cap iii avbt
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FIG. 3-1. Junta de campana
espiga para tubera de hierro fun
dido.
Captulo
TR NSPORTE DE FLUIDOS
El transporte de materia les en forma fluida es mucho ms conveniente
y econmico que el transporte de slidos por lo que siempre que sea posible
los materiales se movern en forma de l quidos o soluciones. Este captulo
tratar de los aparatos para el movimiento de f luidos as como el anterior
trat del mecanismo del flujo y de la resistencia de las tuberas.
3 1
Tuberas. El primer requisito que es necesario para transportar
un fluido es la existencia de un canal en el que pueda efectuarse el movimiento
del mismo. El ingeniero hidrulico y el de minas emplean con frecuencia cana
les abiertos pero el ingeniero qumico normalmente transporta sus fluidos
en tuber as cerradas. Aunque las tuber as se fabrican en cualquier clase de
material para objetos especiales la de materiales frricos se utilizan mucho
ms ampliamente que las de cualquier otro material por lo que constituirnla base de este estudio.
3-2. Tuberas de hierro fundido. Se uti lizan las tuberas de este material
para las lneas enterradas que transportan lquidos relativamente poco corro
s ivos . Es ms pesada y cara que las var ie
dades de tubera que se describirn pos
teriormente y las juntas entre los diferen
tes tramos son poco satisfactorias. Tienen
una resistencia a la corrosin relativamen
te mayor que las de hierr6. Las tuberas
de fundicin se fabrican normalmente
desde 75 mm de dimetro interior. La
longi tud de los tramos es de unos 3 70 m.
La junta clsica en esta clase de tuberas
es la de
c mp n y espig
representada
en la Fig. 31. Las dimensiones de esta
junta estn especif icadas en cada uno de
sus detalles por la American Water Works Association. Para efectuar esta
junta elfondo del espacio que queda entre la campana y la espiga se calafatea
con estopa. Encima de sta se derrama plomo fundido y este plomo serecalca
con cinceles romos de tal manera que el plomo se comprime para que rellene
la muesca interior que lleva la campana. Algunas veces en lugar de emplear
plomo fundido se utiliza una forma fibrosa de plomo llamada lana de plomOl ;
en lugar de la estopa pueden util izarse otros materiales tal como cemento
portland cordn de amianto etc.
Una junta de campana y espiga bien ejecutada puede resistir presiones
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TR NSPORTE E FLUI OS
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hasta de 7 kg cm2 y tiene la ventaja de que no requiere la perfecta alineacin
de los dos tramos al hacer la junta. Normalmente, s in embargo, se considera
que no es segura para presiones de ms de unos pocos
kg/cm2,
y para altas
presiones se util izan juntas ms complicadas, que no estudiaremos en este
l ibro. Se hacen tuberas de fundicin con bridas, pero no se consideran prc
t icas debido a que la fundicin es dbil , excepto a la compresin pura.
3-3. Tuberas de hierro. Al hablar de los materiales de que se fabrican
las tuberas, existen diferentes nombres en las distintas ramas de la ingeniera.
El proyectista de mquinas , el de estructuras y casi todos los que uti lizan el
hierro y el acero, siempre ent ienden que se trata de hierro fundido, cuando se
utiliza la palabra hierrosin ningn calificativo. En la industria de tuberas,
no obstante, las de hierro fundido se denominan siempre, tuberas de hierro
fundido, y cuando se uti liza la palabI1a hierro sin cal ificativo, siempre se
trata de un acero de bajo contenido en carbono. La tendencia actual es refe
r irse a las tuberas de acero con bajo contenido en carbono como tuberas de
acero,en lugar de tuberas de hierro; sin embargo, cuando se refiere a tube
r as de acero,puede referi rse a tuberas fabricadas con acero de alto conte
nido en carbono. En los primeros tiempos de la industria de tuberas, todas
ellas se fabricaban de hierro forjado. Algunas tuber as s iguen hacindose de
este materia l; estas tuberas deben especificarse como tuberas de hierro
forjado, y aun as, muchas tuberas de acero suave pasan como de hierro
forjado.
,, La tubera de hierro se fabrica enrollando una tira delgada de la an
chura y longitud apropiada. Para tuberas por debajo de 40 mm, esta tira
se hace pasar a travs de troqueles y en la misma operacin se suelda a tope.
Las tuberas por encima de 40 mm se sueldan por solapa arrastrndolas de
forma que los bordes queden uno sobre otro, volviendo a calentar en un
horno de soldar, y hacindolas pasar a travs de un par de rodi llos de soldar.
La soldadura a tope es de menos garanta. La ti ra puede enrrol larse en espiral
y roblonarse los extremos l Las tuberas en espiral roblonadas se fabrican con
un espesor de paredes mu~ho menor que el de las normales y se uti lizan para
trabajos de construccin provisionales, para exhaustores y calentadores de
aire, para l neas de conduccin situadas sobre t ierra con grandes vanos entre
los soportes y en otras circunstancias cm ldo la.l igereza y el precio sean fac
tores decisivos. Muchas tuberas de granut,r..tamaos se construyen soldadas
elctricamente.
3-4. Tuberas normliles. Las especificaciones por las que antiguamente
las tuberas de hierro y acero se construan eran las llamadas
Briggs standard
que recientemente han sido reemplazadas por las especificaciones de la Ame
rican Standard Association, que se dan en el Apndice 4. Ciertos datos que se
uti lizan con frecuencia en los clculos, se dan para el nmero de catlogo 40
en el apndice 5. El nmero de cat logo 40 es el que en las antiguas especifi
caciones Briggs corresponda a las tuberas normales. El nmero 80 es el
que en las especificaciones citadas corresponda a las tuberas extra fuertes
La antigua clasificacin de doble-extra-fuerte no se representa ya.
;Debe observarse que el dimetro nominal de la tubera es nicamente
aproximado y que no esni e l dimetro exterior ni e l interior. En los grandes
dimetros, e l dimetro nominal es muy prximo al dimetro de la tubera .
Las especificaciones permiten una variacin en el espesor de pared hasta
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INTRODUCCION A LA INGENIERIA QUIMICA
RANSPORTE DE FLUIDOS
es la fundicin gris, y seutiliza probablemente en el 90a 95 de los accesorios
empleados en ingeniera qumica. Cuando existen vibraciones grandes y hay
peligro de que la fundicin se rompa, debe utilizarse el hierro. Para presiones
elevadas o servicio severo, los accesorios de acero fundidos son apropiados,
y para casos excepcionales se encuentran en el mercado los accesorios de acero
dulce forjados. Estos ltimos son relativamente caros y se utilizan nica
mente cuando el servicio es duro desde el punto de vista de la presin o de
las tensiones trmicas.
Como la soldadura ha venido a ser el mtodo ms corriente de construc
cin de tuberas, se precisa un sustituto de los accesorios normales de hierro
fundido. Se encuentran ahora pequeas secciones curvadas de tubera, fabri.
cadas por extrusin a partir de las tuberas normales, que pueden soldarse
directamente a la lnea. Las ramas laterales y otros accesorios pueden hacerse
soldando secciones de tubera normal.
3-8. Presiones de prueba de los accesorios. Los accesorios normalmente
se prueban a baja presin, normal, extra-fuerte e hidrulica. La baja presin
ee prueba a 1,75 kg/cm2, para aire y vapor, la normal a 8,75 kg/cm2, la extra.
fuerte a 17,5 kg/cm2, y la hidrulica, segn las clases, desde 21 a 700 kg/cm2
Estas presiones no tienen relacin directa con la carga de rotura de los acce
sorios. Es raro que tanto las tuberas como los accesorios fallen slo por la
presin. Muchos accesorios fallan lo mismo por esfuerzos de expansin como
por choques, tales como los golpes de ariete. Esto no puede preverse y por
tanto se toma un amplio margen de seguridad entre el esfuerzo de. rotura de
un accesorio y la presin a que seprueba. En efecto, en muchos casos en que la
presin no es mayor que la que pueda ser soportada por un accesorio normal,
pero las tensiones debidas a la expansin pueden ser grandes, deben utili
zarse accesorios del t ipo extrafuerte.
El uso delos accesorios debaja presin no
es recomendable en la prctica porque esf
cilconfundirlos con losaccesoriosnormales y
utilizarlos donde son demasiado dbiles. Su
campo deutilizacin principal esen la distri
bucin de gas, donde puede mantenerse un
gran_stock .
de forma que queda justificada
una ligera disminucin en el precio de los
accesorios de baja presin, y donde estos
accesorios pueden mantenerse separados
siempre de los accesorios normales.
3-9. Juntas de tuberas. Dos tramos
de tuberas pueden unirse en una gran
variedad de formas. Unicamente las ms
importantes entre ellas semencionarn aqu.
La junta puede ser soldada, siendo este
mtodo actualmente muy corriente. Los
acoplamientos son unos manguitos cortos
rascados interiormente por cada extremo.
El acoplamient se suministra regularmente
con todos los dimetros de tubera. Se con-
FIG. 3-2. Unin. sidera mala prctica utilizar acoplamiontoH
de un 12,5 en menos del que indican las tablas. Las tuberas estiradas tam
bin estn cubiertas por estas especificaciones. Las tuberas estiradas son ms
finas que las obtenidas en mquina de estirar del mismo dimetro y siempre
son ligeramente cnicas. Cuando aparece un dimetro en las tablas con dife
rentes espesores de paredes, el dimetro exterior essiempre el mismo y la varia
cin essobre el dimetro interior. Esto sehace as con objeto de que todas las
tuberas del mismo dimetro puedan pasar y trabajarse con las mismas herra
mientas y que se rasquen con los mismos accesorios.
3-5. Itesistencia mecnica de tuberas. La resistencia a la rotura de un
cilindro de paredes ddgadas c8t dada por la frmula:
JDr
== st 3-1
en la que: P
==
presin de rotura, kg/em2;
r == radio, cm;
==
esfuerzo de tensin, kgjcrn2;
t == espesor de pared, cm.
Si en lugar de tomar 8 como esfuerzo de tensin se toma como tensin de
seguridad de trabajo de las fibras del material, en este caso P es la presin
de seguridad de trabajo. La relacin del esfuerzo de tensin a la tensin de
seguridad de trabajo v:ara con las condiciones de servicio y mtodo de fabri
cacin de la tubera. JRaramente es menor de 5.
El nmero de catlogo que figura en el apndice 4 es aproximadamente
el valor de la expresin: 1.000 P
/8.
La American Standard Association reco
mienda una tensin de trabajo permisible de 630 para tuberas soldadas a
solapa y de 460 para tuberas soldadas a tope para temperaturas por encima
de 1210C.De estos nmeros y del nmero de catlogo, se deduce un valor apro
ximado de la presin de seguridad de trabajo. Mtodos ms precisos implican
detalles para los que ha de consultarse el cdigo.
