INTRODUCCION AL MANEJO DE LOS

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 siguienteclasificación:

LIQUIDOSFLUIDOS

GASES TIPO DE

MATERIALES GRANELES (áridos)

UNIDADES

RESIDUOS y DESPERDICIOS

MANEJO DE FLUIDOS (LIQUIDOS Y GASES)

PILARES PARA EL ESTUDIO, CALCULO Y DESARROLLO DE INSTALACIONES INDUSTRIALES PARA LA CONDUCCION DE FLUIDOS

• ELEMENTOS PARA LA CONDUCCION

• FUENTES DE ENERGIZACION

• CARACTERISTICAS DEL FLUIDO A MOVILIZAR

ELEMENTOS PARA LA CONDUCCION

CAÑOS y TUBOS

- STD. (NORMALIZADOS S/NORMAS INTERNACIONALES)- ESTRUCTURALES

FIGURA 1

CAÑO D.N. 1” SCH 40

FIGURA 2

TUBO D.E. 1” ESPESOR PARED 2,0 mm.

CAÑOS & TUBOSCARACTERISTICAS DIMENSIONALES

TIPOS DE MATERIALES Y CARACTERISTICAS GENERALES PARA

LA CONSTRUCCION DE INSTALACIONES INDUSTRIALES

1- METALICOS / NO METALICOS - DISTINTOS TIPOS Y NORMAS MAS UTILIZADAS

2- PROCESOS DE FABRICACION CON/ SIN COSTURA

3- CALCULO DE LOS DIAMETROS Y ESPESORES DE PARED REQUERIDOS

4- PAUTAS PARA LA SELECCIÓN DE CONDUCCIONES (TECNICAS Y $$$)

5- SELECCIÓN DEL TIPO DE UNION/UNIONES A EMPLEAR EN UNA INSTALACION

6- PROTECCION (INTERNA/EXTERNA) E IDENTIFICACION DE CONDUCCIONES

OTROS ELEMENTOS UTILIZADOS PARA LA CONDUCCION DE FLUIDOS

- DUCTOS (ACONDICIONAMIENTO AIRE, ETC.)- CANALIZACIONES VARIAS (ASEQUIAS)

FUENTES PARA LA ENERGIZACION DE FLUIDOS

LIQUIDOS

• GRAVEDAD

• EQUIPOS DE BOMBEO:

* BOMBAS CENTRIFUGAS* BOMBAS 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.)

GASES• COMPRESORES• VENTILADORES

GASES - AIRE COMPRIMIDO

• GASES REALES: el comportamiento de los gases realesdifiere en cierto modo del de los gases perfectos, diferenciaque depende de la presión y temperatura del gas,agudizándose con la densidad y la cercanía al punto decondensación. No obstante, en las aplicaciones prácticasusuales del “aire comprimido” se trabaja a presiones ytemperaturas tales que, con pequeños errores (menores al3%), puede considerárselo como un gas perfecto.

• El aire es un fluido compuesto por una mezcla en volumende: Nitrógeno (78%), Oxígeno (21%) y otros gases, (1%)

ATMOSFERA NORMAL DE REFERENCIA (A.N.R.)

• Como las características del aire pueden variar dentro delímites muy amplios en función de la presión y la temperatura,se hizo necesario fijar un estado normalizado que sirviera comoreferencia para comparación de situaciones. Así surgió la“Atmósfera Normal de Referencia” (A.N.R.), fijado por lasnormas ISO R554 en aire a una temperatura de 20 °C, unapresión de 1,013 bares y con un 65 % de humedad relativa. Apartir de entonces, salvo que se indique específicamente locontrario, se entiende que las características de los aparatosque trabajan con aire comprimido se dan sobre la base de suequivalencia 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

• 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 ºCp1= 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=20ºCP2=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 elcálculo 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= 6,81Valor 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 temp. 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 modernosconstituyen una forma económica y confiable para la obtención deaccionamientos rotativos. Son simples de conectar, ofrecen unaamplia variedad de tipos y marcas. En el mercado se dispone deequipos de una o dos velocidades. Su rendimiento es elevado,aproximadamente 80-90 %

• MOTORES HIDRAULICOS: estos motores son utilizados cuandose requieren bajas velocidades de accionamiento y un gran parmotor. Su costo resulta relativamente elevado, pero tienen laventaja de su gran robustez, capaz de soportar importantessobrecargas y la posibilidad que su velocidad pueda ser variada.Sus rendimientos son también bastante elevados, del orden del80-85 %

• MOTORES NEUMATICOS: estos motores se caracterizan, encomparación con los eléctricos, por poseer una gran relaciónpotencia/peso, es decir, son mucho mas livianos y pequeños que loseléctricos. Ofrecen también la ventaja de una fácil regulación develocidad; son capaces de soportar un trabajo muy exigente ysobrecargas de forma tal de llegar hasta su detención manteniéndolosdetenidos sin peligro alguno para su integridad y sin necesidad deelementos protectores. No producen chispas, por lo que pueden serempleados en ambientes peligrosos, inflamables o “explosivos”

No presentan el peligro de fallas de aislación que podrían fulminar a suoperador, por lo que, además, pueden ser utilizados con seguridad enambientes húmedos o en procesos que requieren el empleo de líquidos(procesos húmedos) . Su construcción es extremadamente sencilla y sincomplicaciones, lo que distancia y facilita las paradas pormantenimiento y reparaciones y que, por la misma razón, pueden serefectuadas por personal con experiencia elemental de mecánica y sinmayor especialización. Su rendimiento es muy inferior al de los motoreseléctricos siendo aproximadamente de 12 a 30 % como máximo.

MANEJO DEL AIRE COMPRIMIDO EN INSTALACIONES INDUSTRIALES

Generación

Almacenaje

Distribución

AlmacenajeUsuarios

+ 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 ACEITEALTERNATIVOS

SIN ACEITECOMPRESORES

DE PALETASROTATIVOS 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 almacenajey caudales simultáneos requeridos por la totalidad de procesos productivos involucrados.

CONDUCCION - CONSIDERACIONES GENERALES -

• Al igual que el resto de los materiales clasificados como fluidos, elaire comprimido puede ser conducido por cañerías y o tuberías.

• Por la existencia de agua en el mismo, ya sea por condensación oproducto de la propia generación y almacenaje, este fluido debetransportarse (cuando resulte posible) con instalaciones que poseanpendientes en su emplazamiento con el agregado de separadores decondensado 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 lacompañía por lo que sus instalaciones requieren de diseños,tratamientos, mantenimiento y usos racionales con el objeto deminimizar los costos de generación y disponibilidad del mismo.