MANEJO DE FLUIDOS Y ENERGÉTICOS Unidad 2 Universidad tecnológica de parral Ing. Luis Humberto Bolivar Moreno
Introducción •
Des esd de épocas rem emo otas, el hombre ha utiliz izaado su inteligencia e ingenio para manejar y transportar agua para su beneficio, aprovechando la fuerza de la gravedad y la fuer fu erza za de al algu guno noss an anim imal ales es.. En la ép époc ocaa an anti tigu gua, a, se ut utililiz izab aban an ca can nal ales es,, carr rriz izo os, ba bamb mbúú, ho hoja jass de árboles, troncos de árbol huecos y tablones, arcillas y canteras para hacer artefactos para cond co nduc ucir ir el ag agua ua
•
Algunas de estos medios antiguos ,han prevalecido hasta la actualidad y aún se les puede ver funcionando y son atractivos turí tu ríst stic icos os co como mo ru ruin inas as de an anti tigu guas as ci civil viliz izac acio ione ness en va vari rios os lu luga gare ress de dell mu mund ndo. o.
•
Con la evolución de la humanidad, las necesidades y demandas fueron cambiando; el incremento de la producció ión n y los nuevos descubrimientos científicos y el desarr des arroll ollo o tec tecnol nológi ógico co inf influy luyero eron n muc mucho ho en est estos os cam cambio bios, s, los fl flu uid idos os no se lim imit itar aron on so sollam amen entte a el ag agua ua..
•
El ho homb mbre re fu fuee ne nece cesi sita tand ndo o y pr prod oduc ucie iend ndo o nu nuev evos os fl flui uido dos, s, man anej ejad ado os y tr traansp spo orta tad dos a tr trav avés és de tu tub ber ería íass a de deccen enaas y cen ente ten nas de met etro ros, s, pr prin inci cipa palm lmen ente te en la lass fá fábr briica cas; s; un uno o traas otr tr tro o fu fuer eron on surg rgie ien ndo es esto toss fl flui uid dos, pr prim imer ero o el va vap por, luego los combustibles líquidos, gases en fase líquida, como el amoníaco, el acetileno; los aceites vegetales y min iner eraale les, s, lo loss vi vino noss y be beb bid idas as re refr fres esca can nte tes, s, lo loss ju jugo goss de la caña y las melazas, los néctares y purés, los líquidos viscosos y una gran varied edaad de petroquím ímiicos líqu quiidos y gase ga seos osos os,, y mu much chos os al alim imen ento toss lílíqu quid idos os o se semi milílíqu quid idos os..
•
Cada uno de estos fluidos presenta características diferentes, tanto en condiciones normales como en el proceso. Esto genera la necesidad de condiciones de manejo, transportación y control adecuados a esas características de operación; de esta forma, fueron surgiendo diseños y construcciones diferentes de Tubos, Válvulas, Conexiones, Uniones , Aparatos de Control y Medición, y Bombas de diferentes tipos y materiales para transportar mayores volúmenes y tipos de fluidos.
•
Los productos para el Manejo, Conducción y Control de fluidos se diseñan y se fabrican de materiales que se acoplan a las condiciones de aplicación y a las necesidades de flujo.
•
Así podemos recomendar materiales de poco peso, sanitarios y de bajo costo para quienes manejan agua o líquidos de bebidas alimenticias en condiciones normales de temperatura y presión. Pero estos mismos productos no se pueden aplicar a fluidos que se manejan a alta temperatura y alta presión, o fluidos altamente corrosivos o reactivos.
•
Esto genera la necesidad de disponer de un banco de información que abarque las características de estos productos y su aplicabilidad a los fluidos; un documento técnico básico que oriente a técnicos e ingenieros para hacer una óptima selección de los productos para el manejo de fluidos.
Tema 1 •Control y monitoreo de fluidos y energéticos
Que es un fluido? • Un Fl Flui uido do es aq aque uellllaa
sustan sust anci ciaa qu que, e, debido a su baja cohesión intermolecular, carece de forma propia y adopta la forma del reci re cipi pien ente te qu quee lo co cont ntie iene ne..
• La
rapidez de la deformación del fluido está relacionada con el esfuerzo cortante aplicado por la viscosidad, una propiedad cuyo valor depende de cada tipo de fluido.
•
Desde el punto de vista de los expertos en mecánica de fluidos, la materia sólo puede existir en dos estados: sólido y fluido. La explicación técnica de su dife di fere renc ncia ia ra radi dica ca en la re reac acci ción ón de am ambo boss a un esfuerzo tangencial o cortante. Mien enttras que un sólido puede resistir un esfu es fuer erzzo co cort rtaante co con n un unaa def efo ormac ació ión n está es tátic tica; a; un fl flui uido do no no..
•
Cualqu Cual quie ierr es esfu fuer erzzo apl plic icaado a un fl fluuid ido o, por mínimo que sea, provocará el movimiento del fluido. Este se mueve y se deforma continuamente mien enttras se siga si ga ap aplilica cand ndo o el es esfu fuer erzo zo co cort rtan ante te..
Líquidos y Gases. •
Los fluidos sólo pueden existir bajo dos formas: líquidos y gases.
•
Los líquidos, a una presión y temperatura determinadas, ocupan un volumen determinado.
•
Si se introduce el líquido en un recipiente, adoptará la forma de este, pero llenando sólo el volumen que le corresponde.
•
Al aplicar una presión constante sobre un líquido, por ejemplo la atmosférica, éste adopta una superficie libre plana, como la superficie de un lago o la de una cubeta de agua.
•
Los gases por su parte, a una presión y temperatura determinada tienen también un volumen determinado, pero si se les pone en libertad se expansionan hasta ocupar el volumen completo del recipiente que los contiene y no presentan superficie libre.
•
En resumen: los sólidos ofrecen gran resistencia al cambio de forma y volumen; los líquidos ofrecen gran resistencia al cambio de volumen, pero no de forma; y los gases ofrecen poca resistencia al cambio de forma y de volumen.
•
Por lo tanto, el comportamiento de líquidos y gases es análogo en conductos cerrados (tuberías); pero no en conductos abiertos (canales), porque sólo los líquidos son capaces de crear una superficie libre. Los gases sólo se pueden manejar, transportar y controlar en recipientes y conductos cerrados. Figura 1.
•
En general, los sólidos y los líquidos son poco compresibles y los gases muy compresibles; pero se puede afirmar que ningún cuerpo (sólido, líquido o gaseoso) es estrictamente incompresible.
Importancia de los Fluidos. •
Existe una gran variedad de fluidos, líquidos y gaseosos, que se utilizan en la actualidad en la industria, el comercio, los servicios, la agricultura, ganadería, minería y pesca, y por supuesto también en nuestros hogares.
•
Cuando compramos una botella de refresco, un galón de leche, un garrafón de agua, está implícito que estos productos, antes de ser envasados, fueron bombeados, conducidos y controlados de algún modo en las empresas productoras, además, que éstas utilizan otros fluidos (vapor, gas combustible, CO2, amoníaco, etc.) en su proceso de elaboración.
•
Es compleja la red de fluidos que están operando en la mayoría de las actividades del hombre
•
moderno. Al abrir una llave de agua en nuestra casa, estamos activando una extensa y compleja red de tuberías, bombas, válvulas, conexiones, etc. Cuando nos bañamos con agua calentada
•
están actuando dos fluidos bien conocidos, el agua y el gas combustible.
•
En los automóviles y camiones existen pequeños sistemas hidráulicos y neumáticos, para el manejo de agua, aire, aceite hidráulico, la gasolina o el gas combustible; contamos con la seguridad que los sistemas de frenos utilizan un líquido especial y los camiones utilizan aire comprimido para frenar las unidades.
•
Para hacer llegar los fluidos a los puntos de consumo señalados, cualquiera que estos sean y durante el proceso de transformación cualquiera, se requieren complejas redes de proceso y de distribución, que presentan múltiples problemas en cuanto a la selección de los equipos y accesorios para el manejo, transportación y control de estos fluidos, y que los ingenieros y técnicos expertos en el campo del flujo de fluidos tienen que resolver.
SISTEMAS DE UNIDADES. DIMENSIONES •
Los fluidos, como todos los materiales, tienen características propias que los distinguen unos de otros, como la densidad, la viscosidad, etc.; además, por las condiciones del proceso en el que se encuentran durante su manejo, transportación y control, los fluidos deben presentar condiciones específicas de temperatura, presión, velocidad o flujo, turbulencia, etc., dentro de la red de tubería que los contiene.
•
Estas condiciones en las que se manejan los fluidos en un momento dado deben ser medidas y expresadas en magnitudes físicas para conocer su dimensión.
El Sistema Internacional de Unidades (SI) está basado sobre siete (7) unidades fundamentales en cada una de las siete diferentes magnitudes, las cuales se muestra en la siguiente tabla:
• Normalmente los sistemas de unidades escogen tres
magnitudes básicas o
fundamentales y se le asigna una unidad a cada magnitud; las restantes magnitudes se denominan magnitudes derivadas porque se pueden
expresar en función de las tres magnitudes fundamentales.
• Por ejemplo, el litro es una magnitud derivada de la magnitud fundamental
longitud, expresada en metros. • El otro sistema de unidades más conocido es el sistema del
viejo imperio británico (ahora UK, United Kindom), el cual fue originalmente definido por sus tres medidas estándar – la yarda, la libra y el galón. Estas medidas tienen su referencia en el SI, el metro, el kilogramo y el litro.
Gravedad especifica
Para que nos sirve la gravedad especifica?
Lo podemos referenciar a otros fluidos que no sean agua
Densidad, volumen específico y peso específico.
• La densidad de algunos fluidos
cambia más fácil que otros. Por ejemplo, puede comprimirse y con ello cambiar su densidad, mientras que se necesita una gran presión para lograr un cambio pequeño e imperceptible de la densidad del agua. Sin embargo las densidades de los gases y vapores cambian grandemente con la presión.
Volumen especifico • El volumen específico (Ve) es el inverso de
la densidad, es decir el volumen que ocupa una unidad de masa. En el SI se expresa como m3/kg y en el sistema inglés como ft3/lb. El volumen específico se utiliza con frecuencia en los cálculos de flujo de vapor de agua.
Ley de pascal
https://www.youtube.com/watch?time_continue=80&v=BAT7
https://www.youtube.com/watch?time_continue=4&v=71M1J Zoz5wo
VISCOSIDAD •
La viscosidad (u) es una de las propiedades físicas más importantes de los fluidos, que se refiere a la facilidad que tienen estos para fluir cuando se les aplica un esfuerzo cortante o tangencial.
•
La viscosidad absoluta es una propiedad de los fluidos que indica la mayor o menor resistencia que estos ofrecen al movimiento de sus partículas cuando son sometidos a un esfuerzo cortante. Algunas unidades a través de las cuales se expresa esta propiedad son el Poise (P), el Pascal-Segundo (Pa-s) y el centiPoise (cP), siendo las relaciones entre ellas las siguientes: 1 Pa-s = 10 P = 1000 cP. La Viscosidad Absoluta suele denotarse a través de la letra griega μ. Es importante resaltar que esta propiedad depende de manera muy
importante de la temperatura, disminuyendo al aumentar ésta.
COMO PUEDE MEDIRSE LA VISCOSIDAD ABSOLUTA? •
Uno de los equipos diseñados para determinar esta propiedad es el Viscosímetro Stormer (figura 1). En este equipo se introduce la sustancia a analizar en el espacio comprendido entre un cilindro fijo (externo) y uno móvil (rotor interno). El rotor es accionado a través de unas pesas y se mide el tiempo necesario para que este rotor gire 100 veces. Mientras mayor es la viscosidad de la sustancia, mayor es su resistencia a deformarse y mayor es el tiempo necesario para que el rotor cumpla las 100 revoluciones. Puede demostrarse a través del análisis del fenómeno y de las características constructivas del equipo que la Viscosidad Absoluta en cP es μ = 0,0262827∙m∙t, donde m es la masa colocada en el cuelga-pesas y t el tiempo en segundos necesario para que el rotor de las 100 revoluciones.