3-6. Tubos. El cobre, el latn y en alguna cuanta el hierro, el niquel,
y otros metales, sevenden en forma de tubos en lugar de tuberas. La tubera
queda perfectamente especificada cuando se da su dimetro nominal por las
tablas de la American Standard Association, mientras que los tubos se venden
sobre la base de su dimetro verdadero y espesor de parede s . Los tubos de un
un dimetro determinado se fabrican en una gran variedad de espesores de
paredes, por lo que ambos datos tienen que ser especificados. En el caso del
cobre, latn y hierro, el material puede obtenerse tanto en tubera como
en tubo. El espesor de las paredes de los tubos de cobre y latn se expresa
frecuentemente por las Bi l mi ngham wire gag e (BWG). El apndice 6 da las
dimensiones de algunos tmaos ~rrientes de tubos.
3-7. Accesorios. Los accesorios se utilizan en las conducciones para:
1.
Unir tramos de tubera.
2. Cambiar la direccin de la lnea.
3. Cambiar el dimetro de la lnea.
4. Conectar diferentes ramas de la lnea.
5. Cerrar elf inal dela lnea.
En muchos casos, dos o ms de estas funciones pueden combinarse en el
mismo accesorio.
El material ms corriente empleado en la fabricacin de los accesorios
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INTRODUCCION A LA INGENIERIA QUIMICA
TRANSPORTE DE FLUIDOS
7
.,JluJlu
~_=
=
~
para tuberas de dimetro mayor de 50 mm; pero se utilizan con fre
cuencia, especialmente cuando la junta se efecta en el taller y no sobre
el terreno. La Fig. 3-2 representa un tipo de unin. En este caso la junta
es de metal sobre metal. Las mejores uniones se hacen con anillos de
materiales no frreos prensados entre los dos manguitos. Estos anillos se ter
minan en superficies esfricas de distinto radio con objeto de que la junta
sea estanca aun cuando las dos partes de la tubera que se unen no queden
perfectamente alineadas. Los tipos de unin que son menos de desear son
aquellos que precisan anillos de empaquetadura que necesitan ser reempla
zados peridicamente. Las juntas rascadas no se consideran prcticamente
buenas en dimetros de tuberas mayores de 50 65 mm por varias razones:
primero, esdifcil hacer que la tubera rascada entre en el interior del accesorio
cuando se trata de grandes dimetros; segundo, el roscado en dimetros
mayores de 65 mm es necesario hacerla en el tal ler con una mquina en lugar
de hacerla con herramientas manuales; y tercero, las l laves necesarias para
hacer estanca la junta rascada en tubera de 75 mm o mayores, son difciles
de manejar.
3-10. Bridas. Las bridas son el mtodo universalmente adoptado para
unir tuberas de grandes dimetros, mayores de 50 65 mm. Pueden clasifi
carse las juntas de bridas, bien por el sistema de encarar las, bien por los
mtodos de unir las bridas a la tubera.
M etdos de unin
a la tubera
Roscada
Soldada
Locaso giratorias
Modos de enfrentarlas
Cara plana
Cara con ranura
Caras con un resalte
Caras conmacho
y
hembra
Carascon lengueta y ranura
Conanillos de junta
dI
111=I
-
La Fig. 3-3 representa diversos mtodos de enfrentamiento de las bridas.
La brida de cara plana a se comprende perfectamente. La de cara con ranura
se efecta torneando la cara totalmente y labrando en ella una ranura. Esta
forma proporciona un mayor apriete sobre la empaquetadura, pero se util iza
nicamente para bajas presiones y empaquetaduras flojas. La brida con resalte b
se utiliza normalmente en todos los accesorios proyectados para vapor a
presiones de 17,5
kgJcm2
o mayores y con frecuencia se consideran tambin
b
b
r--
D1.L Lkl
o
d
: ~
11
e
FlG. 3-3. Mt dos de encarar las bridas:
a
cara plana;
b
cara con ranura;
e) caras con lengeta y ranura; d caras macho y hembra; e con anillos.
e
FIG.
34. Mtodos de unin de las bridas a la tubera: a roscadas a la tubera;
b
Boldadas;
e)
brida con garganta soldada;
d
junta Van Stone.
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FIG.35. Junta por manguito deen
chufe:
A
manguito de unin;
B
arii
llos; e a nil lo s d e a pr ie to d e l a e m
paquetadura.
77
R AN SP OR TE D E F LU ID OS
un saliente en anillo e que cierra la caja de empaquetadura y comprime a
sta. Estas juntas se aplican fcil y rpidamente, previniendo las expansiones,
y n o pr ec is an q ue lo s d os t ram os d e t ub er a e st n pe rf ec ta me nt e a li nea do s.
Con el tiempo, la empaquetadura falla y la junta no es auto-soportan te. En
consecuencia, se emplean raramente en instalaciones normales en edificios,pero
so n c omu nes e n la s l n ea s co lo ca das di re ct am en te b aj o t ier ra .E st a j un ta e s
co noc id a c on un a g ra n v ar ie da d d e no mb re s co mer ci ale s, p ero t al v ez es m s
co noc id a c on e l n om br e d e j unt a d e
Dresser.
3-12. Juntas de expansin. Todas las lneas de tuberas en las que
pu cdc n ox is ti r c am bi os d e t emp er at ur a y t ie ne n gr an l on gi tu d d eb en i r pr o
viflLn,ge algn dispositivo para absorber las tensiones que se originan por la
expn.IIFli{ll.V ar a p re sio ne s m od er ada s, e st o p ue de ef ec tu ar se co lo ca nd o u n
iorLoIlnl \I Odo curvas en la tubera, bien con accesorios ordinarios, bien
;011
COdOfi HI) l )iail fiIil lots).Estas curvas se sitan de tal forma que cada una.
do clluHI ooilm1I11Hmoeill de la tensin total. Algunas veces se utiliza para.
bajas pr cHiolICSlla juut,Hquo consiste en un tubo de cobre de corta longitud.
Antirllurnrl1te, la jll1lta de expansin ms corriente era un tubo de fundi
cin, unO de CUYOflxLromos
II< vtLba
una brida que se una rgidamente a la
t ube ri a y e l o tr o l kg au a h ARt a111111 en,jade eRtopas dentro de la cual se inser
ta ba el e xt rem o do l a Lu hr l a. M uch as j unt as co mo sta e st n a n e n u so. La s
juntas preferidus hoy en dfu consistcn en una seccin de chapa demetal ondu
lada. Para presiones bajas estas juntas van dcsnudas, pero para presiones mo
dcradamente elevadas van rcforzadas como se indica en la Fig.
3-6;
en ella, A
E
c c--\
FIG.
36.
Junta de expansin ondulada:
A
seccin ondulada;
B
extremo con
resalte para la junta; e anillos partidos de refuerzo; D juntas en los anillos par
tidos;
E
barr::;,simitadoras.
es el fuelle, que puede girar sobre una brida para formar una junta de brida.
con resalte en
B
o f orm ar u n pl an o p ar a s ol da r a l a t ub er a . P ara l as t or si on es
a altas presiones, se utilizan anillos partidos e co n j un tas en
D .
La configu
r ac i n d e l os n er vi os d e e st os a nil lo s e s d e un a fo rm a ex act a a l as d e la s o ndu
l ac io ne s d el f ue ll e. La m xi ma c om pr es i n d e l a j un ta es t l imi ta da p or l os
salientes de estos anillos de junta y la mxima extensin por las barras
E
que
l le va n u na s r anu ra s e n s us e xtr emo s.
\\
1\
,.
,1
\
f
B
...
IN TR OD UC CI ON A L A IN GE NI ER IA Q UIM IC A
N
B
buenas para presiones menores de las indicadas. La junta en la brida plana
se extiende normalmente hasta los bordes de la brida. Si se ha tenido, que
hacer mucha tensin sobre los pernos de unin con objeto de hacer la junta
e st an ca , p ue de t orc er se l o s uf ic ien te c omo p ara h ac er co nt ac to e n u n b or de
sin que por ello sea estanca en el centro. A medida que son ms elevadas las
p re si on es , n or mal me nt e e xig en j unt as m s gr ue sa s y m s r gi da s, p or l o q ue
e se i nco nve ni ent e q ued a a gr av ad o c on t al es j un ta s. L a a lt ur a n or ma ,l d e l a
junta en la brida plana es de
1,5
a 2 mm y se corta para que cubra totalmente
la cara de la brida. En esta forma la presin total que ejercen los pernos de
unin se transmite a la junta, sin posibilidad de que los bordes de las bridas
lleguen a tocarse. Las bridr.s de lengeta y ranura ey las de ma,choy hembra d
se utilizan para presiones tan altas, que puede existir el peligro de que la junta
se a l an za da f ue ra . L a j un ta d e a ni ll o
e
tiene una ranura en cada brida de las
dos que forman la junta y un anillo metlico de seccin oval colocado entre las
b ri da s p ar a r el len ar es ta s ra nu ra s. L a p re si n qu e h a d e e je rc er s obr e l os p ero
nos de unin ha de ser lo suficientemente elevada como para hacer fluir el
m eta l y h ac er e sta nc a l a j unt a s ob re u na d e l as r an ur as . E st a ju nt a es m s b ie n
cara y se utiliza solamente para las ms severas condicones de trabajo.
La Fig. 34 representa los mtodos de unin de las bridas a la tubera.
An ti gua men te , e l m t od o n orm al F ig . 3-4a fue el de roscar el extremo
de la tubera y atornillarla a una brida de fundicin. Todava es un mtodo
corriente, pero ha sido reemplazado rpidamente pOI la soldadura, especial
me nt e e n g ran de s d i me tr os ; co mo el ac er o n o p ue de s ol da rs e al hi er ro f U,n
d id o, s e d ed uc e q ue e st e m to do de s ol da du ra i mp li ca l a n ec es id ad d e q ue l a
brida sea tambin de acero. La brida plana puede soldarse al extremo de la
t ub er a , c omo i nd ic a l a F ig.
34b.
Para trabajos menos importantes, en lugar
de adquirirla ya fabricada como la de la Fig.
3-4b
la brida puede ser un
a ni ll o p la no , c ort ad o d e u na c ha pa d el e spe so r n ec es ar io . La br id a p ued e a d
quirirse con una garganta para ser soldada a la tubera, que forma parte de
la brida forjada, como la que se ve en la Fig.
3-4c.
