Equipos de transporte
Los equipos de transporte son maquinaria autopropulsada sobre neumáticos, en las que se carga el material para lo transporten y descarguen en el lugar de la obra que corresponda o en un vertedero. Los equipos de transporte pueden intraviales o extraviales, dependiendo de si, por su peso o dimensiones, están autorizados para circular por la vía pública. pú blica. La elección de equipos extraviales está sujeta a la posibilidad de circulación por la obra y acceso a los tajos correspondientes. Los principales vehículos utilizados son los camiones-volquete, los remolques basculantes, los dumpers, y los tractovagones. Los camiones-volquete son camiones con una caja de acero basculante, que por sus dimensiones y peso máximo autorizado pueden circular por la vía pública. Su capacidad es de alrededor de 8 m3, y por sus características no son aptos para circular por viales en obras. Los remolques basculantes, conocidos como bañeras, son semirremolques arrastrados por una cabeza tractora, con una capacidad de unos 18 m3. Dentro de la obra estos equipos pueden superar las cargas máximas autorizadas para circular por la vía pública y transportar hasta 22-24 m3 de carga. Su uso más común es el de transportar por carretera materiales de desmonte o para rellenos durante las explanaciones de las obras de carretera, y transportar aglomerado asfáltico durante la ejecución del firme. Los dumpers pueden ser intraviales o extraviales. Los dumpers intraviales pueden circular por la vía pública y son más apropiados para circular por viales de obra que las bañeras y los volquetes. Estos equipos tienen una capacidad de alrededor de 13,5 m3. Los dumpers extraviales no pueden circular por la vía pública por sus dimensiones, ya que pueden llegar a los 8 m de anchura, ni por su carga por eje, ya que pueden llegar hasta las 250 T de carga útil, siendo lo más habitual en obras de carretera una carga útil de entre 10 y 75 T. Los tractovagones son equipos de transporte indicados para terrenos accidentados y embarrados. Son vehículos extraviales que poseen una gran capacidad de carga, de 13 a 180 T, y sobre todo una gran maniobrabilidad, por ser vehículos articulados. La descarga se puede realizar por volteo o por el fondo.
EQUIPOS DE TRANSPORTE CAPÍTULO 2 objetivos ESPECÍFICOS * Identificar los componentes del transporte de materiales en la industria de alimentos. *
Distinguir los diferentes sistemas de transporte y manejo de materiales.
*
Adquirir criterios para la selección adecuada de un sistema de transporte.
2. EQUIPOS DE TRANSPORTE 2.1.- SISTEMAS DE TRANSPORTE Los Sistemas de Transporte Transporte de Sólidos, que tienen como fin llevar materiales materiales de un sitio a otro bien sea al mismo o diferente nivel, se clasifican en: *
Mecánicos y
*
Lechos Fluidizados
Los primeros implican partes mecánicas en movimiento que soportan o arrastran el material y en estos equipos las partes móviles móviles están en contacto con el sólido a transportar. transportar. En el segundo un fluido, líquido líquido o gas, forma con el sólido, sólido, un lecho fluidizado, el material está suspendido y se moviliza a través de ductos, ductos, siendo separados en la estación estación final del transporte. También recibe el nombre de transporte neumático. Los sistemas mecánicos se tienen para: *
Transporte a distancia horizontal
*
Elevación.
*
Mixtos, que efectúan transporte horizontal y vertical, secuencialmente.
En los de transporte a distancia horizontal, se considera un movimiento horizontal o con muy pequeña pendiente, salvo en el de transporte con vehículos, en el cual para algunos casos se tiene elevación del sólido. En el Transporte a distancia horizontal se pueden considerar Vehículos para transporte de lotes Transportadores continuos *
Banda transportadora
*
De cadena
*
De malla
*
De rodillo vivo
*
Transportadores Sinfín
*
Transportadores de arrastre
*
Redlers
*
De paleta
Para elevación se tiene: Elevadores *
de cangilones
*
de paleta
*
Vagonetas o Skips
*
De riel
*
De cable
*
Bazuka
TRANSPORTADORES CONTINUOS. Son sistemas de transporte que permiten llevar continuamente los sólidos a granel o empacados en distancias y alturas variables, con puntos de alimentación y descarga también variables mediante arreglos adecuados a los equipos. Algunos equipos transportan pequeñas porciones del materiales, como es el caso de los redlers y los elevadores de bolsillo o de canjilones, pero lo hacen en forma ininterrumpida de tal manera que se deben considerar como transportadores continuos. A continuación se describen los equipos más empleados en la industria de alimentos
2.2 TRANSPORTADORES HORIZONTALES 2.2.1.- BANDAS TRANSPORTADORAS.- (FIGURA 2-1). Estas tiene como sistema operacional una banda continua que se desliza sobre un elemento apropiado. Los sólidos colocados sobre la superficie de la banda se transportan por el rozamiento que existe entre ellos y la banda.
