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TUBOS Y TUBERÍASLos fluidos se transportan generalmente por el interior de tubos o tuberías de sección circular, que existen en una amplia variedad de tamaño, espesor de pared y materiales de construcción.

En general, las tuberías tienen pared gruesa, diámetro relativamente grande y se construyen en longitudes moderadas, comprendidas entre 6 y 12 metros. Los tubos son de pared delgada y generalmente se venden en forma de rollos de muchos metros de longitud. Los tubos metálicos se pueden roscar, mientras que las tuberías no. Las paredes de las tuberías son generalmente rugosas y, en cambio, los tubos tienen paredes muy lisas. Los tramos de tuberías se pueden unir por bridas o mediante accesorios soldados; las piezas de tubos se unen generalmente mediante accesorios. Por último, los tubos se fabrican por extrusión o laminación en frío, mientras que las tuberías metálicas se fabrican por soldadura o moldeo.

ACCESORIOS Y CONEXIONES

Los métodos para unir las piezas de tubos o tuberías dependen en parte de las propiedades del material, pero de manera especial en el espesor de la pared. Cuando se usan accesorios roscados se hace una rosca externa a los extremos del tubo usando una herramienta adecuada para hacer la cuerda de la rosca, muchas veces se utiliza la cinta teflón (politetrafluoroetileno) para asegurar un buen sello. Tramos de tuberías mayores de 2 pulgadas se conectan por medio de collarines o soldaduras, los collarines o bridas son discos o anillos que se complementan unidos por pernos y que comprimen una junta entre sus caras.

VALVULAS

Todas las válvulas tienen un propósito principal disminuir o detener el flujo de un fluido, algunas válvulas funcionan mejor en servicio de cerrado – abierto prendido – apagado, abiertas cerradas por completo, otras están diseñadas para suprimir o reducir la presión y la velocidad del flujo de un fluido, otras permiten el flujo en una sola dirección bajo ciertas condiciones de temperatura y presión.

VÁLVULAS DE COMPUERTA Y VÁLVULAS DE ASIENTO

En una válvula de compuerta el diámetro de la abertura a través de la cual pasa el fluido es prácticamente la misma que la de la tubería, y no varía la dirección del flujo. Por consiguiente, una válvula de compuerta abierta introduce solamente una pequeña caída de presión. El disco tiene forma de cuña y se adapta a un asiento que tiene la misma forma; cuando se abre la válvula, el disco se eleva dentro del cabezal hasta que queda completamente fuera de la trayectoria del fluido. Las válvulas de compuerta son adecuadas para abrir o cerrar completamente la conducción.

Las válvulas de asiento, también llamadas de globo (debido a la forma esférica de los primeros modelos utilizados) son ampliamente utilizados para controlar la velocidad de flujo de un fluido. En una válvula de asiento, el fluido circula a través de una pequeña abertura y cambia varias veces de dirección.

VÁLVULAS DE PISTÓN Y DE BOLA.

Las válvulas de pistón son útiles en procesos químicos para temperaturas inferiores a 250 ºC. Como en una válvula todo-nada de laboratorio, un cuarto de giro hace que la válvula pase de totalmente abierta a totalmente cerrada. Cuando está totalmente abierta, el canal a través de la válvula puede ser tan ancho como el interior de la tubería y la pérdida de carga es mínima. En una válvula de bola, el elemento de cierre es esférico y los problemas de alineamiento y congelación del material son menores que con una válvula de pistón.

VÁLVULAS DE RETENCIÓN.

Una válvula de retención permite el flujo solamente en una dirección. Se abre debido a la presión del fluido que circula en una determinada dirección; cuando se detiene el flujo o tiende a invertirse, la válvula cierra automáticamente por gravedad o por medio de un resorte que hace presión sobre el disco. Los tipos corrientes de válvulas de retención se representan en la Figura 8.4. El disco móvil está señalado en negro.

BOMBASSon dispositivos mecánicos que funcionan con energía eléctrica generalmente son capaces de generar altura de carga para transportar un fluido de un lugar a otro. Para un sistema de flujo es necesario tomar en cuenta dos puntos de referencia 1 y 2 de esta manera la ecuación de Bernoulli se define de la siguiente forma:

En la Figura anterior se representa esquemáticamente una aplicación típica de una bomba. La bomba se instala en la conducción y suministra la energía necesaria para succionar líquido de un tanque de almacenamiento, y descargarlo con una velocidad volumétrica de flujo constante a través de la salida de la conducción, situada a Zb. m sobre el nivel del líquido en el tanque. El líquido entra a la bomba por una toma de succión situada en el punto a y sale por el punto b, situado en la tubería de descarga. La ecuación de Bernoulli puede aplicarse entre los puntos a y b. Puesto que la única fricción existente es la que se produce en la bomba y ésta se incluye en el rendimiento mecánico η, hf = 0.

