lab d operaciones unitarias

8/6/2019 lab d operaciones unitarias

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LAB. DE OPERACIONES

UNITARIAS

B O M B A S

CATEDRÁTICO:ING. RAUL AVILA MEZA

ALUMNA:CYNTHIA BENDEZÚ HERNÁNDEZ



UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA

FAC: ING QUIMICA ESCUELA: ING QUIMICA IX CICLO

ALUMNA: BENDEZU HERNANDEZ, CYNTHIA

DEDICATORIA: Dedico este trabajo alcatedrático del curso, pues nos imparteconocimientos y nos exige progresos que nosharán más competitivos en nuestra área.Culmino esta dedicatoria dejándole como

reflexión una frase muy sabia:¡Sigue!, aunque todos esperen que abandones.Haz que en vez de lástima, te tengan respeto.Cuando por los años no puedas correr, trota.Cuando no puedas trotar, camina.Cuando no puedas caminar, usa el bastón.¡¡¡Pero nunca te detengas!!!






UNIVERSIDAD NACIONAL ³SAN LUIS GONZAGA´ DE ICA

FACULTAD: ING. QUÍMICA Y AMBIENTAL

ESCUELA: ING. QUÍMICA

PRIMER TRABAJO:

BOMBA CENTRIFUGA

CURSO:

LAB. DE OPERACIONES UNITARIAS

CATEDRÁTICO:ING. RAUL AVILA MEZA

ALUMNA:CYNTHIA BENDEZÚ HERNÁNDEZ.

SEMESTRE:IX ³B´

ICA - PERU- AÑO 2011 -






La ingeniería química trata de procesos industriales en los que las materias primas setransforman o separan en productos útiles. El ingeniero químico tiene que desarrollar,diseñar y llevar a cabo el proceso, así como el equipo utilizado en el mismo. Tiene queelegir las materias primas adecuadas y hacer operar las plantas con eficacia, seguridad yeconomía, teniendo en cuenta que sus productos han de cumplir las condiciones

exigidas por los consumidores. Lo mismo que la ingeniería en general, la ingenieríaquímica es también un arte y una ciencia. El ingeniero utilizará la ciencia siempre que le

permita resolver sus problemas. Sin embargo, en la mayor parte de los casos, la cienciano es capaz de proporcionarle una solución completa, y entonces tendrá que recurrir a laexperiencia y a su buen criterio. Su capacidad profesional depende de esta habilidad

para combinar todas las fuentes de información con el fin de obtener soluciones prácticas a los problemas que se le presenten.La amplitud y variedad de los procesos e industrias que reclaman los servicios de losingenieros químicos son muy grandes. Los procesos descritos en los tratados detecnología química e industrias de proceso permiten tener una idea bastante completa

del campo que abarca la ingeniería química.Debido a la variedad y complejidad de los procesos modernos no resulta prácticoabarcar toda la materia que comprende la ingeniería química bajo una soladenominación, sino que se divide arbitrariamente en una serie de sectores adecuados.Este libro comprende la parte de ingeniería química que se conoce con el nombre deoperaciones unitarias.En las industrias de procesos químicos y físicos, así como en las de procesos biológicosy de alimentos, existen muchas semejanzas en cuanto a la forma en que los materialesde entrada o de alimentación se modifican o se procesan para obtener los materialesfinales de productos químicos o biológicos. Es posible considerar estos procesos

químicos, físicos o biológicos, aparentemente distintos, y clasificarlos en una serie deetapas individuales y diferentes llamadas operaciones unitarias. Estas operacionesunitarias son comunes a todos los tipos de industrias de proceso.Por ejemplo, la operación unitaria conocida como destilación se usa para purificar oseparar alcohol en la industria de las bebidas y también para separar los hidrocarburosen la industria del petróleo. El secado de granos y otros alimentos es similar al secadode maderas, precipitados filtrados y estopa de rayón.






La operación unitaria absorción se presenta en la absorción de oxigeno del aire en los procesos de fermentación o en una planta de tratamiento de aguas, así como en la

absorción de hidrógeno gaseoso en un proceso de hidrogenación líquida de aceites. Laevaporación de salmueras en la industriaquímica es similar a la evaporación de soluciones de azúcar en la industria alimenticia.La sedimentación de sólidos en suspensiones en las industrias de tratamiento de aguas yminería, es una operación similar. El flujo de hidrocarburos líquidos en refinerías de

petróleo y el flujo de leche en una planta de productos lácteos se llevan a cabo demanera semejante.Las operaciones unitarias estudian principalmente la transferencia y los cambios deenergía, la transferencia y los cambios de materiales que se llevan a cabo por mediosfísicos, pero también por medios fisicoquímicos. A continuación se describen lasoperaciones unitarias importantes que se cubren en este libro, y que corresponden aaquellas que se pueden combinar en diversas secuencias en un proceso.

