IQ1– III UNIVERSIDAD VERACRUZANA Faculta de Ciencias Químicas Región Poza Rica-Tuxpan Mecánica de fluidos Catedrático: Ing. Eduardo Solís Pérez Alumno: Alex Humberto Carranza Reyes S09005643 Ingeniería Química IQ1 – V Poza Rica de Hidalgo, Ver., a 19 de Septiembre de 2011 0 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos I n d i c e ACCESORIOS Y EQUIPO DE MECÁNICA DE FLUIDOS .................................. 2 Introducción .................................................................................................... 2 Propiedades y factores que intervienen ................ Error! Bookmark not defined. MANUAL DE ACCESORIOS Y EQUIPO DE FLUJO DE FLUIDOS ................... 5 TUBERÍAS ........................................................................................................ 6 BOMBAS......................................................................................................... 26 ACCESORIOS ................................................................................................ 33 Tipos de unión para tubería ........................................................................... 34 VÁLVULAS ..................................................................................................... 39 TES ................................................................................................................. 43 CODOS ........................................................................................................... 45 COPLES ......................................................................................................... 47 CREDUCCION ................................................................................................ 49 CURVAS PARA TUBERÍAS ........................................................................... 51 INTRUMENTACIÓN........................................................................................ 52 MANOMETROS .............................................................................................. 52 FLUJOMETROS ............................................................................................. 55 TERMOMETROS ............................................................................................ 56 Conclusión ........................................................................................................ 58 Referencias Bibliográficas y Electrónicas ..................................................... 59 1 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos ACCESORIOS Y EQUIPO DE MECÁNICA DE FLUIDOS Introducción El método más común para transportar fluidos de un punto a otro es impulsado a través de un sistema de tuberías. Las tuberías de sección circular son las más frecuentes, ya que esta forma no ofrece sólo mayor resistencia estructural sino también mayor sección transversal para el mismo perímetro exterior que cualquier otra forma. Muy pocos problemas especiales de mecánica de fluidos, como es el caso del flujo en régimen laminar por tuberías, pueden ser resueltos por métodos matemáticos convencionales; todos los demás problemas necesitan métodos de resolución basados en coeficientes determinados experimentalmente. Muchas formulas empíricas han sido propuestas como soluciones a diferentes problemas de flujo de fluidos por tuberías, pero son muy limitadas y pueden aplicarse solo cuando las condiciones de un problema se aproximan a las condiciones de los experimentos de los cuales derivan las formulas. Debido a la gran variedad de fluidos que se utilizan en los procesos industriales modernos, una ecuación que pueda ser usada para cualquier fluido ofrece ventajas obvias. La hidráulica no sólo se preocupa hoy en día del transporte de fluidos. Mecanismos hidráulicos y neumáticos se usan frecuentemente para el control de maquinaria y varios otros equipos. Las tuberías se utilizan también como elementos estructurales tales como columnas y barandas. 2 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos PROPIEDADES Y FACTORES QUE INTERVIENEN La solución de cualquier problema de flujo de fluidos requiere un conocimiento previo de las propiedades físicas de los fluidos en cuestión. Valores exactos de las propiedades de los fluidos que afectan a su flujo, principalmente la viscosidad y el peso especifico, han sido establecidos por muchas autoridades en la materia para todos los fluidos utilizados normalmente y muchos de estos datos se encuentran en tablas y cuadros recopilados a través del desarrollo de los equipos y accesorios utilizados en esta rama de la ciencia. La MECÁNICA DE FLUIDOS es la parte de la mecánica que estudia las leyes del comportamiento de los fluidos en equilibrio "hidrostática" , y en movimiento "hidrodinámica". Un FLUIDO es una sustancia o medio continuo que se deforma continuamente ante la aplicación de una tensión tangencial. Los fluidos se clasifican en: Líquidos Gases Propiedades físicas implicadas de los fluidos: o Viscosidad Viscosidad absoluta o dinámica Viscosidad cinemática o Peso específico o Densidad o Volumen específico o Rugosidad Factores que influyen en la aplicación: o No. de Reynolds (régimen laminar o turbulento) o Velocidad de fluido o Caudal del flujo o Fricción o Diámetros o Longitud (distancias) 3 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos 18 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos T U B E R Í A S El diámetro efectivo de un tubo, desde el punto de vista hidráulico, es su diámetro interior. Como el diámetro exterior dependerá del espesor de las paredes, se utiliza, sobre todo para los valores de diámetros pequeños, el valor del diámetro comercial coincidiendo con el interior. Así, cuando se refiera a tuberías de 25 mm ese valor corresponderá al diámetro interior y será algo mayor, en función del espesor de sus paredes, para el diámetro exterior, aspecto que debe tenerse en cuenta cuando es necesario empotrar la tubería en el interior de los muros, o ubicarla en conductos o paneles Para él estudio del flujo en una tubería resulta muy importante conocer el tipo de régimen de circulación que ocurrirá en su interior. De forma muy general, los regímenes de flujo pueden ser con condiciones forzadas, cuando la presión en el interior es diferente a la presión atmosférica y con conducciones libres cuando en el interior de la tubería existe la presión atmosférica. El primer caso coincide con la situación que ocurre en los sistemas de alimentación, y para su estudio pueden aplicarse todas las expresiones de cálculo de la cinemática y dinámica de los fluidos. El segundo caso abarca, entre otros, la evacuación de aguas servidas, durante la cual los conductos o tuberías estarán parcialmente llenos, y algunas veces vacíos. Los métodos de cálculo son empíricos y la aplicación de formulas exactas resulta difícil. La clasificación de las tuberías según sus materiales pueden ser: 1. Hierro: - De fundición - Forjado 2. Acero: - Sin protección - Galvanizado Tipos de tuberías de acero Los tubos de acero más usados son: De acero fundido: Son instaladas bajo tierra para transportar agua, gas, aguas residuales e instalaciones de vapor de baja presión. 