MANEJO DE FLUIDOS

MANEJO DE
FLUIDOS
¿Como podemos insertar a los fluidos, como parte de los
materiales en general, para estudiar el manejo de los
mismos?
Entendiendo por “material” a todo aquello formado por
materia y ésta a “aquello con que está hecha una
cosa”, bien podemos definir la siguiente clasificación:
LIQUIDOS
FLUIDOS
GASES
TIPO DE
MATERIALES
GRANELES (áridos)
UNIDADES
RESIDUOS y DESPERDICIOS
FLUIDOS
(LIQUIDOS Y GASES)
PILARES PARA EL ESTUDIO, DETERMINACIONES Y CALCULOS PARA LA
MOVIMENTACION DE FLUIDOS
• CARACTERISTICAS DEL FLUIDO A MOVILIZAR
• ELEMENTOS PARA LA CONDUCCION
• FUENTES DE ENERGIZACION
ELEMENTOS PARA LA CONDUCCION
-EN INSTALACIONES INDUSTRIALES-
SE HALLAN CONSTITUIDOS POR DOS
ELEMENTOS PARTICULARES:
CAÑOS & TUBOS
(SON UTILIZADOS TAMBIEN EN/PARA OTRAS ACTIVIDADES)
PROCESOS DE FABRICACION Y PARTICULARIDADES
METALICOS
(DE ACEROS AL CARBONO E INOXIDABLES)
a - Con costura
b - Sin costura
“EFICIENCIA DE JUNTA”
TIPO DE MATERIALES
CAÑOS: ASTM A53 Gr. A/B; ASTM A106 Gr. A/B/C, otros.
TUBOS: ASTM A192/A210, otros.
Grados??
Aceros Inoxidables: AISI 304/316 (304L/316L)
SAE 1010/20 (P/USOS: ……………)
SAE 1045 (P/USOS: ……………)
SAE 52100 (P/USOS: ……………)
IDENTIFICACION DE CAÑOS Y TUBOS
CAÑOS
1- DIAMETRO NOMINAL
2- SCHEDULE
(CALCULO, TRATAMIENTO SUPERFICIAL EXTERIOR E IDENTIFICACION DE LOS FLUIDOS CIRCULANTES
&
CARACTERISTICAS VARIAS DE LOS CAÑOS DE ACERO AL CARBONO E INOXIDABLES)
TUBOS
1- DIAMETRO EXTERIOR
2- ESPESOR DE PARED
FIGURA 1
CAÑO D.N. 1” SCH 40
FIGURA 2
TUBO D.E. 1” ESPESOR PARED 2,0 mm.
NO METALICOS
(DISTINTOS TIPOS)
OTROS ELEMENTOS UTILIZADOS PARA LA
CONDUCCION DE FLUIDOS
- DUCTOS (ACONDICIONAMIENTO AIRE, ETC.)
- CANALIZACIONES VARIAS (ASEQUIAS)
FUENTES PARA LA ENERGIZACION DE FLUIDOS
LIQUIDOS
• GRAVEDAD
• MEDIANTE EQUIPOS DE BOMBEO:
* CENTRIFUGOS
* DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO
(CARACTERISTICAS DE DISEÑO; INTERCAMBIO DE F.E.M. (DE RED) EN ENERGIA DE
PRESION; EQUIPOS EN SERIE /PARALELO; VENTAJAS Y DESVENTAJAS;
MANTENIMIENTO; COSTOS; SERVICIOS; ETC.)
FUENTES PARA LA ENERGIZACION DE FLUIDOS
GASEOSOS
• COMPRESORES
(USOS Y VALORES DE PRESURIZACION STD.)
• VENTILADORES
(USOS Y VALORES DE PRESURIZACION STD.)
GASES - AIRE COMPRIMIDO
• GASES REALES: el comportamiento de los gases reales
difiere en cierto modo del de los gases perfectos, diferencia
que depende de la presión y temperatura del gas,
agudizándose con la densidad y la cercanía al punto de
condensación. No obstante, en las aplicaciones prácticas
usuales del “aire comprimido” se trabaja a presiones y
temperaturas tales que, con pequeños errores (menores al
3%), puede considerárselo como un gas perfecto.
• El aire es un fluido compuesto por una mezcla, en volumen, de:
Nitrógeno (78%), Oxígeno (21%) y otros gases, (1%)
ATMOSFERA NORMAL DE REFERENCIA (A.N.R.)
