Válvulas
Definición
Tipos de Válvulas
• Mariposa
• Diafragma
• Bola
• Cono
• Compuerta
• Cuchillo
• Retención
• Globo
• Aguja
• Pistón
Válvula Mariposa
Válvula que opera
gracias a un disco
circular ubicado en el
centro de la tubería. El
disco tiene un eje
conectado a una llave,
que al posicionarse
correctamente, ubica el
disco de tal forma que
bloquea el flujo.
Válvulas de Diafragma
También llamadas válvulas de
membrana.
Se operan causando presión
sobre una membrana que al
ser desplazada, provoca un
área de apoyo que bloquea el
flujo.
Válvulas Bola
Válvula que opera al girar
una esfera que tiene
perforaciones por el medio,
y al estar alineadas con el
flujo, permite el transito de
fluido.
Válvulas Cono
Similares a las Válvulas
Bola pero utilizando un
cono o un cilindro.
Válvulas Compuerta
Válvula que se abre al desplazar una
puerta rectangular o circular fuera del
camino del fluido.
Bajo roce.
Uso domestico.
Válvulas Cuchillo
Similares a las
válvulas de
compuerta pero
usando una
lámina para
interrumpir el
flujo.
Válvulas de Retención
Válvulas que evitanautomáticamente el flujoinvertido. Pueden operarprincipalmente de dosformas:
• Con un mecanismo(resorte, membrana, peso,etc.)
• Activándose al haber flujoinverso.
Válvula Globo
Válvula que funciona haciendo descender
una esfera sobre un anillo de apoyo.
Buena para controlar el flujo.
Válvula de Aguja
Similar a la válvula de globo pero para
flujos menores.
Válvulas de Pistón
Válvula que controla el flujo usando el
movimiento lineal de un pistón a través
de alguna cámara o un cilindro.
Se usan en:
Motores a vapor.
Instrumentos de viento.
Pistones neumáticos.
Tipos de válvulas
Válvula de compuerta: La compuerta tiene forma decuña, se usa cuando su función es detener el paso delfluido mas bien que regularlo. Hay de vástagoascendente y no ascendente. Existen de 1/8 hasta 42”de diámetro.
Válvula de globo: Son siempre de vástago ascendente.La caída de presión es mucho mayor que en lasválvulas de compuerta. Se usa cuando la función de laválvula es regular la circulación de fluido. Presentanpérdidas por fricción.
Válvula de aguja: Es muy buena para controlar flujos.Se usa en gases tales como oxígeno y ciclopropano enanestesias
Válvula de grifo: Es el método más sencillo pararegular el flujo de fluidos. Se usan en instalacionespequeñas para aire comprimido
Válvula de bola: Es igual pero en vez de cerrar uncono cierra una bola
Válvula de retención: Tiene por objeto impedir elretroceso de la circulación, pero no esabsolutamente hermética. Se usa cuando haybombas de succión. La de bola, cuando sesucciona la bola sube y pasa líquido y si el líquidoquiere volver, baja y queda como tapón.
Válvula de abertura rápida: Tiene unresorte que mantiene el vástago contra elasiento, es accionada por el pie. Se abrede una vez y no es regulable.
Válvula de seguridad: se abre sola ,cuando es muy alta la presión interior(vencen la resistencia de un resorte),cuando disminuye la presión se cierraautomáticamente. Debe revisarseperiódicamente porque tiene tendencia apegarse.
Válvula de membrana: Se usa para manejar
líquidos corrosivos. La MEMBRANA TAPA
LA SALIDA. De este modo la membrana
hace que el ácido no entre en contacto con la
válvula misma.
Válvula de mariposa: Es una plancha que
gira como el registro de las chimeneas
Las válvulas para presiones de trabajode hasta 250 psi se hacen por lo generalde fundición. Las válvulas de estematerial no deben usarse contemperaturas superiores a 232ºC. Parapresiones hasta 1350 psi se construyenválvulas con cuerpos de acero fundido oforjado. Algunos usan acero cromoníquel.
http://www.valvulasindustriales.com/www/productos.html
Enlaces de interés
http://www.benoit.cl/prod02.htm
http://www.dinatex.cl/html/repres_valvulas.htm
EQUIPOS DE
PROPULSIÓN
Una turbomáquina es un aparato en el cual el
movimiento de un fluido no confinado se
altera de manera que transmite potencia
desde o hacia el eje.
También se dice que crea un empuje de
propulsión.
Bombas, el fluido es un líquido.
Compresor, transmite energía a un gas de manera de
obtener alta presión pero con velocidad baja
Ventiladores, causa movimiento de un gas con un
pequeño cambio de presión.
