Mecánica de Fluidos - Bombas, Válvulas y Tubo Venturi

República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria Instituto Universitario de Tecnología de Yaracuy Independencia – Estado Yaracuy

Mecánica de Fluidos Bombas, Válvulas y Tubo Venturi

Profesor:

Autor:

Ing. Carlos Brugaletta

Pinto A. Freddy J. EXP: 25566

Independencia, 2014

ÍNDIDE GENERAL GENERAL ÍNDICE DE FIGURAS ............................................................. ...................................................................................... ............................... ...... III INTRODUCCIÓN ............................................... ........................................................................ .................................................. ............................ ... 4 1. BOMBAS BOMB AS ................................................... ............................................................................ .................................................. ................................ ....... 6

1.1. CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS ...................... ............................................... .................................... ........... 6 1.1.1.BOMBAS 1.1.1. BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO ......................... .................................... ........... 6 1.1.2.BOMBAS 1.1.2. BOMBAS CINÉTICAS .............................................................. ......................................................................... ........... 8 1.2. IMPORTANCIA ........................ ................................................. .................................................. ....................................... .............. 12 2. VÁL VULA S ............................... ........................................................ .................................................. ............................................... ...................... 13

2.1. TIPOS DE VÁLVULAS .............................. ....................................................... ............................................... ...................... 13 2.1.1.VÁLVULAS 2.1.1. VÁLVULAS DE MOVIMIENTO LINEAL ....................... ............................................. ...................... 14 2.1.2.VÁLVULAS 2.1.2. VÁLVULAS DE MOVIMIENTO CIRCULAR ......................... ....................................... .............. 19 2.2. IMPORTANCIA ........................ ................................................. .................................................. ....................................... .............. 22 3. TUBO VENTURI ............................................................. ...................................................................................... .................................. ......... 24

2.3. PRINCIPIO ....................... ................................................ .................................................. ............................................... ...................... 25 2.4. VENTAJAS..................................................................... .............................................................................................. ........................... 25 2.5. USOS Y APLICACIONES .................................................. ........................................................................ ...................... 26 CONCLUSIÓN ............................................... ........................................................................ .................................................. .............................. ..... 28 REFERENCIAS BIBLIOGRÁ BIB LIOGRÁFICAS FICAS ............................................... ..................................................................... ...................... 30

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ÍNDIDE GENERAL GENERAL ÍNDICE DE FIGURAS ............................................................. ...................................................................................... ............................... ...... III INTRODUCCIÓN ............................................... ........................................................................ .................................................. ............................ ... 4 1. BOMBAS BOMB AS ................................................... ............................................................................ .................................................. ................................ ....... 6

1.1. CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS ...................... ............................................... .................................... ........... 6 1.1.1.BOMBAS 1.1.1. BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO ......................... .................................... ........... 6 1.1.2.BOMBAS 1.1.2. BOMBAS CINÉTICAS .............................................................. ......................................................................... ........... 8 1.2. IMPORTANCIA ........................ ................................................. .................................................. ....................................... .............. 12 2. VÁL VULA S ............................... ........................................................ .................................................. ............................................... ...................... 13

2.1. TIPOS DE VÁLVULAS .............................. ....................................................... ............................................... ...................... 13 2.1.1.VÁLVULAS 2.1.1. VÁLVULAS DE MOVIMIENTO LINEAL ....................... ............................................. ...................... 14 2.1.2.VÁLVULAS 2.1.2. VÁLVULAS DE MOVIMIENTO CIRCULAR ......................... ....................................... .............. 19 2.2. IMPORTANCIA ........................ ................................................. .................................................. ....................................... .............. 22 3. TUBO VENTURI ............................................................. ...................................................................................... .................................. ......... 24

2.3. PRINCIPIO ....................... ................................................ .................................................. ............................................... ...................... 25 2.4. VENTAJAS..................................................................... .............................................................................................. ........................... 25 2.5. USOS Y APLICACIONES .................................................. ........................................................................ ...................... 26 CONCLUSIÓN ............................................... ........................................................................ .................................................. .............................. ..... 28 REFERENCIAS BIBLIOGRÁ BIB LIOGRÁFICAS FICAS ............................................... ..................................................................... ...................... 30