Transportador de banda FIGURA 2-1
Se emplean para transporte horizontal o ligeramente inclinado,, ya que los sólidos tienen un ángulo máximo de agarre, a una superficie y es relativamente pequeño, es
llamado ángulo de sobrecarga dinámica; el ángulo depende del coeficiente de rozamiento que se tenga con la superficie que lo soporta. Se considera como máximo ángulo de inclinación para bandas normales, 300 . Arreglos especiales permiten aumentar ligeramente este ángulo, pero sin cambios de dirección. La capacidad de transporte, de materiales granulares, de una banda depende en gran medida del llamado ángulo de reposo del material que es el que forma un montículo de material cuando se aglomera en caída libre, respecto a la horizontal. El conjunto de banda transportadora consta de: -Banda.- Es el sistema operacional y es el elemento base del transporte; consiste de una larga tira de material apropiado que se une en sus extremos sea por ganchos o por pegamento, para permitir su continuidad al deslizarse y girar sobre sistemas de soportación y motriz. Para incrementar la resistencia de la banda se emplean varias capas o lonas, de diversos materiales. El material a transportar va encima de la banda y se mueve en un solo sentido, aunque existen reversibles, en áreas de transporte para almacenamiento Son de ancho variable, hasta de 48" ó 1,22 metros. Soportación de la Banda.- La banda continua se mueve sobre los elementos de soportación Para tramos cortos se pueden emplear platinas o láminas de un ancho ligeramente superior al de la banda y recibe el nombre de mesa, generalmente están fabricadas en metales muy pulidos para tener bajos coeficientes de rozamiento; para tramos largos se usan rodillos de giro libre, llamados rodillos portantes, con diámetros pequeños y de largo ligeramente mayor que el de la banda. Los rodillos poseen rodamientos sencillos con pasadores que permiten su fijación a los perfiles en U; se ubican a distancias que dependen de la carga que soporta la banda y la clase de la misma. Para el retorno de la banda también se usan rodillos que la soportan, llamados de retorno, con un espaciamiento mayor que los rodillos portantes. Los rodillos de soportación, de largo pequeño, pueden arreglarse en grupos de 2 ó 3 para dar una sección en V a la banda, lo que le permite mayor capacidad de transporte, especialmente con productos de bajo ángulo de reposo. - Sistema Motriz.- , Es el encargado de darle movimiento a la banda. La banda se mueve por el rozamiento que tiene con un tambor o polea ancha conductora giratoria, de amplio diámetro y que como los rodillos, tiene un ancho ligeramente superior al de la banda. El rodillo conductor está colocado generalmente al terminar la estructura y también se fija sobre ella. Gira a una velocidad baja del orden de 50 a 200 RPM. Para permitir el retorno o vuelta de la banda se emplea un tambor, de retorno, de iguales dimensiones al tambor conductor; y colocado en su extremo opuesto. El tambor conductor está acoplado bien a un piñón o rueda dentada o a una polea delgada, .
Para evitar que la banda se corra lateralmente o se salga de los tambores, la superficie de éstos tienen una configuración en V invertida con un ángulo de apertura supremamente pequeño. -Sistema de Potencia. El sistema de potencia esta conformado por una polea o piñón acoplado al tambor conductor o motriz; la polea o piñón, recibe el movimiento por medio de una cadena o una correa, de otro piñón o polea acoplado a un reductor o motorreductor. Se requiere este sistema de reducción de velocidad porque el motor normalmente gira a 3500 ó 1750 RPM y el tambor conductor lo hace a una más baja velocidad, 50 a 200 RPM. El sistema de potencia dispone de elementos de protección como guarda poleas, guardacadenas, etc. -Sistema Estructural .- Estructura longitudinal fabricada, en perfiles en ángulo o U, con sus elementos de soportación ya sea sobre el piso, lateral a paredes ó aéreo a techos. Los perfiles de soportación se amarran mediante platinas o ángulos para la configuraración requerida. -Otros elementos.- Dependiendo de los materiales a transportar, longitud y ancho del transportador se pueden emplear otros elementos como: Ductos o túneles de conducción de sección rectangular por el cual va el transportador, empleados para materiales muy pulverulentos, o productos que no permiten contaminaciones. Estos ductos incrementan notoriamente el costo del equipo. Barras o accesorios de arrastre, pequeños elementos de sección rectangular o trapezoidal colocados (pegados) transversalmente sobre la banda, empleados para bandas con amplio ángulo de sobrecarga dinámico., o para aumentar su capacidad de carga. Tambores o rodillos de tensión, con el tiempo las bandas tienen elongaciones, que en tramos largos, son tan altas que causan pérdida de contacto íntimo de la banda con el tambor conductor; para contrarrestar este efecto se colocan rodillos o tambores que se pueden desplazar para producir la tensión requerida para el movimiento. Cuando la banda es de pequeña longitud el tambor de retorno se soporta en una base que se puede desplazar horizontalmente respecto a la estructura de soportación para templar la banda. Características de las Bandas Transportadoras.- Estos equipos pueden transportar grandes volúmenes por grandes distancias, del orden de 5000 ton/hr, y varios centenares de metros de distancia; son de alto costo inicial, pero sus gastos de operación y mantenimiento lo hacen ventajosos sobre los otros sistemas. No son recomendadas para materiales pulverulentos, pegajosos o húmedos. En la industria de alimentos se emplean para transportar granos, frutas, algunos tipos de verduras, productos terminados empacados. También se emplean como equipo para la selección y clasificación de materiales. Siempre la operación de una banda requiere atención por parte del personal que se encuentra cerca a ella, ante los riesgos del contacto con la misma banda o los rodillos. Por
ello la mayoría de bandas que van sobre mesas, se complementa con platina o barandas laterales. Capacidad.- La capacidad de la banda depende del ángulo de reposo del material a transportar, del ángulo dinámico, del ancho y velocidad de la banda. Los fabricantes de transportador de banda dan parámetros para establecer dicha capacidad. Cálculo de una Banda Transportadora. El cálculo de una banda transportadora, lleva a establecer, la longitud de la misma, el ancho de la banda, la sección plana o en V, la velocidad lineal y las revoluciones de los tambores así como su diámetro; y por último la potencia tanto del sistema motriz como del sistema de potencia. Textos y catálogos pertinentes dan los procedimientos, así como gráficas y formulas requeridos para los cálculos. La clase de rodillos, su espaciamiento y los sistemas estructurales y de soportación son de competencia de los Ingenieros mecánicos.
2.2.2.- TRANSPORTADORES DE CADENA.- Estos sistemas constan de cadenas de elementos articulados ,de diversas formas, que se deslizan sobre unas platinas o guías que se conocen con el nombre de guías de desgaste. Dependiendo su uso pueden ser de diversos materiales como acero, aluminio, plástico, fibra, etc., Como las bandas transportadoras, están limitadas a ángulos de inclinación, y por su alto costo se emplean en distancias relativamente cortas.
