl uyen e l uso de vlvul as de disco. Por l o t anto, e st as bombas l levan v l

    ulas de plac a c on gua . La c onst ruc ci n de l as misma s se c ompr ende c la ra

    e nt e por l os di bujos y nic ai n~nt e e s nece sa rio l la ma r l a a te nci n sobre e l

    ,/lechode que cada vlvula va montada en un cilindro fundido separadamente del

    uer po de bomba, por l o que pueden hace rse t odo l o pesados que se qui er an y

    ucden, por tanto, soportar cualquier presin a que se les someta.

    Puesto que las vlvulas de placa se emplean slo cuando se trata de

    _bt cner gra ndes pre si ones, l os discos de goma dur a c asi no se e mple an. En

    onsocuoncia, las vlvulas de placa corrientes llevan discos de metal, que fre

    uontomcnto van provistos de guas en forma de aspa para m tntenerlas en

    111inoacin,omo sove cn la Fig. 3-23. Para presiones excesivamente elevadas

    liquidos viscosos, tambin los discos de metal pueden no ser losuficientemente

    ttcrtcli,y entales casos seutilizan bolas de metal dctil en lugar delas vlvulas

    o placas.

    3-31.

    Bombas duplex. La bomba representada en la figura 3-23 tiene

    os c ili ndros de a gua y se denomina bomba duplex. Esta c la si fi ca ci n pa r-

    Descarga

    FIG. 323 b Corte longitudinal de la bomba anterior: A

    e

    mbolos buzos de

    agua;

    B

    vstago delpistn;

    D

    horquillas;

    E

    tirantes de varilla.

    p.

    FIG. 3.24. Bomba duplex, lado del vapor:

    A J

    vstagos de los pistones;

    B K

    topes; e L brazos del balancn; D M asientos del balancn; E N brazos cortos

    del balancn; O F varillas de conexin a las vlvulas; a vstago de la vlvula;

    P, carcasa del balancn.

    1I~l'l1jllljt

    i :

    111111'

  • 7/25/2019 Cap III Avbt

    15/27

    IN'Illlll

    1

    11111/~ 1A II~IIJ'I 'IIJA f)111~lHA

    1111111,11111 111111 nOlllo P'II'JI, 1i1l 1' 1111111111,'111'NI'I'oiJl,/

    11I 11 11 ;1 1 '1 111111,lolIlI'/I,l Il ftlpIIlX, Pft('NI.O

  • 7/25/2019 Cap III Avbt

    16/27

    con faldilla colocada en el centro del diafragma; tambin lleva una vlvula

    de aspiracin e puesto que no contiene partes mviles excepto el diafragma

    y la vlvula. Su construccin es robusta y sencilla, las reparaciones son fci

    les y es apta para trabajos muy duros. Accionando el diafragma por medio

    de una excntrica ajustable, puede variarse la carrera y controlar la descarga

    entre lmites muy exactos.

    3-34. Teora de las bombas alternativas. En el proyecto de las bombas

    alternativas accionadas por vapor, dos puntos son del mayor inters. El pri.

    mero es eltamao del cilindro de agua que esnecesario para obtener el caudal

    que se desea, y el segundo, el tamao del cilindro de yapor que es necesario

    para obtener la presin deseada. Los detalles del proyecto mecnico caen fuera

    de este libro.

    Las bombas alternativas accionadas por vapor se especifican dando pri .

    mero el dimetro del cil indro de vapor, despus el dimetro del cil indro de

    agua y finalmente elrecorrido del mbolo; as, una bomba de

    203

    X

    152

    X

    254,

    , indica que tiene un cilindro de vapor de 203 mm de dimetro, un cilindro de

    agua de 152 mm de dimetro y un recorrido del mbolo de 254 mm. El nmero

    de emboladas por minuto no pasa de 152 en las bombas de recorrido menor

    de 254 mm debido a que las altas velocidades originan un desgaste excesivo

    sobre las vlvulas y los muelles de las mismas. En las bombas de recorrido

    del mbolo de

    254

    mm y mayores, la velocidad normal del mbolo es de

    15 a 27,5 m/m El desplazamiento terico de una bomba de doble accin

    en m3 por minuto es igual a la velocidad del mbolo en metros por segundo

    multiplicada por el rea del pistn en metros cuadrados. El desplazamiento

    'terico de.una bomba de simple accin esla mitad de la anterior. Por supuesto

    que este desplazamiento terico no se consigue nunca. Existen prdidas

    debidas a los escapes a travs del pistn a causa de imperfecciones de la

    empaquetadura; tambin las debidas a escapes por las vlvulas y por la falta

    de cierre instantneo de las mismas cuando el pistn comienza su retroceso.

    Todos estos factores dan una descarga real del 50al 90

    del desplazamiento

    terico, Esta fraccin se denomina e ficacia volumtrica o del lado del agua

    La cifra ms baja representa las bombas con malas mpaquetaduras que tra

    bajan a altas velocidades; la mayor representa las bombas de velocidad lenta,

    con vlvulas y empaquetaduras mantenidas en excepcionales condiciones. La

    cifra del setenta y cinco por ciento es tal vez el justo medio para el clculo.

    La presin del vapor en kg/cm2 multiplicada por el rea del vapor por

    cm2 da la fuerza total en kilogramos ejercida por el vapor sobre el vstago

    del mbolo. Sila bomba fuera una mquina perfecta que trabajase sin friccin,

    sta tambin sera la fuerza que actuara sobre el pistn del lado del agua.

    Esta fuerza total dividida por el rea del pistn del agua en cm2 dara el

    mximo de la presin en el lado del agua en kg/cm2 En estas condiciones,

    sin embargo, la fuerza total sobre el pistn de vapor sera exactamente igual

    a la fuerza sobre el pistn de agua y, por tanto, los pistones permaneceran

    estacionarios. Con objeto de trabajar sobre lquidos y vencer la friccin, la

    fuer7 a total que acta sobre el pistn de vapor debe ser mayor que la que se

    desea obtener sobre el pistn de agua. La relacin de la presin terica sobre

    cl pistn de vapor y la presin ,realmente necesaria, se conoce con el nombre

    dc eficacia de presin o del lado del vapor y vara desde el 60 al 80 %.

