I UNIDAD TUBERAS Y ACCESORIOS

Juntas

Las tuberas se deben unir a otras tuberas y componentes. El diseo ptimo requiere un mnimo de trabajo de montaje y prev la misma resistencia que posee la tubera para:

Presin interna en lo que se refiere a las fracturas y las fugas Momentos de torsin que se producen al tender largas distancias de tuberas entre los soportes o debido a la dilatacin trmica en las tuberas con acodamientos dobles. Deformacin axial por la presin interna que acta sobre los cambios de direccin, llaves ciegas y vlvulas cerradas o por la contraccin trmica en los tramos rectos. Fractura o fugas en el caso de que se produzca algn incendio.

Tipos de juntas

Juntas soldadas

Soldadura por ensamble: en todos los metales dctiles de tuberas que se pueden soldar, hay codos, tes, tuberas, ramales laterales, reductores tapones, vlvulas, bridas y juntas de abrazadera en V en todos los tamaos y todos los espesores de paredes, con extremos preparados para la soldadura por ensamble.

Juntas de casquillo soldado: existen en todos los tamaos; pero los accesorios y las vlvulas con extremos de casquillo soldado se limitan a los tamaos de 3 pulgadas. La junta no es tan resistente a los esfuerzos de flexin como la soldadura por ensamble.

Las soldaduras de bifurcaciones: eliminan la necesidad de adquirir tes y no requieren ms metal de soldadura. El uso de accesorios facilita la inspeccin visual de la bifurcacin soldada.

Juntas roscadas

Tuberas con extremos roscados: El uso principal de las juntas roscadas se hace en los tamaos de 2 pulgadas y menores, Para las juntas roscadas de ms de 2 pulgadas, aumentan con rapidez el trabajo necesario de montaje, el tamao y el costo de las herramientas. Las roscas estran la tubera y provocan prdidas de resistencia y fatiga.Roscas de tuberas rectas: se limitan a los acoplamientos ligeros, de tamaos de 2 pulgadas y menores. Cuando los dos componentes de la junta roscada son de metal soldable, la junta se puede sellar mediante soldadura. Este tipo de juntas se limita a las construcciones nuevas y no es apropiado para procedimiento de reparaciones. Cuando se usan juntas a rosca para unir materiales con coeficientes distintos de dilatacin trmica, que estn sujetos a temperaturas cclicas, se puede necesitar el sellado de soldadura para evitar las fugas.

Juntas de unin

Se utilizan como ayuda para montar y desmontar tanto los sistemas roscados como los soldados. Tienen asientos de metal con metal, que se oprime el uno contra el otro mediante una tuerca de rosca recta, y existen tanto en acoplamientos para unir tramos de tubera como en los extremos de algunos accesorios. En sistemas de tuberas a rosca, donde no se espera tener que desmontarlas, las juntas de unin instaladas a ciertos intervalos permiten apretar todava ms las juntas roscadas.

Juntas embridadas

Para tamaos mayores de 2 pulgadas, se usan cuando se espera tener que desmontar las tuberas. Las juntas embridadas no imponen tolerancias diametrales severas a la tubera. No se requiere de una alineacin cuidadosa para el montaje.

Juntas de cuello empacado

No requieren preparacin especial del extremo de la tubera, pero exigen un control cuidadoso del dimetro. Los acoplamientos equipados con cuellos empacados en cada extremo, que se conocen como acoplamientos Dresser, existen en diferentes metales. Las juntas de cuello empacado se disean para soportar el mismo esfuerzo tangencial que las tuberas. No tienen resistencia a los momentos de torsin o las fuerzas axiales que tienden a separar las juntas, sino que ceden ante ellos hasta un punto indicado por las especificaciones de movimientos del extremo y de flexin angular tolerable, que proporciona el fabricante. Este tipo de juntas se utiliza mucho en lneas subterrneas.

Juntas coladas

No requieren ninguna preparacin especial en los extremos de la tubera ni el control de dimetro. Se usan para los materiales frgiles. Las juntas coladas no pueden absorber el movimiento angular o axial sin fugas. El cdigo limita su utilizacin al servicio con agua.

Juntas embutidas

Requieren el control del dimetro del extremo de la tubera. Se usan para materiales frgiles. No resisten los momentos de torsin ni las fuerzas axiales que tienden a separar las juntas, sino que ceden ante ellos hasta un punto limitado por las especificaciones de movimiento de los extremos y deflexin angular admisible, que proporciona el fabricante. Tienen gran aplicacin en lneas subterrneas. El cdigo limita el uso a los servicios de agua.

Juntas expandidas

Se limitan a los tamaos menores de tuberas de metales dctiles. Se utilizan para fijar uniones y bridas Lovekin a las tuberas.