II

ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. 1. Bombas de desplazamiento positivo a) de pistón b) de émbolo [2]. .... 7

........................... 8 Figura 1. 2. Esquema de una bomba rotativa de engranajes [2]. ........................... ............................................. ...................... 10 Figura 1. 3. Esquema de una bomba centrifuga [2]. ....................... ......................................................... ....................................... .............. 14 Figura 2. 1. Válvulas de globo [7]. ................................ .......................................... .................................................. .............................. ..... 15 Figura 2. 2. Válvula en ángulo [7]. ................. ..................................................... ....................................... .............. 15 Figura 2. 3. Válvulas de tres vías [7]. ............................ ........................................................................... .................. 16 Figura 2. 4. Válvula de jaula [7]. ......................................................... ............................................... ................................................... .................................. ......... 17 Figura 2. 5. Válvula en y [7]. ..................... ................................................... .................................. ......... 17 Figura 2. 6. Válvula de cuerpo partido [7]. .......................... ................................................................... 1188 Figura 2. 7. Válvula de Saunders [7]. ................................................................... ................................................................ ..... 18 Figura Figur a 2. 8. Válvula de compresión [7]. ........................................................... obturador excéntrico [7]. ......................................... .................................................. ......... 19 Figura 2. 9. Válvula de obturador obturador cilíndrico [7]. .................................................. .................................................. 20 Figura Figu ra 2. 10. Válvula de obturador ................................................................... .............. 20 Figura Figu ra 2. 11. 11.Válvula de mariposa [7]. ..................................................... ............................................ .................................................. .............................. ..... 21 Figura Figu ra 2. 12. 12. Válvula de bola [7]. ................... ............................................... .................................. ......... 24 Figura 3. 1. Esquema de un tubo venturi [3]....................... III

INTRODUCCIÓN La mecánica de fluidos es una rama de la mecánica de los medios continuos, y esta a su vez es una rama de la física que estudia el movimiento de los fluidos y las fuerzas que los provocan; los fluidos se dividen en gases y líquidos, estos tienen una característica similar y es que son incapaces de resistir esfuerzos cortantes, y esto provoca que no tengan una forma definida. Dentro de la mecánica de fluidos podemos encontrar una gran variedad de instrumentos como bombas, válvulas, tubos Venturi, entre muchos otros, cada uno con aplicaciones y funciones especifica. Una bomba es una máquina hidráulica generadora que transforma la energía con la que es accionada en energía del fluido incompresible que mueve. El fluido incompresible puede ser líquido o una mezcla de líquidos y sólidos como puede ser el hormigón antes de fraguar o la pasta de papel. Al incrementar la energía del fluido, se aumenta su presión, su velocidad o su altura, todas ellas relacionadas según el principio de Bernoulli. En general, una bomba se utiliza para incrementar la presión de un líquido añadiendo energía al sistema hidráulico, para mover el fluido de una zona de menor presión o altitud a otra de mayor presión o altitud. Existe una ambigüedad en la utilización del término bomba, ya que generalmente es utilizado para referirse a las máquinas de fluido que transfieren energía, o bombean fluidos incompresibles, y por lo tanto no alteran la densidad de su fluido de trabajo, a diferencia de otras máquinas como lo son los compresores, cuyo campo de aplicación es la neumática y no la hidráulica. Pero también es común encontrar el término bomba para referirse a máquinas que bombean otro tipo de fluidos, así como lo son las bombas de vacío o las bombas de aire.

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Por otra parte, una válvula se puede definir como un aparato mecánico con el cual se puede iniciar, detener o regular la circulación (paso) de líquidos o gases mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o más orificios o conductos. Las válvulas son una de las partes básicas en una planta en la industria de procesos químicos. Existen una gran variedad de válvulas, todas varias de acuerdo a su funcionalidad, operabilidad, tipo, entre otras. Por último, un tubo de Venturi es un dispositivo inicialmente diseñado para medir la velocidad de un fluido aprovechando el efecto Venturi. Sin embargo, algunos se utilizan para acelerar la velocidad de un fluido obligándole a atravesar un tubo estrecho en forma de cono. Estos modelos se utilizan en numerosos dispositivos en los que la velocidad de un fluido es importante y constituyen la base de aparatos como el carburador. La aplicación clásica de medida de velocidad de un fluido consiste en un tubo formado por dos secciones cónicas unidas por un tubo estrecho en el que el fluido se desplaza consecuentemente a mayor velocidad. La presión en el tubo Venturi puede medirse por un tubo vertical en forma de U conectando la región ancha y la canalización estrecha. La diferencia de alturas del líquido en el tubo en U permite medir la presión en ambos puntos y consecuentemente la velocidad.