    El caudal descargado por un extremo del pistn de una bomba alternativa

    TRANSPORTE DE FLUIDOS 99

    es nulo al principio del movimiento del mbolo y alcanza su mximo cuando

    ste alcanza su mxima velocidad. El caudal descargado por una bomba de

    un solo cilindro de doble accin estar representada por una curva como la

    que se indica en la Fig. 327. Para eliminar estas pulsaciones que originan

    prdidas' e,n lnea, se recomienda emplear las bombas duplex, puesto que su

    curva de descarga ser tericamente la suma de dos curvas de la forma ante.

    rior (Fig.

    3-27).

    Cuanto mayor sea el nmero de cil indros en paralelo, tanto

    ms plana ser esta curva. Comoejemplo se representa en la ig3.28 la curva

    de descarga terica de una bomba triplex. En el bombeo a altas presiones se

    Tiempo_

    FIG. 3-28. Curva de descarga de una bomba t riplex de s imple accin.

    agrava el peligro de choques y pulsaciones, y para ellas la bomba triplex

    es ms apta que la simplex o la duplex. Las bombas para producir presiones

    muy altas, normalmente llevan cinco cilindros montados en el mismo cige.

    fal para hacer que las descargas permanezcan ms uniformes. La bomba

    rcprescntada en la Fig. 321 tiene un gran domo situado sobre ellado del agua,

    quc ticne por o~jeto reducir a un mnimo estas fluctuaciones, como las que se

    indican en la Fig.

    3-27.

    El aire se comprimir cuando el pistn de agua se ace.

    lcra y se expansionar cuando se decelera. .Las cmaras de aire se instalan

    a menudo sobre el lado de la aspiracin especialmente si la tubera de aspi.

    racin es de gran longitud.

    335. Bombas rotativas. El desarrollo ms marcado en la prctica del

    bombeo en las pasadas tres dcadas, ha sido la rapidez con que las bombas

    rotativas de todos los tipos han tendido a desplazar a las bombas alternativas.

    Los tipos que sehan desarrollado presentan tantas variantes como las bombas

    alternativas. .

    Las bombas rotativas pueden clasificarse como bombas de desplazamiento

    positivo o como bombas centrfugas. Estas ltimas pueden subdividirse en

    bombas de volutas y de turbina. Las bombas centrfugas tambin pueden

    clasif icarse como de una sola etapa o de etapas mltiples; de rodete abierto

    o de rodete cerrado; de aspiracin nica o doble. Estas cuatro lt imas clasi

    ficaciones estn coordinadas (es decir, cualquer combinacio.~

    ~ ...

    ~~ ...

    ~

    ::'

    u

    ~ 1-'

    -

    l;j

    .,1

    -o ~~

    :> .. ,

    ,,~

    ...

    u

    o

    t~ _

    Tiempo_

    CIII'VU do descarga de una bomba de doble accin y un solo cilindl'O.

    ?l. :3-27.

    j

    1

    INTRODUCCION A LA INGENIERIA QUIMICA

    8

  • 7/25/2019 Cap III Avbt

    17/27

    1 1RANSPORTE DE FLUIDOS

    1

    b

    Rodetes de bombas: a rodete abierto; b rodete cerrado.

    IG. 3-31.

    Fra. 3-30.

    Bomba de voluta, rodete abierto, aspiracin sencilla

    y

    una sola etapa:

    A, rodete; B, cubo del rodete; e, carcasa; D, voluta de descarga.

    del rodete abierto de accin simple est representado en la Fig. 3-31a Va mon

    tado en la carcasa de la bomba e de la Fig. 3-30, de tal forma que las dos

    mitades de la carcasa estn tan prximas como es posible a las paletas. El

    agua entra por la conexin de aspiracin y es lanzada hacia afuera por la

    rotacin de la paleta. A medida que el lquido sale de la paleta y entra en la

    voluta

    D

    de la carcasa, su velocidad disminuye. De acuerdo con el teorema de

    Bernoulli, su presin debe aumentar en la forma correspondiente, y este incre

    mento en la presin es la fuente de la carga hidrosttica (alturr 'llanomtrica)

    desarrollada por la bomba.

    La bomba de rodete abierto y aspiracin nica es la ms barata de todas

    las bombas centrfugas, pero tambin es la menos eficiente. Existen dos

    prdidas importantes de potencia en este tipo. Primero, el agua, al ser lanzada

    j

    1

    I

    ~

    INTRODUCCION A LA INGENIERIA QUlMICA

    Bomba de en-

    ra. 3-29.

    granajes.

    100

    3-36. Bombas rotativas de desplazamiento positivo. Un tipo de bomba

    rotativa de desplazamiento positivo es la

    bomba de engranajes

    representada

    en la Fig. 3-29. Esta bomba consiste esencialmente en dos ruedas dentadas

    que engranan mutuamente y que giran en con

    tacto con la carcasa. los l quidos o los lados son

    cogidos entre los dientes de las ruedas dentadas

    y la carcasa, conducidos por las proximidades de

    sta y forzados a travs de la tubera de descar

    ga. Las bombas de este tipo trabajan con lquidos

    viscosos o pesados, desarrollan altas presiones y

    dan un caudal casi libre de fluctuaciones e inde

    pendieni:e de la presin de descarga. El nmero

    de dientes sobre cada rueda vara desde dos o

    tres hasta un nmero considerable, como indica

    la figura. Las bombas doble o tripe-lobuladas,

    normalmente se conocen con el nombre de bcm-

    bas cicloidales aunque enel extricto sentido dela

    palabra, todas las bombas deengranaje son tambin cicloidales. En la Fig. 3-46,

    Seco3-49, se representa una bomba cic10idal adaptada al transporte de gases.

    Existe una gran variedad de bombas rotativas de presin positiva, dife

    rentes a las del tipo de engranajes. Seha demostrado gran ingenio ensu diseo,

    pero ningn tipo es lo suficientemente destacado com para ser mencio

    nado aqu.