Sería prácticamente imposible estudiar el número casi infinito de procesos químicos quese llevan a cabo en la industria diariamente, si no hubiera un punto en común a todosellos. Afortunadamente, esta conexión existe. Cualquier proceso que se pueda diseñar consta de una serie de operaciones físicas y químicas que, en algunos casos sonespecíficas del pro-ceso considerado, pero en otros, son operaciones comunes e iguales

para varios procesos. Generalmente un proceso puede descomponerse en la siguientesecuencia: Cada una de estas operaciones es una operación unitaria. Este concepto fueintroducido en 1915 por el profesor Little, del Massachussets Institute of Technology

(M.I.T.). La definición dada entonces, fue la siguiente:³... todo proceso químicoconducido en cualquier escala puede descomponerse en una serie ordenada de lo que

pudieran llamarse operaciones unitarias, como pulverización,secado,cristalización,filtración,evapora-ción,destilación,etc. El número deestas operaciones básicas no es muy grande, y generalmente sólo unas cuantas de entreellas intervienen en un proceso determinado.´Con esta simplificación se ha reducido lacomplejidad del estudio de los procesos industriales, pues del conjunto detodos los

procesos químicos que pueden imaginarse bastarácon estudiar el grupo de las 25 ó 30operaciones unitarias existentes. Un proceso determinado será, por tanto, lacombinación de operaciones unitarias.






Densidad :

La densidad o densidad absoluta es la magnitud que expresa la relación entre la masa yel volumen de un cuerpo. Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo por metro cúbico (kg/m3), aunque frecuentemente se expresa en g/cm

3. La densidad es unamagnitud intensiva

donde es la densidad, m es la masa y V es el volumen del determinado cuerpo.

En física y química, la densidad (símbolo ) de una sustancia es una magnitud escalar

referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen.

P eso específico :

Es el cociente entre el peso de un cuerpo y su volumen.

Se calcula dividiendo el peso de un cuerpo o porción de materia entre el volumen queéste ocupa.

Donde:

= peso específico

= es el peso de la sustancia

= es el volumen que la sustancia ocupa

= es la densidad de la sustancia

= es la aceleración de la gravedad

Unidades

y En el Sistema Internacional de Unidades, se expresa en newton por metro cúbico

(N/m³).

y En el Sistema Técnico, se mide en kilogramos fuerzas por metro cúbico (kgf /m³).






Como el kilogramofuerza representa el peso de un kilogramo, en la Tierra, esta magnitud

expresada en kgf /m³ tiene el mismo valor numérico que la densidad expresada en kg/m³.

Como vemos, está íntimamente ligado a la densidad y de fácil manejo en unidades terrestres,

aunque confuso en el S.I. de Unidades. Como consecuencia de ello, su uso está muy limitado e

incluso resulta incorrecto en la Física.

Altur a manomé tr ica :

Nos referiremos al concepto de Altura Manométrica de una bomba y la razón de su

denominación, lo que como se verá, es fácilmente deducible de la aplicación de la expresión

de Bernoulli, en una instalación de impulsión.

En la aplicación que nos ocupa el planteo de Bernoulli se hará sin las simplificaciones acotadas

en el artículo precedente, es decir usando todos sus términos sin considerar a ninguno de ellos

como despreciable, dado que el propósito es una demostración conceptual y no una

metodología de cálculo de aproximación suficiente en tecnología.

Si bien en las grandes instalaciones de bombeo no es cierto que el diámetro de laaspiraciónsea igual al de la impulsión (incluso el primero es variable), el concepto buscado, que es laAltura Manométrica de la bomba, no varía por ese hecho.Analizaremos, a continuación, y enforma cualitativa, la hidrodinámica de la instalación. Es decir, trazaremos las líneas de energíay piezométrica, lo que nos va a permitir definir con precisión el concepto de Alturamanométrica, de gran interés en la selección de la bomba.

La energía por unidad de peso que escurre y que la bomba debe entregar al líquido, está dadapor la altura Hm, que se denominará Altura manométrica. Del análisis de la Figura surge que;la diferencia entre la energía del líquido al salir de la Bomba, (punto D) y la que tenía alingresar a la misma (punto C), es Hm. Como se puede apreciar, éste segmento es igual al quese obtiene de sumarle los segmentos representativos del desnivel topográfico Ht, y loscorrespondientes a todas las pérdidas existentes en la instalación, sean éstas continuas olocalizadas. En símbolos:

En la sumatoria de la expresión precedente se engloban todas las pérdidas de energía dela instalación.(Se recuerda que el término de energía cinética constituye una ³Pérdidalocalizada por ingreso a depósito, cuyo coeficiente de pérdida ³k´ vale 1). Por






simplicidad no se han considerado otras pérdidas localizadas, las que por otra partesuelen resultar despreciables en impulsiones relativamente largas.Obviamente de ser consideradas integrarán, necesariamente, la sumatoria de laexpresión anterior.