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1. BOMBAS Las bombas son dispositivos que se encargan de transferir energía a la corriente del fluido impulsándolo, desde un estado de baja presión estática a otro de mayor presión. Están compuestas por un elemento rotatorio denominado impulsor, el cual se encuentra dentro de una carcasa llamada voluta. Inicialmente la energía es transmitida como energía mecánica a través de un eje, para posteriormente convertirse en energía hidráulica. El fluido entra axialmente a través del ojo del impulsor, pasando por los canales de éste y suministrándosele energía cinética mediante los álabes que se encuentran en el impulsor para posteriormente descargar el fluido en la voluta, el cual se expande gradualmente, disminuyendo la energía cinética adquirida para convertirse en presión estática [1, 2].

1.1. CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS Se pueden considerar dos grandes grupos: desplazamiento positivo (reciprocantes y rotativas) y cinéticas (centrífugas, efecto especial y turbina regenerativa) [3].

1.1.1. BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

Estas bombas guían al fluido que se desplaza a lo largo de toda su trayectoria, el cual siempre está contenido entre el elemento impulsor, que puede ser un embolo, un diente de engranaje, un aspa, un tornillo, entre otros, y la carcasa o el cilindro. “El movimiento del desplazamiento positivo” consiste en el movimiento de un fluido causado por la disminución del volumen de una cámara.

Por

consiguiente, en una máquina de desplazamiento positivo, el elemento que origina 6

el intercambio de energía no tiene necesariamente movimiento alternativo (émbolo), sino que puede tener movimiento rotatorio (rotor) [1].

Figura 1. 1. Bombas de desplazamiento positivo a) de pistón b) de émbolo [2].

En las máquinas de desplazamiento positivo, tanto reciprocantes como rotativas, siempre hay una cámara que aumenta de volumen (succión) y disminuye volumen (impulsión), por esto a éstas máquinas también se les denomina volumétricas [2]. Pueden clasificarse en:

1.1.1.1. RECIPROCANTES

Llamadas también alternativas, en estas máquinas, el elemento que proporciona la energía al fluido lo hace en forma lineal y alternativa. La característica de funcionamiento es sencilla depende del llenado y vaciado sucesivo de receptáculos de volumen fijo, para lo cual cierta cantidad de agua es obligada a entrar al cuerpo de la bomba en donde queda encerrada momentáneamente, para después ser forzada a salir por la tubería de descarga. De lo anterior se deduce, en términos generales, que el gasto de una bomba reciprocante es directamente proporcional a su velocidad de rotación y casi independiente de la presión de bombeo [1, 3].

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1.1.1.2. ROTATIVAS

Llamadas también rotoestáticas, debido a que son máquinas de desplazamiento positivo, provistas de movimiento rotatorio, y son diferentes a las rotodinámicas. Estas bombas tienen muchas aplicaciones según el elemento impulsor. El fluido sale de la bomba en forma constante, puede manejar líquidos que contengan aire o vapor. Su principal aplicación es la de manejar líquidos altamente viscosos, lo que ninguna otra bomba puede realizar [1].

Figura 1. 2. Esquema de una bomba rotativa de engranajes [2].