Un dispositivo muy til
e s e l d e l as b ri da s l oc as o l ibr es , F ig . 34d. En l, la brida est loca sobre un
trozo de tubo que se suelda a la tubera, el extremo del cual se rebordea y
termina para que acte como superficie de junta. Esta junta tiene varios
nombres de fabricacin, pero es ms conocida por el nombre de junta Van
Stone.
Con ella se hace fcilmente la
alineacin de los agujeros para los pernos
d e un i n p ar a t rab aj os s ob re el t err en o,
especialmente en conjuntos complicados
o cerrados.
3-11. Junta por manguito de unin.
Ot ro t ip o d e j unt a a mp li am ent e u til iz a
do, especialmente para conducciones de
ga s o p et r le o, e s l a ju nt a p or m an gu it o
de unin, representada en la Fig. 35.
Un ma ngu it o de u ni n l oc o A se desliza
s ob re la u ni n , c onf or ma do d e m ane ra
que acte como caja de empaquetadura
en cada uno de sus extremos. A cada
l ad o d el m ang ui to l le va u n a ni ll o B con
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TRANSPORTE DE FLUIDOS
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por ambos extremos queda unido; un
manguito corto
es aquel que tiene una
longitud entre roscas de 6 mm aproximadamente.
En la Fig. 3-7, se indican un nmero considerable de accesorios ordinarios
para tuberas, aunque debe comprenderse que existe una gran variedad de
accesorios que se pueden utilizar adems de los que indica la figura. Los
accesorios pueden roscarse y atornillarse directamente a la tubera. No es sta
una prct ica considerada como buena en dimetros mayores de 50 a 65 mm.
La forma universal de efectuar el acoplamiento de los accesorios a la tubera
en grandes dimetros es la de emplear accesorios con bridas que se unen a
las correspondientes de la tubera. En la Fig. 38, se indican unos accesor ios
tpicos con bridas. Las bridas de los correspondientes accesorios estn labra
das de forma que se correspondan Gonel mtodo de labrado uti lizado en las
bridas planas de la misma tuber a.
4 5
F IG. 3 8 .
Accesorioscon bridas para tuberas:
(1)
Te;
(2)
cruz;
(3)
Te
de
doble
oxtensin;
4)
codo;
5)
codo a
450.
Muchas de las funciones que lleuan los accesorios pueden obtenerse cons
truyndolos para que tengan la forma adecuada por medio de soldadura.
314. Vlvulas. Los dispositivos utilizados para controlar al flu jo de
fluidoscn las tuberas muestran una gran variedad, mayor que la de los acce.
sorios, Para cl objeto de este libro pueden clasificarse como sigue:
Grifosde macho.
Vlvulas de asiento esfrico.
De discode metal.
De disco de pasta.
Vlvulas de compuerta.
Conhusillo no desplazable
Con husillo desplaznble.
Conrosca exterior
y
puente gua.
Vlvulas deTetencin.
De bola.
De charnela.
Vlvulas automticas de control.
3-15. Grifos. Los grifos son el mtodo ms sencillo para regular el f lujo
de fluidos. Consisten esencicllmenteen un cuerpo,fundido, en el que ajusta un
~
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INTRODUCCION A , LA INGENIERIA QUIMICA
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TRANSPORTE DE FLUIDOS 81
con una pequea rotacin cuando el grifo est apenas abierto y no cambia
prcticamente cuando el grifo es t abierto cas i por completo. En consecuencia,
es difcil regular el flujo con los grifos, especialmente a pequeos caudales que
exigen ir abriendo muy len tamente. Los grifos se utilizan, sin embargo , donde
han de estar o completamente abiertos o completamente cerrados. Existen
grifos con aberturas de forma especial para que el rea de la abertura sea casi
p roporcional, si no completamente, al ngulo girado por el macho .
.3-16. Vlvulas de asiento. Las figuras 3-10 y 3-11 son ejemplos de vl
vulas t picas de asiento. La carac te rs ti ca principal de es tas vlvulas y que hace
que el paso del fluido sea horizontal, es un cuerpo globular con una separa
cin interna que lleva un taladro cir cular en el que se inserta un anillo llamado
asiento.
A pesar de que existen un gran nmero de vlvulas de asiento, en las
quc vara el coste y la facultad para resistir la presin, la diferencia pr incipal
portonccc a la construccin del disco y asiento de la vlvula. Las vlvulas
a
b
Discos de las vlvulas de asiento: a disco de metal; b disco de
w. 311.
past..
baratas no tienen separado el anillo de asiento, pero las vlvulas buenas tienen
su ventaja en la facilidad de sustitucin del anillo de asiento. Los dos
tipos principales de vlvulas de disco son: la de disco de metal, indicado en
las Figs. 3-10 y
3 lla
y el de pasta, Fig. 3-llb. Las vlvulas de asiento
se emplean ordinariamente en pequeos dimetros, considerndose como
una prctica mala emplear vlvulas de asiento para dimetros mayores
de 50 mm.
3-17. Vlvulas de compuerta. Las vlvulas de compuerta se utilizan
universalmen1:fl en los grandes d imetros y pueden obtenerse en una amplia
variedad de precios, materia les , construcc in y deta lles mecnicos. La vlvula
de compuerta con husillo dcsplazable, representada en la Fig. 3-12, ilustra
sobre e l tipo general de consLruccin.
La vlvula de complIC l ta ( on Iills illo qllo NOd( splaza cst: t reprcsentada
en la Fig. 3-13. El dis tinLivo cnmcLerfNLioo d(l ( NI, LV(dVlillLCH
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INTRODUC~ION A LA INGENIERIA QUIMICA TRANSPORTE DE FLUIDOS 83
que prec isa de una l ongi tud t ot al menor c ua ndo e st a bie rt a que l a de l husill o
desplazable en el mismo caso. Por otra parte, se puede decir con una sola
mi ra da c u ndo e st a bi ert a o ce rr ada una vl vul a de compuer ta c on husil lo
desplazable. En este tipo, adems, pueden obtenerse una ampl.t variedad de
compuer tas y a si entos, que depende grande me nt e del c oste y del servicio
a que se de st ina l a v lvula .
3-18. Vlvul as de a pe rt ura r pida . Las vl vula s de c ompuer ta e st udia
das en la seccin anterior, llevan los vstagos rascados, lo que obliga a efectuar
una ser ie de gi ros ante s de c er ra r l a vl vula . La s denominadas vl vulas QO
-
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9/27
T RA NS PO RT E D E F LU ID OS
85
F IG . 3- 15 .
Vlvulas de retencin:
a
de charnela;
b
de bola.
t.t
L
H
medio del acoplamiento
K
al vstago
de la vlvula. La parte superior del dia
f rag ma es t un ida a un a va ri ll a, L de
form a que el muelle M que se apoya
sobre la parte superior de la estructura
en
N
sirve normalmente para elevar
e l d iaf rag ma y, po r t ant o, a bri r l a v l
vula principal.
Supongamos que esta vlvula se colo
ca para mantener una presin definida,
pero ms baja sobre el lado de aguas
a ba jo. E st a p res in a gua s ab ajo s e co
necta a travs de la abertura
O
a la
p art e su pe ri or d el d iaf rag ma y t ie nde
a empujarlo hacia abajo. La accin del
m uelle tiende a elevar el diafragm a.
A medida que la presin en el lado de
aguas abajo comunicada a travs de
O
vara, la posicin del diafragma
y
por
tanto la apertura de la vlvula entre
los discos
O
Y los asientos
B
vara, por
l o qu e el f luj o t ambi n va ra . S i l a pr e
sin aguas abajo disminuye, la presin
en la parte superior del diafragma en
O,
d is min uye . E l muel le t ien de a s ub ir e l
diafragma, abre la vlvula y as au
menta elflujo. A medida que la presin
a gu as ab ajo s e ha ce may or , l a p res in
comunicada a la parte supcrior del
diafragma a travs de O aumenta, com
pensando la accin del final del muelle
y tendiendo a cerrar la vlvula.
E n lu gar de c on ec tar l a pr esi n qu e
ha de regular a
O,
tambin es muy
corriente utilizar el suministro de aire
de un compresor 11.1kg/cm2, aproxima
dam ente, que a su vez es controlado
por un dispositivo instalado en el punto
FIG.
3-16. Vlvula de regulacin:
A,
que ha de controlarse. E ste puede ser cuerpo d e v lvula;
B,
a;:;ientoeempla
u n d isp os it iv o s ens ibl e a l a p re si n, a l a za ble ;a, discos;
D,
vst
-
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TRANSPORTE DE FLUIDOS 8
Vlvula Vlvula Vlvula
d e ngu lo d e r et en ci n au tom t ic a
FIG. 3-17. Representacin de
pueden recubrirse con una capa de vidrio de alta resistencia fundida sobre el
acero. Tales aparatos no pueden adquirirse en unidades de gran tamao o de
formas complicadas. Para trabajo,ae fabricacin en pequea escala ode planta
piloto se utilizan muchos aparatos, calderas y reactores esmaltados con vidrio.
Carbat.
Es carbn que ha sido impregnado con resinas (normalmente
del tipo de bakelita). Se utiliza nicamente en tubos o planos delgados de
tamao limitado, siendo muy resistente a los cidos. De carbato pueden ha
ccrse serpentines y calentadores tubulares. Es algo quebradizo y precisa de
una fabricacin cuidadosa.
Plsticos.
Actualmente son muchos los plsticos disponibles para fabricar
tuberas y tubos. Su resistencia a la mayor parte de los tipos de corrosin es
excelente; son fciles dc cortar y ajustar y son de poco peso. L 1zona de tem
pcratura en que pueden uti lizarse cs todava muy limitada. Actualmente las
formas disponibles son pocas y el coste relativamente alto, pero estos materia
les tienen la probabilidad de llegar a ser un material muy importante en la
fabricacin de tuberas
y
aparatos.
D Ilriron.
Es un hierro especial con alto contenido en sil icio. Es un mate
rial que sobrcsale pOl su resistencia a los cidos. Ms resistente que la fundicin,
se fabrica en una gran variedad de formas
y
tamaos. Su principal desventaja
es que es excesivamcnte quebradizo, extremadamentc duro y tiene un alto
coeficiente de expansin trmica. No pueden utilizarse bridas corrientes, pero
s cuando son de disco especial. Debe tenerse gran cuidado en el empleo de
este material para prevenir las tensiones y que, por tanto, pueda romper por
dilatacin trmica. No puede mecanizarse.
Plomo.
Las tuberas de plomo se encuentran disponibles en el mercado
en gran variedad de pesos y dimetros
y
es especialmente resistente a las solu
ciones que contienen cido sulfrico. Se une normalmente -por
calentamiento
(fundiendo dos piezas adyacentes con una lamparilla de soldar; de esta fOl ma
las piezas quedan unidas cuando se enfran). Un conocimiento completo del
trabajo del plomo puede llevar, partiendo de tuberas o lminas de plomo,
a construir cualquier clase de equipo con las ramas o conexiones que se desee.