Como las características del aire pueden variar dentro de límites muy
amplios en función de la presión y la temperatura, se hizo necesario
fijar un estado normalizado que sirviera como referencia para
comparación de situaciones. Así surgió la “Atmósfera Normal de
Referencia” (A.N.R.), fijado por las normas ISO R554 en aire a una
temperatura de 20 °C, una presión de 1,013 bares y con un 65 % de
humedad relativa. A partir de entonces, salvo que se indique
específicamente lo contrario, se entiende que las características de
los aparatos que trabajan con aire comprimido se dan sobre la base
de su equivalencia al aire en condiciones A.N.R.
Equivalencias entre distintas unidades de presión:
1 atm.=1,013 bares=1,033Kg/cm2=760mm. col. Hg=10,33mts. col. H2O
Así por ejemplo, en el caso de un compresor de aire, en lugar de
darse “el caudal de aire comprimido de salida del mismo” se da “el
caudal de aire aspirado de una atmósfera normal”.
Para aclarar aún mas el punto, en casi todos los casos se
acostumbra anteponer la letra “N” (por Normal) al caudal que se
menciona, y así se dice, por ejemplo, que la capacidad de un
compresor determinado es de ....Nm3/minuto
(DIFERENCIAS ENTRE MANOMETROS Y BAROMETROS)
Ejemplo de cálculo de volúmenes a valores Normales
Un tanque contiene 5 m3 de aire a una presión de 6 kg/cm2 (relativa)
y a una temperatura de 20ºC. Se pide determinar los parámetros a
que se llegaría luego de una supuesta transformación en que la
temperatura y presión pasarían a ser las de la A.N.R. y el volumen
el resultante a dicha transformación.
Nótese que la temperatura ya es igual a la de la A.N.R. y por
consiguiente puede suponerse que lo que se produce es una
transformación a T= CTE, en la que la presión pasará de 6 Kg/cm2
(relativa) al valor A.N.R., con lo que el volumen, única incógnita,
restante será:
T1= 20 ºC
p1= 6kg/cm2 (presión relativa)
p1= 6+1,033 = 7,033 kg/cm2 (presión absoluta)
V1= 5 m3 (volumen del tanque.)
Valores A.N.R.: T2=20 ºC; P2= 1,033 kg/cm2
Transformación a T= Cte., se cumple que: p1.V1= p2.V2
Por lo tanto será:
T2=20ºC
P2=1,033kg/cm2
V2= V1. (p1/p2) = 5 x (7,033 / 1,033 ) = 34,04 m3
En la práctica, para el cálculo del volumen Normal se simplifica el
cálculo haciendo directamente el producto entre el volumen y la
presión, es decir que en este caso sería:
V2= 5m3 x 6 = 30 Nm3
La rela ió p /p e valores a solutos se lla a relación de
compresión e este aso vale: 6+ ,
/ ,
= 6,8
Valor que indica que: la presión del aire comprimido es 6,81 veces mayor
que la atmosférica en valores absolutos y que, proporcionalmente, a
temperatura constante, el volumen del aire se redujo también 6,81
veces.
Si la temperatura del aire comprimido, en lugar de ser de 20 ºC y
coincidir con la temperatura de la A.N.R. hubiera sido diferente,
entonces hubiera correspondido aplicar el siguiente cálculo:
p1 . (V1/ T1) = p2 . (V2/T2)
V2= V1x (T2 . p1 / T1 . p2)
Si por ejemplo, la temperatura inicial hubiera sido de 38 ºC
(273+38=311ºK), sería:
V2 = 5 . (293/311) . (7,033/1,033) = 32,1 m3
La diferencia relativa con respecto al caso anterior es 32,1/34,04= 0,94,
es decir, 6%, o bien 1% por cada 3 ºC de variación de temperatura
EL AIRE COMPRIMIDO COMO FUENTE DE ENERGIA
• El aire comprimido comenzó a ser utilizado como fuente de
engría
hace
aproximadamente
un
siglo,
es
decir,
comparativamente con otras fuentes, puede clasificarse como de
advenimiento reciente. Su difusión fue muy rápida, impulsada por
las múltiples ventajas que ofrece, a tal punto que hoy en día es
raro encontrar procesos productivos que no hagan uso o estén
relacionados en alguna forma con el empleo del aire comprimido.
• Así se lo utiliza en vehículos y elementos de transporte, en
procesos de pintura, perforación de suelos y rocas, arenado en
fundiciones y para limpieza de superficies, para la fluidificación de
líquidos y sólidos, para accionamiento de máquinas herramientas
manuales para automatización de diversos procesos y robótica,
etc.