Figura 2-2 Transportador de cadena
El ancho del eslabón de la cadena es corto y no excede de 8", se emplean especialmente en trasporte y en mesas de acumulación de envases de vidrio o lata en los salones de llenado . Algunos eslabones tienen configuraciones que le permiten formar curva El conjunto posee elementos similares a los de las bandas, exceptuando los rodillos, ya que el de cadena se soporta sobre láminas o platinas. El sistema motriz lo constituyen dos ruedas dentadas colocadas en los terminales y cuyos dientes engranan en los eslabones 2.2.2.1. Cadena Transportadora, (Table Top).Figura 2-2. Es el transportador de cadena más usado en la industria de alimentos, en el área de envase y empaque; como se mencionó consta de un gran número de eslabones, en este caso planos, que se unen mediante pasadores (pines) * 2.2.2.2.Transportadores Redler. Figura 2-3. Ideado por el inglés Redler, este tipo de transportador desplaza el producto en masa deslizándolo en flujo continuo dentro de una caja o conducto. La fuerza se comunica
a la masa mediante una cadena interior al conducto provista de travesaños de arrastre de diferentes secciones. La característica de este tipo de transportador es que el desplazamiento de la masa tiene lugar por la propia adherencia interna del producto.
Figura 2-3- Transportador Redler
2.2.3.- TRANSPORTADORES DE MALLA.(Figura 2-4) Para el paso o transporte de muchos productos de tamaño relativamente pequeño, en equipos de proceso continuo, como secadores, freidores, tostadores, enfriadores, congeladores, liofilizadores, etc., donde se busca homogeneidad del proceso, se emplean transportadores de malla, conformadas por hilos metálicos inoxidables en equipo de alta temperatura y plásticos diversos para bajas temperaturas. La malla forma una banda continua que se mueve sobre platinas de deslizamiento, con sistema motriz conformado por dos tambores, uno de arrastre y el otro conductor colocados en los extremos, y el motor con sus poleas, correas o motorreductores.
Figura 2-4 - Transportador de malla
2.2.4.- TRANSPORTADORES DE RODILLO VIVO.(Figura 2-5) El principio en que se basan los transportadores de rodillos por gravedad es el control del movimiento debido a la gravedad, con la interposición de un sistema de vías antifricción instaladas con una pendiente definida. Los transportadores de rodillos se utilizan para el movimiento de toda clase de artículos empaquetados con superficies lisas y de suficiente rigidez; se utilizan en los departamentos de fabricación y embarque en las plantas industriales de alimentos. Los rodillos varían en diámetro desde 1 pulg. Con una capacidad de 2.3 Kg por rodillo. La separación entre los rodillos en los bastidores varía según el tamaño y el peso de los objetos que se van a mover, deben estar 3 rodillos en contacto con el paquete para evitar que se atasque. La pendiente de caída requerida para mover los objetos varía entre 1.5 y 7% según el peso y las características del material que esté en contacto con los rodillos.
En la figura No. 35, se ilustra un transportador de rodillos utilizado para el manejo de atados de ripios, cajas de frutas, atados de cartones de fibra y cajas grandes, ligeras. Las ruedas tienen cojinetes de bolas y están atornillados a rieles de barra plana o de ángulos de hierro. Cuando una instalación incluye una vía principal con varios ramales o recorridos secundarios, un simple desviador de dos brazos situado en cada punto de empalme detiene el artículo que va a entrar a un ramal, hasta que se ha movido el que está en el otro. Los transportadores de rodillos motorizados permiten el manejo en pendientes ascendentes. Los transportadores de plataforma son de ramales sencillos o dobles, con placas de acero o de madera dura, que forman una plataforma continua en la cual se colocan las cargas. Están destinados para manejar tambores o barriles pesado y cargas diversas.
Figura 2.5. - Ttransportador de rodillos
2.2.5.
TRANSPORTADORES SINFIN O DE TORNILLO SINFIN.-
(Figura 2-6) Consta de un ducto de sección en U, en donde se coloca longitudinalmente un tornillo sinfín de eje central con diámetro pequeño sobre el cual se fija un elemento helicoidal o pestaña de diámetro relativamente grande. La configuración del helicoide hace que al girar el tornillo un cuerpo sólido colocado entre el avance por arrastre. El conjunto de sinfín consta de: - Helicoide o elemento de arrastre de diversa configuración dependiendo de si su función es solo de transporte o genera otro servicio, como mezcla, calentamiento o enfriamiento. El helicoide tiene como parámetros de diseño, el diámetro del helicoide, D, que es el diámetro del sinfín, llegándose a tamaños hasta de el paso ,p, o distancia entre crestas del helicoide; para los normales el paso es igual al diámetro. Se tiene paso inferior al diámetro para y paso superior al diámetro. La hélice continua se emplea para transporte exclusivamente; se tiene -Eje.- Elemento cilíndrico de diámetro pequeño, 1/2 a 4", que puede ser macizo o tubular, sobre el cual se fija el helicoide y provee de movimiento circular al sinfín; viene soportado por bujes o chumaceras colocado en las tapas laterales del transportador. para amplias longitudes, se provee de soportes intermedios , que también tienen bujes o rodamientos, estos soportes se fijan a la tapa superior. En el sitio del soporte el helicoide se discontinua. Igualmente se emplean tramos de ejes que se acoplan con segmentos de tubo de mayor
Figura 2-6 Transportador sinfín
diámetro fijados con tornillos prisioneros. Uno de los extremos del eje va acoplado al elemento transmisor de potencia que puede ser un piñón dentado ó una polea. - Cuerpo.- El cuerpo está constituido por una canal en forma de U, de un largo ligeramente superior al del helicoide. Los extremos de la U pueden tener pestañas o dobleces sobre los cuales se soporta la tapa superior. Dependiendo del número de descargas, el cuerpo dispone en el fondo de igual número de orificios rectangulares, sobre los cuales se colocan las bocas de descarga - Tapas Laterales, que tienen la forma de la sección del tornillo y para los de corta longitud proveen el sistema de anclaje sea al piso o sea las techo mediante perfiles apropiadamente construidos. Sobre las tapas laterales se colocan las chumaceras para soportar los ejes. -Tapa Superior.- A lo largo del transportador y sobre los bordes de la canal en U, se coloca una platina de lámina, fijada por tornillos o ganchos de agarre. En uno de los extremos tiene un orificio en forma rectangular sobre el cual se coloca la boca de alimentación, cuando el tornillo sinfín, recibe de varios sitios se provee de igual número de bocas de alimentación.