La principal desventaja del plomo es que su lmite elstico es muy bajo y..
en consecuencia cualquier tensin por causas mecnicas o trmicas, origina
una deformacin permanente, y como resultado de ella, el plomo tiende a
serpentear, por lo que hay que fijado a intervalos frecuentes y soportado
en todos los puntos.
Cobre y otros materiales no errosos.
Estos materiales se utilizan con fre
cuencia en la prctica de la ingeniera qumica, especialmente el cobre. El
cobre es resistente a prcticamente todos los cidos excepto el ntrico a con
centraciones moderadas, tanto ms cuanto ms se evite la oxidacin. Tiene
una alta resistencia y se trabaja fcilmente; pero es caro, a pesar de que su
coste est parcialmente compensado por su alto valor como chatarra. Las
juntas en las tuberas de cobre se hacen normalmente, bien soldando con
latn, bien atornillando el extremo de la tubera en una brida de hierro. El
latn no es resistente y se utiliza raramente excepto en forma de pequeas
vlvulas.
Aluminio.
El aluminio se uti liza para una amplia variedad de maquina
ria qumica. Su ligereza y baratura son sus caractersticas principales. Los
mtodos de fabricacin no difieren grandemente de los uti lizados para los
Te
ruz
Codo
+
-J
accesorios.
calentado por el serpentn, la vlvula se comporta como una vlvula de re
gulacin. La distincin es ms bien acadmica, por lo que la construccin de
la vlvula puede ser la misma en los dos casos, y la diferencia es nicamente
el mecanismo por el que la vlvula acta.
3-22.
Materiales de construccin de las vlvulas. Las vlvulas para tube
ras de
50
mm y menores, corrientemente son de latn. Para dimetros mayo
res de 50 mm, normalmente son de fundicin con las partes principales de
trabajo, tal como asientos, caras de contacto, del disco y algunas veces de
vstago, de bronce o latn. Las vlvulas de este tipo se conocen con elnombre
t
de
lB
(iron body
=
cuerpo de hierro) o
vlvulas
guarnecida s de la tn.
Para uso con soluciones
que corroen el latn, tal como las amoniacales
y cianm adas, se emplean vlvulas totalmente
de hierre},pero stas no son satisfactorias para
servicios generales, porque las superficies de con
tacto se hacen rugosas. Para altas presiones o
servicios severos, las principa.Ies fundiciones dis
-i>
-
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materiales frreos. El niquel es resistente a la corrosin alcalina y los aparatos
para manejar sosa y potasa castica se hacen la mayor parte de las veces de
nquel.
Aparatos revestidos.
Los aparatos de acero pueden utilizarse para tra
bajos con lquidos corrosivos si se les da un revestimiento de plomo o goma.
El plomo se une al acero por intermedio de una capa de cinc, que se alea por
una cara con el acero y por la otra con el plomo. Esta construccin puede
utilizarse para tuberas y vlvulas, pero los aparatos complicados no pueden
revestirse fcilmente de plomo. Los revestimientos de goma se vulcanizan
sobre el acero y la tcnica de estos revestimientos se ha desarrollado hace
poco tiempo de tal forma que cualquier clase de aparato de acero puede ser
provisto de un revestimiento de goma de alta resistencia a la corrosin pero
fectamente unida al acero.
Aleaciones especiales. Existen muchas variedades de aleaciones especiales.
En general, se pueden clasificar en dos grupos; las que tienen el cobre como
base y las que la base esel hierro. Las aleaciones de base cobre son muy com
plejas, pues contienen cuatro o cinco consti tuyentes y algunas de ellas son
altamente resistentes a la corrosin. Pl,J.edenobtenerse en varias formas, in
cludos los tubos. Las que tienen el hierro como base son normalmente
aleaciones de cromo o nquel, y tambin ambos. Se conocen con el nombre
de aceros inoxidables, son muy resistentes a la corrosin y disponibles en el
comercio prcticamente en la forma que se deseen. El metal monel es una
aleacin que contiene aproximadamente el 65
de nquel y el 30
de
cobre; el resto hasta 100 son otros ingredientes en menor cantidad. Es fuerte,
se mecaniza fcilmente y es muy resistente a la mayor parte de las soluciones
diludas.
Metales revestidos. Los metales tales como el acero inoxidable y el nquel
son caros, y el nquel, . adems, tiene una resistencia mecnica baja. Para
aumentar la resistencia y disminuir el coste, se utilizan los metales revestidos.
Una hoja de nquel o de acero inoxidable se suelda a una hoja de acero al
carbono y la hoja compuesta se lamina exactamente de la misma forma en
que se lamina el acero slo. El espesor de la capa de metal resistente se con
trola de manera que sea del 10al20 del espesor total dela lmina obtenida.
Estos metales revestidos pueden fabricarse sin peligro de que se desprenda el
revestimiento.
3-24. Bombas. Se ha desarrollado un gran nmero de tipos de bombas
que difieren ampliamente en su fundamento y en su construccin mecnica
para llenar una gran variedad de condiciones de trabajo. Ninguna bomba o
clase de bombas puede considerarse de mayor importancia con respecto a
las dems.
3-25. Elevadores de aire comprimido. (Bombas Mammut). La figu
ra 3-18 es el esquema de un elevador de aire. En este aparato, el tubo de des
carga va sumergido en el l iquido que ha de elevarse y en este extremo sumer
gido.se introduce un chorro de aire comprimido. La presin y la carga debida
a la velocidad del aire transporta elliquido hacia arriba a lolargo de la tubera
hasta descargarlo. La forma en que se distribuye el aire en el fondo del ele
vador tiene un efecto considerable sobre el rendimiento del aparato. L;t
Fig. 3-19 representa dos tipos de piezas distribuidoras de- aire en el pie
del aparato.
Teoria del elevador de aire comprimido. A pesar de que la construccin
mecnica del elevador de aire es sencilla, su forma de actuar es tan complicada
que an no se ha desarrollado una teora matemtica adecuada. Tal teora
implicara la resistencia o la friccin en flujo bifsico, lo que est ms all
de nuestros conocimientos actuales.
Se ha desarrollado una frmula emprica derivada de la prctica
1:
89
32
~
,.:.
,.:,
1:::1
...
~...
1=:=1
..
lJ
t--
~
o
o
FIG. 3-19. Elevador de aire
comprimido: piezas de pie.
1.....
r--
h
(11
245
233
216
185
156
TRANSPORTE DE FLUIDOS
COl1,
-
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91
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I D . ,: .
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111.\1\/10'1111111/ 1,'11
iI[i
1III.li I 'illlld 1'111/1 1IIIIIIIdlllll 111111'1'111/111111111,1/ '11111/1111111, 1111111111111
it
jllilldd1i 11111dllllll ti 111,'dI 111111 11'Ililll' 111111111:lIINI, 11111 11:1dlll' Iillltlll
I1 tll 1 111111i 11111di 1111'1111,1111ltI 1,111 11111 111'1111111'III'I'I lill', 1':1111111'dl 1111111
111'1 11di 111'111'1'1111',' 1111d','IIIII'I, 11111,)'(11','
I:J
/1. 11, 111, 11:11111/1V/dVIIIII/1dll
11111111/11111111,1\ III('I,ic'llI 1(1111111111I' H('I' d,'lIIlHilldll gl'lillci(l P I'II, 1111('1 '1\
'11111ldll
1' '
1111diHI'1) cil' glilllll, llli('lilI'IIH
IjIW
111milinlO Lil'1l1Jlo1'1'illl'I'(JlII'llla
1,1,'111'/1.d,. ('IIIIIlIdo ('1111'1'el dislo y ('1 asi(,lIto de la vlvula atID}( 'lil,llIdo las
I'J'OIIIliJilidlld('H
d
11] \ lIHi('JI to im].lcJ'fccto cn alguno de los puntos. Si la comua
d('H('1Ir/la
ti
I Il '1l l1 tc 11 ]111cmicu rrel , dcben ut il iza rse mayor nmero de v lvu las
rnm quc el agll
-
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T RA NS PO RT E D E F LU ID OS
95
FIG. 3-23a Bomba duplex de mbolo buzo y empaquetadura exterior. Sc< ci611
transversal.
94
INTROJl UCCIO~ A LA INGENIERIA QUIMICA
3.30. Bombas con empaquetadura exterior. Las figuras 2-23 a y
b
pre se nt an l os e xt re mos de agua de una bomba dupl ex c on empa quet adura
terior y mbolo buzo, provista de vlvulas de placa con guas. En este caso,
cilindro de agua est dividido en dos partes por medio de un tabique y el
mbolo buzo est tambin en dos partes. El Illedio lado de la izquierda
A
del
mbolo buzo est conectado directamente al vstago del pistn B y e l me di o
do de la derecha e del mbolo buzo se opera desde el otro extremo por medio
e la cruceta D y l os t ira nt es de vari ll a E Este tipo de bombas es apropiado
a ra a lta s pre si ones de bi do a que l a e mpa quet adura pue de vigil ar se y ma no
. ener se e n buen e st ado m s f c il mente . Las a lt as presiones, sin e mbar go,
xcl uyen e l uso de vlvul as de disco. Por l o t anto, e st as bombas l levan v l
ulas de plac a c on gua . La c onst ruc ci n de l as misma s se c ompr ende c la ra
e nt e por l os di bujos y nic ai n~nt e e s nece sa rio l la ma r l a a te nci n sobre e l
,/lechode que cada vlvula va montada en un cilindro fundido separadamente del
uer po de bomba, por l o que pueden hace rse t odo l o pesados que se qui er an y
ucden, por tanto, soportar cualquier presin a que se les someta.
Puesto que las vlvulas de placa se emplean slo cuando se trata de
_bt cner gra ndes pre si ones, l os discos de goma dur a c asi no se e mple an. En
onsocuoncia, las vlvulas de placa corrientes llevan discos de metal, que fre
uontomcnto van provistos de guas en forma de aspa para m tntenerlas en
111inoacin,omo sove cn la Fig. 3-23. Para presiones excesivamente elevadas
liquidos viscosos, tambin los discos de metal pueden no ser losuficientemente
ttcrtcli,y entales casos seutilizan bolas de metal dctil en lugar delas vlvulas
o placas.
3-31.
Bombas duplex. La bomba representada en la figura 3-23 tiene
os c ili ndros de a gua y se denomina bomba duplex. Esta c la si fi ca ci n pa r-
Descarga
FIG. 323 b Corte longitudinal de la bomba anterior: A
e
mbolos buzos de
agua;
B
vstago delpistn;
D
horquillas;
E
tirantes de varilla.
p.