    Puesto que el rendimiento de todas la bombas rotativas de desplaza

    miento PQsitivo, depende del mantenimiento de un ajuste eficaz entre las

    partes rotat ivas y la carcasa (y en elcaso de las bombas de engranaje tambin

    entre los engranajes), no es de desear util izar estas bombas para transportar

    lquidos que lleven sldos en suspensin. Aunque las bombas de tipo cicloidal

    o rotativas de presin positiva pueden emplearse para lquidos claros, se uti

    lizan ms corrientemente para lquidos viscosos y trabajan con pastas espesas.

    Materiales semifluidos, ceras y similares pueden trabajarse con estas bombas

    si la velocidad no es muy elevada. Si la vlvula de d scarga de estas bombas

    est cerrada, mientras la bomba gira, la presin desarrollada puede dar lugar

    a la parada de la bomba, o a su rotura. El caudal descargado por estas bombas

    es directamente proporcional a su .velocidad, siempre que el contacto entre

    las partes rotat ivas y la carcasa sea bueno. Estas dos lt ,imas caractersticas

    diferencian ampliamente estas bombas de las centrfugas.

    3-37. Bombas centrfugas. La clase general de bombas centrfugas es

    el t ipo ms importante en la actualidad. Esta clase se ha desarrollado desde

    el punto de vista de que siempre existe algn tipo de bomba centrfuga que

    sirve para el servicio a que se destina. Las bombas centrfugas son de dos tipos

    diferentes: de volutas y de turbina. La distincin entre estas dos clases ser

    ms evidente si se describen las bombas que si se dan las definiciones de

    ellas.

    3-38. Bombas de volutas. La forma ms sencilla de las bombas centr

    fugas esla deetapa nica, aspiracin nica y rodete abierto. Este tipo de bomba

    est representado en la Fig. 3-30. El elemento ms importante de la bomba

    centrfuga es el impulsor o rodete

    A

    Consiste esencialmente en una serie de

    paletas curvadas que se extienden desde el CuboB La forma ms sencilla

  • 7/25/2019 Cap III Avbt

    18/27

    2

    INTRODUCCION A LA INGENIERIA QUIMICA

    TRANSPORTE DE FLUIDOS

    103

    radialmente por las aletas, debe cambiar bruscamente de direccin al entrar

    en la voluta; un cambio rpido de direccin implica una turbulencia que

    consume potencia en forma de friccin. Segundo, son bombas baratas que no

    estn acabadas con cuidado. El juego entre el rodete y la carcasa corrien

    temente es grande y por tanto existen escapes desde el lado de la descarga

    hacia el lado de la aspiracin.

    Para impedir estas prdidas o escapes desde el lado de la descarga hacia el

    de la aspiracin, se ha desarrollado el rodete cerrado, representado en la

    Fig.

    3-31b.

    En este caso, las paletas del rodete van encerradas entre dos placas

    de metal. Por consiguiente, para prevenir los escapes hacia atrs es necesario

    nicamente mantener un juego muy pequeo entre la circunferencia exterior

    del rodete y la entrada de la voluta o entre el cubo del rodete y el punto

    correspondiente de la carcasa. Estos juegos pueden mantenerse insertando

    anillos que se desgastan por el roce, pero son renovables. De esta forma los

    escapes se reducen al mnimo.

    En las bombas representadas en la Fig. 3-30, el liquido ejerce una presin

    hidrulica no equil ibrada que tiende a tirar del rodete juntamente con el eje.

    Este esfuerzo produce un empuje axial sobre los cojinetes. Para disminuir

    este empuje se desarroll el rodete de doble aspiracin, consistente esencial

    mente en dos rodetes sencillos como los de la Fig.

    3-31b,

    colocados en paralelo

    y montados en la misma carcasa. La Fig. 3-32representa una bomba de voluta

    Tuber la de cierre

    hermtico

    FIG. 3-32. Bomba de voluta, rodete cerrado, aspiracin doble y una sola etapa.

    de doble aspiracin con rodete cerrado. En este diagrama se observa cmo

    pueden reemplazarse los anillos deteriorados, para eliminar los escapes hacia

    atrs. Una bomba de este tipo tendr un empuje menor sobre los cojinetes

    quela bomba de la Fig. 3-30. La mayor parte de las mejores bombas de voluta

    son del tipo de doble aspiracin y rodete cerrado. Este tipo es ms eficiente

    que el de la Fig. .3-30, pero en contraposicin es ms caro.

    1

    1

    ~

    ,1

    1

    1

    Si el lado de la aspiracin de una bomba centrfuga est a presin menor

    que la atmosfrica, puede entrar aire en el interior de la bomba a travs de

    las cajas de estopa y disminuir grandemente o parar completamente la des

    carga. Para impedir esto, las buenas bombas centrfugas llevan prensaestopas

    cerrados hermticamente, desviando una pequea cantidad de lquido a la

    presin de salida, a travs de tuberas, hasta los anillos de linterna de la

    empaquetadura.

    3 39 Bombas de turbina En el estudio de las bombas de voluta se

    indic que la prdida principal de energa era debida a la turbulencia que se

    origina en el punto en que el lquido cambia su direccin desde el movimiento

    radial (producido por la accin del rodete) a tangencial en la voluta de des

    carga. Las bombas de turbina se distinguen por la insercin de un anillo

    difusor cuya funcin es hacer que el l quido efecte este cambio de direccin

    suavemente, sin choques ni remolinos. La Fig. 333 representa una bomba

    de turbina de una sola etapa. En ella elanillo difusor contiene unos pasos

    en los que la seccin y la direccin cambian gradualmente, de tal forma que

    el lquido que sale por el extremo del rodete e es cogido por estos pasos, cam

    biando de direccin gradualmente, y esintroducido en la voluta de descarga

    D

    El anillo difusor es estacionario. El diseo del rodete y la construccin general

    de la bomba es exactamente igual en sus caractersticas a las correspondientes

    en las bombas de volutas.

    Los rodetes de las bombas de turbina son normalmente de simple accin.

