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Diseo de equipos de procesos

Curso Tallerramon.blasco@usach.clProf. Ramn Blasco

Taller de DiseoPor qu los Ingenieros Qumico se debe preocupar del diseo mecnico de los equipos de procesos ?Razones econmicas Razones estticasRazones de Seguridad Responsabilidad social

Fallas de diseo -- Fallas estructuralesLa seguridad en la operacin y diseo es una responsabilidad de todos.

Un diseo adecuado evita accidentes graves y viabiliza la operacin en un procesoAl finalizar el curso, el estudiante estar capacitado para analizar y resolver problemas bsicos en el diseo de equipos de proceso, integrando al diseo fuente, derivado de las ecuaciones de transporte y balances, los conceptos de resistencia de materiales, normativas y restricciones de construccin de equipos, definicin de materiales, restricciones de terreno y otras que configuran un diseo mecnico bsico. Objetivo del cursoTemarioUNIDADTITULON HORAS1Introduccin22Esfuerzos Simples, Deformaciones, Torsin, Vigas123Materiales de construccin, aceros, plsticos, cermicos, materiales especiales124Diseo de estanques, normalizacin, protecciones125Diseo de ductos, caeras, estructuras de soporte86Diseo de equipos sometidos a presiones internas y externas47Planos, diagramas operacionales, normas de diseo48Diseos de unidades especiales10TOTAL16 SEMANAS64Textos de referencia

ALGUNAS APLICACIONESESTANQUE Y REACTORES

Reactor enchaquetadoEstanques de liquidosGases Comprimidos o licuadosCalculo de caeras y diseos de piping

Diseo de Equipos de Proceso

SECADORES ROTATORIOS DIRECTOS Y DE TUBOS DE VAPOR

Diseo de Torres Anclajes y sustentaciones

Diseo de Estructuras

Unidades modulares

Lenguaje en diseo ES EL DISEO UN ARTE O UNA CIENCIA O AMBOS ?

CienciaMaterialesResistenciaMaterialesAnlisis econmico y financieroCienciasAmbientalesCienciasIngenieraArte Paisajismo

Taller de diseo

LOS MATERIALES Y LA INGENIERA

Elementos mas comunes en la corteza terrestreLos ingenieros de todas las disciplinas deben tener nociones bsicas sobre los materiales de ingeniera para poder realizar sus labores con mayor eficiencia

Materiales metlicosEstos materiales son sustancias inorgnicas compuestas por uno o ms elementos metlicos y pueden contener algunos elementos no metlicos. Son ejemplos de elementos metlicos el hierro, el cobre, el aluminio, el nquel y el titanio.

Los materiales metlicos pueden contener elementos no metlicos como carbono, nitrgeno y oxgeno.

Los metales tienen una estructura cristalina en la que los tomos estn dispuestos de manera ordenada.Los metales y las aleaciones suelen dividirse en dos clases: aleaciones y metales ferrosos que contienen un alto porcentaje de hierro, como el acero y el hierro fundido, y aleaciones y metales no ferrosos que carecen de hierro o contienen slo cantidades relativamente pequeas de ste. Son ejemplos de metales no ferrosos el aluminio, el cobre, el zinc, el titanio y el nquelMateriales polimricos

La mayora de los materiales polimricos constan de largas cadenas o redes moleculares que frecuentemente se basan en compuestos orgnicos (precursores que contienen carbono)

Desde un punto de vista estructural, la mayora de los materiales polimricos no son cristalinos, pero algunos constan de mezclas de regiones cristalinas y no cristalinas. La resistencia y ductilidad de los materiales polimricos vara considerablemente.

La mayora de los materiales polimricos son malos conductores de electricidad. Algunos de estos materiales son buenos aislantes y se emplean como aislantes elctricos.

Materiales cermicos

Los materiales cermicos son materiales inorgnicos formados por elementos metlicos y no metlicos enlazados qumicamente entre s. Los materiales cermicos pueden ser cristalinos, no cristalinos o mezclas de ambos.

Las propiedades aislantes, junto con la alta resistencia al calor y al desgaste de muchos materiales cermicos, los vuelve tiles en revestimientos de hornos para tratamientos trmicos y fusin de metales como el acero.

Materiales compuestosUn material compuesto puede definirse como dos o ms materiales integrados para formar un material nuevo. Los constituyentes conservan sus propiedades y el nuevo compuesto tendr propiedades distintas a la de cada uno de ellos.