19 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos De acero al carbón: Es utilizada en multitud de aplicaciones industriales en las que sea necesario el transporte de fluidos, incluso se emplean con fluidos abrasivos y corrosivos. También son empleados en la construcción de circuitos de agua y dentro de viviendas para conducciones de agua y gas. Existen dos tipos básicos de tubería de acero al carbono: De acero al carbón con costura. De acero al carbón sin costura. De acero inoxidable: Es empleada en escenarios en los que se emplean fluidos corrosivos o abrasivos que el tubo de carbono no soportan. Este tipo de tuberías tienen especial importancia en entornos alimenticios, farmacéuticos o medico, ya que proporciona un acabado muy higiénico que cumple con la normativa específica para este tipo de entornos. Además se les aplica un acabado especial en forma de pulido, que debe de cumplir con unas determinadas normas y que le da a la superficie, tanto interior como exterior, una superficie tipo espejo muy brillante y sin rugosidades para que no se produzcan incrustaciones que contaminen el producto. Existen 3 tipos de tubería de acero inoxidable de uso industrial: De acero inoxidable con costura. De acero inoxidable sin costura. De acero inoxidable sanitario Acero: Los suministros de tuberías de acero galvanizado se encuentran comúnmente con los diámetros interiores a partir de la 1/2 " a 2 ", aunque los sistemas de la mayoría de los hogares unifamiliares no requerirán ninguna tubería más grande de 3/4". Los tubos tienen National Pipe Thread (NPT) es un estándar de rosca masculina, que conectan con los hilos de rosca femeninos en codos, tes, adaptadores, válvulas, y otros accesorios. El acero galvanizado (conocido a menudo simplemente como “galvanizado” o “hierro” en el mercado de la plomería) es relativamente costoso, difícil para trabajar debido al peso y al requisito de la National Pipe Threader, y sufre de una tendencia a la obstrucción debido a los depósitos minerales que se forman en el interior de la tubería. Sigue siendo común para la reparación de los sistemas existentes del 20 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos “galvanizado” y satisfacer los requisitos de la no-combustibilidad del código de edificio encontrados típicamente en hoteles, edificios de apartamento y otros usos comerciales. Es también extremadamente duradero. la tubería de acero ennegrecido laqueado es el material más ampliamente utilizado en tuberías para los sistema de regaderas contra incendios. Tubería de Acero al Carbono La tubería de acero al carbono es la elección para aplicaciones de alta presión. Se debe asegurar de especificar si la tubería es requerida soldada o sin costura así como el espesor de las paredes o cedula. El espesor de las paredes es esencial para que su tubería coincida con los requerimientos de presión de su operación. Recuerde que la tubería de acero al carbono es casi siempre solo suministrada al azar (18 – 22 pies) o doble azar (38 – 42 pies) de largo. Tubería de acero inoxidable Cuando el problema es la corrosión, su primera alternativa va a ser la tubería de acero inoxidable 304 o 316, la cual está disponible sin costura o soldada, con espesor de pared desde Cedula 10 hasta Doble extra fuerte. 3. Hormigón: - Simple - Armado - Pretensado 4. Asbesto – cemento 5. Cerámica: - Vidriada - Vitrificada 6. Cobre: - Rígido - Flexible Cobre: El grosor común de las tuberías de cobre son el “tipo K”, el “tipo L” y el “tipo M”; El tipo “M” es relativamente barato y de paredes relativamente delgadas y generalmente conveniente para el condensado y otro drenaje, pero generalmente ilegal para los usos de la presión, el tipo “L” tiene una sección de pared más gruesa, y se utiliza para el abastecimiento y la presión de agua en residenciales y edificios comerciales, el tipo “K” tiene la sección de pared más gruesa de los tres tipos de tubería de presión clasificadas y es de uso general para las tuberías subterráneas de profundidad tal como aceras y calles inferiores, con una capa conveniente de protección anti-corrosivo o una manga continua del polietileno según los requisitos de código. En el mercado de la 21 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos plomería el tamaño de la tubería de cobre es medido por su diámetro nominal (diámetro interior medio). Algunos negocios, técnicos en calefacción y refrigeración por ejemplo, utilizan el diámetro exterior (OD, siglas en inglés) para señalar tamaños del tubo de cobre. El OD del tubo de cobre es siempre 1/8 pulgada más grande que su tamaño nominal. Por lo tanto, 1 " tubo de cobre nominal y 1-1/8" de pulgada tubo ACR es exactamente el mismo tubo con diversas designaciones de tamaño. El grueso de pared del tubo, según lo mencionado arriba, nunca afecta el apresto del tubo. El tipo K el 1/2" tubo nominal, es del mismo tamaño que el tipo L el 1/2" tubo nominal (5/8 " ACR). Generalmente, los tubos de cobre se sueldan directamente en los accesorios de cobre o de latón, aunque la compresión, la encrespadura, o los accesorios de la flama también se utilizan. Antes, existían preocupaciones relacionadas con los tubos de cobre incluido el plomo usado (50% lata y 50% plomo) en la soldadura en los empalmes. 7. Plástico: - Rígido (policloruro de vinilo) - Flexible (polietileno) - Semirrígido Plásticos. La tubería plástica es ampliamente usada para el abastecimiento y drenaje doméstico de agua, basura, y tubería de respiradero (DWV). Por ejemplo, el cloruro de polivinilo (PVC), el cloruro de polivinilo tratado con cloro (CPVC), el polipropileno (PP), el polibuteno (PB), y el polietileno (el PE) se pueden permitir por el código para ciertas aplicaciones. 8. PVC o PVC/CPVC - tuberías plásticas rígidas similares a los tubos de desagüe del PVC pero con paredes más gruesas para ocuparse de la presión municipal del agua, introducida alrededor del 1970. El PVC se debe utilizar para el agua fría solamente, o respiradero, CPVC se puede utilizar para el abastecimiento de agua potable caliente y fría. Las conexiones se hacen con imprimaciones y cemento del solvente según los requisitos del código. PBT - (generalmente gris o azul) tubería plástica flexible que se une a los accesorios armados y se asegura en el lugar con un anillo de cobre en la encrespadura. El fabricante primario de la tubería y de las guarniciones de PBT fue conducido a la bancarrota por un pleito de la clase-acción sobre fallas de este sistema. Sin embargo, la tubería del PB y de PBT han vuelto al mercado y a los códigos, 22 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos típicamente primero para las “locaciones expuestas” por ejemplo las canalizaciones verticales. PEX - Cruz ligado al sistema del polietileno con los accesorios mecánicamente unidos que emplean lengüetas y accesorios prensados de acero o cobre. Poli tanques - cisternas plásticas del polietileno, tanques de agua subterráneos, sobre tanques de agua subterránea, son hechas de polietileno lineal conveniente como tanque de almacenaje de agua potable, disponible en blanco, negro o verde, aprobado por la NSF y hechas de materiales aprobados por la FDA. Aqua - conocido como PEX-Al-PEX, porque su emparedado de PEX/aluminum - tubería de aluminio intercalada entre las capas de PEX y conectada con los accesorios de compresión de latón. Las instalaciones hidráulicas precisan de materiales muy resistentes al impacto y a la vibración. Esos materiales son generalmente el cobre y el fierro galvanizado. La tubería de fierro galvanizado se utiliza cuando la tubería y piezas especiales se encuentran expuestas a la intemperie y al paso de las personas y maquinaria o equipo que pudieran golpearla de manera accidental. La tubería de cobre es empleada en instalaciones ocultas o internas, ya que resiste muy bien la corrosión y sus paredes son lisas, por lo que reducen las pérdidas de carga. Para evitar que se dañe, por ser menos resistente al trabajo intenso, es conveniente localizar la tubería en el interior de la construcción. Algunos factores importantes para elegir el material adecuado para la instalación que se va a diseñar son: el costo del mismo, la mano de obra calificada que se puede requerir, la disponibilidad del material, así como su durabilidad. Por lo que al costo se refiere, el cobre supera en mucho al del fierro galvanizado. También requiere de un instalador más especializado que el que instala fierro galvanizado. El cobre tiene la propiedad de recubrirse al contacto del aire, con una capa de oxido que no penetra en el metal; es superficial y lo protege indefinidamente. Aprovechando las cualidades del metal, de poder ser fácilmente trabajado en frío y de que con este trabajo va adquiriendo una dureza paulatina, las tuberías hechas con cobre permiten una forma de unión muy resistente con la llamada soldadura capilar, con materiales de bajo punto de fusión, eliminando la tradicional rosca