    Comose ha dicho en la Seco3-38, esto origina un empuje sobre el cojinete. En

    la bomba representada en la Fig. 3-33, este empuje est parcialmente equili

    brado por los agujeros E del rodete, con lo que la presin hidrulica sobre la

    parLeposterior del rodete se equilibra parcialmente con la presin en la parte

    anterior del mismo. El resto del empuje es absorbido por un cojinete de tipo

    t Hpccial ir empleado en la marina. Las tuberas de cierre hermtico

    G

    y los

    anillos de linterna H tambin se ven en la figura.

    La mxima altura manomtrica que puede obtenerse con una bomba de

    una sola etapa es de unos 75 a 90 m. Si se desea obtener una altura mayor

    de la indicada, deben colocarse en serie dos o ms rodetes. Las prdidas en

    la bomba de volutas son bastante grandes, por lo que si el l quido se descarga

    desde un rodete a otro, la eficacia total de la bomba sera muy pequea, y

    por esto las bombas de volutas de varios efectos, aunque se fabrican, no son

    corrientes. La bomba de turbina, sin embargo, proporciona el medio para

    tomar ell quido de la parte posterior de un rodete y alimentar con el mnimo

    de prdidas la entrada del rodete prximo y, por tanto, existe la posibil idad

    de proyectar bombas multiefecto que tengan una eficacia razonable. En

    la Fig. 3-34se representa una bomba de turbina multiefecto, en la que la altura

    manomtrica es superior a los

    90

    m y puede llegar a los

    300

    m. En lafigura, el

    primer efecto se representa con el rodete y el anil lo difusor en seccin; en el

    segundo efecto, el rodete est en elevacin, y el anillo difusor en seccin; y en

    el tercer efecto, se ve el anil lo difusor en elevacin. Las partes marcadas con

    letras corresponden a la leyenda de la figura. Estas bombas son relativamento

    caras y en consecuencia, cuando el ingeniero qumico necesita manejl11

    Hf ui-

    dos corrosivos con alturas relat ivamente elevadas, se encuentra forzado lt

    emplear alguno de los tipos de bombas alternativas, y la de turbinltfl Hlll (lH(\I V

    para lquidos claros, no viscosos y no corrosivos.

  • 7/25/2019 Cap III Avbt

    19/27

    104

    INTRODUCCION A LA INGENIERIA QUIMICA

    TRANSPORTE HE FLUIDOS

    5

    FIG.

    3 33. Bomba de turbina de aspiracin simple y una sola etapa: anillo

    difusor; B pasos en el anillo difusor; D rodete; D voluta de descarga; E portillas

    do equilibrio; P soporte de empuje; D tuberas para el cierrehermtico; H anillo

    do linterna.

    FIG.

    334. Bomba de aspiraoin simple de tres etapas;

    anillos difusores;

    B

    paso en los anillos de difusin;

    D

    rodetes;

    D

    voluta de descarga;

    E

    portillas

    de equilibrio; P soporta del empuje; G tuberas de cierre hermtico;H anillos

    de linterna.

    3 40. Bombas de autocebado. Una de las principales desventajas de las

    bombas centrfugas es que depende de la inercia de un fluido el desarrollar

    una presin. Si entra aire en elrodete la altura generada en metros de olumn

    de ire

    puede ser comparada con la altura generada en metros de

    olumn liqui-

    d

    cuando se bombea un liquido; pero esta carga en metros de columna.de aire

    que representa una carga muy pequea expresada en metros de columna

    lquida hace que prcticamente la bomba deje de descargar l quido. Esto

    80 llama taponamiento por A.ire.Normalmente las bombas centrfugas. deben

    FIG. 335. Bomba LaBour .de cebado automtico: paso de retorno; B portilla

    de descarga;D cmara de separacin; D cmara de aspiracin; E colador.

  • 7/25/2019 Cap III Avbt

    20/27

    106

    INTRODUCCION A LA INGENIERIA QUIMICA

    TRANSPORTE DE FLUIDOS

    107

    50

    o 20 40 60 80 100 20 140

    Capacidad; por cien to de la norma l

    FIG.337. Prdidas enuna bomba centrfuga: (1) prdidas mecnicas; (2) prdidas

    por escape; (3) prdidas por recirculacin; (4) prdidas hidrulicas. (Cortesfa de

    Stepanoff, .Oentrifugal and Axial Flow Pumps , John Wiley

    cb

    Sona, lne., p.

    209).

    Por otra parte, la carga hidrosttica desarrollada H) ser proporcional al

    cuadrado del caudal descargado:

    HI = Ql2 = Nl2 (3-3)

    H2

    Q22

    N22

    La potencia consumida W) ser el producto de H por Q y. por tanto, propor

    cional al cubo de

    N.

    o:

    WI =

    Ql3

    = Nl3 (3-4)

    W2

    Q23

    N23

    Estas relaciones son una gua tosca del funcionamiento de una bomba

    centrfuga. La conversin de la carga de presin debida a la velocidad V

    de la Fig. 336 en carga de presin en la voluta est afectada: por el ngulo

    de las paletas, por la velocidad de los extremos de las mismas, por varias

    prdidas por friccin y escapes. y tambin por cambios en la viscosidad. La

    suma de todos estos factores no puede predecirse matemticamente, por lo que

    o

    ~

    I~

    10

    20

    2~

    30

    I~~~~,\

    ~ '~~'*~

    ~

    --;. : \ I

    , \

    '

    ~

    :\.

    :\ ~

    ,

    :--;.

    ...>,

    '/::

    1~

    ~

    L

    4

    I

    ~/-

    ~ :\

    :\:

    ~/

    ~~

    :\~

    I

    ~

    ~~ Y

    ~~

    ~

    ~ 3

    ~

    I

    ~~

    1

    ~

    ,,\

    ~L

    ~ 4

    ~~

    0.. ' '' ' \ -: ::

    f

    :\~

    'V'

    /

    :~

    I

    ~

    '1

    :\

    '\

    W

    o

    c::

    ~

    O e

    -a

    '='

    v

  • 7/25/2019 Cap III Avbt

    21/27

    el rendimiento de un proyecto dado a una velocidad determinada debe ser

    comprobado por pruebas con la bomba.

    Las diferentes prdidas se identifican normalmente como sigue:

    l Prdidas mecnicas. Son debidas a la friccin en los apoyos, en las

    cajas de estopas y similares.