2.3 TRANSPORTADORES VERTICALES 2.3.1 Elevadores de cangilones o de bolsillo. (Figura 2-7) Son transportadores provistos de cangilones montados sobre una cadena o banda cerrada en forma de anillo que se apoyan sobre ruedas o tambores motrices, éstos permiten elevar verticalmente sólidos pulverizados o troceados. Funcionan en pendientes más pronunciadas que los de mandil, ya que los cangilones impiden que el material se corra hacia atrás. No son necesarios ni costados que se eleven por encima de la parte superior de los cangilones ni placas laterales. La capacidad se debe calcular sobre la base de que los cangilones se llenen a las ¾ partes de su capacidad; el ángulo de inclinación del transportador determina la condición de carga del cangilón. Sus ventajas son: Baja potencia absorbida, es de simple construcción y tienen un bajo precio, Estos aparatos están destinados a subir verticalmente o con pequeña inclinación los alimentos para asegurar la continuidad de la marcha de éstos productos de una máquina o depósito a otro.
El elevador se compone, (excepto elevadores de silos), de una correa sinfín o cadena mantenida o movida por dos poleas o piñones de igual diámetro, de las cuales una recibe el movimiento de mando de la otra que está destinada a mantener la presión sobre la correa o cinta. Sobre la cinta sinfín están fijados, por medio de tornillos, los vasos que transportan los productos. Estos vasos ofrecen diferentes capacidades de diseño, generalmente son metálicos y su naturaleza depende del alimento por transportar. El número de vasos varía por metro, según las dimensiones de los mismos. La altura de polea a polea (ejes) puede variar entre 2 y 30 metros. Las cabezas de los elevadores parte superior se componen siempre del movimiento de mando, que puede ser por polea, por engranajes de ángulos o por reductores de velocidad. Los transportadores de cangilones tienen aplicación principal en donde la trayectoria es de vuelta completa en un plano vertical. Requieren menos potencia que los transportadores con cangilones en V, ya que conducen y no arrastran el material en el tramo horizontal. La longitud y la altura están limitadas por la resistencia de las cadenas..
Figura 2-8 - Transportador de Cangilones
La longitud rara vez excede de 152 m y la altura de elevación de 30 m. pueden funcionar con cualquier declive y descargar en cualquier punto del tramo horizontal. el tamaño de los trozos queda limitado por el de los cangilones. el costo de mantenimiento es muy bajo A este elevador se le llama también elevador de supercapacidad . (Figura 2-8) El transportador consta de dos ramales de cadena de rodillos, con rodillos con pestañas, entre los cuales pivotean los cangilones que, por lo general, son de hierro maleable o acero inoxidable para alimentos. El material se alimenta a los cangilones con un alimentador, en cualquier punto a lo largo del tramo horizontal inferior, se eleva y se descarga sobre el tramo horizontal superior. El volteador de cangilones, montado sobre ruedas para poder moverlo a la posición deseada de descarga, acopla con las levas o ruedas excéntricas en los cucharones y los inclina hasta que se vacían. Los cucharones siempre permanecen verticales, excepto durante el vaciado. Los rodillos de las cadenas corren sobre rieles en T en las secciones horizontales, y entre guías en los tramos verticales. Las velocidades son entre 0.15 y 0.30 m/s. Los elevadores de cangilones continuos. por lo general funcionan a 0.51 m/s, o menos, y son de ramal sencillo o doble. el contenido del cangilón descarga sobre la parte posterior del cangilón precedente. Para capacidad máxima y gran proporción de trozos o terrones, las cucharas se extienden hacia la parte posterior 2.4 TRANSPORTADORES MIXTOS
2.4.1 Transportadores Neumáticos Los transportadores neumáticos transportan material seco, granulado, de libre circulación en suspensión dentro de un tubo o conducto, por medio de una corriente de aire con alta velocidad o por la energía de expansión de aire comprimido dentro de una columna de densidad comparativa de material fluidificado o aireado..
Figura 2-9 - Transportador neumático
Los usos principales son: 1.) Recolección de polvo; 2.) Transporte de materiales suaves como granos, alimentos secos (harina y alimentos para animales), productos químicos (soda, cal); 3.) Transporte de materiales duros. La necesidad de procesar nódulos de plástico, polvos y harinas transportados a granel, en condiciones exentas de contaminación ha aumentado el uso de los transportadores neumáticos. Ver figura No 36 Ventajas: -Posibilidad de transporte en todas las direcciones. - Gran capacidad de transporte. - Simplicidad de Construcción. Desventajas: - Potencia absorbida muy alta. - Solo transporta productos de poca granulometría. - Dificultad de transportar productos húmedos
Figura 2-10 Arreglo de transporte neumático
2.5EQUIPOS para transporte de fluidos
2.5.1 BOMBAS Los dispositivos utilizados para impulsar y elevar líquidos son fundamentalmente bombas. Las bombas se han proyectado para adaptarlas a los variados usos de la industria química y
alimentaría. Entre las bombas normales muchas se han transformado en bombas especiales, construyéndolas con metales resistentes a los ácidos, forrándolas de caucho o de otros materiales protectores como las fabricadas con aceros especiales al cromo-níquel, molibdeno-cobre y otros menos aplicados como son las de vidrio o de porcelana química. La bomba es una máquina que eleva un fluido desde un nivel a otro más alto, o bien comunica energía al fluido. Aunque se tiende a pensar en los fluidos como líquidos, el término incluye también a los gases.