usada en otros tipos de tuberías y reduciendo, por consiguiente, el espesor de la pared del tubo. 23 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos Existen en el mercado, tres tipos de tubería de cobre para instalaciones hidráulicas, el tipo "M" el tipo "L" y el tipa "K". Los tipos de tubería de cobre que mayor uso tienen en las instalaciones comunes son los dos primeros. El tipo "M" es fabricado en longitudes estándar (6.10 m), de pared delgada, con diámetros nominales de 9.5 mm (3/8") y 51 mm (2"). Este tipo satisface las necesidades normales de una instalación hidráulica de una casa o edilicio y soporta con un gran margen de seguridad las presiones usuales utilizadas en dichas construcciones. El tipo “L" tiene la pared un poco mas gruesa que el tipo anterior y es fabricado en longitudes de 6.10 m y en rollos de 15 m. Normalmente, este tipo se emplea cuando las exigencias de la instalación son más severas, por ejemplo, servicio de agua caliente o vapor en hoteles o baños públicos, gas, instalaciones de refrigeración, etc. El tipo "K" es empleado para instalaciones industriales y el espesor de su pared es aun más gruesa que la del tipo anterior. Se caracteriza por tener gran resistencia a las altas presiones. Tipos de tuberías más usuales, con su rugosidad y tipo de unión TIPO TUBERÍA RUGOSIDAD EN METROS COEFICIENTE DE MANNING COEF. DE HAZEN WILLIAMS DIÁMETROS COMERCIALES EN PULGADAS 1/2 - 3/4 - 1 - 1 1/4 1 1/2 - 2 - 2 1/2 - 3 - 4 - 6 - 8 - 10 - 12 - 14 TIPOS DE UNIÓN PVC LISO* 0.009 150 Soldadura disolvente (unión química ) - Conexiones campana y espigo a presión Campana espigo - A presión con empaque de caucho Mecánicas - Bridadas - De bola -De rosca - Victaulic Dresser Campana espigo - A presión con empaque de caucho Mecánicas - Bridadas - De bola -De rosca - Victaulic Dresser HIERRO GALVANIZA DO 0.00015 A 0.00020 0.015 130 1/2 - 3/4 - 1 - 1 1/4 - 1 1/2 - 2 - 3 - 4 HIERRO FUNDIDO 0.00025 A 0.00050 0.013 130 1/2 - 3/4 - 1 - 1 1/4 - 1 1/2 - 2 - 3 - 4 ACERO 0.0004 A 0.0006 0.012 140 1/2 - 3/4 - 1 - 1 1/2 - 2 - 2 1/2 - 3 - 4 - 5 - 6 - 8 - 10 - 12 - 16 - 18 - 20 - 24 - 30 1/4 - 3/8 - 1/2 - 3/4 1 - 1 1/4 - 1 1/2 - 2 2 1/2 - 3 - 4 A presión - Mecánicas Soldadura – Remachada COBRE LISO** 0.011 140 Campana - De rosca – Mecánica 24 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos Tuberías especificas Tubería Pared delgada: • Tubo de hierro galvanizado sin rosca Tubería pared de hierro cédula 40: • Tubo de hierro galvanizado con rosca • Tubo de aluminio pared gruesa con rosca • Tubería de aluminio cédula 40 Tubería Flexible: • Tubería flexible metálica • Tubería flexible metálica (forro de PVC) • Tubería de plástico (poliducto) Tubería Cédula 40 forrada de PVC: • Tubo de hierro galvanizado con rosca • Tubo de aluminio pared gruesa con rosca • Tubo de aluminio pared gruesa con rosca 25 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos BOMBAS Se denomina Bomba a un dispositivo empleado para elevar, transferir o comprimir líquidos y gases, donde las bombas empleadas para gases y vapores suelen llamarse compresores. Pueden estructurarse de la siguiente manera: Máquinas hidráulicas, donde el fluido no varía sensiblemente de densidad en su paso a través de la máquina, por lo cual en el diseño y estudio de la misma se hace la hipótesis de que la presión es constante. MÁQUINAS DE DESPLAZAMIENT O POSITIVO MÁQUINAS HIDRAULICAS TURBOMÁQUINAS MOTORAS TURBINAS HIDRAULICAS MÁQUINAS DE FLUIDO PARA LIQUIDOS BOMBAS GENERADORAS PARA GASES: VENTILADORES MÁQUINAS TÉRMICAS Siguiendo distintos criterios, pueden clasificarse de la siguiente manera: SEGÚN EL SENTIDO DE LA TRANSMISIÓN DE LA ENERGÍA Estas a su vez se pueden clasificar en los siguientes tipos: MÁQUINAS GENERADORAS MÁQUINAS MOTORAS MÁQUINAS REVERSIBLES Comunican energía mecánica al fluido, como ocurre con las bombas, los compresores y hélices. Extraen energía mecánica del fluido, como ocurre con las turbinas hidráulicas, las turbinas de vapor, las turbinas de gas y las aeroturbinas. Su diseño les permite funcionar alternativamente como máquinas generadoras o motoras como por ejemplo: los grupos turbina-bomba de las centrales de acumulación por bombeo. 26 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos MÁQUINAS TRANSMISORAS Transmiten energía entre dos sistemas mecánicos o de fluidos, combinando una máquina motora y otra generadora. Pueden citarse los acoplamientos fluidos, los convertidores de par , las transmisiones hidráulicas, neumáticas y turbocompresores. La función de estas máquinas puede ser la transmisión o cambio de un par, el cambio de una velocidad de giro, evitando la transmisión de vibraciones y otros problemas de conexiones mecánicas. El funcionamiento de estas máquinas puede ser: eje-bomba-fluidoturbina-eje, o fluido-turbina-eje-bomba-fluido. SEGÚN LA COMPRESIBILIDAD DEL FLUIDO MÁQUINA HIDRAÚLICA: Donde el fluido es un líquido sin cambio de fase o de un gas en que las diferencias de presión y los efectos térmicos son despreciables, la máquina en cuestión. Si sucede lo contrario, se denomina MÁQUINA TÉRMICA. SEGÚN EL PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Por el cual pueden distinguirse los siguientes tipos: MÁQUINAS ROTODINAMICAS O TURBOMAQUINAS En ellas se produce un intercambio de cantidad de movimiento entre el fluido y la máquina a través de una pieza giratoria, llamada rotor o rodete. En las que el intercambio de energía es sobre todo en forma de presión mediante el paso del fluido a través de una cámara de trabajo, en la que entra y sale un proceso alternativo. El órgano de trabajo es el elemento desplazador y no hay comunicación simultanea a través del fluido entre la entrada y la salida. Estas máquinas se pueden clasificar en alternativas y rotoestáticas. MÁQUINAS GRAVIMÉTRICAS Son de menor interés, se pueden complementar la clasificación con aquellas máquinas cuyo intercambio de energía sea sobre todo del tipo potencial gravimétrico, como la rueda hidraúlica o el tornillo de Arquímedes. MÁQUINAS DE DEZPLAZAMIENTO POSITIVO 27 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos Tornillo de Arquímedes Bomba de remontado 28 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos BOMBAS ROTODINÁMICAS Estas son siempre rotativas. Su funcionamiento se basa en la ecuación de Euler; y su órgano transmisor de energía se llama: RODETE Se llaman rotodinámica porque su movimiento es rotativo y dinámico de la corriente juega un papel esencial en la transmisión de energía. Clasificación de las bombas rotodinánicas: 1. Según la dirección del flujo: Bombas de flujo radial Bombas de flujo axial Bombas de flujo radioaxial 2. Según la posición del eje: Bombas de eje horizontal Bombas de eje vertical Bombas de eje inclinado 3. Según la presión engendrada: Bombas de baja presión Bombas de mediana presión Bombas de alta presión 4. Según el número de flujos: Simple aspiración o de un flujo De doble aspiración de de dos flujos 5. Según el número de rodetes: De un escalonamiento De varios escalonamientos. Elementos: 1. Rodete.- Es el elemento principal de la bomba rotodinámica que gira solidario a un eje y está compuesto de alabes que sirve para impartir energía al fluido, también se le llama impulsores. 2. Corona directriz.- Es un elemento de alabes fijos solidario a la parte lateral de la caja espiral tiene la forma de una corona ubicado a la salida del rodete su función es la de orientar el flujo de salida del rotor hacia la caja espiral a fin de reducir las pérdidas de choque así mismo tiene la función de transformar la energía cinética en energía de presión. 3. Caja espiral.- Es la cubierta de la bomba además de servir como protector tiene la función de transformar energía cinética en energía de presión y tiene la forma de espiral. 29 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos 4. Tubo difusor troncocónico.