    2. Prdidas por escapes. Son debidas a escapes desde los extremos del

    rotor, retorno entre el rotor y la carcasa, a la aspiracin del rotor. Estas

    prdidas son mayores con rodetes abiertos, pero tambin con los cerrados pue

    den ser grandes si las empaquetaduras de los anillos estn gastadas.

    3. Prdidas por recirculacin. La velocidad del lquido en el espacio

    entre dos paletas adyacentes de un rotor no es uniforme. El lquido adyacente

    la cara posterior de una paleta tiene una velocidad menor que ellquido adya

    cente a la cara anterior de la paleta que la sigue. La diferencia de velocidad

    produce una circulacin delquido en el interior del espacio entre las paletas,

    y esta circulacin consume potencia que no se utiliza. Esta puede disminuirse

    haciendo que la distancia entre paletas adyacentes disminuya (es decir, mayor

    nmero de paletas en el rotor), pero esto incrementa el precio de la bomba

    y tambin las prdidas por friccin.

    4. Prdidas hidrulicas. Aqu se incluye una variedad de prdidas, tales

    como friccin entre el lquido y la carcasa, entre el lquido y las caras de las

    paletas y las prdidas debidas al brusco cambio de direccin y de seccin recta

    cuando ell quido sale del rotor y entra en la voluta.

    La Fig. 3-37indica el efecto de estas prdidas en el consumo de potencia.

    La potencia neta ti l es la efectiva o potencia ti l comunicada por la bomba

    en forma de energa cedida a la corriente de lquido que se mueve. La razn

    de que las prdidas por recirculacinse anulen es simplemente debido a que el

    proyectista, por conveniencia, supone que se hacen cero para el caudal de

    descarga para que se proyecta la bomba. Desde el punto de vista del dibujo,

    el rea que indica las prdidas hidrulicas comprende algunas prdidas por

    recirculacin. Hemos de repetir nuevamente que ninguna de estas prdi

    das est sujeta a cmputo matemtico; esto es verdad no slo pam los factores

    mencionados anteriormente, sino tambin para el efecto de la viscosidad.

    3-42. Curvas caractersticas. El funcionamiento de una bomba deter

    minada se expresa mejor por medio de curvas llama.das

    curvas caractersticas.

    Las curvas que dan los fabricantes de bombas son exclusivamente para agua.

    En las Figs. 338 y 3-39 se representan dos tipos de curvas para veloci.

    cidad constante. La primera representa el funcionamiento a baja velocidad

    y pequea carga hidrosttica, mientras que la segunda es para alta velocidad

    y gran carga hidrosttica. Los esfuerzos de los proyectistas se dirigen nor

    malmente a conseguir que las dos curvas de carga hidrosttica y de eficacia

    sean lo ms aplastadas posible o casi planas en una zona tan amplia

    como sea posible. Las bombas centrfugas se comprueban sobre la base de su

    capacidad y altura de carga en el punto de mxima eficacia. El tamao de

    una bomba centrfuga se especificanormalmente por el dimetro de la tubera

    de descarga.

    Para ilustrar el efecto de la velocidad del rotor, la Fig. 3-40 indica elcom

    portamiento de una misma bomba , tres velocidades distintas. De acuerdo

    con el razonamiento hecho en la Seco 3-41, el comportamiento a diferentes

    velocidades debe compararse a caudales descargados proporcionales a las

    D~scarga litros min

    FIG. 3-38. Curvas caractersticas de una bomba centrfuga de pequea carga

    hidrosttica.

    velocidades. As por ejemplo, si se toma como base de comparacin un caudal

    de descarga de 151 litros por minuto a la velocidad de 1.150 r. p. m., el fun

    cionamiento a 1.450 r. p. m. se deber basar en un caudal de descarga de

    (151) (1.450)/1.150

    =

    190 litros por minuto, e igualmente, el funcionamiento

    a 1.750 r. p. m. deber basarse en un caudal de descarga de 230 litros por mi

    nuto. A partir de estos nmeros puede hacerse la siguiente comparacin:

    109

    I.lS

    t2

    ~

    ~

    Cl8

    1;;3

    o

    e

    8

    00

    Velocidad

    Caudal

    Carga tomadaargacalculada

    descargado

    de las curvasobre base de

    r.p.m.

    l/min.

    elocidads

    1.150

    151

    ,3

    ,8

    1.450

    190

    2,33,0

    1.750

    230

    7,99,2

    o

    i

    lii,o

    {l

    o

    ~

    03

    ~

    ~20

    ~

    e

    10

    o

    e

    o

    Las curvas de consumo de potencia no estn representadas en la Fig. 3-40,

    pero la relacin de que la potencia debe aumentar como el cubo de la velo

    cidad se confirma con el mismo orden de exactitud que las predicciones de

    carga que anteriormente se han hecho.

    Estas comparaciones han de hacerse con agua o con lquidos que tengan

    una viscosidad parecida a la del agua y no pueden hacerse cuando la viscosidad

    sea diferente. Igualmente, si las curvas caractersticas de una bomba son

    apropiadas cuando opera con agua y se quiere operar con un lquido de dife

    rente viscosidad, hay que recurrir a consultar con el fabricante para obtener

    las curvas caractersticas del caso.

    La Fig. 3-41 indica el efecto del cambio de dimetro del rodete en otra

    bomba trabajando a la misma velocidad. .

    La carga hidrosttica desarrollada por una bomba centrfuga est deter-

    INTRODUCCION A LA INGENIERIA QUIMICA

    08

  • 7/25/2019 Cap III Avbt

    22/27

    110

    INTRODUCCION A LA INGENIERIA QUIMICA

    TRANSPORTE DE FLUIDOS

    111

    O

    o

    50

    -1

    O ~

    'o ~

    g.

    ti

    'o u

    375000 I~ 200 z~ 3000

    ,

    -'~1

    -n

    ,

    _

    J

    /

    T .~~ L '

    'r

    01.

    I~ ,

    Iv~.oS' ,-.. .

    --~ ~ ~

    I

    I~ ' ' ~

    I65mm.

    : : ::- '2 ' ._ ~ 4''t '% ,l ~

    iJ.. ' .....