2.5.1.1 Bombas de desplazamiento positivo Se llaman de desplazamiento positivo porque con cada movimiento del pistón desplazan una cantidad fija de líquido. Las válvulas son del tipo de retención o anti - retorno, es decir, el líquido sólo puede moverse en un sentido. Estas bombas son del tipo alternativo, en el que la acción de un émbolo o diafragma produce un caudal pulsátil. Con cada golpe del émbolo, el aire es forzado a entrar, al tiempo que una válvula anti - retorno evita su salida; en la carrera de retorno del pistón, el aire es aspirado al interior del cilindro, frente al pistón, para ser empujado.
Figura 2-11 Bombas de desplazamiento positivo.
El principio de estas bombas ha sido el más ampliamente utilizado a lo largo de la historia. También hay bombas alternativas de doble acción, que obligan a mover el fluido a ambos lados del émbolo, mediante la simple colocación de válvulas adicionales y un retén en el punto en que el vástago del pistón entra en el cilindro. Figura No 2-11 Las bombas rotativas son también de desplazamiento positivo, pero no alternativas ni tienen válvulas. El fluido entra a través de un orificio y es impulsado por paletas rotativas, engranajes o lóbulos, para ser expulsado por otro orificio de salida. La cuantía del desplazamiento depende de la distancia entre paletas o dientes. Las bombas de desplazamiento positivo son más adecuadas para el bombeo de fluidos limpios, a causa de las pequeñas tolerancias que se emplean en su construcción; una excepción la constituye la bomba de diafragma, en la cual el pistón o brazo de accionamiento está conectado a un diafragma. Tres de los tipos más corrientes de bombas de desplazamiento positivo. Arriba, bomba rotativa. A medida que pasa, e! fluido es acelerado por la acción de un rotor. Las paletas pueden ser de goma, plástico o diferentes clases de metal, según sea la naturaleza del fluido que se quiere bombear. En algunas bombas rotativas, el rotor está descentrado y Las paletas entran y salen de él (o se doblan si son de goma) guiadas por la circunferencia interior de la cámara. En otras, se utilizan dos o más ruedas dentadas o lobuladas, que giran cada una
alrededor de un eje, en vez de disponer de un solo rotor. A la derecha, bomba centrífuga. El rotor se llama rodete o impulsor. “Impulsa” al fluido alrededor de la circunferencia interior de la cámara mediante la fuerza centrífuga que le aplica; la cámara recibe el nombre de voluta o cámara espiral y tiene un tamaño gradualmente creciente desde el rodete hacia el exterior, con el fin de transformar el flujo del fluido de una corriente de alta velocidad y baja presión a otra de baja velocidad y alta presión. Abajo, bomba peristáltica, que comprime un tubo flexible. El movimiento de vaivén de este último provoca el desplazamiento, y, gracias a que el fluido no puede atravesar el diafragma hacia las partes de trabajo, este tipo de bomba se emplea para sólidos en suspensión, sin más condicionamiento que la capacidad de las válvulas de permitir el paso del material sin quedar atascadas. Las bombas peristálticas son bombas rotativas sin válvulas, en las que un tubo flexible es oprimido de forma continua; son también adecuadas para el bombeo de un fluido con sólidos pequeños en suspensión, o de líquidos espesos. Las bombas de desplazamiento positivo deben incluir algún medio de aliviar la presión suministrada por la bomba, tales como válvulas de seguridad, puesto que las presiones excesivamente altas pueden dañar los elementos de trabajo.
2.5.1.2 Bombas CENTRÍFUGAS La bomba centrífuga comprende una rueda con paletas o álabes, llamada impulsor o rodete, en un alojamiento o cámara. El fluido entra en el “ojo”, o parte central del rodete, a través de un orificio y la presión se genera a medida que el fluido es obligado a girar a gran velocidad por el rodete. Incluso es posible obtener una presión adicional cuando el líquido a gran velocidad es desacelerado hasta una velocidad menor. Figura No 2-12 La fuerza centrifuga que proporciona presión puede entenderse fácilmente si se imagina que se hace girar un cubo de agua con el brazo extendido; si el giro es lo suficientemente rápido, la fuerza centrífuga mantendrá el agua en el cubo. La recuperación de presión a partir de la velocidad es más difícil. La forma del orificio de salida tiene el efecto de cambiar la vena fluida de gran velocidad y baja presión en una corriente de alta presión y baja velocidad. La presión total de la partícula de un fluido es la suma de su presión estática, que es la que se obtiene mediante un manómetro, y su presión dinámica, que depende de la velocidad. La presión dinámica es la presión ejercida sobre un objeto introducido repentinamente frente a una partícula en movimiento, y aumenta según el cuadrado de la velocidad.
Figura 2-12 Bomba centrífuga.