- Es el que realiza una tercera etapa de difusión o sea de transformación de energía dinámica en energía de presión. MÁQUINAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO Clasificación: a) Bombas Reciprocantes b) Bombas Rotoestáticas BOMBAS DE RECIPROCANTES: La bomba de émbolo es una bomba de desplazamiento positiva, diseñada para bombear altos contenidos de sólidos (sólidos del 18-20 %), que comúnmente se encuentran en influentes no tratados. Esta tecnología está especificada para bombear efluente (derrames), así como para descargas industriales. Juntas con las bombas de cavidad progresivas que han existido desde los años 30, la bomba de émbolo comenzó primero bombeando lodos municipales en los años 20. Hasta 2008, hay más de 18.000 bombas de émbolo en operación en todo el mundo. 30 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos Aquí algunos tipos de bombas de émbolo: Bomba de lóbulos BOMBAS ROTOESTATICAS Máquinas rotoestáticas: son máquinas de desplazamiento positivo dotadas de movimiento rotativo. Estas máquinas se construyen en inmensa variedades de modelos y continuamente aparecen nuevos tipos. Se basan en el principio del desplazamiento positivo, por tanto, aunque tienen movimiento rotativo como las turbomáquinas, el principio hidráulico de funcionamiento es el mismo que el de una bomba de émbolo, y su funcionamiento no se basa en la ecuación de Euler Constan de un estator y de un rotor, dotado este último de paletas, émbolos, etc., según el tipo de máquina. Son máquinas hidráulicamente reversibles, aunque excepcionalmente mecánicamente algunas no lo sean. 31 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos Se clasifican según el órgano desplazador en: o o o Máquinas de émbolos Máquinas de engranajes Máquinas de paletas Las figuras siguientes son ejemplo de ese tipo de bombas: Bomba de lóbulos 32 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos A C C E S O R I O S Son las piezas que se usan para unir tramos de tuberías. Su uso puede ser para cambiar de diámetro o de dirección y para unir tramos de tuberías o suministrar unión de tuberías en bifurcaciones. Se agrupan en tres clases generales: roscados, soldados y de bridas; aunque también puede agruparse particularmente por su uso, es decir: tuberías de hierro fundido, de cobre y para tubos de plástico. Los accesorios se especifican por el diámetro nominal de la tubería, el nombre del accesorio y el material. Ejemplo una T usa diferentes diámetros de unión por lo que habrá de especificar la apertura de mayor diámetro del ramal principal, seguido por la apertura opuesta y finalmente la salida. Accesorios Roscados: Se usan generalmente en instalaciones de tuberías de 2 ½ pulgadas de diámetro, o menos. Se usa un compuesto (aceite y plomo) en las conexiones roscadas como lubricante y para sellar cualquier irregularidad. (pagina 566 figura 25.4 Jensen) La rosca normalizada americana es de dos clases: cónica y paralela. La rosca cónica, tiene una conicidad de 1/16 por pulgada en las rocas externas o internas. Con esta conicidad se fija la distancia que la tubería entra en el accesorio y se asegura un acoplamiento ajustado. Se identifica esta rosca en los dibujos como NPT y se pueden dibujar con la conicidad o sin ella. Las roscas paralelas se identifican en los dibujos NPTS y se usan en casos especiales, así como también tienen el mismo número de filetes por pulgada que las cónicas. Se debe suponer que todas las roscas de tubería son cónicas a menos que se especifiquen lo contrario. Accesorios soldados: Se usan cuando las conexiones deben ser permanentes y en líneas de alta presión y temperatura. Otras ventajas sobre los accesorios de bridas o roscados son: las tuberías soldadas son más fáciles de aislar, se pueden colocar más cerca las unas de las otras y pesan menos. Los extremos de la tubería y los accesorios se biselan para poder acomodar la soldadura. Se pueden usar anillos de empalme cuando la tubería soldada se debe desmontar periódicamente. (pagina 568 dibujo 25.7 Jensen) Accesorios de bridas: Proporcionan una forma rápida de desarmar tuberías. Las bridas se unen a los extremos de las tuberías por medio de soldadura, rosca o solapándolas. Las caras de las bridas se acoplan 33 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos entonces por medio de pernos, cuyo tamaño y espaciamiento se determina por el tamaño y presión de trabajo de acoplamiento. (pagina 568 dibujo 25.8 Jensen) TIPOS DE UNIÓN PARA TUBERÍA Uniones tipo PVC Este tipo de unión tiene muchas ventajas con respecto a las otras uniones como resistencia a la corrosión, a la acción electrolítica que destruye las tuberías de cobre, las paredes lisas y libres de porosidad que impiden la formación de incrustaciones comunes en las tuberías metálicas proporcionando una vida útil mucho más larga con una mayor eficiencia, este tipo de uniones proporciona alta resistencia a la tensión y al impacto; por lo tanto pueden soportar presiones muy altas, como también pueden brindar seguridad, comodidad, economía. Este tipo de unión consiste en conexiones soldadas, son simples uniones con soldadura liquida. Estas mismas características la tiene la tubería CPVC que es para agua caliente. Procedimiento para instalar este tipo de uniones: 1. La ventaja que al cortar este material, deja bordes limpios sin filos agudos. 2. Se debe probar que el tubo al entrar a la unión debe quedar ajustado; si no probar con otra tubería. 3. Se debe limpiar las puntas del tubo con limpiador removedor, se debe hacer aunque aparente estar limpio. 4. Aplicar la soldadura generosamente en el tubo y muy poca en la campana de la unión. 5. No quitar el exceso de soldadura de la unión. En una unión bien hecha debe aparecer un cordón de soldadura entre la unión y el tubo. 6. Toda la aplicación desde el comienzo de la soldadura, hasta la terminación debe tardar más de un minuto. 7. Dejar secar la soldadura una hora antes de mover la tubería y esperar 24 horas para PVC y 48 horas para CPVC. Antes de someter la línea a la presión de prueba. 34 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos También existen tipos de uniones PVC roscadas, como adaptadores machos y adaptadores hembras, buje soldados-roscados, y universales. Estos tipos de uniones mencionados anteriormente son similares que para tubería CPVC (agua caliente). La diferencia entre estos tipos de material, para agua fría-presión PVC (poli cloruro de vinilo) y el CPVC agua caliente (poli cloruro de vinilo clorado). Este tipo de unión tiene muchas ventajas con respecto a las otras uniones como resistencia a la corrosión, a la acción electrolítica que destruye las tuberías de cobre, las paredes lisas y libres de porosidad que impiden la formación de incrustaciones comunes en las tuberías metálicas proporcionando una vida útil mucho más larga con una mayor eficiencia, este tipo de uniones proporciona alta resistencia a la tensión y al impacto; por lo tanto pueden soportar presiones muy altas, como también pueden brindar seguridad, comodidad, economía. Este tipo de unión consiste en conexiones soldadas, son simples uniones con soldadura liquida. Estas mismas características la tiene la tubería CPVC que es para agua caliente. Procedimiento para instalar este tipo de uniones: 1. La ventaja que al cortar este material, deja bordes limpios sin filos agudos. 2. Se debe probar que el tubo al entrar a la unión debe quedar ajustado; si no probar con otra tubería. 3. Se debe limpiar las puntas del tubo con limpiador removedor, se debe hacer aunque aparente estar limpio. 4. Aplicar la soldadura generosamente en el tubo y muy poca en la campana de la unión. 5. No quitar el exceso de soldadura de la unión. En una unión bien hecha debe aparecer un cordón de soldadura entre la unión y el tubo. 6. Toda la aplicación desde el comienzo de la soldadura, hasta la terminación debe tardar mas de un minuto. 7. Dejar secar la soldadura una hora antes de mover la tubería y esperar 24 horas para PVC y 48 horas para CPVC. Antes de someter la línea a la presión de prueba. También existen tipos de uniones PVC roscadas, como adaptadores machos y adaptadores hembras, buje soldados-roscados, y universales. 