•
La viscosidad cinemática de un fluido es el cociente entre la viscosidad dinámica y la densidad.
•
En el sistema internacional (SI) la unidad de medida de la viscosidad cinemática es el metro cuadrado por segundo (m2/s). La unidad CGS correspondiente es el stoke (St), con dimensiones de centímetro cuadrado por segundo y el centiestoke (cSt), 10-2 stokes, el es más utilizado.
COMO SE PUEDE MEDIR LA VISCOSIDAD CINEMATICA? •
Uno de los dispositivos existentes para hallar esta propiedad es el Viscosímetro Saybolt (figura 2), en el cual la muestra a analizar se introduce en un cilindro con un orificio en su parte inferior (de 1/8 o 1/16”). El fluido se deja escurrir a través del
orificio y se mide el tiempo. Para las sustancias poco viscosas se usa el orificio de 1/16” y el tiempo medido es denominado Segundos Saybolt Universal (SSU), mientras que para los fluidos más viscosos se utiliza el orificio de 1/8” y el tiempo
cuantificado es llamado Segundos Saybolt Furol (SSF). Para transformar estos SSU o SSF a las unidades convencionales de viscosidad cinemática, se pueden usar las siguientes ecuaciones: υ = SSU/4,6347 = SSF/0,4717.
PRESIÓN •
Para precisar este concepto, utilizamos la idea de presión. Definimos la presión como la cantidad de fuerza ejercida por unidad de área.
•
P= /
•
Así que para crear una gran cantidad de presión, puedes ejercer una fuerza muy grande o ejercer una fuerza sobre un área pequeña (o ambas). En otras palabras, puedes permanecer seguro recostado en una cama de clavos si el área superficial total de las puntas de los clavos es lo suficientemente grande.
¿Cómo encuentras la presión en un fluido? • Una superficie sólida puede
ejercer presión, pero los fluidos (es decir, líquidos o gases) también pueden ejercer presión. Esto te puede parecer extraño, porque clavar un clavo con un líquido es difícil de imaginar. Para hacer sentido de esto, imagina que estás sumergido en agua a cierta profundidad. El agua sobre ti te empujaría hacia abajo debido a la fuerza de gravedad, y entonces ejercería una presión sobre ti. Si te sumerges más, habrá más agua sobre ti, así que el peso y la presión del agua también aumentarán.
• No solo el
peso de los líquidos puede ejercer presión. También el peso de los gases puede. Por ejemplo, el peso del aire en nuestra atmósfera es sustancial y nos encontramos casi al fondo de ella. La presión que ejerce el peso de la atmósfera sobre tu cuerpo es sorprendentemente grande. La razón por la cual no lo notas es porque la presión atmosférica siempre está ahí. Solo notamos un cambio en la presión arriba o abajo de la presión atmosférica normal.
•
Esto significa que si fueras lanzado al vacío del espacio exterior por piratas espaciales, la presión de tu cuerpo continuaría empujando hacia afuera con gran fuerza, pero no habría aire empujando hacia adentro.
• Muy bien, entonces el peso de un
fluido puede ejercer presión sobre objetos sumergidos en él, pero ¿cómo podemos determinar de manera exacta cuánta presión ejercerá un fluido? Considera una lata de frijoles que se lanza a una piscina, como se muestra en el siguiente diagrama.
¿Cuál es la diferencia entre presión absoluta y presión manométrica?
•
Ahora podrías pensar, "Muy bien, así que el peso del agua y la presión en la parte superior de la lata de frijoles la empujarán hacia abajo, ¿cierto?" Esto es verdad, pero solo a medias. Resulta que no solo la fuerza debida a la presión del agua empuja hacia abajo la parte superior de la lata. De hecho, la presión del agua causa una fuerza que empuja hacia adentro de la lata desde todas las direcciones. El efecto neto de la presión del agua no es forzar la lata hacia abajo. La presión del agua trata de aplastar la lata desde todas las direcciones, como se ve en el diagrama que se muestra a continuación
Acidez y Basicidad (indicador pH). • El pH es una medida de acidez o alcalinidad de
una disolución. El pH indica la concentración de iones hidrógeno [H+] presentes en determinadas disoluciones.2 La sigla significa potencial de hidrógeno o potencial de hidrogeniones • Ácido y Básico son dos extremos que describen la química de los materiales, así como el calor y el frío son dos extremos que describen la temperatura. • La mezcla de ácidos y bases puede neutralizar sus efectos extremos, muy semejante al mezclar agua caliente y fría se puede atenuar el efecto de la temperatura del agua. Una sustancia que no es ácida ni es alcalina, es neutral.
Escala PH
•
La escala pH mide cuánto de ácido o básico es una sustancia (Fig. 7).Surangoesde0a14.
•
UnpH de 7 es neutral. Un pH menor que 7 es ácido, y un pH mayor que 7 es básico. Cada valor completo o unidad de pH debajo de 7 es diez veces más ácido que el siguiente valor más alto. Por ejemplo, n pH de 4 es diez veces más ácido que un pH de 5 y 100 veces (10 veces 10) más ácido que un pH de 6.
•
Lo mismo se aplica para valores pH arriba de 7, cada uno de los cuales es diez veces más alcalino (el otro modo de decir básico) que el siguiente inferior valor completo. Por ejemplo, un pH de 10 es diez veces más alcalino que un pHde9.
Escala PH •
El agua pura es neutral, con un pH de 7.0. Cuando los productos químicos son mezclados con agua, la mezcla puede venir a ser ácida o básica. El vinagre y el jugo de limón son sustancias ácidas, mientras que los detergentes de lavandería y el amoníaco son básicos.
•
Los productos químicos que son altamente básicos o muy ácidos son llamados “reactivos”. Estos
químicos, como este nombre lo indica, son muy inestables y muy reactivos y pueden causar severas quemaduras en la piel. El ácido de baterías de automóviles (ácido sulfúrico) y el ácido muriático (ácido clorhídrico) son químicos ácidos reactivos. Asimismo, los limpiadores de drenajes contienen sosa cáustica o lejía, que es un alcalino que se le considera un poderoso reactivo.
Valores típicos de pH para varios alimentos
Para transportar los fluidos se utilizan dos clases de medios o conductos:
Conductos cerrados o tuberías en las cuales el fluido se encuentra bajo presión o
depresión.
Conductos abiertos o canales (acueductos, canaletas, canales de riego, ríos, arroyos, etc.)
•
Cuando un fluido pasa a través de un tubo, el flujo de este fluido se comporta de dos formas con características bien diferenciadas ; flujo laminar y flujo turbulento que dependen del diámetro del tubo, la velocidad, la viscosidad y la densidad del fluido.
•
Para un fluido y un tubo dados, estos cuatro factores están expresados en función de un número dimensional, conocido como el número de Reynolds, y representado por R.
Cuando la descarga o la velocidad media del fluido es pequeña, el trazo del líquido coloreado se desplaza en línea recta. A esta característica del flujo se le conoce como flujo laminar del fluido. A este tipo de flujo también se le conoce como de régimen viscoso.
•
A medida que se aumenta el caudal o velocidad del fluido, estas láminas continúan moviéndose en líneas rectas hasta que a una velocidad determinada, las láminas se rompen, formando ondulaciones en forma brusca y sin orden. Esto ocurre en la zona crítica (Fig. 8-b).
•
A velocidades mayores que la crítica, los filamentos comienzan a dispersarse sin orden alguno y el chorro coloreado empieza a desaparecer y a colorear a toda la masa del fluido; en otros términos, las partículas individuales del fluido, en lugar de moverse en forma de ordenada y paralelas al eje longitudinal del tubo, lo hacen de una forma errática mezclándose completamente.
•
A este tipo de flujo se le conoce como régimen turbulento.
Número de Reynolds. •
Como ya se explicó anteriormente, el tipo de flujo de un fluido (laminar o turbulento) depende de cuatro variables, diámetro del tubo, velocidad, viscosidad y densidad del fluido, y el valor numérico de la combinación de estas cuatro variables se le conoce como número de Reynolds y
•
Se expresa con la ecuación siguiente: Para estudios técnicos, el régimen de flujo en tuberías se considera como laminar si el número de Reynolds es menor que 2000 y es un flujo turbulento cuando el número de Reynolds alcanza valores superiores a 4000. Entre estos dos valores está la zona “crítica” donde el régimen de flujo no se puede predecir, donde puede ser laminar o turbulento, o en simple transición, depende esto de muchas condiciones con posibilidad de variación.
Teorema de Bernoulli El teorema de Bernoulli es una aplicación directa del principio de conservación de energía. Con otras palabras está diciendo que si el fluido no intercambia energía con el exterior (por medio de motores, rozamiento, térmica...) esta ha de permanecer constante. • El teorema considera los tres únicos tipos de energía que posee el fluido que pueden cambiar de un punto a otro de la conducción. • Estos tipos son; • energía cinética, • energía potencial gravitatoria • y la energía debida a la presión de flujo (hidrostática). Veamos cada una de ellas por separado: •
•
Un ejemplo de aplicación del principio lo encontramos en el flujo de agua en una tubería de sección variable.
•
Cuando el fluido se mueve hacia la derecha, la velocidad en el punto 2 es mayor que en el punto 1(ecuación de continuidad), por lo que la presión en 2 será menor que en 1, (ecuación de Bernouilli) la caída de presión determinan las diferencias de altura en las columnas h.
Clasificación de los fluidos •
El tipo de fluido que se quiere manejar en una red de tubería afecta de manera directa a
•
1) las cargas hidrostáticas y las capacidades de la red
•
2) el tipo y la capacidad de las bombas requeridas para ser transportadas
•
3) los materiales de construcción que deben usarse para asegurar una vida satisfactoria de toda la tubería, los equipos, aparatos y accesorios para el manejo, transportación y control del fluido que se trate.
•
En el diseño de redes de tuberías para el manejo de fluidos se pueden distinguir siete (7) tipos de fluidos como los más comúnmente conocidos hoy en día en las industrias y otro tipo de sistemas de trabajo de producción y de servicios.
Los fluidos pueden ser: •
1) VISCOSOS
•
2) QUÍMICOS o REACTIVOS
•
3) VOLÁTILES
•
4) COMPRESIBLES
•
5) CON SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN
•
6) CONDUCTORES DE ENERGÍA
•
7) AGUA
Fluidos Viscosos. • Tenemos entre estos a la miel de abeja, miel de caña o
melaza, aceites y mantecas vegetales y animales, aceites minerales, jabones líquidos (shampoo), petroquímicos como los glicoles de propileno y de dietileno, jarabes, mermeladas, dulces con base en leche como la cajeta y la leche concentrada; también están entre los viscosos el asfalto, el combustible pesado (combustóleo), los pegamentos y muchos otros más. Estos fluidos afectan el flujo, la capacidad y eficiencia de las bombas y muchos de ellos afectan los materiales de la tubería y artefactos para su conducción y control.
Fluidos químicos o reactivos •
Químicos o Reactivos. Estos fluidos se caracterizan por ser fuertemente reactivos y afectan (corroen) a algunos materiales de las tuberías, válvulas, bombas y accesorios; reduciendo su vida útil a menos que se tomen precauciones especiales en la selección de todas las unidades que componen un sistema o red para su manejo y conducción.
•
Podemos mencionar entre ellos a todos los ácidos y álcalis con indicadores pH extremos, como el ácido clorhídrico (muriático), el ácido sulfúrico, el ácido nítrico, el fosfórico, el ácido acético o el vinagre concentrado, el hidróxido de sodio (sosa cáustica) en solución, las soluciones de detergentes, los químicos blanqueadores, el amoníaco, las soluciones de cal, carbonato de calcio, hidróxido de potasio, la salmuera (NaCl) y el agua de mar, las salsas picantes y soluciones de especias, la cerveza y los vinos de mesa, los aceites esenciales de limón, pimienta, etc.