    \l-- r{:.

    Cl

  • 7/25/2019 Cap III Avbt

    23/27

    graves, cuando la carcasa de la bomba no est completamente llena de vapor,

    los resultados son: a una cada pronunciada de la capacidad de la bomba,

    y b un golpe de ariete, ocasionado por la desaparicin de las burbujas de

    vapor cuando, en su camino a travs del rotar, alcanza un punto en el que

    e xi st e u na p res i n b as tan te e le vad a q ue o bl iga a s u c ond en sac i n. E l p ri me r

    e fe ct o s e ob se rv a e n to da s l as bo mb as c en tr fu ga s; e l lt im o e s i mp or tan te

    n ic ame nt e e n l as b om bas d e v el oci da d l en ta . C ua nd o a pa re ce e st e l ti mo

    efecto, puede causar daos serios en el rodete.

    La Fig. 3-42muestra el efecto de la cavitacin sobre la capacidad de cierta

    bomba. La cada de capacidad se hace rpida, como debera esperarse, con

    grandes alturas de aspiracin presiones de aspiracin negativa).

    3-44. Comparacin de las bombas alternativas y centrfugas. Las ven

    tajas de las bombas alternativas sobre las centrfugas, pueden en general resu

    mirse como sigue:

    l . P ued en p ro yec ta rs e p ar a ca rg as h id ro st t ic am en te m s e lev ad as qu e

    las centrfugas.

    2 . E l p re ci o i ni ci al e s m en or q ue e l d e l os t ip os m s e fic ie nt es d e b om ba s

    centrfugas, a igualdad de capacidad.

    3 , N o es t n su je ta s a l d es ce bad o, y l a co ne xi n d e a sp ir ac i n p ue de e st ar

    a u na p re si n me no r q ue l a a tm osf r ic a, s in q ue n ec es it en d isp os it ivo s e spe

    ciales para el cebado.

    4 . S on m s f le xib le s e n s us ac tu aci on es q ue l as c en tr f ug as .

    5 . O pe ran co n u na e fi ca ci a c as i co ns ta nt e e n u na a mpl ia z ona d e c au dal es

    descargados.

    L as v en taj as d e l as bo mb as c en tr f ug as s ob re l as a lt er na ti va s, s on :

    1. La bomba centrfuga ms sencilla es ms barata que la ms sencilla

    alternativa:

    2. En tamaos moderados, la eficacia de una buena bomba centrfuga

    es casi igual, o con frecuencia ms elevada que la de la bomba alternativa

    correspondiente.

    3 . L as b om ba s c ent r fu ga s p ro po rc ion an u na d es car ga d e l qu id o a pr e

    sin uniforme sin choque ni pulsaciones.

    4 . P ue den c on ec tar se d ir ec ta me nte a l m oto r s in t en er qu e u ti liz ar e ngr a

    najes o correas.

    5. Las vlvulas de la tubera de descarga pueden estar cerradas sin que

    se produzcan daos en la bomba.

    6 . P ue de n tr ab aj ar c on l qu id os q ue c on te ng an g ran c ant id ad d e s l id os

    en suspensin.

    7 . P ue de n fa br ic ar se e n un a g ra n va ri ed ad d e m at er ia les a nt ico rr osi vo s.

    8. La distribucin de la energa elctrica a un cierto nmero de motores

    d e a cc io na mie nt o de b om ba ce nt r fu ga e s m s s en cil la q ue l a . dis tr ib uci n

    d e v ap or, y p os te ri or r eco gi da, a u na s er ie d e b om ba s a lt er nat iv ~s .

    l r es ul ta do g en era l d e l a an te ri or d is cus i n e s f ra nc am en te f av or ab le

    a las bombas centrfugas. Las bombas alternativas movidas por vapor no

    estn de ningn modo anticuadas, pero se encuentran instaladas mucho

    menos frecuentemente que las centrfugas. El campo de aplicacin de las bom

    bas alternativas movidas por vapor est ligeramente resumido en los siguien

    tes casos:

    1. In st al aci on es ai sl ad as e n q ue s e d is pon e de c om bu st ib le p ar a g en er a-

    dores de vapor y la energa elctrica es necesaria para otros fines o bien no

    se tiene disponible.

    2. Bombas de alimentacin de generadores de vapor. Muchos generadores

    d e va po r s on a li men ta do s p or m edi o d e b om ba s c en tr fu ga s d e al ta p re si n

    m ov ida s p or m ot or e lc tr ic o, p er o m uch os re gl ame nt os de s eg ur id ad e xi ge n

    la existencia de una instalacin movida por vapor para el caso de que falte

    la corriente elctrica.

    3. Cualquier planta en la que se dispone de generadores de vapor, pero

    la energa elctrica es limitada. Este caso est favorecido por una planta

    que pueda utilizar el vapor expansionado como vapor de trabajo por ejemplo:

    calentamiento en las azucareras).

    3-45. Transporte de gases. Cuando se trata de mover gases, el dispo

    sitivo mecnico utilizado se denomina

    soplante

    o

    compresor

    aunque por su

    f und am en to y d is e o p ued en c om pa rar se e xa ct ame nt e a a lgu no d e l os t ip os

    d e bo mb as e st udi ad os . La c la si fi cac i n de l os v en ti la dor es o s op la nt es , p or

    tanto, es muy parecida a la de las bombas.

    3-46. Eyectores. Los gases pueden moverse a presiones bajas por dis

    positivos accionados por chorros de vapor o de agua, exactamente iguales

    a los tipos descritos e ilustrados en la Fig. 3-20. La eficacia de las formas

    ms sencillas de estos dispositivos es pequea y las presiones que pueden

    rendir, tambin pequeas. Se utilizan corrientemente para producir una

    corriente de aire, con objeto de extraer gases de un aparato y en casos simi

    lares. Pueden construirse para descargas a la presin atmosfrica o a pre

    siones ligeramente superiores a la atmsferica. Su principal ventaja es que son

    sencillos y baratos, no necesitan atencin y no tienen partes mviles. Los

    tipos muy especializados y eficientes se utilizan como bombas de vaco,

    como se indicar en el Cap. 5.

