DISEO DE ELEMENTOS DE EQUIPO

JOSE GONZALO PAREDES GARCA

NOVIEMBRE DEL 2009

INGENIERIA AMBIENTAL

Unidad Temas Pg. I.

Corrosin y Materiales

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Conceptos Generales 3 Definicin 3 Clasificacin de los Procesos de

Corrosin

3 Reacciones de la Corrosin 5 Mtodos de Medicin y Prevencin de la

corrosin

12 Materiales usados en los equipos 14 Seleccin de Materiales 15 Prcticas de Laboratorio 15 II. Equipos y accesorios de flujo de fluidos 19 Tuberas.

Vlvulas. Bombas. Agitadores. Compresores.

Ventiladores. Sopladores.

20 25 34 45 51 59 65

III. Tanques, recipientes y chimeneas 66 Tanques atmosfricos.

Recipientes a presin. Chimeneas.

67 70 76

IV. Dispositivos de control y seguridad. 85 Vlvulas de control.

Vlvulas de seguridad. Venteos atmosfricos.

86 87 90

V. Cambiadores de Calor 93 Clasificacin de intercambiadores y

partes principales. Diseo trmico. Diseo mecnico y especificacin.

94

101 105

VI. Equipos de manejo de slidos 110 Secadores.

Molinos. Transporte de slidos. Clasificadores.

111 120 130 142

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[Diseo d elementos de Equipo] | Ingeniera Ambiental

OBJETIVO

Comprende la informacin disponible y actualizada sobre los materiales comnmente usados para la fabricacin de los equipos de proceso.

UNIDAD I CORROSIN Y MATERIALES

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Conceptos Generales Corrosin: Es la transformacin indeseable de un material como consecuencia del medio que lo rodea. Se llaman agentes agresivos a aquellos que producen la corrosin, estos pueden ser: la atmsfera, el agua de mar, el aire hmedo, los vapores cidos, etc. El fenmeno de corrosin se extiende a todos los materiales; pero solamente se tendr en cuenta la corrosin metlica. Todos los metales pueden ser usados siempre que su velocidad de deterioro sea aceptablemente baja. De este modo en corrosin se estudia la velocidad con que se deteriora los metales y las formas en que dicha velocidad puede ser controlada. Clasificacin de los procesos de corrosin La corrosin se puede clasificar segn su morfologa o segn el medio en que se desarrolla es decir

Clasificacin segn la forma Cuando se quiere evaluar los daos producidos por la corrosin resulta muy conveniente la clasificacin segn la forma. a) Corrosin uniforme: El ataque se extiende en forma homognea sobre toda la superficie metlica y la penetracin media es igual en todos los puntos. Esta es la forma ms benigna de corrosin pues permite calcular fcilmente la vida til de los materiales corrodos. b) Corrosin en placas: Incluye los casos intermedios entre corrosin uniforme y corrosin localizada. El ataque se extiende ms en algunas zonas, pero se presenta an como un ataque general. c) Corrosin por picado: Durante el picado, el ataque se localiza en puntos aislados de superficies metlicas pasivas, propagndose hacia el interior del metal en forma de canales cilndricos. Este tipo de ataque, as como el intergranular y el fisurante, son las formas ms peligrosas bajo las cuales se puede presentar la corrosin. d) Corrosin intergranular: Se presenta como una franja estrecha de ataque que se propaga a lo largo de los lmites de grano. Corrosin fisurante: Se conoce como corrosin bajo tensiones. Se presenta cuando un metal est sometido simultneamente a la accin de un medio

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corrosivo y de tensiones mecnicas de traccin. Se forman fisuras que pueden ser intergranulares o transgranulares y que se propagan hacia el interior del metal, se puede llegar hasta la fractura del metal. La velocidad de propagacin oscila en general entre 1 y 10 mm/hora.

Clasificacin segn el medio a) Corrosin qumica: Bajo esta denominacin se estudian aquellos casos en que el metal reacciona con un medio no-inico (por ejemplo oxidacin en aire a altas temperaturas). Supongamos que exponemos una superficie metlica limpia a la accin del oxgeno, el metal comenzar a reaccionar con el oxgeno formando xidos. Por ejemplo una pieza de Fe (metal que presenta ms de una valencia) calentada al aire seco, por encima de 500C se oxida a apreciable velocidad formando una pelcula con la siguiente estructura:

Se han producido reacciones redox sin la intervencin de iones en solucin y no ha habido corrientes elctricas recorriendo el metal.

Si el grado de corrosin se expresa como aumento de peso (por el xido formado) por unidad de rea, se observa que la corrosin se propaga en forma lineal con el tiempo.