FIG. 3.24. Bomba duplex, lado del vapor:
A J
vstagos de los pistones;
B K
topes; e L brazos del balancn; D M asientos del balancn; E N brazos cortos
del balancn; O F varillas de conexin a las vlvulas; a vstago de la vlvula;
P, carcasa del balancn.
1I~l'l1jllljt
i :
111111'
-
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IN'Illlll
1
11111/~ 1A II~IIJ'I 'IIJA f)111~lHA
1111111,11111 111111 nOlllo P'II'JI, 1i1l 1' 1111111111,'111'NI'I'oiJl,/
11I 11 11 ;1 1 '1 111111,lolIlI'/I,l Il ftlpIIlX, Pft('NI.O
-
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16/27
con faldilla colocada en el centro del diafragma; tambin lleva una vlvula
de aspiracin e puesto que no contiene partes mviles excepto el diafragma
y la vlvula. Su construccin es robusta y sencilla, las reparaciones son fci
les y es apta para trabajos muy duros. Accionando el diafragma por medio
de una excntrica ajustable, puede variarse la carrera y controlar la descarga
entre lmites muy exactos.
3-34. Teora de las bombas alternativas. En el proyecto de las bombas
alternativas accionadas por vapor, dos puntos son del mayor inters. El pri.
mero es eltamao del cilindro de agua que esnecesario para obtener el caudal
que se desea, y el segundo, el tamao del cilindro de yapor que es necesario
para obtener la presin deseada. Los detalles del proyecto mecnico caen fuera
de este libro.
Las bombas alternativas accionadas por vapor se especifican dando pri .
mero el dimetro del cil indro de vapor, despus el dimetro del cil indro de
agua y finalmente elrecorrido del mbolo; as, una bomba de
203
X
152
X
254,
, indica que tiene un cilindro de vapor de 203 mm de dimetro, un cilindro de
agua de 152 mm de dimetro y un recorrido del mbolo de 254 mm. El nmero
de emboladas por minuto no pasa de 152 en las bombas de recorrido menor
de 254 mm debido a que las altas velocidades originan un desgaste excesivo
sobre las vlvulas y los muelles de las mismas. En las bombas de recorrido
del mbolo de
254
mm y mayores, la velocidad normal del mbolo es de
15 a 27,5 m/m El desplazamiento terico de una bomba de doble accin
en m3 por minuto es igual a la velocidad del mbolo en metros por segundo
multiplicada por el rea del pistn en metros cuadrados. El desplazamiento
'terico de.una bomba de simple accin esla mitad de la anterior. Por supuesto
que este desplazamiento terico no se consigue nunca. Existen prdidas
debidas a los escapes a travs del pistn a causa de imperfecciones de la
empaquetadura; tambin las debidas a escapes por las vlvulas y por la falta
de cierre instantneo de las mismas cuando el pistn comienza su retroceso.
Todos estos factores dan una descarga real del 50al 90
del desplazamiento
terico, Esta fraccin se denomina e ficacia volumtrica o del lado del agua
La cifra ms baja representa las bombas con malas mpaquetaduras que tra
bajan a altas velocidades; la mayor representa las bombas de velocidad lenta,
con vlvulas y empaquetaduras mantenidas en excepcionales condiciones. La
cifra del setenta y cinco por ciento es tal vez el justo medio para el clculo.
La presin del vapor en kg/cm2 multiplicada por el rea del vapor por
cm2 da la fuerza total en kilogramos ejercida por el vapor sobre el vstago
del mbolo. Sila bomba fuera una mquina perfecta que trabajase sin friccin,
sta tambin sera la fuerza que actuara sobre el pistn del lado del agua.
Esta fuerza total dividida por el rea del pistn del agua en cm2 dara el
mximo de la presin en el lado del agua en kg/cm2 En estas condiciones,
sin embargo, la fuerza total sobre el pistn de vapor sera exactamente igual
a la fuerza sobre el pistn de agua y, por tanto, los pistones permaneceran
estacionarios. Con objeto de trabajar sobre lquidos y vencer la friccin, la
fuer7 a total que acta sobre el pistn de vapor debe ser mayor que la que se
desea obtener sobre el pistn de agua. La relacin de la presin terica sobre
cl pistn de vapor y la presin ,realmente necesaria, se conoce con el nombre
dc eficacia de presin o del lado del vapor y vara desde el 60 al 80 %.
El caudal descargado por un extremo del pistn de una bomba alternativa
TRANSPORTE DE FLUIDOS 99
es nulo al principio del movimiento del mbolo y alcanza su mximo cuando
ste alcanza su mxima velocidad. El caudal descargado por una bomba de
un solo cilindro de doble accin estar representada por una curva como la
que se indica en la Fig. 327. Para eliminar estas pulsaciones que originan
prdidas' e,n lnea, se recomienda emplear las bombas duplex, puesto que su
curva de descarga ser tericamente la suma de dos curvas de la forma ante.
rior (Fig.
3-27).
Cuanto mayor sea el nmero de cil indros en paralelo, tanto
ms plana ser esta curva. Comoejemplo se representa en la ig3.28 la curva
de descarga terica de una bomba triplex. En el bombeo a altas presiones se
Tiempo_
FIG. 3-28. Curva de descarga de una bomba t riplex de s imple accin.
agrava el peligro de choques y pulsaciones, y para ellas la bomba triplex
es ms apta que la simplex o la duplex. Las bombas para producir presiones
muy altas, normalmente llevan cinco cilindros montados en el mismo cige.
fal para hacer que las descargas permanezcan ms uniformes. La bomba
rcprescntada en la Fig. 321 tiene un gran domo situado sobre ellado del agua,
quc ticne por o~jeto reducir a un mnimo estas fluctuaciones, como las que se
indican en la Fig.
3-27.
El aire se comprimir cuando el pistn de agua se ace.
lcra y se expansionar cuando se decelera. .Las cmaras de aire se instalan
a menudo sobre el lado de la aspiracin especialmente si la tubera de aspi.
racin es de gran longitud.
335. Bombas rotativas. El desarrollo ms marcado en la prctica del
bombeo en las pasadas tres dcadas, ha sido la rapidez con que las bombas
rotativas de todos los tipos han tendido a desplazar a las bombas alternativas.
Los tipos que sehan desarrollado presentan tantas variantes como las bombas
alternativas. .
Las bombas rotativas pueden clasificarse como bombas de desplazamiento
positivo o como bombas centrfugas. Estas ltimas pueden subdividirse en
bombas de volutas y de turbina. Las bombas centrfugas tambin pueden
clasif icarse como de una sola etapa o de etapas mltiples; de rodete abierto
o de rodete cerrado; de aspiracin nica o doble. Estas cuatro lt imas clasi
ficaciones estn coordinadas (es decir, cualquer combinacio.~
~ ...
~~ ...
~
::'
u
~ 1-'
-
l;j
.,1
-o ~~
:> .. ,
,,~
...
u
o
t~ _
Tiempo_
CIII'VU do descarga de una bomba de doble accin y un solo cilindl'O.
?l. :3-27.
j
1
INTRODUCCION A LA INGENIERIA QUIMICA
8
-
7/25/2019 Cap III Avbt
17/27
1 1RANSPORTE DE FLUIDOS
1
b
Rodetes de bombas: a rodete abierto; b rodete cerrado.
IG. 3-31.
Fra. 3-30.
Bomba de voluta, rodete abierto, aspiracin sencilla
y
una sola etapa:
A, rodete; B, cubo del rodete; e, carcasa; D, voluta de descarga.
del rodete abierto de accin simple est representado en la Fig. 3-31a Va mon
tado en la carcasa de la bomba e de la Fig. 3-30, de tal forma que las dos
mitades de la carcasa estn tan prximas como es posible a las paletas. El
agua entra por la conexin de aspiracin y es lanzada hacia afuera por la
rotacin de la paleta. A medida que el lquido sale de la paleta y entra en la
voluta
D
de la carcasa, su velocidad disminuye. De acuerdo con el teorema de
Bernoulli, su presin debe aumentar en la forma correspondiente, y este incre
mento en la presin es la fuente de la carga hidrosttica (alturr 'llanomtrica)
desarrollada por la bomba.
La bomba de rodete abierto y aspiracin nica es la ms barata de todas
las bombas centrfugas, pero tambin es la menos eficiente. Existen dos
prdidas importantes de potencia en este tipo. Primero, el agua, al ser lanzada
j
1
I
~
INTRODUCCION A LA INGENIERIA QUlMICA
Bomba de en-
ra. 3-29.
granajes.
100
3-36. Bombas rotativas de desplazamiento positivo. Un tipo de bomba
rotativa de desplazamiento positivo es la
bomba de engranajes
representada
en la Fig. 3-29. Esta bomba consiste esencialmente en dos ruedas dentadas
que engranan mutuamente y que giran en con
tacto con la carcasa. los l quidos o los lados son
cogidos entre los dientes de las ruedas dentadas
y la carcasa, conducidos por las proximidades de
sta y forzados a travs de la tubera de descar
ga. Las bombas de este tipo trabajan con lquidos
viscosos o pesados, desarrollan altas presiones y
dan un caudal casi libre de fluctuaciones e inde
pendieni:e de la presin de descarga. El nmero
de dientes sobre cada rueda vara desde dos o
tres hasta un nmero considerable, como indica
la figura. Las bombas doble o tripe-lobuladas,
normalmente se conocen con el nombre de bcm-
bas cicloidales aunque enel extricto sentido dela
palabra, todas las bombas deengranaje son tambin cicloidales. En la Fig. 3-46,
Seco3-49, se representa una bomba cic10idal adaptada al transporte de gases.
Existe una gran variedad de bombas rotativas de presin positiva, dife
rentes a las del tipo de engranajes. Seha demostrado gran ingenio ensu diseo,
pero ningn tipo es lo suficientemente destacado com para ser mencio
nado aqu.
Puesto que el rendimiento de todas la bombas rotativas de desplaza
miento PQsitivo, depende del mantenimiento de un ajuste eficaz entre las
partes rotat ivas y la carcasa (y en elcaso de las bombas de engranaje tambin
entre los engranajes), no es de desear util izar estas bombas para transportar
lquidos que lleven sldos en suspensin. Aunque las bombas de tipo cicloidal
o rotativas de presin positiva pueden emplearse para lquidos claros, se uti
lizan ms corrientemente para lquidos viscosos y trabajan con pastas espesas.