    3-47. Compresores alternativos. Cuando han de enviarse gases a pre

    siones algo superiores a la atmosfrica, el dispositivo normalmente utilizado

    es el compresor alternativo, qu~ es muy similar en su diseo a las bombas

    d e p is t n. L as v lv ul as s e h ac en l ig era s, t en ie nd o c ui da do d e q ue l a s ep ar a

    cin sea pequea, y todas las partes estn cuidadosamente ajustadas, pero

    por otra parte su manejo es semejante al de las bombas de pistn.

    Cuando se mueve un lquido por medio de una bomba, su volumen no

    d eb e c amb ia r a pr ec ia bl em en te c on e l i nc re me nt o d e pr es i n y , p or ta nt o, e l

    trmino

    V dP en el teorema de Bernoulli Sec. 2-11) es despreciable en

    comparacin con el trmino correspondiente de un gas. El calor equivalente

    a la prdida por friccin es pequeo y la masa de lquido grande, por lo que

    ordinariamente se tiene una elevacin de temperatura despreciable. Cuando

    se comprime un gas,.sin embargo, su volumen disminuye, y por tanto absorbe

    trabajo. Este trabajo, sumado a las prdidas por friccin en el compresor,

    aparecer como calor; la masa del gas es relativamente pequea y, en con

    secuencia, al comprimir el gas setiene una elevacin apreciable de temperatura.

    Para que un compresor trabaje con mayor eficacia, este calor debe elimi

    narse y el gas descargarse del compresor a una temperatura lo ms apro

    ximada posible a la que entr. Por esta razn, los cilindros de trabajo de la

    ma yo r p art e d e l os co mp re so re s d e ai re v an pr ov is to s d e c am is as d e r efr ig e

    r ac i n q ue p ue de n s er d e e nf ri am ie nt o p or a gu a.

    I

    }

    j

  • 7/25/2019 Cap III Avbt

    24/27

    114

    INTRODUCCION A LA INGENIERIA QUIMICA

    TRANSPORTE DE FLUIDOS

    115

    S~ ~

    -O al 1;;

    '~~ ..... 03

    oS~.t:~

    ...S~(i

    ::l

    8.. bO~ a

    al

    o::l

    al ,~>

    ]qll:

    al

    8 >

    8 ~ 5l g

    ...,j ;: 1 4

  • 7/25/2019 Cap III Avbt

    25/27

    117

    R AN SP OR TE D E F LU ID OS

    FIG. 3-47. Soplante Nash Hytor:

    A

    puerta de entrada;

    B

    puerta de salida.

    mbolos lquidos. A medida que retroceden, aspiran el aire por las aberturas

    de entrada A y a medida que avanzan, lo comprimen en las de salida B

    Este tipo de compresor alcanza su ms elevada eficacia a presiones de des

    carga desde 0,56 a 0,85

    kgfcm2,

    p er o p ued en op era r a pr es ion es s up eri or es

    a 1, 4. Puesto que el soplante no contiene partes mviles en contacto mec

    ni co u nas c on o tr as, e l r ot or p ue de f ab ri ca rs e c on c ual qu ier ma te ri al a nt ic o

    rrosivo, y el lquido que se mueve puede ser cualquiera que sea inerte res

    pe ct o a l g as q ue s e m an ej a. P or e je mp lo , e st e s opl an te, u til iz and o ci do s ul

    f ri co c onc en tra do, s e e mp le a p ar a s opl ar y c omp ri mi r g as c lo rh d ric o.

    3-50. Soplantes centrfugos. El fundamento de la bomba de turbina

    p ued e ad ap ta rs e p ar a el t ran sp or te de g ase s. D ebi do a l a r el ati va me nt e ba ja

    d ens id ad de l g as , l a f ue rz a ce nt r fu ga qu e p ued e d es ar ro ll ar p or l a r ot ac i n

    del rotor es pequea y, por tanto, las presiones que pueden producirse por

    e ta pa s on b aj as . L a c on st ru cc i n e s ca si s eme ja nt e a l a de u na bo mba d e t ur

    bina, excepto que las partes giratorias se hacen lo ms ligeras posible.

    Estos soplantes giran a altas velocidades 4.000 a 6.000 r. p. m.) y puede

    hacerse que desarrollen presiones de 2,8 a 7

    kg{cm2,

    cuando se hacen de

    m l ti pl es e tap as . L as u ni da de s p equ e as s e p ro ye ct an p ar a p res io ne s ba ja s

    y ni ca me nte l as p re sio ne s m x ima s s e ob ti ene n c on l os t ama ,o s g ra nd es .

    Un tipo de compresor que no cae dentro de ninguna de las clasificacio

    ne s a nt er io re s e s el Na sh Hy to r F ig. 3- 47 ). Un r ot or ce nt ra l ci l ndr ic o, q ue

    lleva varias paletas alrededor de su circunferencia, est colocado en una.

    c ar ca sa q ue t ie ne u na f or ma a pr ox im ad ame nt e e l pt ic a. E n e l i nt er io r d e l a

    carcasa se coloca suficiente cantidad de lquido para cerrar hermticamente

    l a p equ e a se pa ra ci n q ue p ue da h abe r e ntr e l a ca rc as a y l as pa le tas , pu nt os

    que corresponden al eje menor de la elipse. La rotacin del rotor origina

    t am bi n l a ro ta ci n d el l q ui do , p ero l a f ue rz a ce nt r fu ga l o m an ti en e c on tr a

    la carcasa. El lquido, por tanto, alternativamente avanza hacia el centro

    del rotor y retrocede desde l, actuando en esta forma como una serie de

    J

    I

    1

    j

    \

    I

    I NT RO DU CC IO N A L A I NG EN IE RI A Q UI MI CA

    s ta s c urv ad as d e f orm a se mej an te a la s de l ro to r d e l as b om bas c en tr fu ga s

    y puede utilizarse para presiones superiores a 70 cm de columna de agua.

    El ventilador de paletas mltiples se representa en la Fig. 3-45 Y se utiliza

    para presiones desde O a 12,5 cm de c olumna de agua. Es muy solicitado

    porque tiene mayor eficacia que los de paletas planas, pudiendo proporcionar

    volmenes mucho mayores para un mismQtamao del tambor.