Juntas estriadas

De estras cortadas: reducen el espesor de las paredes metlicas de la tubera. Su uso s e limita a tuberas de paredes gruesas.

Laminadas: reducen menos el espesor de las paredes metlicas de la tubera, sin embargo reducen ligeramente el rea de flujo. Se limitan a paredes delgadas de material dctil.

Las juntas estriadas resisten fuerzas axiales que tienden a separar las juntas. Se pueden utilizar en el tendido de tubera sobre terrenos desiguales.

Juntas de abrazadera en V

Se sujetan a al tubera mediante juntas de expansin o soldadas por ensamble. Tienen menos probabilidad de tener fugas en ciclos rpidos y soportan una amplia gama de temperaturas. Son propensas a fallar o sufrir daos debidos al exceso de presin. Se usan mucho para tuberas de aleaciones altas sujetas a reubicacin o limpieza peridica. Fabricadas como piezas de forja, se usan en acero de carbono con empaques metlicos para las presiones muy altas. Resisten tanto los momentos de torsin como los esfuerzos axiales.

Juntas para tubos

De ajuste abocinado: se usan para tubos dctiles. Tienen pocas probabilidades de sufrir daos mediante el apretamiento excesivo y su eficiencia no se ve perjudicada por el montaje y desmontaje repetidos.

De ajuste de compresin: se utilizan para tubos dctiles con paredes delgadas. Para su instalacin el exterior de los tubos debe estar liso y limpio. No resisten las vibraciones ni las variaciones cclicas de temperatura.

De ajuste de mordiente: para su instalacin el exterior del tubo debe estar limpio y liso. Son resistentes a las vibraciones, pero no a las variaciones cclicas de temperatura, rpidas y de intervalo amplio. Son poco adecuadas para el desmontaje y montaje frecuente. Se usa mucho para sistemas hidrulicos rellenos de aceite a todas las presiones.

Juntas pegadas

Se usan en tuberas de plstico rgido, con el pegamento como modificacin del plstico mismo.

Juntas de insercin de abrazadera: Se usan para tuberas flexibles de plstico de tamaos de hasta 2 pulgadas.Juntas de sello de presin: se utilizan para presiones de 600 lb/pulg2 y superiores.

Sistemas de tuberas de metales ferrosos

Acero forjado De hierro colado centrifugadoHierro con alto contenido de silicio: son resistentes a la mayora de los productos qumicos, tales como cidos sulfrico, ntrico y actico, a cualquier esfuerzo y temperatura.

Sistemas de tuberas de metales No ferrosos

Aluminio: no se hace frgil al descender las temperaturas ni esta sujeto a la corrosin externa cuando se expone a atmsferas normales. Cobre y aleaciones de cobrePlomo y acero recubierto de plomo: se utilizan para manejar cido sulfrico a temperaturas moderadas Acero recubiertas de PlomoMagnesio: resisten el ataque de la mayor parte de los lcalis y muchos productos orgnicos incluyendo alcoholes, fenoles, aminas y steres.Nquel y aleaciones de nquel: se utilizan para cidos de halgenos a altas temperaturas y soluciones de cloruro de sodio custico.Aleacin de nquel-cromo-molibdeno-cobre-hierro: excelente resistencia al cido sulfrico a temperaturas y concentraciones que se encuentran fuera de la gama para el acero al carbono. Estao: se utiliza para manejar fluidos para el consumo humano.Titanio: son resistentes a los cidos oxidantes tales como el ntrico, el crmico y el agua regia y es particularmente resistente a la corrosin por el agua de mar en procesos para la extraccin de agua potable.Tuberas no metlicas y sistemas de tuberas recubiertas