Para pasar a la expresión de la potencia que se necesita entregar a la vena líquida paraelevar el caudal Q a la altura H , venciendo las resistencias de la conducción, semultiplica T por y por Q (ver artículo precedente), y se obtiene:

Como la bomba tiene rozamientos mecánicos, es evidente que el motor tendrá queentregar algo más de potencia para suplir la que se disipa en los mismos, de modo que ala vena líquida llegue la potencia necesaria N.La potencia a suministrar en el eje será entonces:

En la que es el rendimiento de la bomba (siempre menor que la unidad).Reemplazando se tiene:

Cuya ecuación de dimensión resulta:

Es decir dimensiones de potencia cuyas unidades en el sistema técnico resultan:

Para expresarla en HP debe dividirse por 75 y para expresarla en KW por 102, por loque finalmente se tiene:

Las anteriores constituyen expresiones fundamentales para la selección de bombas,y con su obtención hemos logrado el primero de nuestros objetivos.Aclararemos, a continuación, el porqué de la denominación de ³Altura manométrica´ alconcepto analizado previamente, lo que constituye nuestro segundo objetivo.






Planteando la expresión de Bernoulli entre brida de aspiración y brida de impulsión dela bomba, tendremos:

Despejando Hm:

Pero las diferencias entre Z2 y Z2 son unos pocos centímetros frente a los muchos metros que

implican las alturas de presiones. Por otra parte, U2 resulta igual a U1 al ser el diámetro de la

aspiración igual al de la impulsión, por lo que:

Entonces, la anterior se reduce a:

Por lo que la altura manométrica puede ser medida conectando un manómetrodiferencial

entre brida de aspiración y brida de impulsión. Éste concepto es el que motiva su

denominación.

Altur a manomé tr ica t o t a l (Hm): La altura manométrica de la instalación esla altura total de elevación del líquido. Lasuma de la altura de aspiración (Ha) másla altura de impulsión (Hi) se denominaaltura geométrica (Hg). Esta últimasumada a las pérdidas de carga es laaltura manométrica (Hm).

C a u

da l

nomina l

(Q): El caudal nominal es elvolumen de líquido requeridoen un tiempo determinado.Se expresa normalmente enlitros/minuto o m3/hora.






Pr esión: La presión es la magnitud que relaciona la fuerza con la superficie sobre la que actúa, esdecir, equivale a la fuerza que actúa sobre la unidad de superficie. Cuando sobre unasuperficie plana de área A se aplica una fuerza normal F de manera uniforme, la presión P viene dada por:

En un caso general donde la fuerza puede tener cualquier dirección y no estar distribuida uniformemente en cada punto la presión se define como:

Donde es un vector unitario y normal a la superficie en el punto donde se pretendemedir la presión.

Pr esión abso lut a y r el a t iva:

En determinadas aplicaciones la presión se mide no como la presión absoluta sino comola presión por encima de la presión atmosférica, denominándose presión relativa,presión normal, presión de gauge o presión manométrica. Consecuentemente, la

presión absoluta es la presión atmosférica más la presión manométrica (presión que semide con el manómetro).Unidades de medida, presión y sus factores de conversión

La presión atmosférica media es de 101 325 pascales (101,3 kPa), a nivel del mar. 1 Atm =

1,01325 bar = 101325 Pa = 1 kg/cm² y 1 m.c.a = 9.81 kPa

Unidades de presión y sus factores de conversión

Pascal bar N/mm² kp/m² kp/cm² atm Torr

1 Pa (N/m²)= 1 10-5 10-6 0,102 0,102×10-

4

0,987×10-

5

0,0075

1 bar

(daN/cm²) =

100000 1 0,1 1020 1,02 0,987 750

1 N/mm² = 106 10 1 1,02×105 10,2 9,87 7500

1 kp/m² = 9,81 9,81×10-

5

9,81×10-

6

1 10-4 0,968×10-

4

0,0736

1 kp/cm² = 98100 0,981 0,0981 10000 1 0,968 736

1 atm (760

Torr) =

101325 1,01325 0,1013 10330 1,033 1 760

1 Torr (mmHg)

=

133 0,00133 1,33×10-

4

13,6 0,00136 0,00132 1






Las obsoletas unidades manométricas de presión, como los milímetros de mercurio,están basadas en la presión ejercida por el peso de algún tipo estándar de fluido bajocierta gravedad estándar. Las unidades de presión manométricas no deben ser utilizadas

para propósitos científicos o técnicos, debido a la falta de repetibilidad inherente a sus

definiciones. También se utilizan los milímetros de columna de agua (mm c.d.a.).

TIPOS:

y Magnitudes físicas

o Presión de vapor o presión de saturacióno Presión críticao Presión parcialo Presión atmosféricao Presión manométricao Presión dinámicao Presión estáticao Presión hidrostáticao Presión de radiación

y Medicina

o Presión arterialo Presión ocular

Pr esión a t mosfé r ica :

Es la presión ejercida por el aire atmosférico en cualquier punto de la atmósfera. Normalmente se refiere a la presión atmosférica terrestre, pero el término esgeneralizable a la atmósfera de cualquier planeta o satélite.

La presión atmosférica en un punto coincide numéricamente con el peso de unacolumna estática de aire de sección recta unitaria que se extiende desde ese punto hastael límite superior de la atmósfera. Como la densidad del aire disminuye conformeaumenta la altura, no se puede calcular ese peso a menos que seamos capaces deexpresar la variación de la densidad del aire en función de la altitud z o de la presión

p. Por ello, no resulta fácil hacer un cálculo exacto de la presión atmosférica sobre lasuperficie terrestre; por el contrario, es muy fácil medirla.