Sopladores, imparte velocidad y presión sustanciales en
un gas
Los equipos pueden ser:
BOMBAS
Bombas: Se usan para proporcionar energía al
fluido
Bombas de desplazamiento positivo
• reciprocas (pistón, émbolo) y
• rotatorias
El término bomba se utilizará para denominar genéricamente atodas las máquinas de bombeo (bombas, ventiladores, sopladores ycompresores).
Las máquinas de desplazamiento positivo obligan a que unfluido entre o salga de una cámara al cambiar el volumen deésta
TIPOS DE BOMBA
Bombas de émbolo: Se usan sólo para líquidos limpios(que no contengan abrasivos), ya que sino hay un posiblebloqueo de émbolo o de la válvula. Sirven para bombearlíquidos viscosos
Bombas rotatorias: Están formadas por una caja dentrode la cual se mueven dos engranajes en sentidocontrario. Cuando el engranaje gira el líquido esatrapado entre el diente y el cuerpo de la bomba uposteriormente librado en la línea de descarga. Medianteun motor se mueven los engranajes. Las bombasrotatorias pueden usarse para cualquier líquido libre deabrasivos y son indicadas para fluidos de alta viscosidad.
Observación
Las bombas de desplazamiento positivo
son autocebantes (se llenan solas) y no
se pueden dejar funcionando con las
válvulas cerradas, porque al aumentar la
presión se puede romper el equipo.
Bombas helicoidales (o de tornillo): Son como máquinasde moler carne, tienen un tornillo que se mueve en elinterior. Sirven para altas presiones.
Bombas centrífugas: Se usan ampliamente en la industriadebido a la simplicidad en su diseño, bajo costo inicial.
Bombas por desplazamiento: Obligan al líquido adesplazarse de un punto a otro por medio de la presiónejercida por un gas o vapor.
Bomba Rotatoria
Bomba Peristáltica
Bomba Centrífuga
Bombas centrífugas
La principal característica de una bomba de
desplazamiento positivo es que entrega una
cantidad definida de líquido por cada carrera
del pistón o revolución de la pieza movible.
Por otra parte una bomba centrífuga puede
entregar un volumen variable de fluido con
diferencia de carga.
La bomba centrífuga
A medida que el impulsor gira, a través de la ojo de
la caja se aspira aire que fluye radialmente hacia
fuera. Las aspas giratorias entregan energía al
fluido, y tanto la presión como la velocidad absoluta
aumentan a medida que el fluido circula del ojo
hasta la periferia de las aspas.
La forma de la carcasa está diseñada para reducir la
velocidad a medida que le fluido sale del impulsor, y
esta disminución de energía cinética se convierte en
un aumento de presión.
La bomba centrífuga
Los álabes directores del difusordesaceleran el flujo a medidaque el fluido es dirigido hacia lacaja de la bomba.
Los impulsores pueden ser dedos tipos: abiertos y encerrado
El aumento de carga real ganado por el fluido por medio de unabomba se puede determinar a través del siguiente arregloexperimental:
Características del rendimiento de la bomba
Usando la Ecuación General de Energía:
L
21
22
1212
A h+g2
v-v+z-z+
γ
p-p=h
Efecto de las pérdidas sobre la curva carga-
caudal de la bomba
Potencia de la bomba
La potencia de la bomba está dada por:
Dicha cantidad expresada en términos de caballos de potenciaen general se denomina fuerza o potencia hidráulica.
γ Q=hP AA
La eficiencia total de la bomba se expresa a través de la ecuación:
bomba la acciona que eje del Potencia
fluido elpor ganada Potencia=η
En tal ecuación, el denominador representa la potencia totalaplicada a eje de la bomba y a menudo se denomina potencia alfreno:
freno al Potencia
P=η A
Potencia y eficiencia de bombeo
Potencia eléctrica : energía suministrada por una fuente
externa a un motor eléctrico por unidad de tiempo
)ρcos(3IP
IP
E
E
V : alterna corriente
V : contínua corriente
Rendimientos :
E
H
E
F
F
H
P
P : bomba-moto grupo
P
P : motor
P
P : bomba mecánico
G
M
ηientodimnRe
ηientodimnRe
ηientodimnRe
Características del rendimiento de la bomba
La eficiencia o rendimiento total de la bomba esafectada por:
(a) las pérdidas hidráulicas en la bomba,
(b) las pérdidas mecánicas en los cojinetes y sellos y
(c) las fugas de fluido ente la superficie trasera de la placa delcubo del impulsor y la caja (pérdida volumétrica)
Curvas características de una bomba centrífuga
Toda bomba centrífuga sitúa su punto de funcionamiento en la
intersección de su curva característica con la curva del sistema
Qoperación
H
Hsistema
Hbomba
Q
Hoperación
Qoperación
H
Hsistema
Hbomba
Q
Hoperación
Agitación y mezclas
de líquidos
Agitación
La agitación se refiere aforzar un fluido pormedios mecánicos paraque adquiera unmovimiento circulatorio enel interior de unrecipiente.