Líquidos volátiles •
L íquidos Volátiles. La gasolina, turbosina, el thinner, acetona, aguarrás,
alcohol, hexano, los líquidos refrigerantes, los ésteres y muchos otros derivados del petróleo y de la petroquímica se clasifican como volátiles porque vaporizan fácilmente a temperaturas y presiones atmosféricas normales. Sin embargo, cualquier líquido que se encuentre a o cerca de su temperatura de ebullición se encuentra en un estado volátil y puede considerase como tal. •
Estos fluidos afectan las bombas, los aparatos de medición y las tuberías por la vaporización de estos líquidos.
Fluidos compresibles • Compresibles. Entre estos tenemos a todos los productos que a las
condiciones normales de temperatura y presión son gaseosos, pero para facilitar y economizar su manejo se les mantiene en fase líquida, como el gas butano-propano, el gas natural, el acetileno, el oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, neón, refrigerantes, el amoníaco, gas carbónico CO2, y otros más usados en las industrias, talleres, los servicios, hospitales, etc.
Líquidos con solidos en suspensión •
Líquidos con sólidos en suspensión. Considerados como unos de los más difíciles de manejar en forma satisfactoria en los sistemas de fluidos. Estos líquidos pueden contener aguas negras, pulpa de papel, lodos, arena, o pueden ser alimentos de varios tipos, los cuales pueden causar problemas para diseñar el tipo y capacidad de los equipos e instalaciones. Sin embargo, hoy en día se ofrecen numerosas opciones de productos (tubos, válvulas, bombas, etc.) que se adaptan y trabajan plenamente en estas condiciones de fluidos, con la seguridad de dar satisfactoriamente los rendimientos y las columnas deseadas y una larga vida de las redes de conducción, bombeo y control.
•
La velocidad de este tipo de líquidos es muy importante y debe asegurarse que el flujo sea tal que los sólidos viajen en o cerca del centro del tubo para evitar que éstos se depositen en el fondo de la tubería y así provocar problemas posteriores de conducción del fluido.
Fluidos conductores de energía •
Conductores de Energía. Estos fluidos son considerados como transportadores de energía porque son los medios para llevar energía calorífica y mecánica. Se caracterizan por trabajar a altas presiones o a altas temperaturas o ambas.
•
El caso más usual es el vapor saturado seco, que es producido por una caldera a alta presión, muy superior a la atmosférica (3 a 10 kg/cm2) y temperaturas superiores a 100°C. Es altamente usado en una amplia variedad de industrias, en los servicios (tintorerías) y en hoteles. También se utiliza para procesos de calentamiento algunos aceites minerales que se calientan a temperaturas de 150 a 300°C en calderas especiales son muy usados en algunas industrias.
•
Los conductores de energía mecánica se utilizan en sistemas cerrados de alta presión, como son los sistemas hidráulicos ampliamente utilizados en el movimiento de objetos pesados de máquinas y equipos. Los fluidos utilizados en estos sistemas son aceites minerales especiales neutros. El aire comprimido a alta presión es uno de los fluidos más comúnmente usados para transportar energía mecánica en equipos y accesorios neumáticos de máquinas y equipos en las industrias, en talleres mecánicos y de reparación e instalación de llantas, en equipos para pintar, en sistemas de manejo de agua a alta presión (hidroneumáticos), y en muchas otras aplicaciones.
•
Las altas presiones y altas temperaturas de estos fluidos deben tomarse en cuenta cuidadosamente para hacer una selección apropiada de los materiales requeridos para su manejo, transportación y control.
Agua •
Agua. El agua es el fluido más importante de todos, por su amplia
extensión de uso, el más utilizado por la humanidad siempre, usado en todas partes, sea como insumo en los productos, como insumo en sistemas de vapor, como medio de limpieza, como elemento fundamental en los sistemas de riego en la agricultura; en sistemas fijos contra incendio en edificios, industrias, hoteles, hospitales, etc. Las redes de agua potable merecen especial atención por la importancia y consumo de este vital líquido en todas las poblaciones del mundo.
ELEMENTOS DE IMPULSIÓN, CONDUCCIÓN Y CONTROL DE LOS FLUIDOS. • El transporte de materiales en forma fluida
es el medio más generalizado y económicamente conveniente hoy en día, mucho más que los materiales sólidos. Por esta razón, siempre que sea posible, los materiales se moverán en forma líquida, en soluciones y cuando sea conveniente en forma gaseosa, como el aire comprimido y el gas combustible. Ya se vio también, que la forma más común para transportar fluidos de un punto a otro es impulsándolos a través de sistemas o redes de tuberías y conexiones, que cuenten además con los elementos de control para facilitar estas operaciones y hacer que los materiales lleguen al punto de destino en forma económicamente óptima.
• Por lo anterior, los sistemas para el manejo de fluidos necesitan tres
elementos fundamentales de operación, que son: • 1) el elemento impulsor (bomba o compresor), • 2) todos los elementos de conducción: tuberías, conexiones y accesorios,
que se encuentran entre el elemento impulsor y el receptor (tanque o depósito)
• 3) todos los aparatos y arreglos en
la red, especialmente diseñados para el
control o • rectificación del flujo de fluidos (Válvulas) y aquellos para hacer
mediciones de las condiciones en las se transportan los fluidos (medidores de presión, temperatura, flujo, etc.).
Elementos de Conducción. •
TUBERÍA:
•
Es un conjunto de tubos adecuadamente ordenados para conducir un fluido; un tubo se puede definir como un dispositivo cilíndrico hueco que sirve para conducir fluidos de un lugar a otro. También es utilizado en estructuras de construcción de andamios, barandales, pilares, etc., y para protección de cableado eléctrico (conduit) pero estos son de otras características especiales y que no se utilizan para conducir los fluidos.
•
VÁLVULAS: Su definición técnica es:
•
Dispositivos de cierre para controlar el paso (flujo) de los fluidos , a través de la red de
tuberías (este control puede ser: Cierre, Apertura, Regulación o No Retorno) •
CONEXIONES: Son dispositivos que Enlazan, Conectan o Comunican una línea de conducción de fluidos con otra(s) o con equipos de proceso.
•
ELEMENTOS DE CONTROL
•
Equipos que nos permiten medir variables de los fluidos y disponer de su control , según la
conveniencia del sistema, facilitando así la posibilidad de Automatización de Procesos.
Elementos de Impulsión. • BOMBAS: Son dispositivos que nos permiten desplazar un fluido de un
punto a otro, del sistema; un equipo de bombeo es un aparato conectado a un motor para impulsar un fluido para cambiarlo de posición. La bomba recibe energía mecánica procedente del motor eléctrico o de combustión interna, y convierte esta energía en energía del fluido, que puede ser en forma de presión, posición (elevación) o de velocidad. Para efectos prácticos de estudio del presente documento, los elementos utilizados para el manejo y control de los fluidos se dividen en 5 importantes grupos: TUBERIAS VALVULAS CONEXIONES BOMBAS MEDICION Y CONTROL.
MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN DE LOS PRODUCTOS PARA EL MANEJO DE FLUIDOS •
•
Las tuberías, válvulas, conexiones y elementos de control para el manejo, transportación y control de fluidos están construidos con materiales que se ajustan a los tipos de fluidos con los cuales estarán en contacto directo, y de acuerdo a las condiciones de temperatura y presión y de flujo que se requiera manejar en ellos. Los materiales usados para la construcción de estos productos se clasifican en tres categorías o familias:
1) Metales, 2) Elastómeros y
3) Termoplásticos
•
Estos materiales pueden presentarse de uno solo, o una combinación de ellos, según sea el requerimiento de aplicación y uso (condiciones de operación).
•
Veamos a continuación cada una de estas familias con detalle para conocer las características y propiedades de cada uno de ellos.
METALES: •
HIERRO GRIS (vaciado, colado o fundido)
•
El hierro gris es uno de los materiales ferrosos más empleados es un excelente material para hacer piezas resistentes y fácilmente moldeables, se utiliza en muchas piezas para maquinaria en todas la ramas de la industria, su resistencia y duración es excelente. Su nombre se debe a la apariencia de su superficie al romperse. Esta aleación ferrosa contiene en general más de 2% de carbono y más de 1% de silicio, además de manganeso, fósforo y azufre.
•
Una característica distintiva de la fundición de hierro gris es que el carbono se encuentra en general como grafito, adoptando formas irregulares descritas como “hojuelas”. Este grafito es el que da la coloración gris a las superficies de ruptura de las piezas elaboradas con este material.
•
Es resistente a la corrosión , en algunos casos mejor que el acero. Es un material estándar
•
Especificación
•
ASTM-A 126 clase B.
para cuerpos y bonetes de válvulas de clase 125 y 250 psi. (ANSI), así como algunos tipos de conexiones de fundición.
HIERRO DUCTIL (modular) •
El hierro dúctil o nodular se obtiene mediante la introducción controlada de magnesio en el hierro fundido, y bajas proporciones de azufre y fósforo. Se obtiene de este modo una extraordinaria modificación en la micro-estructura del metal, ya que el carbono se deposita en la matriz ferrítica en forma de esferas al contrario de lo que ocurre en el hierro gris, en el que el carbono toma la forma de láminas.
• • • • • • •
El resultado de este cambio de estructura, es un hierro mucho más fuerte, resistente y elástico. Resistencia a la compresión. Resistencia a la abrasión. Aptitud al moldeo. Resistencia a la fatiga. Maquinabilidad. Utilizado en conexiones, cuerpos y bonetes de válvulas, otros equipos como filtros, medidores, etc. Tiene Especificación ASTM-A 395(tratamiento térmico) y ASTM-A 536(fundido)
ACERO (acero al carbón) •
Resultado de una aleación maleable de hierro y carbono con cierta cantidad de manganeso. Debe sus propiedades principalmente al carbono que contiene. Esta aleación (acero) tiene magníficas propiedades mecánicas. Presenta buena resistencia a los esfuerzos por corrosión y sulfuros (sulfitos) y también a la alta y baja temperatura y a la fatiga. Se utiliza principalmente en válvulas (compuerta, globo, check y bola), en aplicaciones donde la temperatura es determinante (vapor) 850º F (455º C) y en conexiones y tubería.
•
Especificación ASTM-A 216 WCB y A 352 lCB (fundido) ASTM-A 105 (forjado)
ACERO AL CARBON FORJADO.
• Este es un acero al carbón, con tratamiento mecánico (en caliente),
dándole un mejoramiento considerable en propiedades mecánicas. Se hace más dúctil (se destruye la estructura arborescente dendrítica). Por su mayor resistencia mecánica es utilizado en válvulas y conexiones de alta presión (hasta 10000 psi) y de altas temperaturas.
HIERRO NIQUEL 3% • Mejor resistencia a la corrosión que el hierro gris y dúctil resistencia a la
corrosión por alta temperatura y mejores propiedades mecánicas. Muy resistente a la oxidación atmosférica (ambiental). Especificación ASTM-A 126 modificado.
•HIERRO DUCTIL RECUBIERTO DE NIQUEL
(NIKEL-PLATED) •
Tiene una amplia aceptación, en procesos químicos, estos recubrimientos tienen muy alta resistencia a la tensión, hasta cierto punto la dureza de un material indica su resistencia a la abrasión y característica de uso, el recubrimiento de Níquel es ampliamente especificado como recubrimiento de discos en válvulas mariposas. Especificación ASTM- B 320.
ACERO INOXIDABLE. • Son
aceros resistentes a la corrosión y a la temperatura (calor). Se forma aleando hierro, carbón con cromo y en pequeñas cantidades níquel, molibdeno, silicio, tungsteno y cobre. Existen tres tipos de inoxidables:
• A)
AUSTENITICOS. Estos tienen cromo - níquel (18-8) (T304, T316). Son los de mayor uso en nuestros productos ya que el destino es precisamente industrial, donde la temperatura y agresividad de los fluidos son comunes.