La presión atmosférica en un lugar determinado experimenta variaciones asociadas con

los cambios meteorológicos. Por otra parte, en un lugar determinado, la presiónatmosférica disminuye con la altitud, como se ha dicho. La presión atmosférica decrecea razón de 1 mmHg o Torr por cada 10 m de elevación en los niveles próximos al delmar. En la práctica se utilizan unos instrumentos, llamados altímetros, que son simples

barómetros aneroides calibrados en alturas; estos instrumentos no son muyprecisos.






La presión atmosférica normalizada, 1 atmósfera, fue definida como la presiónatmosférica media al nivel del mar que se adoptó como exactamente 101325 Pa o 760Torr. Sin embargo, a partir de 1982, la IUPAC recomendó que si se trata de especificar las propiedades físicas de las sustancias "el estándar de presión" debía definirse comoexactamente 100 kPa o (§750,062 Torr). Aparte de ser un número redondo, este cambiotiene una ventaja práctica porque 100 kPa equivalen a una altitud aproximada de 112metros, que está cercana al promedio de 194 m de la población mundial.1

Pr esión manomé tr ica:

Se llama presión manométrica a la diferencia entre la presión absoluta o real y la presión atmosférica. Se aplica tan solo en aquellos casos en los que la presión es

superior a la presión atmosférica, pues cuando esta cantidad es negativa se llama presiónde vacío.

Muchos de los aparatos empleados para la medida de presiones utilizan lapresión

atmosférica como nivel de referencia y miden la diferencia entre la presión real o

absoluta y la presión atmosférica, llamándose a este valor presión manométrica.

Los aparatos utilizados para medir la presión manométrica reciben el nombre demanómetros y funcionan según los mismos principios en que se fundamentan los

barómetros de mercurio y los aneroides. La presión manométrica se expresa bien sea por encima o por debajo de la presión atmosférica. Los manómetros que sirven paramedir presiones inferiores a la atmosférica se llaman manómetros de vacío ovacuómetros.

M anómetro aneroide de doble escala: en k P a (kilopascales)

y en psi (pounds per square inch).






Pr esión hid r os tát ica:

La presión en un fluido es la presión termodinámica que interviene en la ecuaciónconstitutiva y en la ecuación de movimiento del fluido, en algunos casos especiales esta

presión coincide con la presión media o incluso con la presión hidrostática.

C AUDAL:

y Caudal : en dinámica de fluidos, caudal es la cantidad de fluido que avanza enuna unidad de tiempo. Se denomina también "Caudal volumétrico" o "Índice deflujo fluido". A sociado al t ér mino anterior:

y Caudalímetro: Instrumento empleado para la medición del caudal de unfluido o gasto másico.

y Cálculo de caudal de agua en tubería: Estimación del comportamientode un flujo de tubería, basado en la ecuación de continuidad:

y Caudal másico o flujo másico: En física y ciencias afines, caudal se refiere a unvolumen cualquiera determinado por una unidad de tiempo.

P o t encia:

Cantidad de trabajo realizado por unidad de tiempo.

Siendo:






Entonces:

o, lo que es lo mismo:

P o t encia el éc tr ica:

Es la relación de paso de energía de un flujo por unidad de tiempo; es decir, la cantidadde energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado ( p = dW /

dt ). La unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el vatio o watt, que es lomismo.

Cuando una corriente eléctrica fluye en un circuito, puede transferir energía al hacer untrabajo mecánico o termodinámico. Los dispositivos convierten la energía eléctrica demuchas maneras útiles, como calor, luz (lámpara incandescente), movimiento (motor eléctrico), sonido (altavoz) o procesos químicos. La electricidad se puede producir mecánica o químicamente por la generación de energía eléctrica, o también por latransformación de la luz en las células fotoeléctricas. Por último, se puede almacenar químicamente en baterías.

Potencia en corriente continua:

Cuando se trata de corriente continua (CC) la potencia eléctrica desarrollada en uncierto instante por un dispositivo de dos terminales, es el producto de la diferencia de

potencial entre dichos terminales y la intensidad de corriente que pasa a través deldispositivo. Por esta razón la potencia es proporcional a la corriente y a la tensión. Estoes,

(1) «

donde I es el valor instantáneo de la corriente y V es el valor instantáneo del voltaje. SiI se expresa en amperios y V en voltios, P estará expresada en watts (vatios). Igualdefinición se aplica cuando se consideran valores promedio paraI, V y P.

Cuando el dispositivo es una resistencia de valor R o se puede calcular la resistenciaequivalente del dispositivo, la potencia también puede calcularse como

, recordando que a mayor luz, menor voltaje.






Potencia en corriente alterna:

Cuando se trata de corriente alterna (AC) sinusoidal, el promedio de potencia eléctricadesarrollada por un dispositivo de dos terminales es una función de los valores eficaceso valores cuadráticos medios, de la diferencia de potencial entre los terminales y de laintensidad de corriente que pasa a través del dispositivo.