35 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos Estos tipos de uniones mencionados anteriormente son similares que para tubería CPVC (agua caliente). La diferencia entre estos tipos de material, para agua fría-presión PVC (poli cloruro de vinilo) y el CPVC agua caliente (poli cloruro de vinilo clorado). UNIONES DE TUBO GALVANIZADO Estos tipos de uniones presentan muchas desventajas con respecto a los otros materiales y más que todo con la tubería PVC, estas fueron mencionadas anteriormente cuando se hablaron de las propiedades físicas y químicas de tal tubería sin embargo la tubería galvanizada se usa para agua fría y caliente; se acoplan normalmente mediante roscas las cuales se les debe poner teflón antes de unirse para evitar la fuga del agua. En los tipos de uniones que a la vez son accesorios e igualmente que en las otras tuberías se presentan uniones universales, reducciones de copa recta, reducciones macho, uniones rectas. Etc. Las pueden venir en las mismas dimensiones que las demás tuberías. UNIONES DE COBRE Este tipo de tuberías es utilizado para redes de gas o conducción de agua caliente, se presenta en dos tipos tubería de cobre rígida y flexible. Las uniones para tubería rígida de cobre, se presentan en muchos modelos como unión normal, reducciones rectas, racores, etc. Para soldar este tipo de uniones se utiliza una pasta especial para cobre no corrosiva (no ácida) hay dos tipos: soldaduras blandas nro 50 y nro95. UNION DE TUBERÍA DE COBRE RIGIDA POR SOLDADURA Soldadura de 50 partes de estaño y 50 partes de plomo funde a 183c No. 95. liga de 95 partes de estaño y 5 partes de antimonio, funde a 230 Oc. PROCEDIMIENTO PARA SOLDAR TUBERÍAS RÍGIDAS. 1. 2. 3. 4. Cortar el tubo con cortador de disco o segueta fina. quitar las rebadas con lima o escariador o con el cortador de disco. Limpiar el extremo del tubo al interior y exterior con lana de acero. Aplicar una capa delgada y uniforme de pasta para soldadura al exterior del tubo y al interior de la unión que lo va a recibir. 5. Se empalma el tubo a la unión hasta el tope. Este tipo de soldadura se debe hacer con soplete de llama. 6. Aplicar la llama del soplete a la unión y no al tubo para así garantizar que la soldadura quede uniforme en todo el trabajo. 7. Alcanzada la temperatura se funde la soldadura y llena todo el espacio capilar, El exceso de soldadura se limpia con estopa o tela seca. 36 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos UNIONES EN TUBERÍA FLEXIBLE Metodología para acoplar la tubería de cobre flexible 1. Desenrollar adecuadamente la tubería. 2. Usar el corta tubo adecuado, aceitar con aceite la cuchilla. 3. Remover y limpiar con la rima que lleva el corta tubo, la revada interior que quede del corte. 4. Introducir el extremo del tubo en el orificio adecuado del bloque de la herramienta de expansión. 5. Apretar el cono de expansión sobre la parte del tubo que sobresale hasta que asiente aquel sobre el bisel formado. Lubricar cono. 6. Unir y colocar todos los accesorios que trae el racor unión como anillos, tuercas, etc. Este sistema se puede unir mediante soldadura si uno de los extremos es ensanchado TUBERÍAS UNIDAS MEDIANTE BRIDAS O PERNOS Estas son muy comunes, consiste en una serie de pernos pasando de lado a lado alrededor de un circulo en especie de platinas soldadas ala tubería en la mitad de la unión lleva un empaque o una platina esta de acuerdo para controlar el paso del agua. Esta son apretadas mecánicamente por medio de tuercas. 37 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos VÁLVULAS Las válvulas son un accesorio que se utiliza para regular y controlar el fluido de una tubería. Este proceso puede ser desde cero (válvula totalmente cerrada), hasta de flujo (válvula totalmente abierta), y pasa por todas las posiciones intermedias, entre estos dos extremos. El tipo de válvula dependerá de la función que debe efectuar dicha válvula: o o o De cierre( bloqueo) De estrangulación Para impedir el flujo inverso ( de retención) Lo anterior se debe determinar según las necesidades de la unidad y del sistema para el cual se destina la válvula. Dado que hay diversos tipos de válvulas disponibles para cada función, también es necesario determinar las condiciones del servicio ñeque se emplearán las válvulas. Es de importancia primordial conocer las características químicas y físicas de los fluidos que se manejan. Prestar atención a: El tipo de servicio: Líquidos. Gases. Líquidos con gases. Líquidos con sólidos. Gases con sólidos. Vapores generados instantáneamente por la reducción en a presión del sistema. Con corrosión o sin corrosión. Con erosión o sin erosión. Una vez definidas las funciones y el tipo de servicio, se puede seleccionar el tipo de válvula usando la lista de la clasificación de válvulas. TIPOS: Las válvulas pueden ser de varios tipos según sea el diseño del cuerpo y el movimiento del obturador. Las válvulas de movimiento lineal en las que el 38 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos obturador se mueve en la dirección de su propio eje se clasifican como se especifica a continuación. o Válvula de Globo. Siendo de simple asiento, de doble asiento y de obturador equilibrado respectivamente. o Válvula en Angulo. Permite obtener un flujo de caudal regular sin excesivas turbulencias y es adecuada para disminuirla erosión cuando esta es considerable por las características del fluido o por la excesiva presión diferencial. Válvula de tres vías. Este tipo de válvula se emplea generalmente para mezclar fluidos, o bien para derivar un flujo de entrada dos de salida. Válvula de Jaula. Consiste en un obturador cilíndrico que desliza en una jaula con orificios adecuados a las características de caudal deseadas en la válvula. Válvula de Compuerta. Esta válvula efectúa su cierre con un disco vertical plano o de forma especial, y que se mueve verticalmente al flujo del fluido. o o o o o Válvula en Y. Es adecuada como válvula de cierre y de control. Como válvula todo-nada se caracteriza por su baja perdida de carga y como válvula de control presenta una gran capacidad de caudal. Válvula de Cuerpo Partido. Es una modificación de la válvula de globo de simple asiento teniendo el cuerpo partido en dos partes entre las cuales esta presionado el asiento. 39 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos o o o o o Válvula Saunders. El obturador es una membrana flexible que a través de un vástago unido a un servomotor, es forzada contra un resalte del cuerpo cerrando así el paso del fluido. Válvula de Compresión. Funciona mediante el pinzamiento de dos o más elementos flexibles, por ejemplo, un tubo de goma. Válvula de Obturador excéntrico rotativo. Consiste en un obturador de superficie esférica que tiene un movimiento rotativo excéntrico y que esta unido al eje de giro por uno o dos brazos flexibles. Válvula de obturador cilíndrico excéntrico. Tiene un obturador cilíndrico excéntrico que asienta contra un cuerpo cilíndrico. Válvula de Mariposa. El cuerpo está formado por un anillo cilíndrico dentro del cual gira transversalmente un disco circular. o o o Válvula de Bola. El cuerpo de la válvula tiene una cavidad interna esférica que alberga un obturador en forma de bola o esfera. Válvula de Orificio Ajustable. El obturador de esta válvula consiste en una camisa de forma cilíndrica que esta perforada con dos orificios, uno de entrada y otro de salida y que gira mediante una palanca exterior accionada manualmente o por medio de un servomotor. Válvula de Flujo Axial. Las válvulas de flujo axial consisten en un diagrama accionado reumáticamente que mueve un pistón, el cual a su vez comprime un fluido hidráulico contra un obturador formado por un material elastómero. La selección del tipo de válvula depende principalmente de las condiciones del servicio que vaya a proporcionar. 40 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos 41 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos TES Son accesorios que se fabrican de diferentes tipos de materiales, aleaciones, diámetros y schedulle y se utiliza para efectuar fabricación en líneas de tubería. Tipos: Diámetros iguales o te de recta. Reductora con dos orificios de igual diámetro y uno desigual. Características: Diámetro.