Materiales semifluidos, ceras y similares pueden trabajarse con estas bombas
si la velocidad no es muy elevada. Si la vlvula de d scarga de estas bombas
est cerrada, mientras la bomba gira, la presin desarrollada puede dar lugar
a la parada de la bomba, o a su rotura. El caudal descargado por estas bombas
es directamente proporcional a su .velocidad, siempre que el contacto entre
las partes rotat ivas y la carcasa sea bueno. Estas dos lt ,imas caractersticas
diferencian ampliamente estas bombas de las centrfugas.
3-37. Bombas centrfugas. La clase general de bombas centrfugas es
el t ipo ms importante en la actualidad. Esta clase se ha desarrollado desde
el punto de vista de que siempre existe algn tipo de bomba centrfuga que
sirve para el servicio a que se destina. Las bombas centrfugas son de dos tipos
diferentes: de volutas y de turbina. La distincin entre estas dos clases ser
ms evidente si se describen las bombas que si se dan las definiciones de
ellas.
3-38. Bombas de volutas. La forma ms sencilla de las bombas centr
fugas esla deetapa nica, aspiracin nica y rodete abierto. Este tipo de bomba
est representado en la Fig. 3-30. El elemento ms importante de la bomba
centrfuga es el impulsor o rodete
A
Consiste esencialmente en una serie de
paletas curvadas que se extienden desde el CuboB La forma ms sencilla
-
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2
INTRODUCCION A LA INGENIERIA QUIMICA
TRANSPORTE DE FLUIDOS
103
radialmente por las aletas, debe cambiar bruscamente de direccin al entrar
en la voluta; un cambio rpido de direccin implica una turbulencia que
consume potencia en forma de friccin. Segundo, son bombas baratas que no
estn acabadas con cuidado. El juego entre el rodete y la carcasa corrien
temente es grande y por tanto existen escapes desde el lado de la descarga
hacia el lado de la aspiracin.
Para impedir estas prdidas o escapes desde el lado de la descarga hacia el
de la aspiracin, se ha desarrollado el rodete cerrado, representado en la
Fig.
3-31b.
En este caso, las paletas del rodete van encerradas entre dos placas
de metal. Por consiguiente, para prevenir los escapes hacia atrs es necesario
nicamente mantener un juego muy pequeo entre la circunferencia exterior
del rodete y la entrada de la voluta o entre el cubo del rodete y el punto
correspondiente de la carcasa. Estos juegos pueden mantenerse insertando
anillos que se desgastan por el roce, pero son renovables. De esta forma los
escapes se reducen al mnimo.
En las bombas representadas en la Fig. 3-30, el liquido ejerce una presin
hidrulica no equil ibrada que tiende a tirar del rodete juntamente con el eje.
Este esfuerzo produce un empuje axial sobre los cojinetes. Para disminuir
este empuje se desarroll el rodete de doble aspiracin, consistente esencial
mente en dos rodetes sencillos como los de la Fig.
3-31b,
colocados en paralelo
y montados en la misma carcasa. La Fig. 3-32representa una bomba de voluta
Tuber la de cierre
hermtico
FIG. 3-32. Bomba de voluta, rodete cerrado, aspiracin doble y una sola etapa.
de doble aspiracin con rodete cerrado. En este diagrama se observa cmo
pueden reemplazarse los anillos deteriorados, para eliminar los escapes hacia
atrs. Una bomba de este tipo tendr un empuje menor sobre los cojinetes
quela bomba de la Fig. 3-30. La mayor parte de las mejores bombas de voluta
son del tipo de doble aspiracin y rodete cerrado. Este tipo es ms eficiente
que el de la Fig. .3-30, pero en contraposicin es ms caro.
1
1
~
,1
1
1
Si el lado de la aspiracin de una bomba centrfuga est a presin menor
que la atmosfrica, puede entrar aire en el interior de la bomba a travs de
las cajas de estopa y disminuir grandemente o parar completamente la des
carga. Para impedir esto, las buenas bombas centrfugas llevan prensaestopas
cerrados hermticamente, desviando una pequea cantidad de lquido a la
presin de salida, a travs de tuberas, hasta los anillos de linterna de la
empaquetadura.
3 39 Bombas de turbina En el estudio de las bombas de voluta se
indic que la prdida principal de energa era debida a la turbulencia que se
origina en el punto en que el lquido cambia su direccin desde el movimiento
radial (producido por la accin del rodete) a tangencial en la voluta de des
carga. Las bombas de turbina se distinguen por la insercin de un anillo
difusor cuya funcin es hacer que el l quido efecte este cambio de direccin
suavemente, sin choques ni remolinos. La Fig. 333 representa una bomba
de turbina de una sola etapa. En ella elanillo difusor contiene unos pasos
en los que la seccin y la direccin cambian gradualmente, de tal forma que
el lquido que sale por el extremo del rodete e es cogido por estos pasos, cam
biando de direccin gradualmente, y esintroducido en la voluta de descarga
D
El anillo difusor es estacionario. El diseo del rodete y la construccin general
de la bomba es exactamente igual en sus caractersticas a las correspondientes
en las bombas de volutas.
Los rodetes de las bombas de turbina son normalmente de simple accin.
Comose ha dicho en la Seco3-38, esto origina un empuje sobre el cojinete. En
la bomba representada en la Fig. 3-33, este empuje est parcialmente equili
brado por los agujeros E del rodete, con lo que la presin hidrulica sobre la
parLeposterior del rodete se equilibra parcialmente con la presin en la parte
anterior del mismo. El resto del empuje es absorbido por un cojinete de tipo
t Hpccial ir empleado en la marina. Las tuberas de cierre hermtico
G
y los
anillos de linterna H tambin se ven en la figura.
La mxima altura manomtrica que puede obtenerse con una bomba de
una sola etapa es de unos 75 a 90 m. Si se desea obtener una altura mayor
de la indicada, deben colocarse en serie dos o ms rodetes. Las prdidas en
la bomba de volutas son bastante grandes, por lo que si el l quido se descarga
desde un rodete a otro, la eficacia total de la bomba sera muy pequea, y
por esto las bombas de volutas de varios efectos, aunque se fabrican, no son
corrientes. La bomba de turbina, sin embargo, proporciona el medio para
tomar ell quido de la parte posterior de un rodete y alimentar con el mnimo
de prdidas la entrada del rodete prximo y, por tanto, existe la posibil idad
de proyectar bombas multiefecto que tengan una eficacia razonable. En
la Fig. 3-34se representa una bomba de turbina multiefecto, en la que la altura
manomtrica es superior a los
90
m y puede llegar a los
300
m. En lafigura, el
primer efecto se representa con el rodete y el anil lo difusor en seccin; en el
segundo efecto, el rodete est en elevacin, y el anillo difusor en seccin; y en
el tercer efecto, se ve el anil lo difusor en elevacin. Las partes marcadas con
letras corresponden a la leyenda de la figura. Estas bombas son relativamento
caras y en consecuencia, cuando el ingeniero qumico necesita manejl11
Hf ui-
dos corrosivos con alturas relat ivamente elevadas, se encuentra forzado lt
emplear alguno de los tipos de bombas alternativas, y la de turbinltfl Hlll (lH(\I V
para lquidos claros, no viscosos y no corrosivos.
-
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104
INTRODUCCION A LA INGENIERIA QUIMICA
TRANSPORTE HE FLUIDOS
5
FIG.
3 33. Bomba de turbina de aspiracin simple y una sola etapa: anillo
difusor; B pasos en el anillo difusor; D rodete; D voluta de descarga; E portillas
do equilibrio; P soporte de empuje; D tuberas para el cierrehermtico; H anillo
do linterna.
FIG.
334. Bomba de aspiraoin simple de tres etapas;
anillos difusores;
B
paso en los anillos de difusin;
D
rodetes;
D
voluta de descarga;
E
portillas
de equilibrio; P soporta del empuje; G tuberas de cierre hermtico;H anillos
de linterna.
3 40. Bombas de autocebado. Una de las principales desventajas de las
bombas centrfugas es que depende de la inercia de un fluido el desarrollar
una presin. Si entra aire en elrodete la altura generada en metros de olumn
de ire
puede ser comparada con la altura generada en metros de
olumn liqui-
d
cuando se bombea un liquido; pero esta carga en metros de columna.de aire
que representa una carga muy pequea expresada en metros de columna
lquida hace que prcticamente la bomba deje de descargar l quido. Esto
80 llama taponamiento por A.ire.Normalmente las bombas centrfugas. deben
FIG. 335. Bomba LaBour .de cebado automtico: paso de retorno; B portilla
de descarga;D cmara de separacin; D cmara de aspiracin; E colador.
-
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TRANSPORTE DE FLUIDOS
107
50
o 20 40 60 80 100 20 140
Capacidad; por cien to de la norma l
FIG.337. Prdidas enuna bomba centrfuga: (1) prdidas mecnicas; (2) prdidas
por escape; (3) prdidas por recirculacin; (4) prdidas hidrulicas. (Cortesfa de
Stepanoff, .Oentrifugal and Axial Flow Pumps , John Wiley
cb
Sona, lne., p.
209).
Por otra parte, la carga hidrosttica desarrollada H) ser proporcional al
cuadrado del caudal descargado:
HI = Ql2 = Nl2 (3-3)
H2
Q22
N22
La potencia consumida W) ser el producto de H por Q y. por tanto, propor
cional al cubo de
N.
o:
WI =
Ql3
= Nl3 (3-4)
W2
Q23
N23
Estas relaciones son una gua tosca del funcionamiento de una bomba
centrfuga. La conversin de la carga de presin debida a la velocidad V
de la Fig. 336 en carga de presin en la voluta est afectada: por el ngulo
de las paletas, por la velocidad de los extremos de las mismas, por varias
prdidas por friccin y escapes. y tambin por cambios en la viscosidad. La
suma de todos estos factores no puede predecirse matemticamente, por lo que
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I~
10
20
2~
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O e
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'='
v
-
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21/27
el rendimiento de un proyecto dado a una velocidad determinada debe ser
comprobado por pruebas con la bomba.
Las diferentes prdidas se identifican normalmente como sigue:
l Prdidas mecnicas. Son debidas a la friccin en los apoyos, en las
cajas de estopas y similares.
2. Prdidas por escapes. Son debidas a escapes desde los extremos del
rotor, retorno entre el rotor y la carcasa, a la aspiracin del rotor. Estas
prdidas son mayores con rodetes abiertos, pero tambin con los cerrados pue
den ser grandes si las empaquetaduras de los anillos estn gastadas.