POTENCIA DE LA BOMBA

BOMBAS ROTATORIAS.Existe una gran variedad de bombas rotatorias de desplazamiento positivo. Tienen nombres como, bombas de engranaje, de lóbulo, de husillo, excéntricas y de paletas. En la Figura 8.7, se representan dos ejemplos de bombas de engranaje. Al contrario que las bombas alternativas, las rotatorias no contienen válvulas de retención. Cuanto mejor sea el ajuste entre las partes móviles y las partes estacionarias menores son las fugas desde la cámara de descarga hacia la de succión; por otra parte, esto limita también la velocidad de operación. Las bombas rotatorias trabajan mejor con fluidos limpios y moderadamente viscosos, tales como aceites lubricantes ligeros. Puede operarse con presiones de descarga superiores a 200 atm.

BOMBAS DE ENGRANAJE CILÍNDRICO

En este tipo los engranajes giran con buen ajuste dentro de la carcasa. El líquido entra a través de la tubería de succión por la parte inferior de la carcasa, es ocluido en los espacios que existen entre los dientes y la carcasa y circula periféricamente hacía la parte superior de la misma y finalmente es lanzado hacia el punto de descarga. El líquido no puede volver la cámara de succión debido al estrecho ajuste de los engranajes en el centro de la bomba.

BOMBA DE ENGRANAJE INTERNO

Consta de una carcasa, dentro de la cual hay un piñón que engrana con una corona dentada. La corona dentada es coaxial con la carcasa, pero el piñón, que es movido desde el exterior, está montado excéntricamente. Una media luna metálica estacionaria llena el espacio que existe entre los dos engranajes. El líquido es transportado desde la entrada hasta el orificio de descarga por ambos engranajes, ocluido entre los dientes de los engranajes y la media luna.

BOMBAS CENTRÍFUGAS.En la segunda clase más importante de bombas, la energía mecánica del líquido se aumenta por acción centrífuga. En la Figura se representa un ejemplo sencillo, pero muy corriente de bomba centrífuga. El líquido penetra a través de una unión de succión, concéntrica con el eje de una pieza que gira a gran velocidad, llamada impulsor o rodete. El rodete está provisto de álabes radiales solidarios con el mismo. El líquido circula hacia fuera, por el interior de los espacios que existen entre los álabes, y abandona el rodete con una velocidad mucho mayor que a la entrada del mismo. El líquido que sale periféricamente del rodete se recoge en una carcasa en espiral, llamada voluta, y sale de la bomba a través de un conducción tangencial de descarga. En la voluta, la carga de velocidad del líquido procedente del rodete, se convierte en carga de presión. El fluido recibe energía del rodete, que a su vez es transmitida al mismo mediante el par de un eje giratorio, generalmente accionado mediante conexión directa a un motor de velocidad constante, del orden de 1750 rpm

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MEDICIÓN DE FLUJO DE FLUIDOS

Para el control de procesos industriales es esencial conocer la cantidad de materia que entra y sale del proceso. Puesto que los materiales se transportan, siempre que es posible, en forma fluida, es importante medir la velocidad con la que un fluido circula a través de una tubería u otra conducción. Industrialmente se Utilizan muchos tipos diferentes de medidores, que comprenden: (1) medidores basados en la medida directa del peso o del volumen, (2) medidores de carga Variable, (3) medidores de área, (4) medidores de corriente, (5) medidores de desplazamiento positivo, (6) medidores magnéticos, y (7) medidores ultrasónicos.

TUBO VENTURIMETRO

Es un tipo de boquilla especial, seguida de un cono que se ensancha gradualmente, accesorio que evita en gran parte la pérdida de energía cinética debido al rozamiento. Es por principio un medidor de área constante y de caída de presión variable.

MEDIDOR DE ORIFICIO 

 El medidor de Orificio es un elemento más simple, consiste en un agujero cortado en el centro de una placa intercalada en la tubería. El paso del fluido a través del orificio, cuya área es constante y menor que la sección transversal del conducto cerrado, se realiza con un aumento apreciable de la velocidad (energía cinética) a expensa de una disminución de la presión estática (caída de presión). Por esta razón se le clasifica como un medidor de área constante y caída de presión variable.

ROTAMETROSEs un medidor de caudal en tuberías de área variable, de caída de presión constante. El Rotámetro consiste de un flotador (indicador) que se mueve libremente dentro de un tubo vertical ligeramente cónico, con el extremo angosto hacia abajo. El fluido entra por la parte inferior del tubo y hace que el flotador suba hasta que el área anular entre él y la pared del tubo sea tal, que la caída de presión de este estrechamiento sea lo suficientemente para equilibrar el peso del flotador. El tubo es de vidrio y lleva grabado una escala lineal, sobre la cual la posición del flotador indica el gasto o caudal.

TUBO DE PITOT

Es uno de los medidores más exactos para medir la velocidad de un fluido dentro de una tubería. El Tubo de Pitot mide las presiones dinámicas y con ésta se puede encontrar la velocidad del fluido, hay que anotar que con este equipo se puede verificar la variación de la velocidad del fluido con respecto al radio de la tubería (perfil de velocidad del fluido dentro de la tubería).