- Las tes existen en diámetros desde ¼'' " hasta 72'' " en el tipo Fabricación. Espesor. Este factor depende del espesor del tubo o accesorio a la cual va instalada y ellos existen desde el espesor fabricación hasta el doble extrapesado. Aleación. Las mas usadas en la fabricación son: acero al carbono, acero inoxidable, galvanizado, etc. Juntas. Para instalar las te en líneas de tubería se puede hacer, mediante procedimiento de rosca embutible-soldable o soldable a tope. Dimensión. Es la medida del centro a cualquiera de las bocas de la te. Se describe como un tipo de empalme para tuberías industrial. Es principalmente usado para combinar o dividir el caudal de un fluido. Las uniones en T más comunes tienen el mismo tamaño de entrada y salida, pero las uniones en T de reducción también están disponibles. Como fabricante profesional de uniones en T en China, en Ahad podemos ofrecer T rectas y T de reducción de alta calidad a los clientes de todo el mundo. De acuerdo a diferentes materiales, tenemos uniones en T de hierro fundido, T de carbón, T de acero y T de aleación de aluminio. Debido a su calidad superior y bajo precio, nuestros productos son muy populares en Italia, Bélgica, Estados Unidos, Chile, Bolivia, Emiratos Árabes Unidos, Brasil, Corea del Sur, India, etc. Procesos industriales Curvatura, apretado, prensado, forjado, maquinado, etc. Industrias atendidas Nuestras uniones en T son ampliamente usadas en muchas industrias, como generación de energía, petróleo, gas natural, químicos, construcción de navíos, calefacción, confección de papel, metalurgia, etc. 42 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos Especificaciones de las uniones en T Rango de producción Tubo T sin costura Diámetro externo Grosor de la pared Tipo de producto 1/2″~32″ 4mm~200mm T recta, T de reducción Tubo T 6″~60″ 1. Uniones en T rectas Breve introducción de las uniones en T rectas: La mayoría de las T rectas en el mercado están soldadas y las líneas de soldadura están gastadas, lo que no está permitido en la fabricación de componentes de tuberías de presión. Pero las T rectas de Ahad (OD ½’’ – 60’’) están formadas en un proceso. Hemos adoptado equipos y tecnologías avanzadas en la producción de nuestros tubos T, que pueden mejorar la calidad del producto, disminuir el tiempo de procesamiento y reducir los costos. Tamaño de las uniones en T rectas: T recta sin costura: 1/2″~32″ T recta: 6″~60″ DN15~DN800 DN150~DN1500 Grosor de la pared Grosor máx. de la pared: 200mm Materiales de las uniones en T rectas: Acero al carbón: ASTM/ASME A234 WPB-WPC Aleación: ASTM/ASME A234 WP 1-WP 12-WP 11-WP 22-WP 5-WP 91-WP 911 Acero inoxidable: ASTM/ASME A403 WP 304-304L-304H-304LN-304N ASTM/ASME A403 WP 316-316L-316H-316LN-316N-316Ti ASTM/ASME A403 WP 321-321H ASTM/ASME A403 WP 347-347H Acero de baja temperatura: ASTM/ASME A402 WPL 3-WPL 6 Acero de alto rendimiento: ASTM/ASME A860 WPHY 42-46-52-60-65-70 Estándares de las uniones en T rectas: GB/T12459-2005 GB/T13401-2005 GB/T10752-2005 SH/T3408-1996 SH/T3409-1996 SY/T0609-2006 SY/T0518-2002 SY/T0510-1998 DL/T695-1999 DL/T473-1992 GD2000 GD87-1101 HG/T21635-1987 HG/T21631-1990 ASME B16.9-2007 ASME B16.25-2007 MSS SP 75-2008 MSS SP 43-2008 CSA Z245.11-05-2005 EN10253-1-1999 EN10253-2-2007 EN10253-3-2008 EN10253-4-2008 DIN2615-1-1992 DIN2615-2-1992 BS1640-1-1962 BS1640-2-1962 BS1640-3-1968 BS1640-4-1968 BS1965-1-1963 GOST17376-2001 AFNOR NF A 49-289-1990 AFNOR NF A 49-170-1-1999 AFNOR NF A 49-170-2-2009 AFNOR NF A 49-170-3-2009 AFNOR NF A 49-170-4-2009 ISO3419-1981 ISO5251-1981 JIS B2311-2009 JIS B2312-2009 JIS B2313-2009 43 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos 2. Uniones en T de reducción Tamaño de las uniones en T de reducción: T de reducción sin costuras: 1/2″~32″ T de reducción:6″~60″ Grosor de la pared Grosor máx. de la pared: 200mm Materiales de las uniones en T de reducción: Acero de carbón: ASTM/ASME A234 WPB-WPC Aleación: ASTM/ASME A234 WP 1-WP 12-WP 11-WP 22-WP 5-WP 91-WP 911 Acero inoxidable: ASTM/ASME A403 WP 304-304L-304H-304LN-304N ASTM/ASME A403 WP 316-316L-316H-316LN-316N-316Ti ASTM/ASME A403 WP 321-321H ASTM/ASME A403 WP 347-347H Acero de baja temperatura: ASTM/ASME A402 WPL 3-WPL 6 Acero de alto rendimiento: ASTM/ASME A860 WPHY 42-46-52-60-65-70 Estándares de las uniones en T de reducción: GB/T12459-2005 GB/T13401-2005 GB/T10752-2005 SH/T3408-1996 SH/T3409-1996 SY/T0609-2006 SY/T0518-2002 SY/T0510-1998 DL/T695-1999 DL/T473-1992 GD2000 GD87-1101 HG/T21635-1987 HG/T21631-1990 ASME B16.9-2007 ASME B16.25-2007 MSS SP 75-2008 MSS SP 43-2008 CSA Z245.11-05-2005 EN10253-1-1999 EN10253-2-2007 EN10253-3-2008 EN10253-4-2008 DIN2615-1-1992 DIN2615-2-1992 BS1640-1-1962 BS1640-2-1962 BS1640-3-1968 BS1640-4-1968 BS1965-1-1963 GOST17376-2001 AFNOR NF A 49-289-1990 AFNOR NF A 49-170-1-1999 AFNOR NF A 49-170-2-2009 AFNOR NF A 49-170-3-2009 AFNOR NF A 49-170-4-2009 ISO3419-1981 ISO5251-1981 JIS B2311-2009 JIS B2312-2009 JIS B2313-2009 T de reducción T recta 44 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos CODOS Un codo es un accesorio para tuberías instalado entre las dos longitudes del tubo para permitir un cambio de dirección, normalmente de 45º, 90º o 180º. También codos para tubos de 60º y otros codos usuales pueden ser fabricados a pedido especial. Los codos para tuberías pueden ser fabricados de muchos materiales, como hierro fundido, acero inoxidable, aleación de acero, acero al carbón, acero de alto rendimiento, metales no ferrosos, plásticos, etc. Los extremos a conectar los tubos deben ser maquinados por soldadura a tope, fusión, enroscados o encastrados. De acuerdo a su radio, la mayoría de los codos pueden ser divididos en codos de radio pequeño y codos de radio grande. Los codos de radio grande tienen un centro de distancia de terminación que es 1.5 veces el de NPS en pulgadas (R=1.5D), mientras que el de radio pequeño es igual a los NPS en pulgadas (R=1.0D). Especificaciones del codo para tuberías: Rango de producción Codo sin costura Diámetro externo Grosor de la pared Radio de curvatura Ángulo del producto 1/2″~32″ 4mm~200mm R=1D~10D 0°~180° Codo 6″~60″ Ejemplo de Codos: Codos de radio grande Codos de radio pequeño Codos 2.5 D Codos 3D 45 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos COPLES El cople es un elemento el cual sirve para transmitir potencia mecánica, es decir transmite movimiento angular debido al torque que induce transmite una máquina matriz a una máquina conducida, además sirve para proteger al equipo instalado, absorbiendo vibraciones, impactos, dilataciones térmica axiales en las flechas, flotación axial, desalineamientos y exceso de torque. Para poder seleccionar un cople adecuadamente se necesita investigar la aplicación, la potencia de trabajo, las revoluciones por minuto de trabajo, los diámetros de flecha del equipo tanto como motriz como conducido y el espacio disponible. Los coples tienen un sin fin de aplicaciones, se utilizan en cualquier parte donde se requiera transmitir potencia mecánica, por ejemplo: para acoplar un motor a una bomba, una turbina a una bomba, de una turbina a un compresor, en molinos de laminación, en torres de enfriamiento, en industrias papeleras. En forma general los coples se pueden encontrar en el mercado son: metálicos y elastoméricos. Los coples metálicos pueden ser lubricados y no lubricados, así mismo nos podemos encontrar coples elastoméricos con trabajo a corte y a compresión Un cople rígido es un elemento que une dos flechas, sin embargo no acepta nada de desalineamiento, las aplicaciones comunes son en donde se requiera hacer una extensión de flechas como en el caso de coples para mezcladores, grúas viajeras, etc. Materiales del acople de soldadura Acero al carbón: A105 Aleación: A182 F 1-F 2-F 5-F 9-F 10-F 91-F 92-F 122-F 911-F 11-F 12-F 21-F 22 Acero inoxidable: A182 304-304H-304L-304N-304LN 