• B) MARTENSITICOS. Aleaciones para templar,
hasta con un 18 % de cromo.
Enfriados por inmersión. Son duros y frágiles. • C)
FERRÍTICOS. Estos tienen bajo carbono, no templados y tienen hasta un 27 % de cromo
•
ACERO INOXIDABLE SERIE 400 (Ferrítico)
•
Aleación de hierro, carbón y cromo, es normalmente magnético debido a su estructura y a su contenido de hierro; la serie 400 es resistente a la oxidación por alta temperatura y mejora las propiedades físicas y mecánicas del acero al carbón. La mayoría de los Inoxidables serie 400 tienen tratamiento térmico, sus aplicaciones más comunes en válvulas son: vástagos de mariposas, bujes de asiento y cuñas en válvulas de acero fundido. Especificación ASTM- B582 tipo 416 (wrot), ASTM- A 217 grado CA-15 y ASTM- A 276 tipo 410.
•
ACERO INOXIDABLE SERIE 300
•
Aleación de hierro, carbón, níquel y cromo no magnético, con más ductilidad que el Inoxidable serie 400, con estructura austenítica, muy buena resistencia a la corrosión a un extenso rango de medios, no es susceptible a ceder a la corrosión por tensión y no es afectado por tratamiento con calor. Usos más comunes son cuerpos, esferas y vástagos de válvulas. Especificación ASTM- A 276 y ASTM- A 351 gradoCF-8M.
• ACERO INOXIDABLE 17-4 PH •
Es una precipitación Martensítica del acero inoxidable endurecido por el tiempo. Ofrece una alta resistencia y dureza, resiste los ataques corrosivos mejor que cualquier inoxidable de la serie 400 y en muchas condiciones se acerca a la resistencia de los inoxidables de la serie 300. Es utilizado principalmente en válvulas como vástago. Especificación ASTM- A 564 tipo 630.
• ALLOY 20 Cb-3 •
Esta aleación tiene altos contenidos de Níquel y Cromo, como Serie 300 de Ac. Inoxidable y con la adición del Columbio, esta aleación retrasa el ceder por corrosión a la tensión, y tiene una mejorada resistencia al ácido sulfúrico; El Alloy 20 encuentra un extenso uso en todas las fases de los procesos químicos y es comúnmente utilizado como interior de válvulas. Especificaciones
•
ASTM- A351 grado CN-7M, ASTM- B473 20Cb-3
• STELLITE •
Aleación a base de Cobalto, una de las mejores de usos generales de cara dura, muy resistente al calor, abrasión, corrosión, impacto, oxidación, erosión y choques térmicos, tiene un alto pulimento y es usada en asientos de válvulas de acero, normalmente aplicado con arco de transferencia de plasma, su dureza no es afectada por tratamientos térmicos.
•
Especificación AWS 5. 13 hard face.
• MONEL •
Es una aleación de níquel (67 %), cobre (30 %) y otros, utilizado mucho en interiores (de válvulas Bola y de Mariposa). Uno de los materiales más específicos para resistir a la corrosión del agua de mar y salmueras. También muy resistente a soluciones cáusticas fuertes.
• HASTELIOY. C •
Aleación de níquel-cromo con trazas de molibdeno y manganeso (Ni de 45 a 50 %; Cr de 17 a 20%) la cuál tiene una resistencia excelente a una extensa variedad de entornos de procesos químicos incluyendo fuertes oxidantes como el Cloro húmedo y el Cloro gas, Cloruro Férrico. Es también resistente a los ácidos Nítrico, Clorhídrico y Sulfúrico a temperaturas moderadas.
•
Especificación ASTM- B574 y ASTM- B494 grado CW-12-MW.
• INCONEL •
Aleación de níquel, cromo y hierro. Usos especiales de corrosión en ácidos y álcalis.
• ALUMINIO •
Metal No-Ferroso, de peso pe so muy ligero, aproximadamen aproximadamente te 1/3 del Acero. Ofrece Ofrece excelente resistencia a la corrosión ambiental, pero puede ser muy reactivo con otros metales. En válvulas es utilizado principalmente en cuerpos, Trims exteriores como volantes, o placas de identificación. Cumple Cumple Especificación ASTM-B 85.
• COBRE •
Entre las propiedades más importantes de los materiales de cobre, son su Conductividad térmica y eléctrica, su resistencia al desgaste y a la corrosión, y su ductilidad; el cobre trabaja bien en aplicaciones de alta temperatura y es fácilmente unido por soldadura, el cobre es utilizado exclusivamente para conexiones, su especificación ASTM-B75 ASTM-B75 (wrot) y ASTM-B88. Las tuberías y conexiones de cobre son ampliamente utilizadas en el manejo de agua potable y gas combustible en casas y edificios.
• BRONCE •
Una de las primeras aleaciones aleaciones desarrolladas, generalmente generalmente aceptada en la industria como estándar en válvulas y conexiones de presión. Tiene una resistencia más alta que el cobre puro, fácil de moldear, mejor para maquinar y se puede unir por soldadura; muy resistente a la corrosión por picaduras y generalmente es resistente a un mayor número de químicos que el cobre puro. Estándar ASTM-B61 ASTM-B61 y B62, de aleación ASTM-B584-alloy ASTM-B584-alloy 844.
• BRONCE-SILICIO •
Tiene la ductilidad del cobre pero mucha más resistencia con respecto a la corrosión, su resistencia es igual o mayor que el cobre, comúnmente usado en vástagos de válvulas de presión, el bronce silicio tiene una mayor resistencia a la corrosión por fatiga que los bronces comunes.
•
Especificación ASTM-B 98 (alloy B), ASTM-B ASTM-B 371 (wrot)
• BRONCE ALUMÍNICO •
Es el mayormente aceptado en material de disco en válvulas mariposa; tiene tratamiento térmico y su resistencia se parece al acero. La formación de una capa de óxido de aluminio en las superficies expuestas, hace de este material muy resistente a la corrosión, no se recomienda para sistemas húmedos con alto pH. Especificación ASTM-B 148(fundido) 148(fundido) y ASTM-B 150(barras)
• LATÓN •
Generalmente tiene buena resistencia a la corrosión, es susceptible a la de-zinc cificación en aplicaciones especificas, excelente excelente material para ser maquinado; su su uso primordial está en esferas y vástagos de válvulas de bola y en vástagos de válvulas de hierro. El latón forjado es utilizado en cuerpos de válvulas y en conectores. Especificación ASTM-B 16 (wrot) y ASTM-B 124(forjado)
MATERIALES TERMOPLASTICOS Y ELASTOMEROS. • Es muy común el uso de
estos materiales derivados del petróleo, los cuales con el tiempo, la tecnología ha ido haciendo cada vez mejoras en sus componentes, resultando varios tipos de plásticos con diferentes características. Principalmente, son resistentes a una gran variedad de líquidos corrosivos (ácidos, etc.)
• Lo que sí no
podemos perder de vista son sus limitaciones en lo que respecta a temperatura primeramente y en segundo término, la presión.
MATERIALES TERMOPLÁSTICOS: • ABS : •
(Acrilo nitrilo-Butadieno estireno)
Es un material probado, la superficie lisa de su interior y su resistencia superior a la formación de depósitos, hace del ABS un material ideal para drenajes, residuales y venteo en sistemas sanitarios comerciales y residenciales; Puede exponerse a una gama de temperaturas del rango de –40 a 180°F(-40° a 82°C), las variaciones en la temperatura pueden ocurrir debido a la temperatura ambiente o descargas de líquidos calientes al sistema; es muy resistente a una gran variedad de materiales de alcantarillado y a productos químicos domésticos, se puede unir por cemento o roscado y conectarse con hierro fundido, acero o cobre por medio de conexiones de transición. (ABS modificado para uso en Aire Comprimido es el “CHEMAIRE”, es inastillable, muy duradero. Marca registrada por NibcoChemtrol)
PVC (Cloruro de polivinilo). •
Es el termoplástico más utilizado, desde hace más de 30 años en diversas áreas como son:
•
Procesos químicos, distribución de agua en chillers, sistemas de irrigación, agua des-ionizada, etc. Se caracteriza por sus propiedades físicas y resistencia a la corrosión y ataques de químicos ácidos, álcalis o soluciones de sales y otros. Es atacado (se disuelve o quema) por solventes polares como las acetonas, algunos hidrocarburos clorinados y aromáticos. Su temperatura máxima de servicio es de 140ºF (60ºC) con un diseño a la tensión de 2000 psi. El PVC tiene la mayor resistencia hidrostática a 73ºF (22.7ºC) que la mayoría de los termoplásticos que han sido utilizados en sistemas de tubería. Su unión puede ser bridada, roscada o cementada.
• CPVC (Cloruro de •
Tiene propiedades físicas similares al PVC a 73ºF (22.7ºC) y su resistencia química es similar o generalmente mejor que el PVC. Tiene una resistencia a la tensión de 2000 psi. y una temperatura máxima de servicio de 210ºF (99ºC), lo cual lo hace un excelente material para líquidos corrosivos calientes, para la distribución de agua caliente y fría y otras aplicaciones de acuerdo al rango de temperatura. Se une en forma bridada, roscada o cementada.
• PVDF •
polivinil clorinado)
(Floruro de polivinildieno). KEM-TEMP (KYNAR)
Es un material de flurocarbon fuerte, resistente a la abrasión y a la distorsión y con más resistencia a 280ºF (137.7ºC). Es químicamente resistente a muchos ácidos, bases y solventes orgánicos y es ideal para manejo de cloro seco o húmedo, bromo y otros halógenos. Otros termoplásticos sólidos no tienen la combinación de fuerza, resistencia química y temperaturas de trabajo como la del PVDF. Este material es unido por termofusión, roscado o bridado.
• PP (Polipropileno) •
Es una poli-olefina ligera y generalmente de alta resistencia a los químicos; es ligeramente más bajo en propiedades físicas comparado con el PVC. Es químicamente resistente a solventes orgánicos, así como a ácidos y a álcalis; no debe ser usado con ácidos oxidantes, ni con hidrocarburos clorinados y aromáticos. Tiene una resistencia a la fatiga de 1,000 psi a una temperatura de 73ºF (22.7ºC). El PP ha ganado aceptación en donde se manejan compuestos sulfurosos, como líneas de agua salada, conducción de petróleo crudo y sistemas de gas a baja presión. También es excelente en laboratorios y en drenajes industriales con mezclas de solventes, ácidos, bases, etc. El PP es unido por termofusión a 180ºF (82.2ºC), roscado o bridado; cuando se use para drenaje ó cuando sea roscado, no exceder de 20 psi. Su rango máximo de temperatura es de 180°F (82°C)
ELASTÓMEROS • EPDM. (Monómero etilen-propilen-dieno) •
Elastómero terpolímero con buena resistencia a ruptura y abrasión; ofrece excelente resistencia química a una variedad de ácidos y álcalis. Es susceptible al ataque de aceites y no se recomienda para aplicaciones que abarquen aceites de petróleo, ácidos fuertes o alcalinos fuertes. Es excepcionalmente bueno a la intemperie y resistente al ozono, regularmente bueno con acetonas y alcoholes y tiene un excelente rango de temperatura de -20 a 250ºF (-29 A 121.1ºC)
• NEOPRENO (CR) •
Es uno de los primeros hules sintéticos desarrollados. Es un polímero de todos propósitos, con muchas características deseables, distinguiéndose su alta resistencia con baja compresión, resistencia a la flama y a los aceites animales y vegetales. Se recomienda principalmente para servicio en bebidas y comestibles. Generalmente no es afectado por químicos moderados, grasas y muchos aceites y solventes. Es atacado por ácidos de fuerte oxidación, solventes clorinados, ésteres, acetonas, hidrocarburos aromáticos y fluidos hidráulicos. Tiene un rango moderado de temperatura de -20 a 160ºF (-29 a 71ºC).
