INTRODUCCION AL 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 todo “aquello con que está hecha una

cosa”, definimos la siguiente clasificación:

LIQUIDOS

FLUIDOS

GASES

TIPO DE

MATERIALES GRANELES (áridos)

UNIDADES

RESIDUOS y DESPERDICIOS

PILARES PARA EL ESTUDIO, DETERMINACIONES Y CALCULOS

REFERENTES AL MANEJO DE FLUIDOS

• CARACTERISTICAS Y PARTICULARIDADES DEL FLUIDO

• ELEMENTOS NECESARIOS PARA SU CONDUCCION

• FUENTES DE ENERGIZACION

ELEMENTOS NECESARIOS PARA LA CONDUCCION -PARTICULARMENTE EN INSTALACIONES INDUSTRIALES-

SE HALLAN CONSTITUIDOS POR DOS ELEMENTOS

PARTICULARES:

CAÑOS & TUBOS

(ELEMENTOS TAMBIEN UTILIZADOS PARA EL DESARROLLO DE MUCHAS OTRAS ACTIVIDADES QUE NADA

TIENEN QUE VER CON LA CONDUCCION DE FLUIDOS)

IDENTIFICACION DE CAÑOS Y TUBOS

CAÑOS

1- DIAMETRO NOMINAL

2- SCHEDULE

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.

PROCESOS DE FABRICACION Y PARTICULARIDADES

METALICOS

(DE ACERO AL CARBONO E INOXIDABLES)

a - Con costura

b - Sin costura

“EFICIENCIA DE JUNTA & SOBREESPESORES POR CORROSION”

TIPO DE MATERIALES

CAÑOS: ASTM A 53 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: ……………)

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 DE TIPO:

* CENTRIFUGOS

* 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 relación p1/p2 en valores absolutos se llama “relación de compresión” y en este caso vale: (6+1,033)/1,033= 6,81

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 “explosivos”

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

Almacenaje

Distribución

Almacenaje Usuarios

+ TRATAMIENTO

+ TRATAMIENTO

+ TRATAMIENTO

+ 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

DE PALETAS

ROTATIVOS DE LOBULOS

DE TORNILLO

“Una correcta elección deberá considerar, entre otras, calidad, presión y volúmenes de producción requeridos”

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 “servicio”, 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 AIRE-AGUA casi siempre perjudicial en los procesos productivos.

• El aire comprimido es uno de los “servicios mas caros” 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.