Asbesto cemento: se utiliza ampliamente para sistemas de aguas subterrneos, para desechos y lechadas de fbricas de papel y para aguas de minas.Grafito impermeable: es resistente a a mayora de los cidos incluyendo el fluorhdrico, las sales y los compuestos orgnicos. Acero recubierto de cemento:De alcantarillado de arcilla vtrea: son resistentes a los productos qumicos muy diluidos, con excepcin del cido fluorhdrico. Se utilizan para drenajes, desechos industriales y aguas de avenidas, a la presin atmosfrica. Concreto: se utilizan para drenajesDe vidrio: se fabrican con vidrio de borosilicato resistente al calor y los productos qumicos. Este vidrio es muy estable en cidos y resiste los ataques de loa lcalis en soluciones en los que el pH es de 8 o menos. Lo atacan el cido fluorhdrico y el fosfrico glacial.Acero recubiertas de vidrio: son totalmente resistentes a temperaturas de hasta 212 F a todos los cidos, excepto el fluorhdrico y a todas las soluciones alcalinas hasta un pH = 12.De porcelana qumica: son inertes a todos los cidos excepto el fluorhdrico; pero no son recomendables para los lcalis. Opacas o transparentes de slice o cuarzo: se pueden utilizar continuamente atemperaturas de hasta 1000 C. Tienen como ventajas la no contaminacin de la mayora de los productos qumicos en servicios a latas temperaturas, la resistencia a los choques trmicos y caractersticas de aislamiento a altas temperaturas.De madera y de acero recubiertas de madera. Son apropiadas para temperaturas de hasta 180 F y presiones de 200 lb/pulg2. Se utilizan en instalaciones subterrneas. Acero recubiertas de plstico y caucho Acero recubiertas de cauchoDe plstico: estn libres de corrosin interna y externa, se pueden cortar con facilidad y no provocan corrosin galvnica cuando se unen a otros materiales.De polietileno: excelente resistencia, a la temperatura ambiente, a las sales, los hidrxidos de sodio y amonio y los cidos sulfrico, ntrico y clorhdrico.Cloruro de polivinilo (PVC) y cloruro de polivinilo clorado (CPVC): excelente resistencia a la temperatura ambiente a las sales, el alcohol, la gasolina, el hidrxido de amonio, el cido sulfrico, el actico y el clorhdrico; pero puede sufrir daos mediante las cetonas, los aromticos y algunos hidrocarburos clorados.Termo-fraguadas y reforzadas: resistentes a los cidos no oxidantes, los lcalis, el agua salada y los gases corrosivos.Resina de polister con refuerzo de vidrio: resisten cidos fuertes y soluciones alcalinas.BOMBAS

Las bombas son dispositivos que se encargan de transferir energa a la corriente del fluido impulsndolo, desde un estado de baja presin esttica a otro de mayor presin. Estn compuestas por un elemento rotatorio denominado impulsor, el cual se encuentra dentro de una carcasa llamada voluta. Inicialmente la energa es transmitida como energa mecnica a travs de un eje, para posteriormente convertirse en energa hidrulica. El fluido entra axialmente a travs del ojo del impulsor, pasando por los canales de ste y suministrndosele energa cintica mediante los labes que se encuentran en el impulsor para posteriormente descargar el fluido en la voluta, el cual se expande gradualmente, disminuyendo la energa cintica adquirida para convertirse en presin esttica.

Bomba centrfuga

La bomba centrfuga es el tipo que se utiliza ms en la industria qumica para transferir lquidos de todos tipos, materias primas, materiales de fabricacin y productos acabados. Las ventajas primordiales de una bomba centrfuga son la simplicidad, el bajo costo inicial, el flujo uniforme, la simplicidad de su instalacin y los costos.

Una bomba centrfuga es una mquina que consiste de un conjunto de paletas rotatorias encerradas dentro de una caja o crter, o una cubierta o coraza. Se denominan as porque la cota de presin que crean es ampliamente atribuible a la accin centrfuga. Las paletas imparten energa al fluido por la fuerza de esta misma accin. As, despojada de todos los refinamientos, una bomba centrfuga tiene dos partes principales: (1) Un elemento giratorio, incluyendo un impulsor y una flecha, y (2) un elemento estacionario, compuesto por una cubierta, estoperas y chumaceras.

Funcionamiento

El flujo entra a la bomba a travs del centro u orificio del impulsor aplicando cierta potencia al eje A, que hace girar el impulsor B dentro de la caja estacionaria C. Las hojas del impulsor al girar producen una reduccin de presin a la entrada del orificio del impulsor. Esto hace que fluya lquido al impulsor desde la tubera D. este lquido9 se ve obligado a salir a lo largo de las paletas a velocidades tangenciales crecientes. La velocidad de carga que adquiere al salir de las puntas de las paletas, se convierte en carga de presin conforme pasa el lquido a la cmara espiral y de esta ltima a la descarga E.

Partes principales de una bomba centrfuga

Carcasa: Es la parte exterior protectora de la bomba y cumple la funcin de convertir la energa de velocidad impartida al lquido por el impulsor en energa de presin. Esto se lleva a cabo mediante reduccin de la velocidad por un aumento gradual del rea.

Impulsores: Es el corazn de la bomba centrfuga. Recibe el lquido y le imparte una velocidad de la cual depende la carga producida por la bomba.

Anillos de desgaste: Cumplen la funcin de ser un elemento fcil y barato de remover en aquellas partes en donde debido a las cerradas holguras entre el impulsor y la carcasa, el desgaste es casi seguro, evitando as la necesidad de cambiar estos elementos y quitar solo los anillos.

Estoperas, empaques y sellos: la funcin de estos elementos es evitar el flujo hacia fuera del lquido bombeado a travs del orificio por donde pasa la flecha de la bomba y el flujo de aire hacia el interior de la bomba.

Flecha: Es el eje de todos los elementos que giran en la bomba centrfuga, transmitiendo adems el movimiento que imparte la flecha del motor.