• NITRILO (BUNA-N) (NBR). •
Es un polímero de propósitos generales resistente a aceites; es conocido como hule nitrilo. Es un co-polímero de butadieno y acrilonitrilo y tiene un rango moderado de temperatura de -20 a 180ºF (de -29 a 82ºC). Es resistente a solventes, aceites, agua y fluidos hidráulicos. Muestra buena compresión. Resistente a la abrasión y a la tensión. No debe ser usado con solventes polares como acetona, metil etil cetona, hidrocarburos clorinados, ozono o nitro-hidrocarburos.
•
FLUOROCARBON (VITON) (FLUORER) (FKM).
•
Estos elastómeros son inherentemente compatibles con un amplio espectro de químicos y debido a esta extensa compatibilidad química, soporta considerables concentraciones y temperaturas. Ha ido ganando aceptación como un material de construcción para válvulas mariposa O´rings y asientos. Puede utilizarse en muchas aplicaciones incluyendo ácidos minerales, soluciones salinas, hidrocarburos clorinados y aceites de petróleo. Son particularmente buenos en servicio de hidrocarburos. Tiene un rango de temperatura de 20º a 300ºF (-29 a 148.9ºC). No es adecuado para servicio de vapor.
• HYPALÓN (CSM). •
Tiene una magnífica resistencia a la oxidación, al ozono y buena resistencia a la flama. Es similarn al neopreno excepto con una mejorada resistencia al ácido, tales como el nítrico, fluorhídrico y sulfúrico. La resistencia a la abrasión del hypalón es excelente, parecida al nitrilo (buna-n). Su resistencia a los aceites y a solventes está entre el neopreno y el nitrilo. Las sales afectan muypoco al hypalón. No se recomienda su exposición en oxidaciones concentradas de ácidos, esteres, acetonas, hidrocarburos aromáticos y nítricos. El hypalón tiene un rango normal de temperatura de -20 a 200ºF (-28 a 93ºC).
• TEFLÓN (PTFE) •
Politetrafluoruro de etileno. Este elastómero tiene una destacada resistencia al ataque de muchos solventes y productos químicos. El teflón tiene un rango de temperatura de -20 a 400ºF (-29 a 204ºC). En aplicaciones de válvulas, el teflón es un compuesto auto lubricado. Es muy utilizado en asientos de válvulas de bola.
•
Todos estos materiales mencionados (metálicos y no metálicos) son los más usuales. Existen otros materiales, pero no con la importancia de utilización de los ya expuestos, al menos en los mercados de nuestro entorno.
CARACTERÍSTICAS DE LOS ELEMENTOS PARA EL MANEJO DE FLUIDOS •
Las características de los productos o equipos para el manejo de fluidos nos permiten tener y diferenciar elementos de decisión para seleccionar adecuadamente su utilización, que se acoplen lo más acertadamente posible a las condiciones de operación y las propiedades físicas y químicas del fluido.
•
Las características que se manejan normalmente en todas las redes de tubería, conexiones, accesorios, válvulas, bombas, y aparatos de medición son:
DIMENSIONES. •
Las dimensiones nos dan con exactitud el tamaño y se pueden presentar como sigue:
•
DIAMETRO.- El diámetro es la medida transversal que divide una figura circular en dos partes iguales y específicamente se refiere a la distancia de un lado al opuesto pasando por el centro del círculo en línea recta. En las tuberías, válvulas, conexiones y accesorios normalmente se maneja en pulgadas (sistema inglés) y los diámetros pueden ser nominales, interiores y exteriores, según el producto a manejar o como información general del mismo. Es muy común expresar la unidad de pulgadas de los diámetros de los tubos con las comillas.
•
Ejemplo: 14” catorce pulgadas de diámetro nominal.
•
Diámetro nominal (DN) Es con el que se identifican todos los productos pero no se usa en los
cálculos matemáticos. •
Diámetro interior (DI) Se refiere al diámetro en el interior de las tuberías y conexiones de una pared
a otra. •
Diámetro exterior (DE) Es el que se refiere al diámetro desde el exterior de las paredes en tubos y
demás conexiones.
•
El diámetro nominal de tubos representa el tamaño estándar para tuberías de presión. En Estados Unidos se usa un sistema denominado en pulgadas, 1 mientras en Europa denominan en milímetros según que define la norma ISO 6708.2
•
El tamaño de tubos se especifica mediante dos números adimensionales: el diámetro nominal (NPS, del inglés Nominal Pipe Size) y la cédula (SCH, del inglés schedule). El valor del NPS en pulgadas se relaciona con el diámetro interior para schedule standard, es decir un tubo de 1" schedule std tiene un diámetro interior de 25,4mm, pero sólo hasta los 12 pulgadas. Para NPS 14 y más grande, el NPS es igual al diámetro exterior en pulgadas. El espesor de la pared aumenta con una mayor SCH, manteniendo el diámetro exterior constante para un determinado NPS.
•
El SCH corresponde a la norma ASTM.
• ESPESOR.-
Significa el grueso de pared o de la pieza. Puede ser dado en sistema inglés (pulgadas) o en sistema métrico (milímetros) y ocasionalmente se puede dar el caso de medidas más grandes (pies o fracciones de metro).
• CALIBRE.-
Este término también denota espesor de pared, utilizado en varios productos como: Lámina, alambre, tubing, (tubo diámetro exterior), etc. Es una forma de medida inglesa que tiene las siglas BWG (Birmingham Wire Gauge) y es dado por un número que tiene su equivalencia en pulgadas (milésimas de pulgadas). Usual en paredes delgadas (no muy gruesos).
•
En tubings (tubería) el diámetro exterior es igual al diámetro del tubo. Por ejemplo si decimos calibre 16 y este equivale a .0625 ", adjuntamos tablas de equivalencia para su mayor aprovechamiento (cal 16 o BWG 16 es lo mismo) a cada calibre un espesor y a medida que el número de calibre es más grande, el espesor es más delgado.
• LONGITUD.-
Esta dimensión por todos conocida, nos determina el largo o lo ancho es lo que tenemos sujeto a medición y esta se puede presentar en cualquiera de los dos sistemas (métrico e inglés) y en cualquiera de sus divisiones (múltiplos y submúltiplos).
• Son muy
usuales en medición de terrenos, carreteras, etc., pero en lo que a este documento concierne, los usos son en tubería (mts. o pies), niples (pulgs. o cms.), láminas, soleras, ángulos (pies o mts.), barras (pies o mts.). Aunque en estos últimos se maneje el precio por kg., se especifica el tamaño de longitud al solicitarlo. Cabe mencionar que cuando se habla de longitudes, también estamos considerando alturas, profundidad, etc., o sea, son distancias de extremo a extremo o de un punto a otro predeterminado.
CÉDULA. •
Este es un término utilizado especialmente en tubería y sus derivados y nos determinan el espesor de la pared. A cada cédula le corresponde un espesor; éstos son dados por cálculos que relacionan las condiciones de operación en un fluido (presión y temperatura) con la resistencia del material.
•
Tenemos las cédulas siguientes: C5, C10, C30, C40, C60, C80, C120, C140, C160 y XXS. Las más comunes en tubería de acero son C40 y C80 y en tubería de acero inoxidable C10 y C40.
•
Una misma cédula en diferente tamaño (diámetro) de tubería es diferente su espesor, salvo en medidas de diámetro de 8" en adelante, algunas cédulas coinciden sus espesores o están muy aproximados (principalmente en cédulas chicas)
•
La tubería de cédula, se maneja en diámetros nominales y cada medida (diámetro), independientemente de la cédula tiene el mismo diámetro exterior (que no coincide con el diámetro nominal y este a su vez no coincide con el diámetro interior) o sea que entre más grande es la cédula, mayor es el espesor de pared y lógicamente el diámetro interior se reduce.
Mas sobre la cedula •
Probablemente el estándar de tuberías más común sea el derivado del American Petroleum Institute (API), dónde las tuberías se clasifican según el espesor de pared de tubería, llamado Schedule (cedula). Estos Schedule están relacionados con la presión nominal de la tubería, y son un total de once, comenzando por 5 y seguido de 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140, hasta el Schedule 160. Para tuberías de diámetro nominal 150 mm y menores, el Schedule 40 (denominado a veces 'standard weight'), es el más ligero de los especificados. Sólo los Schedule 40 y 80 cubren la gama completa de medidas nominales desde 15 mm hasta 600 mm y son los Schedule utilizados más comúnmente para instalaciones de tuberías de vapor. Esta guía, se referirá a tuberías del Schedule 80 (denominado también ‘extra strong’).
•
Se pueden obtener las tablas de los Schedule en el BS 1600, que se usa como referencia para la medida nominal de la tubería y el espesor de la misma en milímetros. La tabla 1 muestra un ejemplo de diámetros de distintas medidas de tubería, para distintos Schedule. En Europa las tuberías se fabrican según la norma DIN y se incluye la tubería DIN 2448 en la tabla.
•
Ejemplo
•
Para una tubería de 25 mm de Schedule 80, el diámetro interior es de 24,3 mm. De la misma manera, una tubería de Schedule 40 tiene un diámetro interior de 26,6 mm. Las tuberías que se utilizan más usualmente son de acero al carbono (longitud estándar 6m) para distribución de vapor y líneas de condensado.
TIPOS DE UNION •
La gama de productos que existe en el mercado, para formar una red de
conducción, deben ensamblarse, conectarse o unirse de alguna forma, dependiendo del tipo de material y condiciones de operación. Algunos productos pueden ser instalados en una forma, pero se pueden solicitar con otro tipo de unión si es necesario. Las uniones más comunes son : •
- Unión Roscada Cementada
- Unión Soldable
- Unión Bridad
- Unión
•
- Unión por Abrazadera
•
Cada una de las uniones anteriores posee sus respectivas variantes, como por ejemplo, en la unión roscada, puede ser NPT, ACME, RECTA, etc., y así en las demás, las cuales se verán cuando lleguemos a los elementos correspondientes en cada caso, para una mejor explicación objetiva.
- Unión por Termofusión.
Vamos a encontrar las tablas de varias formas
Por cedula Para mayor información http://www.idasa.com.mx/07.html
EJEMPLO DE TUBERIA DE ½” NOMINAL
CEDULA 40
TUBERIA. •
Cuando hablamos de conducción de fluidos, estamos refiriéndonos primero al conjunto de tubos arreglados para llevar el fluido de un lugar a otro, es lo que comúnmente denominamos “línea” o sistema de tubería.
•
Para seleccionar el material y tipo de tubería más adecuado para tal o cual fluido, se necesita conocer las condiciones de operación del fluido; se determina el tipo de material de construcción con base en las condiciones de operación y también se necesita conocer el gasto del fluido a conducir para determinar el tamaño (diámetro) de la tubería. Veremos a continuación los tipos de tubería más utilizados en el ámbito de la industria, y las otras áreas como la agricultura, residencial y comercial.
•
La tubería es fabricada de varios materiales, entre los más usuales tenemos: el tubo de acero, tubo de acero inoxidable, tubos termoplásticos (PVC, CPVC, PUDF, P.P.), tubos de cobre, de aluminio, de vidrio, entre otros; cada uno para aplicaciones específicas; asimismo, los tamaños de los tubos comerciales van desde 1/8" de diámetro hasta medidas de 48" de diámetro y en ocasiones más grandes. Como antes se mencionó, su selección va de acuerdo al uso, aplicación, tipo de fluido, presión y temperatura.
TUBERIA DE ACERO. •
Son los tubos de mayor utilización en el mercado tanto nacional como internacional, ya que cubre una gran extensión de aplicaciones de fluidos que se manejan en tubería con este material, debido a su compatibilidad, resistencia a la tensión, torsión, y su punto de ruptura. Este tubo se presenta en dos opciones: a) Tubo de acero sin costura y b) Tubo de acero con costura .
•
El primero parte de una barra de acero hueca y su proceso es estirarla para dar determinado diámetro previamente establecido. Lógicamente se parte de un diámetro mayor hacia uno menor utilizando un molino reductor. Los tubos de acero sin costura se manejan en diferentes diámetros, desde 1/8" a 24" como normal, pudiendo hacerse en diámetros mayores y a su vez su espesor se expresa por CEDULA.