• Hoy día, en los establecimientos industriales las instalaciones de
aire comprimido se consideran tan necesarias y su presencia es
tan rutinaria como lo son las instalaciones de energía eléctrica.
COMPARACION ENTRE MOTORES ROTATIVOS
• MOTORES ELECTRICOS: los motores eléctricos modernos
constituyen una forma económica y confiable para la obtención
de accionamientos rotativos. Son simples de conectar, ofrecen
una amplia variedad de tipos y marcas. En el mercado se
dispone de equipos de una o dos velocidades. Su rendimiento
es elevado, aproximadamente 80-90 %
• MOTORES HIDRAULICOS: estos motores son utilizados
cuando se requieren bajas velocidades de accionamiento y un
gran par motor. Su costo resulta relativamente elevado, pero
tienen la ventaja de su gran robustez, capaz de soportar
importantes sobrecargas y la posibilidad que su velocidad
pueda ser variada. Sus rendimientos son también bastante
elevados, del orden del 80-85 %
• MOTORES NEUMATICOS: estos motores se caracterizan, en
comparación con los eléctricos, por poseer una gran relación
potencia/peso, es decir, son mucho mas livianos y pequeños que los
eléctricos. Ofrecen también la ventaja de una fácil regulación de
velocidad; son capaces de soportar un trabajo muy exigente y
sobrecargas de forma tal de llegar hasta su detención manteniéndolos
detenidos sin peligro alguno para su integridad y sin necesidad de
elementos protectores. No producen chispas, por lo que pueden ser
empleados en ambientes peligrosos, inflamables o e plosivos
No presentan el peligro de fallas de aislación que podrían fulminar a su
operador, por lo que, además, pueden ser utilizados con seguridad en
ambientes húmedos o en procesos que requieren el empleo de líquidos
(procesos húmedos) . Su construcción es extremadamente sencilla y sin
complicaciones, lo que distancia y facilita las paradas por
mantenimiento y reparaciones y que, por la misma razón, pueden ser
efectuadas por personal con experiencia elemental de mecánica y sin
mayor especialización. Su rendimiento es muy inferior al de los
motores eléctricos siendo aproximadamente de 12 a 30 % como
máximo.
MANEJO DEL AIRE COMPRIMIDO EN INSTALACIONES
INDUSTRIALES
Generación
+ TRATAMIENTO
Almacenaje
+ TRATAMIENTO
Distribución
+ TRATAMIENTO
Usuarios
Almacenaje
+ TRATAMIENTO
GENERACION DE AIRE COMPRIMIDO
La generación de esta fuente de energía se realiza mediante la
utilización de equipos compresores, siendo los mas comunes:
CON ACEITE
ALTERNATIVOS
SIN ACEITE
COMPRESORES
ROTATIVOS
DE PALETAS
DE LOBULOS
DE TORNILLO
U a o e ta ele ió de e á o side a , e t e ot as, alidad,
p esió y volú e es de p odu ió e ue idos
CALIDADES - CLASES - DE AIRE COMPRIMIDO
ALMACENAJE DE AIRE COMPRIMIDO
• El aire comprimido se almacena en tanques, que son componentes
simples y sin piezas móviles, y del que es posible lograr salidas de
potencia instantánea de altos valores. Al mismo tiempo, estos
tanques permiten suavizar las variaciones de presión que pudieran
presentarse en el sistema de conducción/ alimentación
• En las plantas industriales necesariamente deberán considerarse
tanto las cantidades (metrajes lineales) como los diámetros de las
cañerías (fundamentalmente las troncales) por las que se transporta
este servi io , de forma conjunta con los volúmenes de almacenaje
y caudales simultáneos requeridos por la totalidad de procesos
productivos involucrados.
CONDUCCION - CONSIDERACIONES GENERALES • Al igual que el resto de los materiales clasificados como fluidos, el
aire comprimido puede ser conducido por cañerías y o tuberías.
• Por la existencia de agua en el mismo, ya sea por condensación o
producto de la propia generación y almacenaje, este fluido debe
transportarse (cuando resulte posible) con instalaciones que posean
pendientes en su emplazamiento con el agregado de separadores de
condensado y purgas con el objeto de minimizar la mezcla AIREAGUA casi siempre perjudicial en los procesos productivos.
• El aire comprimido es uno de los servi ios mas aros de la
compañía por lo que sus instalaciones requieren de diseños,
tratamientos, mantenimiento y usos racionales con el objeto de
minimizar los costos de generación y disponibilidad del mismo.