En el caso de un circuito de carácter inductivo (caso más común) al que se aplica una

tensión sinusoidal con velocidad angular y valor de pico resulta:

Esto provocará una corriente retrasada un ángulo respecto de la tensión aplicada:

La potencia instantánea vendrá dada como el producto de las expresiones anteriores:

Mediante trigonometría, la anterior expresión puede transformarse en la siguiente:

Y sustituyendo los valores del pico por los eficaces:

Se obtiene así para la potencia un valor constante, y otro variable con el

tiempo, . Al primer valor se le denomina potencia activa y alsegundopotencia fluctuante.

Potencia fluctuante

Al ser la potencia fluctuante de forma senoidal, su valor medio será cero. Para entender mejor qué es la potencia fluctuante, imaginemos un circuito que sólo tuviera una

potencia de este tipo. Ello sólo es posible si = / 2, quedando

caso que corresponde a un circuito inductivo puro o capacitivo puro. Por lo tanto la potencia fluctuante es debida a un solenoide o a un condensador.Tales elementos noconsumen energía sino que la almacenan en forma de campo magnético y campoeléctrico.






Componentes de la intensidad

F igura 1.- Com ponentes activa y reactiva de la intensidad; supuestos inductivo,i z quierda y capacitivo, derecha.

Consideremos un circuito de C. A. en el que la corriente y la tensión tienen un desfase. Se define componente activa de la intensidad, Ia, a la componente de ésta que está en

fase con la tensión, y componente reactiva, Ir, a la que está en cuadratura con ella (véaseFigura 1). Sus valores son:

El producto de la intensidad, I, y las de sus componentes activa, Ia, y reactiva, Ir, por latensión, V, da como resultado las potencias aparente (S), activa (P) y reactiva (Q),respectivamente:

Potencia aparente

F igura 2.- Relación entre potencia activa, aparente y reactiva.






La potencia compleja (cuya magnitud se conoce como potencia aparente) de un circuitoeléctrico de corriente alterna, es la suma (vectorial) de la potencia que disipa dichocircuito y se transforma en calor o trabajo(conocida como potencia promedio, activa oreal) y la potencia utilizada para la formación de los campos eléctrico y magnético desus componentes que fluctuará entre estos componentes y la fuente de energía (conocida

como potencia reactiva).

Esta potencia no es la realmente "útil", salvo cuando el factor de potencia es la unidad(cos =1), y señala que la red de alimentación de un circuito no sólo ha de satisfacer laenergía consumida por los elementos resistivos, sino que también ha de contarse con laque van a "almacenar" las bobinas y condensadores. Se la designa con la letraS y semide en voltiamperios (VA) (la potencia activa se mide en vatios (W), y la reactiva semide en voltiamperios reactivos (VAR)

La fórmula de la potencia aparente es:

Potencia activa

Es la potencia que representa la capacidad de un circuito para realizar un proceso detransformación de la energía eléctrica en trabajo. Los diferentes dispositivos eléctricosexistentes convierten la energía eléctrica en otras formas de energía tales como:mecánica, lumínica, térmica, química, etc. Esta potencia es, por lo tanto, la realmenteconsumida por los circuitos. Cuando se habla de demanda eléctrica, es esta potencia laque se utiliza para determinar dicha demanda.

Se designa con la letra P y se mide en vatios (W). De acuerdo con su expresión, la leyde Ohm y el triángulo de impedancias:

Resultado que indica que la potencia activa es debida a los elementos resistivos.

Potencia reactiva:

Esta potencia no tiene tampoco el carácter realmente de ser consumida y sólo aparecerácuando existan bobinas o condensadores en los circuitos. La potencia reactiva tiene unvalor medio nulo, por lo que no produce trabajo necesario. Por ello que se dice que esuna potencia desvatada (no produce vatios), se mide en voltiamperios reactivos (VAR) y se designa con la letra Q.

A partir de su expresión,

Lo que reafirma en que esta potencia es debida únicamente a los elementos reactivos.






Potencia trif ásica:

La representación matemática de la potencia activa en un sistema trifásico equilibradoestá dada por la ecuación:

INTENSI DA D DE CORRIENTE :

La corriente o intensidad eléctrica es el flujo de carga por unidad de tiempo querecorre un material. Se debe a un movimiento de los electrones en el interior delmaterial. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios sobre

segundo), unidad que se denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se tratade un movimiento de cargas, produce un campo magnético, lo que se aprovecha en elelectroimán.

El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente eléctrica es elgalvanómetro que, calibrado en amperios, se llama amperímetro, colocado en serie conel conductor cuya intensidad se desea medir.

Una corriente de electricidad existe en un lugar cuando una carga neta se transportadesde ese lugar a otro en dicha región. Supongamos que la carga se mueve a través deun alambre. Si la carga q se transporta a través de una sección transversal dada del

alambre, en un tiempo t , entonces la intensidad de corriente I , a través del alambre es:

Aquí q está dada en culombios, t en segundos, e I en amperios. Por lo cual, laequivalencia es:

Una característica de los electrones libres es que, incluso sin aplicarles un campo

eléctrico desde afuera, se mueven a través del objeto de forma aleatoria debido a laenergía calórica. En el caso de que no hayan aplicadoningún campo eléctrico, cumplencon la regla de que la media de estos movimientos aleatorios dentro del objeto es igual acero. Esto es: dado un plano irreal trazado a través del objeto, si sumamos las cargas(electrones) que atraviesan dicho plano en un sentido, y sustraemos las cargas que lorecorren en sentido inverso, estas cantidades se anulan.