•
Estos van desde C10 hasta C160 y reforzado XXS.
•
Las más usuales en nuestro mercado son C40 y C80 en diámetros pequeños (1/8" a 6").
•
Las aplicaciones más típicas del tubo de acero sin costura son en vapor, amoniaco, gas L.P., algunos fluidos ligeramente ácidos o básicos.
•
En la tubería (de cédula) sin costura donde el diámetro nominal no coincide con el diámetroexterior, esta regla se rompe de la medida 14" en adelante
Tubos con costuras •
Este tipo de tubos se forma por partes permitiendo alcanzar el diámetro y espesor deseado, mayores que los tubos sin costura.
•
Las tuberías con costura se hacen con bandas laminadas conformadas en cilindros y soldados en las costuras por varios métodos, se atribuye a las soldaduras de 80% al 100% de la resistencia de las paredes de la tubería dependiendo de los procedimientos de soldadura e inspección. Se puede obtener diámetros mayores y razones más bajas e espesor de las paredes al diámetro en las tuberías con costura que en las tuberías sin costura
•
El mercado de aplicación comprende la conducción de agua (sistemas) en industrias, agricultura, servicios municipales, red contra incendios, sistemas eléctricos, etc.
•
En síntesis, esta tubería es de gran importancia en servicios municipales (agua potable, desagües), en agricultura y en la industria.
TUBERÍA DE ACERO AL CARBON •
Es una de las más utilizadas en el mundo entero, debido a que es compatible con una amplia gama de fluidos y a sus propiedades y características mecánicas; tenemos tubo de acero con costura y acero sin costura , y en espesores diversos, desglosaremos estos, para diferenciar las características de cada uno y ubicarlos en su mejor o aplicación.
•
La tubería, por su espesor se clasifica en cédulas y en calibres; los de cédula son conocidos como tubos IPS (Iron Pipe Size) se fabrican desde 1/8” hasta 48” y sobre pedido en mayores diámetros.
•
El diámetro nominal (DN) como se distingue al tubo es menor que el Diámetro Exterior (DE) hasta 12” y de 14” en adelante el DE=DN. Por su parte, la Cédula nos da el espesor de la pared, entre más grande es la cédula, mayor el espesor y obviamente el Diámetro Interior disminuye
•
TUBERÍA DE ACERO INOXIDABLE
•
Se presenta en Pipe (cédula) y Tubing (calibrado) en tipos 304 (L) y 316 (L) la aleación de acero al carbón con cromo, níquel y molibdeno los hacen más resistentes a la corrosión, mayor resistencia mecánica y térmica, con y sin costura, según aplicación.
•
Pipe (cédula) desde Cédula 5 a cédula 80, pero más común en C10
TUBERÍA TERMO PLÁSTICA •
En los últimos años ha sido muy requerida, en una amplia gama de aplicaciones que van desde agua (potable, de ionizada, etc.), a químicos, y materiales de drenaje, su particularidad es el efecto de la temperatura, en su resistencia, así como también se disminuye la presión de operación que las aplicadas en tuberías de acero, pero su resistencia a la corrosión es mucho mayor que los aceros, tenemos los siguientes:
•
Tubería de PVC: (Cloruro de Poli Vinil)
•
Tubería de CPVC: (Cloruro de Poli Vinil Clorinado),
•
Tubería de PVDF (Kynar) (Fluoruro de Poli vinil Dieno):
•
Tubería de PP (poli propileno):
•
Tubería Chemaire
CONEXIONES •
Una CONEXION es un aditamento que se utiliza para unir o enlazar piezas entre sí, para que exista una continuidad en la red de la tubería. Las conexiones deben caer en cualquiera de las siguientes aplicaciones:
•
1. Unir tramos de tubería
•
2. Cambiar la dirección de la línea
•
3. Cambiar el diámetro de la línea
•
4. Conectar diferentes ramas de la línea
•
5. Cerrar el final de la línea
•
En el manejo y control de fluidos, veremos los diversos tipos de conexiones, así como sus materiales de construcción y por ende su aplicación y forma de unión (roscada, soldable, bridada, cementada, termo-fusión, abrazadera). Las conexiones más usuales son las siguientes:
•
CODOS.- Esta conexión sirve para cambiar la dirección del flujo del fluido. Los codos son fabricados de 90º, 45º, 22º, 11º y 180º, éste último conocido como codo retorno.
•
TEE.- Es una conexión que nos permite salir perpendicularmente de la línea principal ó cuando deseamos distribuir el fluido, como alternativa total o parcial, hacia dos destinos, tomando su nombre por su similitud con la letra "T".
•
TEE REDUCIDA.- Este caso se nos presenta en casos especiales, cuando nuestra salida la requerimos de un diámetro menor, aunque en algunos materiales nos encontramos con reducción en la parte (línea) principal.
•
COPLES.- Con ellos unimos dos tubos (o niples) para continuar la línea de nuestro flujo en dirección recta.
•
MEDIO COPLE.- Es la mitad de un cople donde conectamos (unimos) la línea por su extremo disponible para ello; la otra parte estará unida, por ejemplo, a un tanque.
•
COPLE REDUCIDO.- En algunos materiales de construcción, éstas piezas vienen siendo las equivalentes a reducción campana de otros materiales.
•
TUERCA UNIÓN.- Esta conexión tiene tres piezas en su construcción entre ellas una movible (loca) que se denomina tuerca; las otras dos piezas se fijan a la línea y con dicha tuerca se hace la unión. En arreglos de líneas donde se requiere mantenimiento, es donde se utilizan ya que facilitan el armado y desarmado de un punto en cuestión y no es necesario desarmar grandes tramos de líneas con sus conexiones, válvulas, etc., que originan pérdidas de tiempo grandes esfuerzos y costos
•
TAPÓN MACHO.- Nos sirve para cancelar el paso del flujo por alguna línea. Esta conexión entra en toda unión tipo hembra (por ejemplo el codo, cople, válvula).
•
TAPÓN HEMBRA.- También conocido como cachucha o cap. De igual manera que el tapón macho, nos sirve para cancelar flujo de alguna línea, pero esta conexión se une a todo lo que enlace en forma de macho (por ejemplo, tubería, niple, espiga)
•
REDUCCIÓN BUSHING.- Como su nombre lo indica, con esta unión podemos cambiar el tamaño de nuestra línea (si quiere reducir) y se caracteriza por tener tipo de unión macho en la parte de mayor diámetro (tamaño) y unión hembra en la menor..
•
REDUCCION CAMPANA.- En esta conexión, ambas uniones son tipo hembra y nos reduce el tamaño de nuestra línea. Es normalmente fabricada en hierro maleable (de fundición). Por su forma parecida a una campana, se le da este nombre.
•
REDUCCION CONCENTRICA.- Esta es la misma que la campana pero en otro material de construcción (carbón e inoxidable) y se denomina así porque los centros de sus extremos quedan en una misma línea centrada, o sea, coinciden los centros.
•
REDUCCION CONCENTRICA.- Esta es la misma que la campana pero en otro material de construcción (carbón e inoxidable) y se denomina así porque los centros de sus extremos quedan en una misma línea centrada, o sea, coinciden los centros.
•
REDUCCION EXCENTRICA.- Aquí los centros de cada extremo, no coinciden con la línea central por lo que quedan fuera de centro y de ahí su nombre de excéntrica. Recomendada en líneas horizontales.
•
CODO NIPLE.- También conocido como codo calle o codo pipa. Este normalmente es de 90º y tiene un extremo para unión macho y otro para unión hembra.
•
"Y" GRIEGA.- Esta es una conexión parecida a la TEE solo que la salida lateral está en una inclinación de 45º y no perpendicular, utilizada en captación de salidas de líneas auxiliares.
•
CRUZ.- Cuando se requiere salir perpendicularmente de una línea principal a dos direcciones opuestas, es cuando se tiene esta unión, que como su nombre lo indica es una cruz, ó cuando sequiera distribuir el fluido a tres destinos.
•
NIPLE.- Este tipo de conexión es muy utilizada para instalación de equipos ya que es un trozo de tubo con roscas en los extremos que se solicita en diferentes longitudes de acuerdo a necesidades de instaladores. Se tienen algunas medidas estandarizadas en longitudes.
•
BRIDAS.- También conocidas como "flanges". Este tipo de conexión puede ser unida a la línea de diferentes maneras: soldable, roscada, cementada, según sea el caso, pero su principal característica es que tienen que ir sujetas entre sí por medio de tornillos, lo que la hace una conexión de mantenimiento (similar a T unión). Gran variedad de válvulas, traen consigo su cuerpo cada extremo bridado y otras se conectan entre bridas. Posteriormente veremos sus variantes.
Modelos de unión de las Bridas a la tubería: a) Roscadas a la tubería; b) Soldadas, c) brida con cuello soldable; d) Brida con Traslape.
VÁLVULAS •
VÁL ÁLVULA.VULA.- Es un dispositivo de control en una línea o sistema, la cual nos permite el paso, la regulación o el no-retroceso del fluido, según sea el caso o tipo de válvula.
•
Varios son los tipos de válvulas así como sus materiales de composición, sus dimensiones y formas de conexión. Hagamos un repaso general de los tipos de válvulas y posteriormente ahondaremos en sus otras características
VAL ALVULA VULA COMPUERTA COMPUERTA (ON - OFF) •
Esta válvula permite el paso del flujo, recto y completo, esto la hace ser el tipo de válvula más indicada para usos generales, además de su mínima caída de presión.
•
Deberá operarse completamente abierta (On) o cerrada (Off). No es conveniente mantenerla en posición de regulación, pues su diseño no lo permite; una pequeña abertura provoca alta velocidad del flujo y puede causar erosión en las superficies de los asientos y del disco, que puede provocar el desgaste en esas superficies, conocido como corte de pelo. Los vástagos de estas válvulas pueden ser ascendentes o no ascendentes (fijo) con rosca tipo ACME de acción rápida, éstas últimas utilizadas donde el espacio es una limitante. La posición de la válvula en cuanto a dirección del flujo, es indistinta, así como su posición física en la red puede ser en cualquier ángulo, sin que el disco ocasione problemas (salirse de su lugar), aunque algunos fabricantes recomiendan recomiendan que de la línea vertical no se exceda del 30 % de desviación, para evitar acción directa en estoperos.
VALVULA GLOBO. •
Su principal característica es su capacidad de regular el paso del fluido. Tiene Tiene una alta caída de presión, aún cuando está totalmente abierta y no es recomendada cuando se requiere un flujo continuo. El sentido de su instalación debe ser tal que el flujo entre por la parte inferior del asiento, para ello apoyarse con la flecha marcada en el cuerpo de la válvula y hacerla coincidir coincidir con el sentido del flujo ó en su defecto hacer la inspección inspección visualmente para orientar la instalación. Utilizada en líneas no principales que no contengan partículas en suspensión. Estas válvulas están expuestas a cavitación y al corte de pelo, debido a la velocidad del fluido que se está regulando.
VALVULAS DE RETENCION. (CHECK) •
El diseño de estas válvulas, permite el paso del fluido en una sola dirección, no así el retroceso, por lo que tiene orientación del sentido respecto a la dirección del fluido y es muy importante asegurarse en su correcta instalación. Las retenciones no se operan manualmente, ya que el flujo es el que abre o cierra la válvula. Tenemos retenciones de pistón, verticales o de columpio.
•
La primera tiene el cuerpo de una válvula de globo lo cual nos ocasiona una alta caída de presión, pero también nos proporciona un mayor cierre hermético. Su instalación solamente es en posición horizontal.
VALVULA BOLA (ESFERA). •
Es una válvula muy práctica, ya que presenta poco volumen (compacta) y su operación de apertura o cierre se efectúa con 1/4 de vuelta del maneral (palanca); puede instalarse en cualquier posición, además la posición del maneral nos da una indicación visual de “abierto” o “cerrado”.