Los objetivos de la agitación pueden ser:
Mezcla de dos líquidos miscibles (ej: alcohol y agua)
Disolución de sólidos en líquido (ej.: azúcar y agua)
Mejorar la transferencia de calor (ej.,en calentamiento o enfriamiento)
Dispersión de un gas en un líquido (ej.,oxígeno en caldo de fermentación)
Dispersión de partículas finas en un líquido
Dispersión de dos fases no miscibles (ej.,grasa en la leche)
Equipo de agitación
Consiste en un recipiente cilíndrico (cerrado oabierto), y un agitador mecánico, montado en uneje y accionado por un motor eléctrico.
Las proporciones del tanque varían ampliamente,dependiendo de la naturaleza del problema deagitación.
El fondo del tanque debe ser redondeado, con elfin de eliminar los bordes rectos o regiones en lascuales no penetrarían las corrientes del fluido.
Equipo de agitación
La altura del líquido, es aproximadamenteigual al diámetro del tanque.
Sobre un eje suspendido desde la partesuperior, va montado un agitador.
El eje está accionado por un motor,conectado a veces, directamente al mismo,pero con mayor frecuencia, a través de unacaja de engranajes reductores.
Clases de Agitadores
Los agitadores se dividen en
• Los que generan corrientes paralelas al eje
del impulsor que se denominan impulsores de
flujo axial;
• y aquellos que generan corrientes en
dirección radial tangencial que se llaman
impulsores de flujo radial.
Tipos de agitadores
Los tres tipos principales de agitadores
son,
• paletas
• turbina
• hélice
• Consiste en una hoja plana sujeta a un eje rotatorio.
• El flujo de líquido tiene una componente radial grande en el
plano de la pala y también un gran componente rotacional.
• Los agitadores de pala son de construcción relativamente fácil.
• Los agitadores de pala sencillos producen una acción de
mezcla suave, que es con frecuencia la conveniente para el
trabajo con materiales cristalinos frágiles.
• Son útiles para operaciones de simple mezcla, como, por
ejemplo, la mezcla de líquidos miscibles o la disolución de
productos sólidos.
Agitadores de paleta o pala
Agitadores de Palas o paletas
Agitador de paletas
Los agitadores industriales de paletas giran a unavelocidad comprendida entre 20 y 150 rpm.
La longitud del rodete de un agitador de paletas es delorden de 50 al 80% del diámetro interior del tanque.
La anchura de la paleta es de un sexto a un décimo desu longitud.
A velocidades muy bajas, un agitador de paletas produceuna agitación suave, en un tanque sin placas deflectoraso cortacorrientes, las cuales son necesarias paravelocidades elevadas. De lo contrario el líquido se muevecomo un remolino que gira alrededor del tanque, convelocidad elevada pero con poco efecto de mezcla.
Están constituidos por un componente impulsor con más de
cuatro hojas, montadas sobre el mismo elemento y fijas a un eje
rotatorio.
Los agitadores de turbina se pueden utilizar para procesar
numerosos materiales.
AGITADORES DE TURBINA
Agitadores de turbina típicos
Los agitadores de turbina son eficaces para un amplio intervalo deviscosidades; en líquidos poco viscosos, producen corrientes intensas,que se extienden por todo el tanque y destruyen las masas de líquidoestancado.
En las proximidades del rodete existe una zona de corrientes rápidas,de alta turbulencia e intensos esfuerzos cortantes. Las corrientesprincipales son radiales y tangenciales. Las componentestangenciales dan lugar a vórtices y torbellinos, que se deben evitar pormedio de placas deflectoras o un anillo difusor, con el fin de que elrodete sea más eficaz.
El agitador de turbina semiabierto, conocido como agitador de discocon aletas, se emplea para dispersar o disolver un gas en un líquido.El gas entra por la parte inferior del eje del rodete; las aletas lanzanlas burbujas grandes y las rompen en muchas pequeñas, con lo cualse aumenta grandemente el área interfacial entre el gas y el líquido.
AGITADORES DE HÉLICE
• Poseen elementos impulsores de hojas cortas
(corrientemente de menos de ¼ del diámetro
del tanque); giran a gran velocidad (de 500 a
varios millares de r.p.m).
• Las hélices no son muy efectivas si van
montadas sobre ejes verticales situados en el
centro del depósito de mezcla.