Cuando se aplica una fuente de tensión externa (como, por ejemplo, una batería) a losextremos de un material conductor, se está aplicando un campo eléctrico sobre los






BOMBAS

I. OBJETIVO:

La aplicación de la primera ley de la Termodinámica en este equipo nos indica que sigue un

proceso exotérmico, es decir libera calor.

II. MARCO TEÓRICO:

COMPRESORES O BOMBAS

Un compresor o bomba es una máquina térmica de fluido que está construida para

aumentar la presión de una sustancia y desplazar cierto tipo de fluidos llamados

compresibles, tal como lo son los gases y los vapores. Ésta energía es adquirida por el

fluido en forma de energía cinética y presión (energía de flujo).Esto se realiza a través

de un intercambio de energía entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido

por el compresor es transferido a la sustancia que pasa por él convirtiéndose en

energía de flujo, aumentando su presión y energía cinética impulsándola a fluir. Su

fluido de trabajo es compresible, por ello sufren un cambio apreciable de densidad y,

generalmente, también de temperatura; a diferencia de los ventiladores y los

sopladores, los cuales impulsan fluidos compresibles, pero no aumentan su presión,

densidad o temperatura de manera considerable.

Al igual que las bombas, los compresores también desplazan fluidos, pero a diferencia

de las primeras que son máquinas hidráulicas, éstos son máquinas térmicas, ya que

su fluido de trabajo es compresible, sufre un cambio apreciable de densidad y,

generalmente, también de temperatura; a diferencia de los ventiladores y los

sopladores, los cuales impulsan fluidos compresibles, pero no aumentan su presión,

densidad o temperatura de manera considerable. Se utiliza principalmente en aires

acondicionados.

El compresor esta compuesto por: bielas (barras), pistones, embobinado, bomba de

lubricación, anillos de lubricación, anillosde presión, aceite, sedaso o plato, cigüeñal,






carter, bobinas, terminales que son siempre en conexiones de tipo estrella o estrella

delta.

Se suelen clasificar según varios principios. Las 2 clasificaciones presentadas a

continuación son complementarias de modo que, por ejemplo: un motor de explosión

es un motor térmico -alternativo (de desplazamiento positivo).

Clasificación de los Compresores según su principio de funcionamiento:

Compresores de Desplazamiento Positivo:

Los Compresores de Desplazamiento Positivo son capaces de altas razones de

compresión por etapa, pero como operan discontinuamente no pueden trabajar

con caudales elevados.

Ejm: En los compresores de gas donde el incremento de presión se logra

introduciendo un volumen de gas en espacio determinado, que posteriormente es

reducido por medios mecánicos.

Entre los que se incluyen: compresores de pistón, de diafragma y de engranajes.

Los compresores de desplazamiento positivo se dividen a la vez en dos

grupos, los reciprocantes y los rotativos.

Compresores rotatorios / rotativos:

Hay varios tipos de compresores rotatorios pero todos tienen el mismo tipo de curva

de rendimiento que el compresor reciprocantes: es decir, son de capacidad fija con

contrapresión variable. Los compresores rotatorios se prestan más para las unidades

motrices de velocidad variable, como las turbinas de vapor, que los compresores

reciprocantes.

Por lo general, estos compresores tienen una capacidad máxima de unos 25.000

ft3/min.

Los tipos más comunes de compresores rotatorios son los de espiral y de lóbulos

rotatorios, que ofrecen la ventaja de que el aire no contiene aceite, porque no haycontacto con ninguna parte en la zona de compresión. Su diseño rotatorio les da una

capacidad mucho mayor que la del compresor reciprocante y sin problemas de

pulsaciones.






Compresores reciprocantes:

Funcionan con el principio adiabático mediante el cual se introduce el gas en el

cilindro por las válvulas de entrada, se retiene y comprime en el cilindro y sale por

las válvulas de descarga, en contra de la presión de descarga.

En estos equipos el elemento principal de compresión es un pistón que se mueve

alternativamente dentro de un cilindro, lográndose así la reducción del volumen del

gas a comprimir.

Estos compresores rara vez se emplean como unidades individuales, salvo que el

proceso requiera funcionamiento intermitente. Por ejemplo, si hay que regenerar un

catalizador cada dos o tres meses o se tiene un suministro de reserva en otra fuente,

esto daría tiempo para reparar o reemplazar las válvulas o anillos de los pistones, si

es necesario.

Los compresores reciprocantes tienen piezas en contacto como los anillos de los

pistones con las paredes del cilindro, resortes y placas o discos de válvulas que seacoplan con sus asientos y entre la empaquetadura y la biela. Todas estas partes están

sujetas a desgaste por fricción.

Los compresores de pistón pueden ser se simple o doble efecto, según si una o

ambas caras del pistón realicen compresión sobre el fluido.