3. Prdidas por recirculacin. La velocidad del lquido en el espacio
entre dos paletas adyacentes de un rotor no es uniforme. El lquido adyacente
la cara posterior de una paleta tiene una velocidad menor que ellquido adya
cente a la cara anterior de la paleta que la sigue. La diferencia de velocidad
produce una circulacin delquido en el interior del espacio entre las paletas,
y esta circulacin consume potencia que no se utiliza. Esta puede disminuirse
haciendo que la distancia entre paletas adyacentes disminuya (es decir, mayor
nmero de paletas en el rotor), pero esto incrementa el precio de la bomba
y tambin las prdidas por friccin.
4. Prdidas hidrulicas. Aqu se incluye una variedad de prdidas, tales
como friccin entre el lquido y la carcasa, entre el lquido y las caras de las
paletas y las prdidas debidas al brusco cambio de direccin y de seccin recta
cuando ell quido sale del rotor y entra en la voluta.
La Fig. 3-37indica el efecto de estas prdidas en el consumo de potencia.
La potencia neta ti l es la efectiva o potencia ti l comunicada por la bomba
en forma de energa cedida a la corriente de lquido que se mueve. La razn
de que las prdidas por recirculacinse anulen es simplemente debido a que el
proyectista, por conveniencia, supone que se hacen cero para el caudal de
descarga para que se proyecta la bomba. Desde el punto de vista del dibujo,
el rea que indica las prdidas hidrulicas comprende algunas prdidas por
recirculacin. Hemos de repetir nuevamente que ninguna de estas prdi
das est sujeta a cmputo matemtico; esto es verdad no slo pam los factores
mencionados anteriormente, sino tambin para el efecto de la viscosidad.
3-42. Curvas caractersticas. El funcionamiento de una bomba deter
minada se expresa mejor por medio de curvas llama.das
curvas caractersticas.
Las curvas que dan los fabricantes de bombas son exclusivamente para agua.
En las Figs. 338 y 3-39 se representan dos tipos de curvas para veloci.
cidad constante. La primera representa el funcionamiento a baja velocidad
y pequea carga hidrosttica, mientras que la segunda es para alta velocidad
y gran carga hidrosttica. Los esfuerzos de los proyectistas se dirigen nor
malmente a conseguir que las dos curvas de carga hidrosttica y de eficacia
sean lo ms aplastadas posible o casi planas en una zona tan amplia
como sea posible. Las bombas centrfugas se comprueban sobre la base de su
capacidad y altura de carga en el punto de mxima eficacia. El tamao de
una bomba centrfuga se especificanormalmente por el dimetro de la tubera
de descarga.
Para ilustrar el efecto de la velocidad del rotor, la Fig. 3-40 indica elcom
portamiento de una misma bomba , tres velocidades distintas. De acuerdo
con el razonamiento hecho en la Seco 3-41, el comportamiento a diferentes
velocidades debe compararse a caudales descargados proporcionales a las
D~scarga litros min
FIG. 3-38. Curvas caractersticas de una bomba centrfuga de pequea carga
hidrosttica.
velocidades. As por ejemplo, si se toma como base de comparacin un caudal
de descarga de 151 litros por minuto a la velocidad de 1.150 r. p. m., el fun
cionamiento a 1.450 r. p. m. se deber basar en un caudal de descarga de
(151) (1.450)/1.150
=
190 litros por minuto, e igualmente, el funcionamiento
a 1.750 r. p. m. deber basarse en un caudal de descarga de 230 litros por mi
nuto. A partir de estos nmeros puede hacerse la siguiente comparacin:
109
I.lS
t2
~
~
Cl8
1;;3
o
e
8
00
Velocidad
Caudal
Carga tomadaargacalculada
descargado
de las curvasobre base de
r.p.m.
l/min.
elocidads
1.150
151
,3
,8
1.450
190
2,33,0
1.750
230
7,99,2
o
i
lii,o
{l
o
~
03
~
~20
~
e
10
o
e
o
Las curvas de consumo de potencia no estn representadas en la Fig. 3-40,
pero la relacin de que la potencia debe aumentar como el cubo de la velo
cidad se confirma con el mismo orden de exactitud que las predicciones de
carga que anteriormente se han hecho.
Estas comparaciones han de hacerse con agua o con lquidos que tengan
una viscosidad parecida a la del agua y no pueden hacerse cuando la viscosidad
sea diferente. Igualmente, si las curvas caractersticas de una bomba son
apropiadas cuando opera con agua y se quiere operar con un lquido de dife
rente viscosidad, hay que recurrir a consultar con el fabricante para obtener
las curvas caractersticas del caso.
La Fig. 3-41 indica el efecto del cambio de dimetro del rodete en otra
bomba trabajando a la misma velocidad. .
La carga hidrosttica desarrollada por una bomba centrfuga est deter-
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-
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INTRODUCCION A LA INGENIERIA QUIMICA
TRANSPORTE DE FLUIDOS
111
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graves, cuando la carcasa de la bomba no est completamente llena de vapor,
los resultados son: a una cada pronunciada de la capacidad de la bomba,
y b un golpe de ariete, ocasionado por la desaparicin de las burbujas de
vapor cuando, en su camino a travs del rotar, alcanza un punto en el que
e xi st e u na p res i n b as tan te e le vad a q ue o bl iga a s u c ond en sac i n. E l p ri me r
e fe ct o s e ob se rv a e n to da s l as bo mb as c en tr fu ga s; e l lt im o e s i mp or tan te
n ic ame nt e e n l as b om bas d e v el oci da d l en ta . C ua nd o a pa re ce e st e l ti mo
efecto, puede causar daos serios en el rodete.
La Fig. 3-42muestra el efecto de la cavitacin sobre la capacidad de cierta
bomba. La cada de capacidad se hace rpida, como debera esperarse, con
grandes alturas de aspiracin presiones de aspiracin negativa).
3-44. Comparacin de las bombas alternativas y centrfugas. Las ven
tajas de las bombas alternativas sobre las centrfugas, pueden en general resu
mirse como sigue:
l . P ued en p ro yec ta rs e p ar a ca rg as h id ro st t ic am en te m s e lev ad as qu e
las centrfugas.
2 . E l p re ci o i ni ci al e s m en or q ue e l d e l os t ip os m s e fic ie nt es d e b om ba s
centrfugas, a igualdad de capacidad.
3 , N o es t n su je ta s a l d es ce bad o, y l a co ne xi n d e a sp ir ac i n p ue de e st ar
a u na p re si n me no r q ue l a a tm osf r ic a, s in q ue n ec es it en d isp os it ivo s e spe
ciales para el cebado.
4 . S on m s f le xib le s e n s us ac tu aci on es q ue l as c en tr f ug as .
5 . O pe ran co n u na e fi ca ci a c as i co ns ta nt e e n u na a mpl ia z ona d e c au dal es
descargados.
L as v en taj as d e l as bo mb as c en tr f ug as s ob re l as a lt er na ti va s, s on :
1. La bomba centrfuga ms sencilla es ms barata que la ms sencilla
alternativa:
2. En tamaos moderados, la eficacia de una buena bomba centrfuga
es casi igual, o con frecuencia ms elevada que la de la bomba alternativa
correspondiente.
3 . L as b om ba s c ent r fu ga s p ro po rc ion an u na d es car ga d e l qu id o a pr e
sin uniforme sin choque ni pulsaciones.
4 . P ue den c on ec tar se d ir ec ta me nte a l m oto r s in t en er qu e u ti liz ar e ngr a
najes o correas.
5. Las vlvulas de la tubera de descarga pueden estar cerradas sin que
se produzcan daos en la bomba.
6 . P ue de n tr ab aj ar c on l qu id os q ue c on te ng an g ran c ant id ad d e s l id os
en suspensin.
7 . P ue de n fa br ic ar se e n un a g ra n va ri ed ad d e m at er ia les a nt ico rr osi vo s.
8. La distribucin de la energa elctrica a un cierto nmero de motores
d e a cc io na mie nt o de b om ba ce nt r fu ga e s m s s en cil la q ue l a . dis tr ib uci n
d e v ap or, y p os te ri or r eco gi da, a u na s er ie d e b om ba s a lt er nat iv ~s .
l r es ul ta do g en era l d e l a an te ri or d is cus i n e s f ra nc am en te f av or ab le
a las bombas centrfugas. Las bombas alternativas movidas por vapor no
estn de ningn modo anticuadas, pero se encuentran instaladas mucho
menos frecuentemente que las centrfugas. El campo de aplicacin de las bom
bas alternativas movidas por vapor est ligeramente resumido en los siguien
tes casos:
1. In st al aci on es ai sl ad as e n q ue s e d is pon e de c om bu st ib le p ar a g en er a-
dores de vapor y la energa elctrica es necesaria para otros fines o bien no
se tiene disponible.
2. Bombas de alimentacin de generadores de vapor. Muchos generadores
d e va po r s on a li men ta do s p or m edi o d e b om ba s c en tr fu ga s d e al ta p re si n
m ov ida s p or m ot or e lc tr ic o, p er o m uch os re gl ame nt os de s eg ur id ad e xi ge n
la existencia de una instalacin movida por vapor para el caso de que falte
la corriente elctrica.
3. Cualquier planta en la que se dispone de generadores de vapor, pero
la energa elctrica es limitada. Este caso est favorecido por una planta
que pueda utilizar el vapor expansionado como vapor de trabajo por ejemplo:
calentamiento en las azucareras).
3-45. Transporte de gases. Cuando se trata de mover gases, el dispo
sitivo mecnico utilizado se denomina
soplante
o
compresor
aunque por su
f und am en to y d is e o p ued en c om pa rar se e xa ct ame nt e a a lgu no d e l os t ip os
d e bo mb as e st udi ad os . La c la si fi cac i n de l os v en ti la dor es o s op la nt es , p or
tanto, es muy parecida a la de las bombas.
3-46. Eyectores. Los gases pueden moverse a presiones bajas por dis
positivos accionados por chorros de vapor o de agua, exactamente iguales
a los tipos descritos e ilustrados en la Fig. 3-20. La eficacia de las formas
ms sencillas de estos dispositivos es pequea y las presiones que pueden
rendir, tambin pequeas. Se utilizan corrientemente para producir una
corriente de aire, con objeto de extraer gases de un aparato y en casos simi
lares. Pueden construirse para descargas a la presin atmosfrica o a pre
siones ligeramente superiores a la atmsferica. Su principal ventaja es que son
sencillos y baratos, no necesitan atencin y no tienen partes mviles. Los
tipos muy especializados y eficientes se utilizan como bombas de vaco,
como se indicar en el Cap. 5.
3-47. Compresores alternativos. Cuando han de enviarse gases a pre
siones algo superiores a la atmosfrica, el dispositivo normalmente utilizado
es el compresor alternativo, qu~ es muy similar en su diseo a las bombas
d e p is t n. L as v lv ul as s e h ac en l ig era s, t en ie nd o c ui da do d e q ue l a s ep ar a
cin sea pequea, y todas las partes estn cuidadosamente ajustadas, pero
por otra parte su manejo es semejante al de las bombas de pistn.