    FIG. 3-45. Ventilador de paletas mltiples.

    FIG. 3-46. Soplante cicloidal.

    116

    3-49. Soplantes cicloidales. Cualquier bomba del tipo cicloidal o de

    engranajes puede utilizarse comosoplante. Cuando se utilizan para este objeto,

    g en er al me nt e s lo t ien en do s o t re s l bu lo s s ob re l as p ar te s ro ta tiv as . En la

    Fig. 3-46 s e r epr es en ta u n s opl an te d e e ste t ip o. E st os s opl an te s s e u ti li za n

    para presiones desde 0,035 a 0,85 kgfcm2, pero su mxima eficacia se obtiene

    por debajo de 0,35 kgfcm2 S us pr in ci pa les ve nt aj as s on su gr an s en ci ll ez

    y gran capacidad. Estos soplantes se emplean frecuentemente para servicios

    en que se precisan grandes volmenes con presiones demasiado elevadas

    para los ventiladores. Van siendo sustituidos en muchos casos por soplantes

    centrfugos Sec. 3-50).

    http://avibert.blogspot.com

  • 7/25/2019 Cap III Avbt

    26/27

    118

    l NT RO DU CC IO N A LA I NG EN IE RI A Q Ul MI CA

    T RA NS PO RT E D E F LU ID OS

    119

    PROBLEMAS

    Nv Q

    Ns =

    HO 76

    en la que: N

    =

    Velocidadde rotacin de la bomba.

    Q

    = capacidad de la bomba.

    H

    = carga hidrosttica producida por la bomba.

    Ca lc ula r l a c ur va e fi ca ci a ca pa cid ad , p ara es ta b om ba cu an do t rab aj a a

    1.750r.p.m.

    3-5. Una bomba A que tiene las curvas caractersticas de la Fig. 338) est

    colocada en serie con otra bomba B con curvas caractersticas indicadas en la

    Fig. 3-41, dimetro del rotor 165mm). Construir el grfico de carga hidroli\ttica

    capacidad para estas dos bombas colocadas en serie.

    3 -6 . L as b om bas A y B del problema precedente estn colocadasen paralelo.

    Construir las curvas carga hidrosttica-capacidad y eficacia-capacidadcorrespon

    dientes.

    3-7. La velocidad especfica

    Ns

    d e un a b om ba c en tr fu ga d e u na . e ta pa , se

    define por la ecuacin:

    Caballos al freno

    0,60

    0,68

    0,80

    0,85

    0,90

    Oaudal lit/min

    O

    113,5

    227,0

    303,0

    340,5

    Hs

    =

    curso sumergido.

    C

    =

    constante.

    N = revoluciones por minuto.

    Q = capacidad volumtrica caudal).

    H

    = carga hidrosttica.

    W

    = potencia.

    3-1. Hay que bombear una solucin desde un depsito de almacenamiento

    que seencuentra a la presin atmosfrica hasta un reactor que trabaja a 0,35kilo

    gramo/cm2

    indicados, a travs de una tubera de 50mm de dimetro interior. La

    longitud equivalente de tubera, codos y vlvula con las vlvulas abiertas) es

    de 152,5metros.

    La bomba centrfuga que se ha de utilizar tiene las caractersticas indicadas

    en la Fig. 3-38.Si no existe diferencia en la elevacin entre el nivel del liquido

    en el depsito de almacenamiento y en el reactor y si la solucintiene sustancial

    mente laspropiedades delagua a 26,7C,determinar el caudal a travs dela tubera.

    32. El caudal necesario en el sistema descrito en el Probo 3-1,es de 151,5 li

    tros/min. Este caudal ha de ser controlado por un medidor de flujo colocado en

    la lnea, y este medidor acta sobre una vlvula de control colocadaen la descarga

    de la bomba. Determinar la prdida adicional de presin a travs de la vlvula

    de control que se produce, en el caso de estar la vlvula completamente abierta.

    Suponer que las prdidas a travs del medidor de flujos son despreciables.

    3 -3 . S e va a u til iz ar u na b om ba ce nt rf ug a q ue t ie ne l as cu rv as c ara ct er s

    ticas indicadas en la Fig. 3-39para bombear un lquido que tiene la misma visco

    sidad que elagua, perosu densidad esde 1,5

    gr/cm3,

    a un caudal de 416litr/min.

    Qu cambios son necesarios?

    3-4. La curva que relaciona la capacidad con la potencia al freno de labomba

    cuya curva caracterstica de carga hidrosttica-capacidad est representada en

    la F ig . 3- 40 , e s l a s ig ui en te, c ua nd o gi ra a 1 .1 50 r. p. m .

    NOMENCLATURA

    FIG. 3-48. Soplante centrfugo:

    A,

    voluta de entrada;

    B,

    rodetes;

    O,

    canales de

    difusin; D, voluta de descarga; E, anillos de frotamiento; F, laberintos de cierre

    hermtico;

    G,

    apoyos;

    H,

    p aso p ar a el a gu a d e e nf ri am ien to ; J, acoplamiento.

    P

    = presin.

    = radio.

    S

    =

    esfuerzo de tensin.

    t

    =

    espesor de paredes.

    V =

    volumen.

    H, carga total.

    El coste inicial de estos soplantes es ins elevado, pero para combinaciones

    apropiadas de tamao y presin son los soplantes del tipo ms eficiente de que

    se dispone. Estn reemplazando a muchos de los tipos antiguos de soplantes.

    U n s op lan te de v ar ia s e ta pa s s e r epr es ent a e n l a Fi g.

    348.

    El gas de baja

    presin se admite por la voluta de admisin A es bombeado por los rotores B

    a travs de los canales de difusin estacionarios

    0,

    y sedescarga por la voluta

    D.

    S e c olo ca n a ni ll os d e em pa qu et adu ra r eem pl az ab les e n t odo s l os p un to s e n

    que las superficies en movimiento deben hacer cierre hermtico con las super

    ficies inmviles, excepto en F, donde se coloca un cierre de laberinto para

    m an te ne r l a p re si n de d es