Cojinetes: Sirven de soporte a la flecha de todo el rotor en un alineamiento correcto en relacin con las partes estacionarias. Soportan las cargas radiales y axiales existentes en la bomba.

Bases: Sirven de soporte a la bomba, sosteniendo el peso de toda ella.

Bombas de chorro

Es la clase de dispositivos de manejo que utilizan la cantidad de movimiento de un fluido para desplazar otro. Los tipos de bombas de chorro son los eyectores y los inyectores. El eyector (sifn), se disea para la utilizacin en operaciones en las que la carga contra la que se realiza el bombeo es baja y menor que la carga del fluido utilizado para bombear. El eyector se utiliza para transferir lquidos de un depsito a otro, elevar cidos, lcalis o lquidos que contengan slidos de naturaleza abrasiva y para vaciar sumideros. El inyector funciona por medio de vapor y se utiliza para la alimentacin de quemadores.

Bombas electromagnticas

Se utilizan para la circulacin de transferencia calorfica de metales lquidos en sistemas de reactores nucleares. Todas las bomba electromagnticas utilizan el principio motor, en donde el fluido es el conductor.

Medicin del rendimiento

La cantidad de trabajo que realiza cualquier dispositivo de transporte de fluidos es el producto de: 1) el ndice de la velocidad con la que pasa el fluido por l (capacidad) y 2) la altura de la columna de fluido equivalente (carga), en condiciones adiabticas, a la presin diferencial total medida inmediatamente antes y despus del dispositivo.

Capacidad: se expresa en diversas unidades, dependiendo del tipo de dispositivo. Por lo general se usan los galones por minuto o los metros cbicos por minuto para la mayora de los tipos de bombas de lquidos.

Trabajo realizado en el bombeo: es el trabajo realizado para hacer que un lquido se desplace en contra de la gravedad.

Caballaje de potencia hidrulica (trabajo terico): es necesario conocer la carga dinmica total y el peso del lquido que se debe bombear en un tiempo dado. El peso se expresa en funcin del volumen y la densidad o densidad relativa.

Velocidad: puesto que la mayora de los lquidos son prcticamente incompresibles, existe una relacin definida entre la cantidad que fluye por un punto dado en un tiempo determinado y la velocidad del flujo.

Cavitacin

La presin mnima a la cual un bomba operar adecuadamente debe ser por encima de la presin de vapor del fluido; de lo contrario el fluido se vaporizar o hervir, esto se conoce como cavitacin. Cuando la bomba es llenada con gas o vapor se forma un sello de vapor y la bomba no funciona cuando esto ocurre. Cuando la presin en cualquier punto dentro de la bomba gotea por debajo de la presin de vapor del lquido, se formaran burbujas de vapor en aquel punto (esto generalmente ocurre en o cerca del impulsor). Estas burbujas sern entonces transportadas a otra regin en el fluido donde la presin es ms grande que la presin de vapor, punto o momento en el cual se colapsar. Esta formacin y colapso de burbujas ocurre rpidamente y puede crear ondas de choque locales. Las cuales pueden causar erosin y serios daos al impulsor o la bomba.

NPSH

Para prevenir la cavitacin, es necesario que la presin en la succin de la bomba sea suficientemente alta para que la mnima presin en todas partes en la bomba este por encima de la presin de vapor. Este requerimiento mnimo de presin de succin (en exceso de la presin de vapor) depende del diseo de la bomba, el tamao del impulsor, la velocidad y el rango de flujo. As pues se puede ver que para cada bomba hay cierta carga mnima de succin necesaria para su funcionamiento; esta carga es siempre menor que la altura baromtrica equivalente del lquido que se maneje. Este valor vara con el gasto y se conoce como carga de succin neta positiva que se requiere NPSHR.

Una bomba no presentar cavitacin si NPSHA > NPSHR + carga de presin de vapor

LEYES DE AFINIDAD

Son las relaciones matemticas entre las diferentes variables involucradas en el funcionamiento de una bomba. Estas aplican para todo tipo de bomba centrfuga y de flujo axial.

Consiste en partir de las condiciones iniciales de funcionamiento (1), para estimar el comportamiento der estas funciones en un punto determinado (2), a otra velocidad y dimetro del impulsor. La eficiencia permanece constante para cambios moderados en la velocidad y para pequeos cambios en el dimetro del impulsor. Un cambio en el tamao del dimetro del impulsor o de la velocidad de revolucin afecta el flujo volumtrico o a la velocidad al primer orden; la cabeza de presin al segundo orden y la potencia de la bomba al tercer orden.

Bibliografa

Perry, Robert H. Perrys Chemical Engineers Handbook. McGraw Hill.

Ron Darby. Chemical engineering Fluid Mechanics 2nd edition.

Resumen y adaptacin: Leticia Judith Moreno Mendoza