. No es posible convertir en presión estática toda la presión dinámica de un líquido en movimiento, pero la recuperación de presión puede ser del 50 al 80 % de la presión dinámica. El método más sencillo consiste en aumentar lentamente la sección del conducto de salida, mediante un cono de abertura no superior a 0,14 radianes (8). Esta pieza se conoce como difusor y se utiliza frecuentemente en bombas pequeñas. En la mayoría de las bombas grandes, la voluta o cámara espiral, parte exterior de la cámara, tiene un área transversal que crece hacia la salida; el rodete lanza el fluido dentro de la voluta, que tiene forma de concha de caracol. El rodete va montado sobre un eje rodeado por un prensaestopas en los puntos que atraviesa la cámara. A diferencia de las bombas de desplazamiento positivo, la bomba centrífuga no requiere ningún dispositivo de válvula de seguridad, ya que, para un rodete determinado que gira a una velocidad determinada, se consigue una presión máxima predecible. En efecto, esta bomba es una “máquina de velocidad” o bomba hidrodinámica. Dentro de su característica de prestaciones, es muy adaptable, se utiliza para toda clase de líquidos y puede ser fabricada con gran variedad de materiales, desde plástico hasta bronce o metales raros tales como el titanio o el tantalio.
2.5.1.2.1 bombas centrífugas sanitarias Las bombas centrífugas sanitarias se utilizan como accesorios de amplio uso en la industria de alimentos, fabricadas en material inatacable (acero inoxidable, cristal, plástico) cuya principal característica es la higiene total. Para ello debe reunir las siguientes condiciones: acabado interior perfecto, simplicidad de construcción y desmontaje rápido. Son bombas horizontales de una sola etapa con aspiración axial e impulsión radial, el cuerpo de la bomba comprende los pies de fijación, lo cual permite realizar el mantenimiento de la bomba sin desmontar las tuberías. Así mismo el acoplamiento elástico con distanciador evita el desmontaje del motor y mantiene la alineación del grupo moto bomba una vez realizado el mantenimiento. La ventajas que ofrece son: Acabado interior esmerado, robustez de construcción, rendimiento elevado y marcha silenciosa.
2.5.1.2.2 Bombas autocebantes Para ciertas aplicaciones es preciso utilizar bombas capaces de cebarse por sí mismas. Si el nivel de agua está por debajo de la entrada de la bomba, sólo una bomba de desplazamiento positivo será capaz de extraer la columna de aire del tubo de aspiración antes de empezar la operación normal de bombeo, pero esto sucede tan sólo a condición de que la diferencia de nivel entre el agua y la bomba no exceda la altura de agua cuyo peso produzca una atmósfera de presión (en agua dulce supone una altura de 10,33 m; sería imposible una elevación mayor que ésta, que daría origen a un vacío perfecto sobre la columna de agua; en la práctica ésta sólo puede ser elevada unos 8,5 m., a causa de pérdidas por rozamiento, presión de vapor del agua y otros factores).
Cuando está vacía, una bomba centrífuga ordinaria no es capaz de eliminar el aire del tubo de aspiración, pero si ese aire se elimina mediante otros medios queda “cebada” y pasa a trabajar con normalidad. La bomba autocebante húmeda es el tipo más frecuente y se utiliza mucho en el campo de la construcción. El cuerpo de la bomba es llenado con agua, la cual no puede salir debido a la presencia de una válvula de retención en la cámara. La circulación de aquélla elimina gradualmente el aire del tubo de aspiración y permite ser elevada hasta la bomba. Las bombas centrífugas normales no son capaces de superar la “cavitación” provocada por grandes cantidades de aire emulsionado con el agua. Para cebar estas bombas se utilizan bombas de vacío o eyectores accionados mediante aire, lo cual les permite funcionar a pesar de ese inconveniente. En el sistema de eyector de aire se hace pasar éste, procedente de un compresor, normalmente accionado por el mismo motor de la bomba, por una boquilla a través de un orificio conectado a una cámara de separación de aire en el lado de aspiración de la bomba. De ese modo se origina un vacío en la cámara de separación y el agua es aspirada hacia la bomba, la cual ya puede trabajar con normalidad. El aire que sube con el agua es eliminado por el eyector en la cámara de separación y extraído sin entrar en la bomba.
2.5.1.2.3 Bombas de alta presión De modo general, la presión producida por una bomba centrífuga es proporcional al cuadrado de la velocidad periférica del rodete, por lo que, para una presión determinada, el diámetro del mismo puede ser grande y su velocidad pequeña, o a la inversa. La velocidad angular más alta disponible en un motor eléctrico normal (medio habitual de accionamiento de las bambas centrífugas) es de 2.900 rpm con corriente de 50Hz, o de 3.400 rpm con 60 Hz; por lo tanto, si se cuenta con estas velocidades, las presiones más altas deben ser conseguidas mediante diámetros mayores del rodete. Sin embargo, hay limites que no se pueden superar; uno de ellos es la resistencia de los materiales de fabricación de la bomba; otra limitación, más importante, es la que establece el rozamiento producido por el rodete sobre el fluido, que afecta a la potencia necesaria para accionar la bomba y aumenta con rapidez por encima de un diámetro determinado del rodete. Para presiones muy superiores a 0,7 MPa las bombas centrifugas se construyen en varias etapas, con los rodetes colocados en serie y montados sobre un mismo eje; el fluido es conducido de la salida de una etapa a la entrada de la siguiente. En los últimos años, han aparecido bombas comerciales que funcionan a velocidades. superiores a las sincrónicas antes citadas, con lo cual basta una sola etapa para mayores presiones. Estas bombas son sencillas y disponen de accionamientos de engranaje o de correas de alta velocidad, lo cual representa un ahorro de espacio y de coste. Alguna de ellas funciona a velocidades angulares de 30.000 rpm y proporciona hasta 13,7 MPa (139 kg/cm2).