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b) Corrosin electroqumica: A temperatura ambiente la forma de corrosin ms frecuente y ms seria es de ndole electroqumica, este tipo de corrosin implica un transporte de electricidad a travs de un electrolito. En los procesos de corrosin electroqumica circulan, sobre el material expuesto a corrosin, corrientes elctricas. Durante la corrosin se cumplen las leyes de Faraday. Las causas ms frecuentes de estas corrientes elctricas son:

i) El contacto de dos materiales diferentes, tal como ocurre con el hierro en contacto con el cobre, el aluminio en contacto con el cobre, el cobre en contacto con el zinc, etc. La unin de dos partes de un mismo metal mediante un material de soldadura(Ej: Fe con Sn-Fe).

ii) Presencia de fases diferentes de una misma aleacin. (Ej: aceros inoxidables).

iii) Presencia de xidos conductores de electrones. Por ejemplo xido de laminacin en chapas de Fe.

iv) Diferentes grados de aireacin de una pieza metlica. v) Corrientes inducidas por circuitos elctricos mal aislados. Tal es el

caso de corrientes vagabundas en estructuras metlicas enterradas. vi) Impurezas, tensiones en el metal, etc.

Los factores anteriormente mencionados hacen que en el metal existan zonas de diferente potencial, es decir aparecen zonas andicas y zonas catdicas (microelectrodos) que convierten al cuerpo metlico junto con el medio agresivo en un gran conjunto de micropilas electroqumicas. El medio agresivo puede ser la delgada capa de humedad que casi inevitablemente recubre a todo cuerpo expuesto al aire atmosfrico. Reacciones que tienen lugar durante la corrosin

1) Reacciones andicas: (en zonas andicas) Las reacciones andicas que interesan son las de disolucin del material afectado, o sea, el pasaje de iones metlicos de la red metlica al medio corrosivo. Ejemplo:

Los electrones originan una corriente elctrica que circula dentro del metal (conduccin metlica). 2) Reacciones catdicas: (en zonas catdicas) Una de las reacciones catdicas ms importantes que se produce en los procesos de corrosin es la reduccin del oxgeno.

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Esta reaccin ocurre en casi todos los procesos de corrosin en medio acuoso. Otra reaccin catdica importante, en especial en los casos de corrosin en cidos o en ausencia de oxgeno es la de desprendimiento de hidrgeno: pH< 4.3

El hidrgeno formado en esta reaccin puede desprenderse y pasar al medio ambiente o puede ser absorbido por un metal en proceso de corrosin. En el segundo caso, el metal puede formar hidruros o fragilizarse. Otra reaccin catdica en zona bastante oxigenada puede ser:

Polarizacin Dado que el proceso de corrosin electroqumica corresponde a los procesos que tienen lugar en los electrodos de una pila galvnica, corresponde conocer los potenciales de los mismos cuando a travs de ellos circula corriente, es decir cuando el circuito se ha cerrado (pila cortocircuitada). La determinacin de los potenciales de los electrodos de una pila cuando por ellos circula corriente muestra que dichos potenciales varan apreciablemente. Esta variacin en el potencial de los electrodos cuando se hace circular corriente por los mismos, se conoce como polarizacin. Es decir que la polarizacin es el cambio en el potencial de un electrodo a medida que la corriente fluye de o hacia l. Existen diversas causas de la polarizacin entre ellas consideraremos: a) Concentracin inica localizada en las zonas andicas y catdicas aumentada o disminuida debido a que la difusin de iones en un medio lquido es lenta. b) Pelculas de superficie. Las pelculas de superficie pueden estar presentes desde antes del instante en que el metal y medio se pongan en contacto pero tambin pueden formarse posteriormente como productos de las reacciones de corrosin. Las sustancias que las constituyen pueden ser slidas (por ej: un producto andico insoluble, digamos, un xido) o gaseosas (por ej: pelculas o an burbujas de gases como oxgeno o hidrgeno). Estas pelculas disminuyen o impiden la difusin de iones o sustancias sin carga que forman parte den las reacciones de corrosin(por ej: la llegada de gas oxgeno). Si el electrodo se recubre completamente por una pelcula de este tipo, la corrosin ya no puede proseguir y entonces se dice que el metal est pasivado. c) Existen otras causas de polarizacin y las cuales suelen actuar simultneamente y la contribucin individual de cada una de ellas no es fcil de estimar.

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Curvas de Polarizacin Las curvas de polarizacin muestran la interdependencia entre el potencial de electrodo y la intensidad de corriente (relaciones i vs. E). Las curvas de polarizacin pueden determinarse aplicando una corriente constante y midiendo el potencial, repitiendo este procedimiento para diversos valores de corriente y midiendo en cada caso el nuevo potencial alcanzado. Otra forma de determinar la relacin i-E es aplicando un potencial constante y determinando la forma en que vara la corriente. Curvas de polarizacin andica. (E-log i) Formas posibles que puede tomar una curva de polarizacin andica

Si la sobretensin es pequea se suele observar una relacin lineal entre la sobretensin y el logaritmo de la corriente. En