Tanto la componente radial como la longitudinal contribuyen,
generalmente, a la mezcla, pero no siempre la componente
rotatoria.
La velocidad de flujo creada, en un depósito, por un mezclador
de hélice tiene tres componentes:
(a)Una componente radial que actúa en dirección
perpendicular al eje.
(b)Una componente longitudinal que actúa paralelamente
al eje.
(c)Una componente rotatoria que actúa en dirección
tangencial al círculo de rotación del eje.
Formas de flujo en los sistemas agitados por
hélices
AGITADORES PARA TANQUES CERRADOS Y
TANQUES ABIERTOS DE MONTAJE FIJO
Estos tipos de agitadores son recomendadospara su aplicación, y todo depende de losrequisitos de su proceso. Los hay deacoplados directo, estos están diseñados paraaplicaciones de baja viscosidad, o volumenpequeños, o aplicaciones en que se requieretrituramientos del producto. Los agitadores deacoplado de engranaje (caja reductora), soneficientemente usados en productos con masalta viscosidad o aplicaciones con un volumenmas elevado.
Tipos de Flujo en Tanques
Agitados
El tipo de flujo que se produce en un tanque agitado,depende del tipo de rodete, de las características delfluido y del tamaño y proporciones del tanque, placasdeflectoras y agitador.
La velocidad del fluido en un punto del tanque tienetres componentes y el tipo de flujo global en elmismo, depende de las variaciones de estas trescomponentes de la velocidad, de un punto a otro.
La primera componente de velocidad es radial yactúa en dirección perpendicular al eje del rodete.La segunda es longitudinal y actúa en direcciónparalela al eje. La tercera es tangencial o rotacional,y actúa en dirección tangencial a la trayectoriacircular descrita por el rodete.
Tipos de Flujo en Tanques
Agitados
Formas de evitar remolinos:
Colocando el agitador fuera del eje central deltanque En tanques pequeños se debe colocar elrodete separado del centro del tanque, de talmanera que el eje del agitador no coincida con el ejecentral del tanque. En tanques mayores el agitadorpuede montarse en forma lateral, con el eje en unplano horizontal, pero no en la dirección del radio.
Formas de evitar remolinos:
Instalando placas deflectoras Estas son placasverticales perpendiculares a la pared del tanque. Entanques pequeños son suficientes 4 placasdeflectoras, para evitar remolinos y formación devórtice. El ancho de las placas no debe ser mayorque un doceavo del diámetro del tanque. Cuando seusan agitadores de hélice, el ancho de la placapuede ser de un octavo del diámetro del tanque.
Deflectores o bafles
Cuando se emplean agitadores de aspas para agitarfluidos de baja viscosidad en tanques sin deflectores(o bafles) se genera un vórtice. La profundidad delvórtice crece con la velocidad hasta queeventualmente el vórtice pasa por el agitador.
La eficiencia del mezclado en un sistema con vórticees usualmente menor que la correspondiente en elsistema sin ella. Para eliminar esta problemática,comúnmente se colocan cuatro deflectores al tanquecon un ancho de 1/10 el diámetro del tanque.
Para líquidos de alta velocidad su misma resistencia
natural a fluir amortigua la formación del vórtice al
grado que el ancho de los bafles puede reducirse a
1/20 del diámetro del tanque.
Para fluidos viscosos se recomienda colocar los
deflectores a una distancia de la pared igual al
ancho del deflector para evitar zonas estancadas
detrás de estos.
Deflectores o bafles
Rango de viscosidades para agitadores
Potencia consumida por el
agitador
Las variables que pueden ser controladas y
que influyen son:
Dimensiones principales del tanque y delrodete: Diámetro del tanque (Dt), Diámetro delrodete (Da), altura del líquido (H), ancho de laplaca deflectora (J), distancia del fondo deltanque hasta el rodete (E), y dimensiones delas paletas.
Viscosidad (μ) y densidad (ρ) del fluido.
Velocidad de giro del agitador (N).
Cálculo de Potencia
El cálculo de la potencia consumida se hace a través de
números adimensionales, relacionando por medio de gráficos
el número de Reynolds y el Número de Potencia. Estas
gráficas dependerán de las características geométricas del
agitador y de si están presentes o no, las placas deflectoras.
Y
Fr
X
P NNCN )()( Re
NP= Nº Potencia
NRe = Nº Reynolds
NFr= Nº de Froude
Número de Reynolds = esfuerzo de inercia / esfuerzo cortante
NDN a
2
Re
Número de Froude = esfuerzo de inercia / esfuerzo gravitacional
g
DNN a
2
Fr
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