Los de simple efecto comprimen el aire en la parte superior del cilindro y

normalmente son del tipo entroncado.

Los de doble efecto requieren una acople mediante crucetas, para procurar que el

movimiento de vástago sea lineal, con lo cual puede lograrse una reducción en el

largo del pistón, creándose dos cámaras de compresión: una por arriba y otra por

abajo del mismo.

Los compresores reciprocantes pueden ser además lubricados o no lubricados;

estos últimos tienen anillos de politetrafluoretileno (PTFE) auto-lubricados. Los

compresores no lubricados del tipo entroncado tienen carcaza seca, con rodamientos

de engrase permanente, mientras que los de cruceta tienen la biela más larga de

forma que su parte lubricada no entre en la cámara de compresión.

Los compresores reciprocantes normalmente tienen válvula auto-accionadas las

cuales abren y cierran según la diferencia de presión que exista a través de ellas.Los compresores alternativos son los equipos de compresión más usados; poseen un

alto rango de tamaños y tipos diferentes, su potencia varía desde fracciones de hp

hasta unidades de más de 12.000 hp, con rangos de presión desde menos de uno

hasta más de 4000 bar.






Otra ventaja de estos equipos, es que son más eficientes para la mayoría para la

mayoría de las aplicaciones, pudiendo ser instalados con equipos de control de

capacidad para mantener se eficiencia a cargas parciales.

Debido al movimiento reciprocante de los pistones y a otras partes rodantes

desbalanceadas, las fuerzas de inercia tienden a desbalancear la unidad; por ello es

necesario emplear alguna base o función que establece la instalación.

La aplicación de este requerimiento depende del tipo y tamaño del compresor.

Dadas las características de funcionamiento de este tipo de compresores, el flujo del

aire que ellos entregan no es continuo sino pulsante, lo que representa una

desventaja.

Sin embargo, ello puede minimizarse utilizando un amortiguador de pulsaciones.

A continuación daremos un trato especial a algunos compresores reciprocantes

debido a sus características muy particulares.

* Compresores de pistón libre:

Se trata de un arreglo especial, en donde el compresor se encuentra integrado a un

motor diesel de manera tal que no existe conexión mecánica alguna. En principio, se

trata de un diseño sencillo, pero en la práctica, el diseño es sumamente complicado

debido a la necesidad de sincronismo de los pistones, y de un sistema de arranque.

El principio de operación de estos equipos es el siguiente:

Haciendo uso del aire comprimido se logra el movimiento hacia adentro de los dos

pistones, comprimiéndose el aire contenido en la cámara de combustión. Cuando los

pistones se encuentran cerca del punto muerto inferior, se inyecta el combustible,

produciéndose la combustión por efecto de la temperatura.

Al incrementarse bruscamente la presión en la cámara de combustión, los pistones

son forzados hacia fuera, obteniéndose la compresión del aire en las cámaras de

compresión.

*Compresor tipo laberinto:

Este es un tipo especial de compresor de desplazamiento positivo que trabaja sin

anillos en el pistón y suministra aire excento de aceite.

El sello entre el pistón y el cilindro se logra con una serie de laberintos . Los pistones

en su superficie llevan mecanizada una rosca cuyas crestas crean remolinos de aires

que bloquean las fugas,






Estas fugas internas son mucho mayores y las R.P.M. menores que en los

compresores que emplean anillos en el pistón, por lo que solo se recomienda este

tipo de unidad debido a su capacidad de ofrecer aire absolutamente libre de aceite.

Compresores Centrífugos:

Los compresores centrífugos, no son capaces de producir altas razones de

compresión por etapa, pero pueden trabajar con grandes volúmenes de flujo,

debido a que operan continuamente. La mayoría de las bombas y compresores

usados en operaciones normales de procesos son del tipo centrífugo (lo que está

de acuerdo con nuestra observación previa de que la mayoría de los procesos

tienden a ser de tipo continuo).






LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

¿Qué son las bombas centrífugas?

Las bombas centrífugas son las más usadas en las industrias. Se utilizan

para desplazar líquidos a través de un sistema de tuberías accionadas

principalmente por motores eléctricos y de combustión interna.

Estas bombas crean un flujo utilizando la energía cinética de un rodete

giratorio para generar el movimiento del fluido. La eficacia de una bomba

centrífuga depende del rendimiento de este rodete.

Clasificación de las bombas centrífugas:

Debido a la gran variedad de las bombas centrífugas, estas pueden

clasificarse como:

y Bomba centrífuga voluta: El impulsor descarga en una caja espiral que

se expande progresivamente, proporcionada en tal forma que la

velocidad del líquido se reduce en forma gradual. Por este medio, parte

de la energía de velocidad del líquido se convierte en presión estática.

y Bomba centrífuga difusor: Los álabes (rueda perfilada) direccionales

estacionarios rodean al rotor o impulsor en una bomba del tipo de

difusor. Estos pasajes con expansión gradual cambian la dirección del

flujo del líquido y convierten la energía de velocidad a columna de

presión.






y Bomba centrífuga turbina: En este tipo de bomba se producen remolinos

en el líquido por medio de los álabes a velocidades muy altas dentro del

canal anular en el que gira el impulsor.