VALVULA MACHO (CUADRO, PILON). •
Es una válvula de cierre rápido (1/4 de vuelta) y es recomendada como válvula de control de líneas secundarias y de operación esporádica. No tiene maneral o volante para su operación de manera fija. En medidas pequeñas (de 4" hacia abajo) se puede utilizar para su operación algún aditamento hecho específicamente para ello o con una llave creciente. En medidas mayores se acompañan de su maneral (palanca) para su operación y algunos modelos traen consigo arreglos de cadena o engranes con volante según sea el caso. En las tomas de agua potable domiciliarias, en sistemas de agua y gas así como en PEMEX, son donde más se utiliza este tipo de válvula.
VALVULA MARIPOSA. •
Las válvulas mariposa han venido a ocupar un lugar muy importante en el manejo de fluidos,V principalmente en agua y algunos líquidos comunes. Su diseño la hace de un tamaño y peso menor que otras válvulas, lo que facilita su instalación y mantenimiento.
•
Tienen también como característica su cierre de 1/4 de vuelta (giro 90º). Con ellas se puede operar abierta o cerrada o para regulación de flujo, con tipos de operadores manuales (palanca), engranes (con volante o cadena), cilindros neumáticos o hidráulicos y actuadores eléctricos y neumáticos. Son absolutamente herméticas a prueba de burbuja, debido a su asiento elastómero y con su flujo recto origina baja caída de presión. Se tiene la facilidad de operación frecuente y del manejo de fluidos con sólidos en suspensión. No tienen sentido de posición, es indistinto.
VALVULA DE PISTON. •
Esta válvula conocida así por la forma de su disco de cierre, tiene una función similar a la válvula globo; con ella se regula el flujo y de igual forma que una globo, tenemos caída de presión. Estas válvulas, como las marca KLINGER, traen el pistón de acero inoxidable invariablemente; éste pistón hace asiento en dos anillos de cierre, uno en la parte inferior que es el que sella el paso del fluido y el otro en la parte superior que sella el paso hacia el bonete (sirve como estopero).
•
Esta válvula es muy práctica para fluidos calientes, por el tipo de interiores. Las partes en contacto con el fluido son reemplazables.
VALVULAS DE DIAFRAGMA. •
Como su nombre lo indica, estas válvulas hacen el cierre con un diafragma (elastómero), (elastómero), el cual se selecciona de acuerdo al fluido a conducir. conducir. Son muy utilizadas cuando se maneja sólidos en suspensión, lodos, lechadas, etc., ya que el cierre se hace con el elastómero. Se tiene mayor probabilidad de un sello hermético, aún teniendo partículas en suspensión que pudieran quedar atrapadas en el asiento en el momento del cierre.
VALVULAS DE CUCHILLA. •
Muy similar a la válvula tipo Compuerta en su funcionamiento, ya que es abierta o cerrada, solo que esta tiene un cuerpo esbelto ya que la cuña de cierre es como una navaja ó cuchilla (de aquí su nombre), nombre), y esto hace que al cierre cierre la cuchilla haga un efecto de corte con el asiento, lo que la hace ideal para usos en lechadas, con fibras o sólidos como bagazo, pulpa de papel, etc.
•
El peso y volumen de esta válvula son menores que la de compuerta. La válvula de cuchilla se une por medio de bridas y se pueden tener algunas combinaciones en el material de construcción según el fluido a manejar
VÁL ÁLVULA VULA DE AGUJA. AGUJA. •
Esta válvula es utilizada cuando se requiere una regulación más precisa. El disco y el asiento tienen una forma cónica alargada, de ahí viene su nombre por el parecido con aguja. El vástago ascendente tiene una rosca fina que le permite efectuar una precisa regulación. Normalmente se manejan en diámetros pequeños menores de 1", donde los más usuales son de 1/4" a 1/2". Tienen aplicaciones en dosificación, como de combustibles en quemadores, etc. También También se pueden encontrar en diferentes materiales como bronce, acero al carbón, acero inoxidable y termoplásticos.
Reciclaje y rehúso de materiales, fluidos y energéticos
¿Sabías que la acumulación de residuos diarios en las ciudades latinoamericanas podría llenar hasta 50 veces el estadio Maracaná de fútbol? •
Las ciudades que quieren avanzar hacia el desarrollo sostenible deben trabajar por gestionar de manera adecuada sus residuos. De lo contrario, se encontrarán con grandes cantidades de basura en las calles, vertidos contaminantes en los ríos y vertederos no contralados en las periferias urbanas. Esto, a su vez, aumentará el riesgo de enfermedades infecciosas y respiratorias e incrementará la expulsión de gases de efecto invernadero a la atmósfera.
•
https://www.youtube.com/watch?v=SKdI-9mJm1s
•
https://www.youtube.com/watch?time_continue=276&v=IIaX1bJxxiY
•
https://www.youtube.com/watch?v=QJxpZDRPfW4
Almacenamiento •
Antes de la recolección proporcionada por el servicio de limpieza, los residuos se guardan en almacenamiento temporal, en condiciones controladas. Los recipientes destinados a este fin varían según la frecuencia de recolección, el nivel socioeconómico y el tipo de fuente generadora. En la tabla se enumeran los recipientes de almacenamiento mas comunes.
•
La separación en la fuente es la base para una buena gestión de residuos. Una selección inicial permite un tratamiento optimo, así como una minimización de basura. Se recomienda que los recipientes utilizados obedezcan a un código de color definido por la autoridad, para identificar el tipo de desechos generados por instituciones o empresas (ver figura 1). En los hogares, los desechos se clasifican, generalmente, en biodegradables y reciclables (vidrio, plástico, papel y cartón).
Recolección y barrido •
La recolección es un componente fundamental de la gestión integral de residuos urbanos. Una recolección adecuada y eficiente tiene como resultado ciudades mas limpias y con mejor calidad de vida. En aquellas donde la imagen es fundamental para conservar e incrementar el turismo, es indispensable contar con sistemas de recolección y barrido eficientes.
•
La frecuencia de recolección domiciliaria se debe programar de manera que siempre se realice los mismos días y, de preferencia, a la misma hora. Así, la población se acostumbra y participa activamente y se evita la acumulación de residuos en la vía publica.
•
Además, si se quiere fomentar el reciclaje de residuos, es importante definir días diferentes para la recolección de residuos orgánicos, inorgánicos y voluminosos.
•
Un caso interesante con respecto al desarrollo de sistemas de recolección que promueven el reciclaje es el de la ciudad de Santa Fe, Argentina. El proyecto consistía en la recolección diferenciada de botellas y envases de plástico, aluminio, multicapa y vidrio retornable, para su posterior reciclaje.
•
Gracias a los esfuerzos de la sociedad civil, en tan solo seis anos, la iniciativa se convirtio en una política publica
•
Durante la primera etapa, se beneficiaron 9000 familias; dos anos mas tarde, otras 9 000 familias se sumaron al proyecto. En 2009, debido al éxito obtenido, el proyecto gano el concurso Eco-Compromiso, organizado por el Banco Mundial. Ese mismo año, se recolectaron 47 000kg de material reciclable (Habitat y Desarrollo, 2012). Finalmente, en 2011, Santa Fe decidió encargarse de la recolección diferenciada en toda la ciudad y, así, establecer un programa oficial de reciclaje (Banco Mundial, 2012 ).
•
Por otra parte, cabe añadir que los vehículos de recolección tradicionales son de compactación con carga trasera o lateral, sin compactación con puertas laterales corredizas o de volteo abierto, principalmente, en ciudades pequeñas.
•
La capacidad de recolección de estos vehículos varia entre 6 y 19 m3. En zonas con condiciones orograficas complicadas, es común la utilización de vehículos mas pequeños, como pickups, micro tractores e, incluso, carretones tirados por caballos o mulas.
•
De esta manera, es evidente la importancia de sistemas de recolección eficientes, que permitan la valorización de los residuos.
•
Si bien el interés de las autoridades municipales y la ciudadanía, por desarrollar o participar en programas que incentiven la correcta separación y reciclaje de los residuos, aumenta con rapidez, en ciertas ocasiones, es mas sencillo establecer una regulación.
•
Esta estrategia resulta positiva ya que implica la disminución de 20% del gasto del transporte de residuos a los rellenos sanitarios.
•
En este punto, vale la pena mencionar el papel que actualmente juegan los recicladores y recolectores informales, los cuales contribuyen a recolectar basura no controlada o a recolectar basura con criterios selectivo, según el tipo de material.
•
La falta de regularización de esta actividad expone a recicladores y recolectores a riesgos de salud y reduce el control y, por tanto, la calidad de este servicio.
•
Como solución a este problema en su territorio, el gobierno de la ciudad de Santa Fe propuso la adecuación de las condiciones en las que los Recolectores Informales Urbanos (RIU) desempeñan su labor, mediante la inscripción en el Registro de Emprendedores Productores Locales (manejado por la Subsecretaria de Empleo), De esta manera, tienen la posibilidad de ser contratados por generadores de residuos a cambio de un pago mensual, lo que modificaría su situación actual, convirtiéndose en una coordinación locativa del servicio de recolección.
Tratamiento de residuos
Tratamiento de residuos •
Antes de la disposición final, los residuos son tratados mediante procedimientos físicos, químicos, biológicos o térmicos por los cuales sus características se transforman y, así, se reduce su volumen o peligrosidad (LPGIR, 2013).
•
Las principales etapas del proceso de tratamiento son:
• Clasificación - separación - reciclaje • Trituración • Compactación • Incineración • Pirolisis • Tratamiento aeróbico (producción de composta) • Tratamiento anaeróbico (estabilización de la materia orgánica a partir de la cual se
obtienen subproductos como el CH4).
Que ventajas tiene el reciclaje?
Reciclaje •
El reciclaje consiste en la transformación de residuos mediante distintos procesos que permiten restituir su valor económico, evitando su disposición final y garantizando siempre que esta restitución favorezca un ahorro de energía y materias primas sin perjuicio para la salud, los ecosistemas o sus elementos.
•
De acuerdo con IBAM (2006), el reciclaje tiene las siguientes ventajas:
• Conservación de los recursos naturales • Ahorro de energía • Ahorro de espacios en sitios de disposición final • Generación de ingresos y fuentes de empleo • Sensibilización de la población sobre problemas sociales y ambientales.
•
La separación de residuos orgánicos e inorgánicos es fundamental para asegurar el éxito de los programas de reciclaje. Asimismo, es importante que los municipios informen a la población sobre la importancia de que los residuos inorgánicos se encuentren limpios, para reducir costos y facilitar los procesos de transformación.
•
En 2008, como parte del Programa Comunal de Separación de Residuos, en la Región Metropolitana de Santiago, se inicio la operación de una planta de transformación de aceites de cocina usados en biodiesel. Dicho programa proponía, en un primer momento, el almacenamiento de residuos de aceite de cocina por parte de los hogares. De esta manera, los ciudadanos lo desechaban en envases o bidones, de por lo menos cinco litros, y programaban la recolección telefónicamente.
•
La planta tiene una capacidad de procesamiento de 1000 l/dia con los que abastece hasta 25% del combustible utilizado por la maquinaria y camiones recolectores de dicha Dirección.
•
En 2010, la municipalidad ahorro cerca de 6 000 litros de petróleo fósil, lo que representa un valor aproximado de USD 6 300.
Los subproductos mas valorados son: • Papel y cartón • Plástico duro (PVC, PEAD, PET)
• Vidrio en diferentes colores • Material no ferroso (aluminio,cobre, plomo, antimonio).
Compostaje •
Es la degradación biológica de la materia orgánica contenida en los residuos (residuos de casa, excrementos animales y restos de cosecha), por acción de los microorganismos, en condiciones controladas, aeróbicas (en presencia de oxigeno) o anaeróbicas (en ausencia de oxigeno).