2.5.1.3 BOMBAS ALTERNATIVAS
Las bombas de diafragma son bombas alternativas. Contienen una lámina flexible que trabaja en una cámara con orificios y válvulas de entrada y salida. Por debajo (o detrás) de la membrana actúa un pistón sobre un líquido herméticamente cerrado, haciendo que la membrana flexible se distienda al moverse el émbolo hacia la parte superior, de modo que se vacíe el espacio de la bomba, o empujándola en su movimiento hacia la parte inferior o embolada de succión. El diafragma está constituido por ciertos metales o aleaciones, plásticos o caucho sintético. La bomba de diafragma puede estar dotada de movimientos de precisión, de forma que puede actuar como alimentador-dosificador. Las bombas mecánicas son bombas alternativas, con movimiento positivo. Las bombas movidas mediante vapor tienen la ventaja de su amplitud y de suministrar vapor de baja presión a un tambor central colector de vapor, que permite recoger vapor para los procesos de fabricación.
2.5.1.4 Otros tipos de bombas 2.5.1.4.1 bomba de chorro Hay bombas que no son del tipo de las centrifugas ni del de las de desplazamiento positivo. Ya se ha mencionado el eyector de aire como un dispositivo para ayudar al cebado; también puede utilizarse para elevar fluidos. La ventaja principal es que no tiene partes móviles dentro de la bomba, pero, en cambio, su rendimiento es más bien bajo, un máximo del 30 %. La utilización más frecuente de la bomba de chorro, como también se denomina, es en conjunción con la centrífuga, para elevar agua desde más de 10,33 m y hasta unos 45 m.
2.5.1.4.2 ariete hidráulico Si se dispone de grandes cantidades de agua a baja presión, puede utilizarse un ariete hidráulico a fin de elevar una pequeña cantidad del líquido desde un nivel inferior hasta otro superior. No se necesita otra potencia externa; se utiliza la cantidad de movimiento de la vena de agua cuando se cierra una válvula rápidamente a intervalos regulares, generándose así altas presiones pulsátiles. La presión total de la partícula de un fluido es la suma de su presión estática, que es la que se obtiene mediante un manómetro, y su presión dinámica, que depende de la velocidad. La presión dinámica es la presión ejercida sobre un objeto introducido repentinamente frente a una partícula en movimiento, y aumenta según el cuadrado de la velocidad. No es posible convertir en presión estática toda la presión dinámica de un líquido en movimiento, pero la recuperación de presión puede ser del 50 al 80 % de la presión dinámica. Figura 2-13 Bombas rotatorias
El método más sencillo consiste en aumentar lentamente la sección del conducto de salida, mediante un cono de abertura no superior a 0,14 radianes (8). Esta pieza se conoce como difusor y se utiliza frecuentemente en bombas pequeñas. En la mayoría de las bombas grandes, la voluta o cámara espiral, parte exterior de la cámara, tiene un área transversal que crece hacia la salida; el rodete lanza el fluido dentro de la voluta, que tiene forma de concha de caracol. El rodete va montado sobre un eje rodeado por un prensaestopas en los puntos que atraviesa la cámara
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Las dos etapas de un compresor por desplazamiento de pistón. En la primera etapa (esquema superior), ese pistón asciende y obliga al aire de la parte superior del cilindro a pasar, a través del circuito de refrigeración por agua, a la cámara de presión, situada al otro extremo del cilindro. En la segunda etapa (esquema inferior) el pistón desciende y, al mismo tiempo que aspira aire exterior, comprime el aire situado en la cámara de presión, cuya volumen es menor por la presencia del vástago del émbolo. Cuando la presión alcanza el valor limite, se abre la válvula de escape (en la parte inferior izquierda de los esquemas). Figura 2-14 Etapas de un Compresor por pistones 2.6 Compresor alternativo El compresor alternativo accionado por un motor eléctrico es el más común para uso industrial como instalación permanente. Otras veces está montado sobre dos o cuatro ruedas para facilitar su traslado en trabajos a pie de obra, construcción de carreteras, edificios, etc., y entonces suele tener un motor Diesel o de gasolina. Los componentes principales del compresor son un cárter, un cigüeñal, una biela, un émbolo y un cilindro, con válvulas de aspiración y de descarga. Para comprimir el aire a presiones de hasta 0,5 ó 0,6 MPa (5 ó 6 kg/cm2) es suficiente un tipo sencillo, de una sola etapa; pero para presiones mayores son frecuentes dos etapas de compresión, baja y alta. En el cilindro de baja presión se comprime el aire desde la presión atmosférica a una presión igual a la raíz cuadrada de la presión final. La segunda etapa aumenta esa presión hasta el valor final. Con esta relación las necesidades de potencia son mínimas. La compresión genera calor, por lo que para reducir los problemas de temperatura, que afectan especialmente a la lubricación, suele introducirse una etapa de refrigeración entre los cilindros de baja y alta presión; esta etapa puede consistir en un intercambiador de calor con agua o aire. Los cilindros son de configuraciones muy variadas, tan numerosas, casi como en los motores de combustión interna, y a menuda es necesaria además otra etapa de refrigeración posterior por aire o por agua, según el tamaño y las necesidades de la instalación, El aire comprimido suele introducirse en un depósito a presión. Figura No 2-14.
2.6.1 Compresor rotativo
Hay otros dos tipos de compresores bastante comunes, ambos rotativos. El compresor helicoidal comprende uno o dos pares (etapas) de rotores helicoidales engranados que giran juntos sin tocarse, estando siempre en la misma posición relativa. El aire, aspirado por un extremo, es comprimido entre los rotores que giran y sale por el otro extremo. Es un modelo muy compacto y puede trabajar a gran velocidad, características muy adecuadas para atender al suministro de grandes cantidades de aire. El compresor de paletas deslizantes se presenta en formas muy variadas, pero, básicamente, consta de un rotor colocado de modo excéntrico en el cilindro de compresión; el rotor está provisto de un número variable de paletas que, conforme gira aquél, son impulsadas por la fuerza centrífuga contra las paredes del cilindro. Esas paletas se deslizan por las paredes ajustándose perfectamente a ellas, configurando así un compartimiento estanco, a lo que contribuye también la lubricación. Puesto que el rotor está descentrado con respecto al cilindro, en la parte de éste más alejada del eje del rotor las paletas formarán una cámara de la máxima amplitud, correspondiente a la entrada de aire. Conforme el rotor gira, las paletas se van retirando obligadas por la pared del cilindro, con lo que la cámara se reduce, el aire es comprimido y sale por una válvula, situada en la parte del cilindro más próxima al eje del rotor. 2.7 Ventiladores y sopladores Los gases son propulsados mediante ventiladores, que pueden ser impulsores o extractores, y mediante compresores. Un ventilador puede utilizarse para vencer presiones débiles del orden de fracciones de un centímetro (o pulgada) y su efectividad depende de la forma y curvatura de sus láminas o aspas. Figura No 2-15.
