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.