•
El material resultante es rico en humus y nutrientes minerales, por lo que, en agricultura, mejora las plantas y suelos.
•
El proceso de compostaje esta relacionado con la temperatura y la cantidad de nutrientes. Como se muestra en la siguiente figura, el proceso se desarrolla en tres etapas: mesofila, termófila y maduración.
Las condiciones y sistemas del proceso se dividen en dos grupos: •
Sistema abierto. Es el mas común. De acuerdo con las recomendaciones, se basa en la formación de montañas de residuos con una altura menor a 2,7 metros, sin restricciones en cuanto a longitud y en la aplicación de sistemas de aireación, como el volteo.
• Sistema cerrado. Utiliza reactores o digestores, los cuales permiten controlar las
condiciones necesarias. Se requiere menos tiempo y espacio para tratar la misma cantidad de residuos. El compost generado debe ser sometido a un proceso adicional de maduración.
•
Según los análisis de factibilidad la implementación de una planta de compostaje no es un proceso rentable a corto plazo. Sin embargo, estudios realizados demostraron que, para implementar este tipo de proyecto, es necesario un análisis avanzado con el que no solo se evalué la factibilidad financiera, sino también la factibilidad técnica, la superficie disponible y todos los costos asociados y, además, se defina que tipo de proceso se adapta mejor al área de estudio. En este caso, se concluyo que los proyectos de algunas municipalidades tenían una factibilidad económica favorable y, en el caso otras municipalidades se determino que solo eran favorables si la tarifa aumentaba 7% anualmente.
Incineración •
La incineración comprende cualquier proceso que reduzca el volumen y descomponga o transforme la composición física, química o biológica de un residuo solido, liquido o gaseoso, mediante oxidación térmica, en la cual todos los factores de combustión, como la temperatura, el tiempo de retención y la turbulencia, sean controlados para cumplir con parámetros de eficiencia, eficacia y ambientales previamente establecidos.
•
La pirolisis, la gasificación y plasma también son considerados procesos de incineración, aunque solo cuando los subproductos combustibles generados sean sometidos a combustión en un ambiente rico en oxigeno.
•
La incineración es una opción cuando no se cuenta con espacio suficiente para disponer los residuos; sin embargo, es muy costosa y necesita sistemas de control altamente sofisticados para evitar emisiones de compuestos tóxicos, como dioxinas o foranos.
•
Además, se requiere personal altamente capacitado. Es un método de tratamiento que se considera reciclaje energético ya que, a partir de la quema de residuos, se puede generar energía para el alumbrado publico o zonas habitacionales. En ALC son pocas las plantas incineradoras que se utilizan para el tratamiento de residuos urbanos; la mayoría se destina al tratamiento de residuos peligrosos.
•
Solo Brasil y algunas islas del Caribe tienen experiencia en la operación de incineradores para residuos urbanos
Caso de éxito
• Operada por una compañía privada y propiedad de Metro Vancouver , la
planta incineradora de Burnaby, trata 25% de los residuos generados por la población, equivalentes a 800 ton/dia. • Durante
el proceso, se genera 130 toneladas de ceniza diaria, las cuales son utilizadas en la construcción de caminos o como material de cobertura para relleno sanitarios. Asimismo, se recupera 25 toneladas de metal las cuales son enviadas a reciclaje y se produce 500 MWh, que son vendidos a la empresa encargada de suministrar energía eléctrica a la provincia de Columbia Britanica (Metro Vancouver, 2014).
Pirolisis •
La pirolisis es un proceso fisicoquímico endotérmico, mediante el cual el material orgánico de los residuos solidos se descompone por acción del calor, en una atmosfera deficiente de oxigeno, y se transforma en una mezcla liquida de hidrocarburos, gases combustibles, residuos secos de carbón y agua. Algunos de estos componentes con potencial de uso como energéticos o materias primas para la industria. La pirolisis se diferencia de la incineración porque el proceso de descomposición térmica de la materia orgánica se desarrolla en un ambiente con deficiencia o ausencia de aire, mientras que la incineración requiere el oxigeno del aire para provocar la combustión de los componentes.
https://www.youtube.com/watch?v=8I ITXBu5o3U https://www.youtube.com/watch?v=3 K1zWAYDvMA
•
Durante la pirolisis, la materia orgánica se transforma en productos de alto contenido energético, como el carbón, alquitrán, gases de hidrogeno, nitrogeno, metano, etano, propano, butano, pentano, amoniaco, oxigeno, monóxido y bióxido de carbono, los cuales sirven como combustibles; aceites ligeros (mezclas de benceno, tolueno, xileno y otros), y sales y metales reducidos utilizados como materia prima.
•
La planta de pirolisis del distrito de Gunzburg, en Burgau, Alemania, ubicada a poco mas de tres kilómetros a las afueras de la ciudad y contigua al relleno sanitario, procesa 38580 toneladas de residuos por año, equivalentes a la generación de 120 000 habitantes.
•
Inicio sus operaciones en 1984 y, después de un periodo de prueba, paso al gobierno local en 1987.
•
Además de los residuos solidos municipales, la planta procesa lodos de tratamiento de agua residual y energía eléctrica (2,2 MW).
•
Cabe mencionar que, por cada tonelada de residuos procesados, 270 kg de ceniza se envían al relleno y se genera 630 m3 de combustible
Disposición final •
Por disposición final se entiende “la acción de depositar o confinar permanentemente residuos en sitios e instalaciones cuyas características permitan prevenir su liberación al ambiente y las consecuentes afectaciones a la salud de la población y a los ecosistemas y sus elementos” (LGPGIR, 2013).
•
En ALC, el método mas común para disponer los residuos de manera definitiva es los rellenos sanitarios, obras de ingeniería donde se confinan los residuos, compactándolos y cubriéndolos todos los dias con capas de tierra.
•
Estos incluyen recubrimientos o mecanismos de impermeabilización que evitan la filtración de lixiviados, sistemas de drenaje para la captación de lixiviados y sistemas de captación y recuperación de biogás, sobre todo de CH4, con el objetivo de reutilizarlo como fuente energética y controlar la emisión de GEI (gases de efecto invernadero).
•
Desafortunadamente, es usual que los vertederos y rellenos controlados de ALC no cumplen con la normatividad vigente, contaminen acuíferos y emitan GEI. Aproximadamente, 42% de la población de ALC es atendida con basurales a cielo abierto o con rellenos controlados ), lo que evidencia la importancia de los rellenos sanitarios.
Regla de las "3R" •
Las tres erres consisten en una práctica para alcanzar una sociedad más sostenible.
•
Reducir: acciones para reducir la producción de objetos susceptibles de convertirse en residuos, con medidas de compra racional, uso adecuado de los productos, compra de productos sostenibles.
•
Reciclar: el conjunto de operaciones de recogida y tratamiento de residuos que permiten reintroducirlos en un ciclo de vida. Se utiliza la separación de residuos en origen para facilitar los canales adecuados.
•
Reutilizar: acciones que permiten el volver a usar un determinado producto para darle una segunda vida, con el mismo uso u otro diferente. Medidas encaminadas a la reparación de productos y alargar su vida útil.
Reutilización •
Reutilizar es la acción que permite volver a utilizar los bienes o productos desechados y darles un uso igual o diferente a aquel para el que fueron concebidos.
•
Este proceso hace que cuantos más objetos volvamos a reutilizar menos basura produciremos y menos recursos tendremos que gastar.
•
La reutilización ocupa el segundo puesto en la jerarquía de residuos, después de la prevención y por encima del reciclaje.
Ejemplos •
Restos de café
•
En efecto, los restos o posos de café son una auténtica maravilla para reutilizar en el jardín, con fines cosméticos o para la limpieza diaria
•
La reutilización del agua brinda un sinfín de posibilidades que van desde el riego de las plantas hasta su aprovechamiento para lavar el coche, llenar el depósito del humidificador, añadirla al acuario o, por ejemplo, limpiar distintos objetos.
•
Latas de comida y bebida
•
Anillas de latas de refresco
•
papel de periódico
Formas de reciclaje •Reciclaje de metales
•Reciclaje de componentes electrónicos
•Reciclaje de aluminio
•Conversión en papel
•Reciclaje del vidrio
•Reciclado mecánico
•Reciclaje de pilas y baterías
•Conversión en composta para abono
•Reciclaje de cemento
•Fundición
•Reciclaje de papel
•Revulcanizado
•Reciclaje de cartón
•Fusión (cambio de estado)
•Reciclaje de plástico
•Recuperación
•Reciclaje de tetra pak
•Reciclaje de bolsas
•Reciclaje textil
•Reciclaje de Automóviles
•Reciclaje de aceites usados. •Reciclaje de bombillas y lámparas.
Gestión del agua •
El agua es un elemento fundamental para la vida humana. De ahí que las ciudades deban gestionar adecuadamente este recurso, desde su captación hasta su tratamiento y alcantarillado. Cabe señalar que el agua es uno de los elementos más afectados por el cambio climático, por lo que, las ciudades, además de dedicar los esfuerzos necesarios para garantizar la cobertura y calidad del agua y saneamiento, deben tomar en cuenta el factor climático.
https://www.youtube.com/watch?time_continue=194&v=WVy96qMHckA https://www.youtube.com/watch?v=RLzIVuYxLIw
Tratamiento de aguas residuales El tratamiento de las aguas residuales es una cuestión prioritaria a nivel mundial, ya que es importante disponer de agua de calidad y en cantidad suficiente, lo que permitirá una mejora del ambiente, la salud y la calidad de vida. • En México se generan alrededor de 200 m3/seg de aguas residuales, debido a la insuficiente infraestructura, los altos costos, la falta de mantenimiento y de personal capacitado, sólo 36 % de las aguas residuales generadas reciben tratamiento, lo cual crea la necesidad de desarrollar tecnologías para su depuración. • El agua es uno de los recursos naturales que forma parte del desarrollo de cualquier país; es el compuesto químico más abundante del planeta y resulta indispensable para el desarrollo de la vida. Su disponibilidad es paulatinamente menor debido a su contaminación por diversos medios, incluyendo a los mantos acuíferos, lo cual representa un desequilibrio ambiental, económico y social (Esponda 2001). • Se considera que el agua está contaminada cuando se ven alteradas sus características químicas, físicas, biológicas o su composición, por lo que pierde su potabilidad para consumo diario o para su utilización en actividades domésticas, industriales o agrícolas. Las aguas residuales se definen como aguas de composición variada provenientes de las descargas de usos municipales, industriales, comerciales, de servicios, agrícolas, pecuarios, domésticos, incluyendo fraccionamientos y en general, de cualquier otro uso, así como la mezcla de ellas (Rodríguez–Monroy y Duran de Bazúa 2006). •
Tratamiento de aguas residuales •
El tratamiento de aguas residuales, también conocido como proceso de depuración, es un sistema utilizado para remover contaminantes del agua. Eventualmente el agua usada se descontamina a través de medios naturales, pero eso requiere mucho tiempo; en una planta de tratamiento se acelera este proceso. Así podemos reutilizar el agua en actividades diversas como la agricultura, la industria y la recreación.
•
Por su origen las aguas residuales presentan en su composición diferentes elementos que podemos resumir como sigue:
•
COMPONENTES SUSPENDIDOS
A.
Gruesos (inorgánicos y orgánicos)
B.
Finos (inorgánicos y orgánicos)
•
COMPONENTES DISUELTOS
A. Inorgánicos B. Orgánicos Existen varios niveles de defensa: Pretratamiento, tratamiento primario, avanzado y varios tratamientos especiales que se pueden utilizar después de todos ellos. El proceso de defensa o saneamiento inicia desde el momento en el que el agua potable es utilizada y arrojada al drenaje, así la red de drenaje se convierte en la columna vertebral para la captación y transporte de aguas negras o residuales
Pasos a seguir:
Técnicas que ayudan en el proceso de tratamiento de aguas residuales
Cultura del agua
Planta desalinizadora •
https://www.youtube.com/watch?v=5lv9KPBMbTU