Las bombas centrífugas horizontales:

Las bombas centrífugas con el eje de giro horizontal tienenel motor a la

misma altura. Éste tipo de bombas se utiliza para el funcionamiento en seco.

El líquido llega siempre a la bomba por medio de una tubería de aspiración.

Las bombas centrífugas verticales:

Las bombas centrífugas con el e je de giro en posición vertical tienen el

motor a nivel superior al de la bomba y trabajan siempre rodeadas por el

líquido a bombear.

Existen otras clasificaciones de las bombas centrífugas, según el tipo de

flujo:

- Bomba centrífuga de flujo radial: En el caso de flujos bajos y altaspresiones, la acción del rotor de la bomba centrífuga es en gran

medida radial.

- Bomba centrífuga de flujo axial: Las bombas de flujo axial desarrollan

su columna por la acción de su impulso o elevación de las paletas

sobre el líquido.






- Bomba centrífuga de flujo mixto: Las bombas de flujo mixto desarrollan

su columna parcialmente por fuerza centrífuga y parcialmente por el

impulsor de los álabes sobre el líquido. El diámetro de descarga de los

impulsores es mayor que el de entrada.

EXPANSORES

Los expansores operan de manera inversa a la de los

compresores; disminuye la presión del fluido mientras

efectúan trabajo. Teóricamente, todos los compresores

pueden funcionar al revés para operar como expansores.

Sin embargo, en la práctica, sólo se usa maquinaria de

operación continua como expansores en la producción de

trabajo.

Los expansores de turbina constituyen el tipo de máquinas de expansión más comúnmente

usado.

A continuación se presenta Expansores de tubos:

Expansores para tubos, se utilizan para muchas aplicaciones incluyendo condensadores,

equipos de refrigeración, intercambiadores de calor, calderas acuotubulares, piro tubulares, y

tachos de ingenios azucareros.






PRACTICA Nº 1:

Basándonos, en la Ecuación de Bernoulli:

Caudal(q):

q =z

donde:

V=volumen y =tiempo

Potencia(P):

P = V x I

donde:

P : potencia

V : volumen

I : intensidad de corriente

A diferentes presiones en Psi, vamos a tomar el tiempo que demora una bomba

Centrífuga en aspirar de un tanque de agua de 100 lt. dicho líquido.






Enciendo la bomba centrífuga.






Miro que la presión esté en las condiciones que deseo en cada caso: 20, 25, 30,

35, 40, psi

La intensidad de corriente (I) inicial es:

Miro en el ONTOMETRO que es el que mide el volumen que succiona la

bomba, controlo los 100lt, en que tiempo.

A las condiciones de:

P=20 psi

V= 100 lt

tiempo= 02:01:5 = 121 seg

Intensidad = 5.95 Amperios






Voltios =220 v.

Caudal = 100lt / 121seg = 0.8264 lt/seg


P=25 psi

V= 100 lt

tiempo= 01:49:6= 109 seg


Voltios =220 v.

Caudal = 100lt / 109seg = 0.9174 lt/seg


P=30 psi

V= 100 lt

tiempo= 1:46:3= 106 seg


Voltios =220 v.

Caudal = 100lt / 106 seg = 0.9434 lt/seg







P=35 psi

V= 100 lt

tiempo= 2:04:6= 124 seg


Voltios =220 v.








P=40 psi

V= 100 lt

tiempo= 2:52:3= 172 seg


Voltios =220 v.


Presión

(psi)

Volumen tiempo Intensidad

(A)

voltios

(v)

Caudal

(lt/s)

Potencia

(v*A)

20 100 lt 121 seg 5.95 220 v 0.8264 1309

25 100 lt 109 seg 5.90 220 v 0.9174 1298

30 100 lt 106 seg 5.85 220 v 0.9434 1287

35 100 lt 124 seg 5.8 220 v 0.8464 1276

40 100 lt 172 seg 5.10 220 v 0.5814 1122

Recomendamos se abra la llave antes de encender la

bomba para que succione con facilidad, de lo contrario

puedo ocasionar fallas en el sistema o malograrlo.

Esta práctica nos ha servido para comprobar el manejo

de una bomba centrífuga, paso a paso. en un circuito

cerrado, de entrada y salida de agua.






McCabe W. L. Operaciones Unitarias en Ingeniería Química. 1991.

Cuarta Edición. Editorial McGraw-Hill.

Geankoplis, C. J. Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias.

1998. Tercera Edición. Compañía Editorial Continental, S. A. de C.V.

ÇENGELS, Yunus. Termodinámica. Tomo 1. Segunda Edición. Mc Graw Hill.

1996.

VAN WYLEN, Gordon. Introducción a la Termodinámica Clásica y Estadística.

Limusa Noriega Editores. México, 1993.

PERRY, John. Manual del Ingeniero Químico. Tomo II. Unión Tipográfica

Editorial Hispanoamericana. México. 1966.

Microsoft® Encarta® 98 Encyclopedia. Microsoft Corporation. 1993-1997

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Aspectos Generales:

http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_manom%C3%A9trica

www.construsur.com.ar

lab d operaciones unitarias

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