Cuando se mueve un lquido por medio de una bomba, su volumen no
d eb e c amb ia r a pr ec ia bl em en te c on e l i nc re me nt o d e pr es i n y , p or ta nt o, e l
trmino
V dP en el teorema de Bernoulli Sec. 2-11) es despreciable en
comparacin con el trmino correspondiente de un gas. El calor equivalente
a la prdida por friccin es pequeo y la masa de lquido grande, por lo que
ordinariamente se tiene una elevacin de temperatura despreciable. Cuando
se comprime un gas,.sin embargo, su volumen disminuye, y por tanto absorbe
trabajo. Este trabajo, sumado a las prdidas por friccin en el compresor,
aparecer como calor; la masa del gas es relativamente pequea y, en con
secuencia, al comprimir el gas setiene una elevacin apreciable de temperatura.
Para que un compresor trabaje con mayor eficacia, este calor debe elimi
narse y el gas descargarse del compresor a una temperatura lo ms apro
ximada posible a la que entr. Por esta razn, los cilindros de trabajo de la
ma yo r p art e d e l os co mp re so re s d e ai re v an pr ov is to s d e c am is as d e r efr ig e
r ac i n q ue p ue de n s er d e e nf ri am ie nt o p or a gu a.
I
}
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115
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117
R AN SP OR TE D E F LU ID OS
FIG. 3-47. Soplante Nash Hytor:
A
puerta de entrada;
B
puerta de salida.
mbolos lquidos. A medida que retroceden, aspiran el aire por las aberturas
de entrada A y a medida que avanzan, lo comprimen en las de salida B
Este tipo de compresor alcanza su ms elevada eficacia a presiones de des
carga desde 0,56 a 0,85
kgfcm2,
p er o p ued en op era r a pr es ion es s up eri or es
a 1, 4. Puesto que el soplante no contiene partes mviles en contacto mec
ni co u nas c on o tr as, e l r ot or p ue de f ab ri ca rs e c on c ual qu ier ma te ri al a nt ic o
rrosivo, y el lquido que se mueve puede ser cualquiera que sea inerte res
pe ct o a l g as q ue s e m an ej a. P or e je mp lo , e st e s opl an te, u til iz and o ci do s ul
f ri co c onc en tra do, s e e mp le a p ar a s opl ar y c omp ri mi r g as c lo rh d ric o.
3-50. Soplantes centrfugos. El fundamento de la bomba de turbina
p ued e ad ap ta rs e p ar a el t ran sp or te de g ase s. D ebi do a l a r el ati va me nt e ba ja
d ens id ad de l g as , l a f ue rz a ce nt r fu ga qu e p ued e d es ar ro ll ar p or l a r ot ac i n
del rotor es pequea y, por tanto, las presiones que pueden producirse por
e ta pa s on b aj as . L a c on st ru cc i n e s ca si s eme ja nt e a l a de u na bo mba d e t ur
bina, excepto que las partes giratorias se hacen lo ms ligeras posible.
Estos soplantes giran a altas velocidades 4.000 a 6.000 r. p. m.) y puede
hacerse que desarrollen presiones de 2,8 a 7
kg{cm2,
cuando se hacen de
m l ti pl es e tap as . L as u ni da de s p equ e as s e p ro ye ct an p ar a p res io ne s ba ja s
y ni ca me nte l as p re sio ne s m x ima s s e ob ti ene n c on l os t ama ,o s g ra nd es .
Un tipo de compresor que no cae dentro de ninguna de las clasificacio
ne s a nt er io re s e s el Na sh Hy to r F ig. 3- 47 ). Un r ot or ce nt ra l ci l ndr ic o, q ue
lleva varias paletas alrededor de su circunferencia, est colocado en una.
c ar ca sa q ue t ie ne u na f or ma a pr ox im ad ame nt e e l pt ic a. E n e l i nt er io r d e l a
carcasa se coloca suficiente cantidad de lquido para cerrar hermticamente
l a p equ e a se pa ra ci n q ue p ue da h abe r e ntr e l a ca rc as a y l as pa le tas , pu nt os
que corresponden al eje menor de la elipse. La rotacin del rotor origina
t am bi n l a ro ta ci n d el l q ui do , p ero l a f ue rz a ce nt r fu ga l o m an ti en e c on tr a
la carcasa. El lquido, por tanto, alternativamente avanza hacia el centro
del rotor y retrocede desde l, actuando en esta forma como una serie de
J
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1
j
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I NT RO DU CC IO N A L A I NG EN IE RI A Q UI MI CA
s ta s c urv ad as d e f orm a se mej an te a la s de l ro to r d e l as b om bas c en tr fu ga s
y puede utilizarse para presiones superiores a 70 cm de columna de agua.
El ventilador de paletas mltiples se representa en la Fig. 3-45 Y se utiliza
para presiones desde O a 12,5 cm de c olumna de agua. Es muy solicitado
porque tiene mayor eficacia que los de paletas planas, pudiendo proporcionar
volmenes mucho mayores para un mismQtamao del tambor.
FIG. 3-45. Ventilador de paletas mltiples.
FIG. 3-46. Soplante cicloidal.
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3-49. Soplantes cicloidales. Cualquier bomba del tipo cicloidal o de
engranajes puede utilizarse comosoplante. Cuando se utilizan para este objeto,
g en er al me nt e s lo t ien en do s o t re s l bu lo s s ob re l as p ar te s ro ta tiv as . En la
Fig. 3-46 s e r epr es en ta u n s opl an te d e e ste t ip o. E st os s opl an te s s e u ti li za n
para presiones desde 0,035 a 0,85 kgfcm2, pero su mxima eficacia se obtiene
por debajo de 0,35 kgfcm2 S us pr in ci pa les ve nt aj as s on su gr an s en ci ll ez
y gran capacidad. Estos soplantes se emplean frecuentemente para servicios
en que se precisan grandes volmenes con presiones demasiado elevadas
para los ventiladores. Van siendo sustituidos en muchos casos por soplantes
centrfugos Sec. 3-50).
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7/25/2019 Cap III Avbt
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l NT RO DU CC IO N A LA I NG EN IE RI A Q Ul MI CA
T RA NS PO RT E D E F LU ID OS
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PROBLEMAS
Nv Q
Ns =
HO 76
en la que: N
=
Velocidadde rotacin de la bomba.
Q
= capacidad de la bomba.
H
= carga hidrosttica producida por la bomba.
Ca lc ula r l a c ur va e fi ca ci a ca pa cid ad , p ara es ta b om ba cu an do t rab aj a a
1.750r.p.m.
3-5. Una bomba A que tiene las curvas caractersticas de la Fig. 338) est
colocada en serie con otra bomba B con curvas caractersticas indicadas en la
Fig. 3-41, dimetro del rotor 165mm). Construir el grfico de carga hidroli\ttica
capacidad para estas dos bombas colocadas en serie.
3 -6 . L as b om bas A y B del problema precedente estn colocadasen paralelo.
Construir las curvas carga hidrosttica-capacidad y eficacia-capacidadcorrespon
dientes.
3-7. La velocidad especfica
Ns
d e un a b om ba c en tr fu ga d e u na . e ta pa , se
define por la ecuacin:
Caballos al freno
0,60
0,68
0,80
0,85
0,90
Oaudal lit/min
O
113,5
227,0
303,0
340,5
Hs
=
curso sumergido.
C
=
constante.
N = revoluciones por minuto.
Q = capacidad volumtrica caudal).
H
= carga hidrosttica.
W
= potencia.
3-1. Hay que bombear una solucin desde un depsito de almacenamiento
que seencuentra a la presin atmosfrica hasta un reactor que trabaja a 0,35kilo
gramo/cm2
indicados, a travs de una tubera de 50mm de dimetro interior. La
longitud equivalente de tubera, codos y vlvula con las vlvulas abiertas) es
de 152,5metros.
La bomba centrfuga que se ha de utilizar tiene las caractersticas indicadas
en la Fig. 3-38.Si no existe diferencia en la elevacin entre el nivel del liquido
en el depsito de almacenamiento y en el reactor y si la solucintiene sustancial
mente laspropiedades delagua a 26,7C,determinar el caudal a travs dela tubera.
32. El caudal necesario en el sistema descrito en el Probo 3-1,es de 151,5 li
tros/min. Este caudal ha de ser controlado por un medidor de flujo colocado en
la lnea, y este medidor acta sobre una vlvula de control colocadaen la descarga
de la bomba. Determinar la prdida adicional de presin a travs de la vlvula
de control que se produce, en el caso de estar la vlvula completamente abierta.
Suponer que las prdidas a travs del medidor de flujos son despreciables.
3 -3 . S e va a u til iz ar u na b om ba ce nt rf ug a q ue t ie ne l as cu rv as c ara ct er s
ticas indicadas en la Fig. 3-39para bombear un lquido que tiene la misma visco
sidad que elagua, perosu densidad esde 1,5
gr/cm3,
a un caudal de 416litr/min.
Qu cambios son necesarios?
3-4. La curva que relaciona la capacidad con la potencia al freno de labomba
cuya curva caracterstica de carga hidrosttica-capacidad est representada en
la F ig . 3- 40 , e s l a s ig ui en te, c ua nd o gi ra a 1 .1 50 r. p. m .
NOMENCLATURA
FIG. 3-48. Soplante centrfugo:
A,
voluta de entrada;
B,
rodetes;
O,
canales de
difusin; D, voluta de descarga; E, anillos de frotamiento; F, laberintos de cierre
hermtico;
G,
apoyos;
H,
p aso p ar a el a gu a d e e nf ri am ien to ; J, acoplamiento.
P
= presin.
= radio.
S
=
esfuerzo de tensin.
t
=
espesor de paredes.
V =
volumen.
H, carga total.
El coste inicial de estos soplantes es ins elevado, pero para combinaciones
apropiadas de tamao y presin son los soplantes del tipo ms eficiente de que
se dispone. Estn reemplazando a muchos de los tipos antiguos de soplantes.
U n s op lan te de v ar ia s e ta pa s s e r epr es ent a e n l a Fi g.
348.
El gas de baja
presin se admite por la voluta de admisin A es bombeado por los rotores B
a travs de los canales de difusin estacionarios
0,
y sedescarga por la voluta
D.
S e c olo ca n a ni ll os d e em pa qu et adu ra r eem pl az ab les e n t odo s l os p un to s e n
que las superficies en movimiento deben hacer cierre hermtico con las super
ficies inmviles, excepto en F, donde se coloca un cierre de laberinto para
m an te ne r l a p re si n de d es