316-316H-316L-316N-316LN 321-321H 347-347H Acero de baja temperatura: A522 A707 Grade L 1-L 2-L 3-L 4-L 5-L 6-L 7-L 8 Acero de alto rendimiento: A694 F 42-F 46-F 48-F 50-F 52-F 56-F 60-F 65-F 70 46 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos Estándares del acople de soldadura BS3799-1974 Procesos industriales Forjado, Maquinado Acople de soldadura Acoples de soldadura: 1/8"~4" Acoples de soldadura: DN6~DN100 DN6~DN80 1/8"~3" Acoples de soldadura: 1/8"~4" DN6~DN100 REDUCCION Boquilla de reducción Son accesorios de forma cónica, fabricadas de diversos materiales y aleaciones. Se utilizan para disminuir el volumen del fluido a través de las líneas de tuberías. TIPOS: Estándar concéntrica. Es un accesorio reductor que se utiliza para disminuir el caudal del fluido aumentando su velocidad, manteniendo su eje. Estándar excéntrica. Es un accesorio reductor que se utiliza para disminuir el caudal del fluido en la línea aumentando su velocidad perdiendo su eje. CARACTERÍSTICAS. Diámetro. Es la medida del accesorio o diámetro nominal mediante el cual se identifica al mismo, y varía desde ¼'' " x 3/8'' " hasta diámetros mayores. Espesor. Representa el grosor de las paredes de la reducción va a depender 47 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos de los tubos o accesorios a la cual va a ser instalada. Existen desde el espesor estándar hasta el doble extrapesado. Aleación. Es la mezcla utilizada en la fabricación de reducciones, siendo las más usuales: al carbono, acero al % de cromo, acero inoxidable, etc. Junta. Es el tipo de instalación a través de juntas roscables, embutibles soldables y soldables a tope. Dimensión. Es la medida de boca a boca de la reducción Concéntrica y excéntrica). . Tipos y códigos de superficie Extremo largo biselado-extremo pequeño plano BLE/PSE Extremo largo biselado-extremo pequeño roscado BLE/TSE Extremo largo plano-extremo pequeño roscado PLE/TSE Ambos extremos biselados BBE Ambos extremos planos PBE Ambos extremos roscados TBE Presión (Boquilla de reducción) CLASE 3000, CLASE 6000 Materiales de las boquillas de reducción Acero al carbón: A105 Aleación: A182 F 1-F 2-F 5-F 9-F 10-F 91-F 92-F 122-F 911-F 11-F 12-F 21-F 22 Acero inoxidable: A182 304-304H-304L-304N-304LN 316-316H-316L-316N-316LN 321-321H 347-347H Acero de baja temperatura: A522 A707 Grade L 1-L 2-L 3-L 4-L 5-L 6-L 7-L 8 Acero de alto rendimiento: A694 F 42-F 46-F 48-F 50-F 52-F 56-F 60-F 65-F 70 Procesos industriales Forjado, Maquinado. Industrias servidas Generación de energía, petróleo, gas natural, químicos, construcción de navíos, calefacción, confección de papel, metalurgia. 1. Boquillas redondas de reducción Tamaño 1/8"~4" DN6~DN100 Estándares BS3799-1974 2. Boquillas hexagonales de reducción Tamaño 1/8"~2" DN6~DN50 Estándares BS3799-1974 48 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos CURVAS PARA TUBERÍAS Son accesorios que tienen la función de conectar o unir dos puntos de una tubería o conducto en un ángulo de cambio o giro no brusco. Tamaño costura: 1/2″~24″ Curva: 6″~60″ DN15~DN600 DN150~DN1500 Curva sin Grosor de la pared Grosor máx. de la pared: 200mm Materiales de la curva para tubería: Acero al carbón: ASTM/ASME A234 WPB-WPC Aleación: ASTM/ASME A234 WP 1-WP 12-WP 11-WP 22-WP 5-WP 91-WP 911 Acero inoxidable: ASTM/ASME A403 WP 304-304L-304H-304LN-304N ASTM/ASME A403 WP 316-316L-316H-316LN-316N-316Ti ASTM/ASME A403 WP 321-321H ASTM/ASME A403 WP 347-347H Acero de baja temperatura: ASTM/ASME A402 WPL 3-WPL 6 Acero de alto rendimiento: ASTM/ASME A860 WPHY 42-46-52-60-65-70 Estándares de la curva para tubería: SY/T5257-2004 DL/T515-2004 GD2000 GD87-1101 ASME B16.49-2007 ASME B16.25-2007 Procesos industriales Curvatura, apretado, prensado, forjado, maquinado, etc. Industrias atendidas Nuestras curvas para tuberías son ampliamente usados en muchas industrias, como generación de energía, petróleo, gas natural, químicos, construcción de navíos, calefacción, confección de papel, metalurgia, etc. Especificaciones de la curva para tuberías Rango de producción 49 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos Curvas sin costura Diámetro externo Grosor de pared Radio de curvatura Ángulo del producto 1/2″~24″ 4mm~200mm R=3D~10D 0°~180° Curvas 6″~60″ Ejemplos de curva para tuberías Curva 3D de 30 grados Curva 3D de 45 grados Curva 3D de 60 grados Curva 3D de 90 grados Curva 4D de 30 grados Curva 4D de 45 grados Curva 4D de 60 grados Curva 4D de 90 grados Curva 5D de 30 grados Curva 5D de 45 grados 50 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos Curva 5D de 60 grados Curva 5D de 90 grados Curva 6D de 30 grados Curva 6D de 45 grados Curva 6D de 60 grados Curva 6D de 90 grados Curva 8D de 30 grados Curva 8D de 45 grados Curva 8D de 60 grados INTRUMENTACION MANOMETROS El manómetro es un instrumento utilizado para la medición de la presión en los fluidos, generalmente determinando la diferencia de la presión entre el fluido y la presión local. La gran variedad de manómetros existentes en el mercado, se ha originado por sus innumerables aplicaciones en la industria. Sin embargo el tipo más utilizado es el manómetro de Bourdon y sus variantes, aunque es necesario tener presente el intervalo de presiones en el que se trabaja y la exactitud que se requiera. Los manómetros industriales pueden dividirse según distintas características: Por su diámetro, es decir por el tamaño de la esfera en la que puede leerse la indicación de la presión para la que está diseñado el aparato. Los más corrientes son los siguientes diámetros nominales en mm.: 40, 50, 63, 80, 100,160 y 250 mm. 51 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos Los diámetros 40 y 50 mm. Son habitualmente utilizados en conducciones para presiones comprendidas entre 2,5 bar y 60 bar, y en modelos muy económicos con conexiones en latón, cajas protectoras en ABS y precisiones del 2,5%, aunque es posible su fabricación en otros rangos de presión, materiales y precisiones. Industrias típicas que utilizan estos manómetros son: reguladores de presión, neumática, industria contra incendios, etc. El diámetro 63 mm. Es habitual en la industria para conexiones de ¼, y el diámetro 100 para conexiones de ½. Es corriente su utilización en todos los materiales dependiendo de la aplicación a cubrir, desde aparatos en caja de ABS o acero, hasta manómetros fabricados íntegramente en acero inoxidable, pasando por los manómetros llenos de glicerina con conexiones en latón y caja protectora en acero inoxidable. Los diámetros 160 y 250 mm. Son habitualmente utilizados para aplicaciones de laboratorio y lo más común es que se fabriquen en acero inoxidable y/o en precisiones elevadas (0,5%, 0,25%,...etc.) Por su elemento sensible, es decir por el componente mecánico elástico utilizado como elemento que genere la deformación proporcional a la presión. Habitualmente la elección de ese componente está en función del rango de presión a medir Cápsula o membrana para presiones comprendidas entre 5 mbar y 600 mbar Fuelle: formado por un fuelle metálico con o sin resorte, y utilizado para medir presiones relativamente bajas ( hasta 7 bar) y presiones absolutas Tubo Bourdon para presiones comprendidas entre 1 bar y 60 bar 52 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos Manómetros de columna líquida Este tipo de manómetros es la forma más sencilla de dispositivo para medir presiones, donde la altura, carga o diferencia de nivel, a la que se eleva un fluido en un tubo vertical abierto conectado a un aparato que contiene un líquido, es una medida directa de la presión en el punto de unión y se utiliza con frecuencia para Mostar el nivel de líquidos en tanques o recipientes. Puede utilizarse el mismo principio con indicadores de tubo en U, en el cual, conocida la densidad del líquido empleado en él, la carga o altura constituye una medida de la presión relacionándola con la correspondiente a la atmosférica. La figura 1a muestra el manómetro fundamental de tubo en U. Otro dispositivo equivalente (figura 1b) , cuando es necesario ( como en el caso de la presión de un gas) que la presión se mida por la altura o carga de algún fluido distinto de aquel cuya presión se busca. Manómetros Estándar Manómetros de muelle tubular serie standard en diámetros 40,50,63,80,100 ó 160 mm. Montaje radial, posterior, borde dorsal, borde frontal o con brida, según modelos. Material de la caja: en plástico, acero pintado de negro ó acero inoxidable. Racord – tubo en latón (según modelos). Conexiones 1/8", 1/4",1/2 " GAS, según modelos (otras bajo demanda). Rangos de 0 – 0,6 bar a 0 – 1000 bar (según modelos) para vacío, vacío / presión o presión. Precisión clase 1 ó 1,6. Ejecuciones: Llenado de glicerina, contactos eléctricos, marcas personalizadas, ... etc. (Otras, consultar). 