La mayora de los materiales compuestos estn formados por un material especfico de relleno que a su vez sirve de refuerzo, y una resina aglomerante con objeto de lograr las caractersticas y propiedades deseadas.

Los materiales compuestos predominantes son los fibrosos (compuestos o fibras en una matriz) y los particulados (compuestos o partculas en una matriz).

Dependiendo del tipo de matriz empleado, el material compuesto puede clasificarse como compuesto de matriz metlica (MMC), compuesto de matriz cermica (CMC), o compuesto de matriz polimrica (PMC).

Dos tipos sobresalientes de materiales compuestos modernos empleados en aplicaciones industriales son el refuerzo de fibra de vidrio en una matriz de polister o de resina epxica y fibras de carbono en una matriz de resina epxica

COMPETENCIA ENTRE LOS MATERIALES

AVANCES RECIENTES EN LA CIENCIA Y TECNOLOGA DE LOS MATERIALES Y TENDENCIAS FUTURAS

En las ltimas dcadas han surgido varias iniciativas interesantes en la ciencia de los materiales que podran revolucionar el futuro de este campo. Los materiales y dispositivos inteligentes a escala de tamao micromtrico, as como los nanomateriales, son dos clases que afectarn profundamente a todas las industrias principales.

Materiales inteligentesLos materiales inteligentes o los sistemas que los emplean estn formados por detectores y accionadores. El componente detector descubre un cambio en el ambiente y el accionador realiza una funcin o emite una respuesta especfica. Por ejemplo, algunos materiales inteligentes cambian de color o lo producen al exponerse a cambios de temperatura, intensidad de la luz o una corriente elctrica.NanomaterialesSuelen definirse como aquellos que tienen una escala de longitudes caracterstica (esto es,dimetro de las partculas, tamao de los granos, el espesor de las capas, etc.) menor a 100 nm(1 nm = 109 m). Los nanomateriales pueden ser metlicos, polimricos, cermicos, electrnicos o compuestos. A este respecto, los agregados de polvo cermico de tamao menor a 100 nm, los metales a granel con tamaos de grano menores de 100 nm, las pelculas polimricas delgadas de menos de 100 nm de espesor, y los alambres electrnicos de dimetro menor de 100 nm se consideran nanomateriales o materiales nanoestructurados. En la nanoescala, las propiedades del material no tienen escala molecular o atmica, ni las del material a granel.Aunque en la dcada anterior se realizaron notables esfuerzos en investigacin y desarrolloacerca de esta cuestin, las primeras investigaciones sobre nanomateriales se remontan a la dcada de 1960 cuando los hornos de llama qumicos se emplearon para producir partculas de tamao menor a una micra (1 micra = 106 m = 103 nm). Las primeras aplicaciones de los nanomateriales fueron en forma de catalizadores qumicos y pigmentos., su resistencia y dureza aumentan considerablemente en comparacin con el metal a granel de grano grueso (escala micrnica Por ejemplo, el cobre puro nanoestructurado tiene un lmite de elasticidad seis veces mayor que el del cobre de grano gruesoLa ciencia e ingeniera de los materiales

ESFUERZOS SIMPLESMECANICA: FUERZAS SOBRE SLIDOS INDEFORMABLES (ESTATICA - - DINAMICA)

RESISTENCIA MATERIALES: RELACIONES ENTRE CARGAS APLICADAS Y SUS EFECTOS AL INTERIOR DE LOS SLIDOS

ESFUERZOS SIMPLES

Barra 1 tiene una seccin de 0.1 cm2, y la barra 2 de 10 cm212La unidad SI de fuerza, el newton (N). La unidad SI de esfuerzo, el newton por metro cuadrado (N/m2) se denomina pascal (Pa).

l. Se desprecian los pesos de los miembros.2. Todas las uniones son de articulacin ideal.3. Todas las cargas externas se aplican directamente en las articulaciones.

Para la armadura mostrada en la figura, determinar el esfuerzo en los miembros AC y BD. El rea de la seccin transversal de cada uno es 900 mm2.

AY = 40 kN, HY = 60 kN y HX = 0.

Para calcular la fuerza BD, eliminamos las fuerzas BE y CE tomando una suma de momentos con respecto a su punto de interseccin, E, y se escribe

ESFUERZO CORTANTE

ESFUERZO DE CONTACTO O APLASTAMIENTO

CILINDROS DE PARED DELGADA

Esfuerzo tangencial o circunferencial

dF es la fuerza elemental, que acta normalmente a un elemento diferencial de la pared del cilindro

Tensin longitudinal,