Descarga en espiral del ventilador turbo axial ventilador axial
Descarga rectilínea del
Figura 2-15 Ventiladores.
Los ventiladores se dividen en ventiladores centrífugos, con rodetes dotados de hojas colocadas radialmente, y ventiladores con flujo axial, tales como los ventiladores de disco y los de hélice. Se dice de un ventilador que es un impulsor cuando impele el aire o un gas forzándolo a penetrar en una habitación o en conductos que lo lleven a una cámara, horno o desecador; es un extractor cuando hace salir el aire de un espacio cerrado y lo descarga en el exterior. El túnel de Lincoln está ventilado por la acción de grandes ventiladores que aportan aire fresco y que funcionan como impulsores. El ventilador Sirocco es un ventilador de múltiples aspas (64 láminas), ligeramente curvadas, estrechas, en forma correspondiente en lo esencial a un tambor. El turbo impulsor de una sola fase es una máquina centrífuga de elevada velocidad, de tamaño notablemente reducido para su capacidad. Al contrario que los ventiladores, se basa en que los huelgos sean pequeños. El turbo impulsor de efecto múltiple desarrolla presiones del orden de 0,45 Kg/cm2 (6,5 psi).
2.8 Colectores de polvo, ciclones y refrigeradores de gases El colector de polvo es el dispositivo más simple y antiguo para detener las materias arrastradas en suspensión con el aire y separarlas de éste. Está formado por dos conos truncados, unidos por sus bases mayores, de forma que la caja que forman es de anchura máxima en su parte central. A medida que el espacio se vuelve más ancho se logra que el aire sucio, que penetra por la parte superior por un punto situado cerca de la pared, con lo que adquiere un movimiento circular y se desplaza en espiral hacia la parte baja de la caja, pierda velocidad y con ello su poder para arrastrar el polvo; el polvo cae y se va recogiendo en el fondo, mientras que el gas, limpio en comparación, sale, por un tubo central que está situado a media altura en el colector. El ciclón simple está constituido por una caja en forma de cono, sobre la que existe una cámara circular superior en la que penetra el aire, que se desplaza rápidamente tangencialmente, de forma que se produce un violento movimiento circular que semeja el de un ciclón. Las partículas extrañas son lanzadas contra las paredes y se deslizan a lo largo de éstas hacia el receptor cónico. Para que trabaje adecuadamente es necesario que la velocidad de entrada sea del orden de 30 metros por segundo. El aire limpio escapa a través de un tubo central que llega hasta el cuerpo del cono y que conduce hacia arriba hasta un punto situado por encima del colector. Entre los colectores de polvo que trabajan por vía húmeda el más sencillo es la torrerociada, que puede ser de forma cuadrada o circular y en la que el aire ascendente, cargado de polvo, se encuentra con una lluvia descendente de líquidos de lavado. (generalmente, esta torre se usa simultáneamente como torre de refrigeración). Este separa las partículas de polvo y las gotitas mediante contacto con gotitas de agua producidas en gran profusión con ayuda de placas especiales de choque. En las industrias dedicadas a procesos químicos suele ser frecuentemente necesario enfriar un gas o un vapor, procedente de una retorta, un horno o una caldera, bien para enfriarlo o para condensarlo y transformarlo en líquido. Los aparatos de lavar gases son refrigerantes muy eficientes. Para el enfriamiento de gases muy calientes se utilizan tubos doblados en forma de S refrigerados con aire, o con agua cuando las temperaturas no son altas, así como intercambiadores de calor con otros gases o líquidos.
2.9 Mecanismos para producir el vacio Los aparatos destinados a producir y mantener un vacío son condensadores; eyectores de chorro de vapor, condensadores o no condensadores, simples o de efectos múltiples; bombas mecánicas. y bombas eyectoras de vapor de aceite cuando se trata de producir los elevados vacíos necesarios para la destilación molecular. El dispositivo condensador más frecuentemente utilizado es el de tipo barométrico de contacto directo, con flujo en contracorriente en el condensador. Tiene un tubo de cola de 10,3 metros de longitud a través del cual escapan el agua y el condensado, sin que ofrezca
dificultades la presión atmosférica. En el condensador el vapor ascendente se encuentra con una lluvia descendente de agua fría; las porciones no condensables se recogen en la parte alta del condensador, de la que son expulsadas mediante un eyector dc chorro de vapor. El eyector de chorro de vapor tiene una cámara de distribución, una boquilla de salida del vapor, una cámara de vapor conectada con el recipiente en que tiene que hacerse el vacío, un tubo difusor y (en el tipo condensador) un condensador. El vapor en expansión, procedente de la caldera, sale por la boquilla, atraviesa la cámara de vapor a gran velocidad, con lo que arrastra el vapor o gas que lo rodea, y entra en el tubo difusor. En la porción divergente disminuye la velocidad y con ello aumenta la presión hasta hacerse varias veces mayor que la correspondiente a la cámara de vapor. Después de pasar al condensador, los residuos no condensables entran en un segundo eyector, que los elimina haciéndolos pasar a la atmósfera.