53 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos Manómetros de baja presión Manómetros a cápsula, serie BAJA PRESION. En diámetros 63, 100 ó 160. Montaje radial, posterior, borde dorsal o borde frontal (según modelos). Material: caja en acero pintado en negro o acero inoxidable. Record – cápsula en latón o acero inoxidable. Conexiones 1/4",1/2" GAS, según modelos. (Otras bajo demanda). Rangos de 0 – 2,5 mbar a 0 – 600 mbar (según modelos), para vacío, vacío / presión o presión. Precisión clase 1,6. Otras ejecuciones, consultar. Manómetros digitales. Manómetros digitales con sensor integrado o independiente. Rangos de 0 – 30 mbar a 0 – 2000 bar ó –1+2 bar a –1 +20 bar. Precisiones del ± 0,2 %, ± 0,1 % ó 0,05% sobre el fondo de escala. Opciones con selección de unidades, valor máximo y mínimo, tiempo de funcionamiento, puesta a cero, salida vía RS232 para volcado de datos y software. FLUJOMETROS Flujómetros Hay disponible una variedad de flujómetros para que cumplan con su aplicación. Hay disponibles caudales de 3 l/min (0,8 GPM) a 1500 l/min (400 GPM) en una variedad de estilos y materiales de cojinetes. El flujómetro 801 es un diseño versátil ideal para la mayoría de las aplicaciones entre 9,5 l/min (2,5 GPM) y 227 l/min (60 GPM). Las piezas que entran en contacto con el líquido son fabricadas de polipropileno relleno con fibra de vidrio, acero inoxidable y Viton®. 54 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos Presión nominal de 20 bar (300 PSI). Las conexiones de brida proporcionan un diseño sin roscas, a prueba de fuga y una versatilidad máxima de conexión de la tubería. Consulte las páginas 86 y 87 para la información sobre los adaptadores de brida. Turbina fácilmente extraíble para una limpieza y servicio rápidos. Cojinetes de rubí para una mayor durabilidad. Flujómetros estándar Construcción de nylon para una mayor durabilidad y resistencia a los productos agroquímicos. Varios tamaños permiten caudales de 3 a 1500 l/min (0,8 a 396 GPM). Conexiones de manguera o con rosca facilitan la instalación. Conjunto de sensor fácilmente extraíble para mantenimiento. Diseñado con cojinetes de acero inoxidable. Hay disponibles otros materiales de cojinete. Presión nominal de Flujómetros 20 bar (300 PSI). Otros tipos de flujometro: TERMOMETROS Se utilizan varios tipos de termómetros, según el margen de temperaturas a estudiar o la precisión exigida. Como ya hemos señalado, todos se basan en una propiedad termométrica de alguna sustancia: que cambie continuamente con la temperatura (como la longitud de una columna de líquido o la presión de un volumen constante de gas). Termómetros de líquido Los termómetros de líquido encerrado en vidrio son, ciertamente, los más familiares: el de mercurio se emplea mucho para tomar la temperatura de las personas, y, para medir la de interiores, suelen emplearse los dealcohol coloreado en tubo de vidrio. 55 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos Los de mercurio pueden funcionar en la gama que va de −39 °C (punto de congelación del mercurio) a 357 °C (su punto de ebullición), con la ventaja de ser portátiles y permitir una lectura directa. No son, desde luego, muy precisos para fines científicos. Termómetro de gas En un termómetro de gas de volumen constante el volumen del hidrógeno que hay en una ampolla metálica se mantiene constante levantando o bajando un depósito. La altura del mercurio del barómetro se ajusta entonces hasta que toca justo el indicador superior: la diferencia de los niveles (h) indica entonces la presión del gas y, a su través, su temperatura. Termómetros de resistencia de platino El termómetro de resistencia de platino depende de la variación de la resistencia a la temperatura de una espiral de alambre de platino. Es el termómetro más preciso dentro de la gama de −259 °C a 631 °C, y se puede emplear para medir temperaturas hasta de 1127 °C. Pero reacciona despacio a los cambios de temperatura, debido a su gran capacidad térmica y baja conductividad, por lo que se emplea sobre todo para medir temperaturas fijas. Pirómetros El pirómetro de radiación se emplea para medir temperaturas muy elevadas. Se basa en el calor o la radiación visible emitida por objetos calientes, y mide el calor de la radiación mediante un par térmico o la luminosidad de la radiación visible, comparada con un filamento de tungsteno incandescente conectado a un circuito eléctrico. El pirómetro es el único termómetro que puede medir temperaturas superiores a 1477 °C. Termómetro de Beckmann El termómetro diferencial de Beckmann tiene una escala de 30 cm de largo, aproximadamente, con una escala total de 5 6 6 grados C. en divisiones. de 0.01 de grado. Está construido de suerte que una parte del mercurio del bulbo puede ser trasladada a un depósito de manera que lleve el extremo de la columna de mercurio a la sección graduada para las zonas de temperaturas en que se han de medir las diferencias. Se emplea sólo para medir diferencias cle temperatura. La exactitud conseguida está entre 0.002 y 0.005 grados en la medida de cualquier intervalo dentro de los límites de la escala. 56 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos Termómetros industriales: Termómetros Analógicos de Penetración Termómetros de Refrigeración y Congelación Analógicos Termómetros para Uso en Hornos y Parrillas 57 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos Conclusión El conocimiento del equipo y el material utilizado en las labores y los sistemas que permiten el manejo de fluidos es de gran importancia para la industrial actual. El manejo de los accesorios y los instrumentos que se utilizan en la mecánica de fluidos permite darse una noción y comprender definiciones y conceptos, y aún más importante, identificar cuales son y para que sirven cada uno de ellos. En el mundo laboral se da por hecho el conocimiento de las herramientas con que se labora y el ingeniero que tiene una preparación practica en el uso y control del equipo y accesorios se asegura un buen comienzo con el mundo laboral en la industria. Por ello, se puede concluir que el conocimiento e identificación de los materiales que se implementan en la mecánica de fluidos y cualquier sistema que guarde relación con el manejo del flujo de un fluido, es de vital importancia para cualquiera que en ello desarrolle sus actividades. 58 Alex Humberto Carranza Reyes Ing. Eduardo Solís Pérez IQ1– V Mecánica de Fluidos Referencias Bibliográficas y Electrónicas o o o o o o o o o Crane. Flujo de Fluidos. McCraw-hill. http://www.baleros-ina.com/preguntas-frecuentes/63-acoplamientos http://www.pipefitting.es/1a-pipe-elbow.html http://www.arqhys.com/articulos/tuberia-materiales.html http://www.pipefitting.es/1c-pipe-tee.html#name2 http://www.pipefitting.es/1b-pipe-bend.html http://www.traeger-espanol.com/pipe_tube_distributor.html http://www.google.com.mx/#sclient=psyab&hl=es&source=hp&q=catalogo++indicadores+nivel&psj=1&oq=catalogo++in dicadores+nivel&aq=f&aqi=&aql=&gs_sm=e&gs_upl=19937l26672l0l26984l29l 20l0l6l5l9l1468l18063l714l14l0&bav=on.2,or.r_gc.r_pw.&fp=d37ffd5fb27185fa&biw=1280&bih=513 o o http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/medidores/manometro/manometr o.html http://www.pce-iberica.es/instrumentos-de-medida/metros/flujometros.htm 59