1.1.2. BOMBAS CINÉTICAS

En este tipo de bombas un elemento rotativo mueve el fluido en el sentido de su rotación generando energía por razón a su movimiento pudiéndose variar dependiendo de la masa y resistencia de la línea de descarga [2]. Pueden clasificarse en:

1.1.2.1. EFECTO ESPECIAL

Las bombas capaces de soportar el servicio con metales líquidos se conocen como bombas electromagnéticas. La fuerza impulsora en las bombas 8

electromagnéticas no proviene de un sistema impulsor mecánico a base de pistón. La fuerza ejercida sobre el metal líquido proviene de la aplicación inteligente de los principios del electromagnetismo. Los metales líquidos son conductores eléctricos. Si por ellos circula una corriente eléctrica en presencia de un campo magnético, se produce el mismo fenómeno que ocurre en los motores eléctricos. La interacción de los dos campos, eléctrico y magnético, origina la aparición de una fuerza sobre el metal líquido. Existen varios procedimientos para hacer circular una corriente por el metal líquido y para crear el campo magnético externo necesario, al igual que ocurre en las máquinas eléctricas tradicionales. Pero la característica más importante, común a todos los tipos de bombas electromagnéticas es la ausencia de partes móviles en contacto con el metal líquido [1, 3].

1.1.2.2. TURBINA REGENERATIVA

En este tipo se producen remolinos en el líquido por medio de los álabes a velocidades muy altas, dentro del canal anular donde gira el impulsor. El líquido va recibiendo impulsos de energía no se debe confundir a las bombas tipo difusor de pozo profundo, llamadas frecuentemente bombas turbinas aunque no se asemeja en nada a la bomba periférica [1].

1.1.2.3. BOMBA S CENTRÍFUGAS

Son aquellas en que el fluido ingresa a ésta por el eje y sale siguiendo una trayectoria periférica por la tangente. Una bomba centrífuga es una máquina que consiste de un conjunto de paletas rotatorias encerradas dentro de una caja o cárter, o una cubierta o coraza. Se denominan así porque la cota de presión que crean es ampliamente atribuible a la acción centrífuga. Las paletas imparten energía al fluido 9

por la fuerza de esta misma acción. Así, despojada de todos los refinamientos, una bomba centrífuga tiene dos partes principales: (1) Un elemento giratorio, incluyendo un impulsor y una flecha, y (2) un elemento estacionario, compuesto por una cubierta, estoperas y chumaceras [2].

Figu ra 1. 3. Esquema de una bomba centrifuga [2].

Los elementos constructivos de una bomba centrifuga son: a) Una tubería de aspiración:  Esta que concluye prácticamente en la brida

de aspiración. b) El Impulsor o rodete: Está formado por una serie de álabes de diversas

formas que giran dentro de una carcasa circular. El rodete va unido solidariamente al eje y es la parte móvil de la bomba. El líquido penetra axialmente por la tubería de aspiración hasta el centro del rodete, que es accionado por un motor, experimentando un cambio de dirección más o menos brusco, pasando a radial, (en las centrífugas), o permaneciendo axial, (en las axiales), adquiriendo una aceleración y absorbiendo un

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trabajo. Los álabes del rodete someten a las partículas de líquido a un movimiento de rotación muy rápido, siendo proyectadas hacia el exterior por la fuerza centrífuga, de forma que abandonan el rodete hacia la voluta a gran velocidad, aumentando su presión en el impulsor según la distancia al eje. La elevación del líquido se produce por la reacción entre éste y el rodete sometido al movimiento de rotación; en la voluta se transforma parte de la energía dinámica adquirida en el rodete, en energía de presión, siendo lanzados los filetes líquidos contra las paredes del cuerpo de bomba y evacuados por la tubería de impulsión. La carcasa, (voluta), está dispuesta en forma de caracol, de tal manera, que la separación entre ella y el rodete es mínima en la parte superior; la separación va aumentando hasta que las partículas líquidas se encuentran frente a la abertura de impulsión; en algunas bombas existe, a la salida del rodete, una directriz de álabes que guía el líquido a la salida del impulsor antes de introducirlo en la voluta. c) Una tubería de impu lsió n:  La finalidad de la voluta es la de recoger el

líquido a gran velocidad, cambiar la dirección de su movimiento y encaminarle hacia la brida de impulsión de la bomba. La voluta es también un transformador de energía, ya que disminuye la velocidad (transforma parte d la energía dinámica creada en el rodete en energía de presión), aumentando la presión del líquido a medida que el espacio entre el rodete y la carcasa aumenta [4].

Este es, en general, el funcionamiento de una bomba centrífuga aunque existen distintos tipos y variantes. La estructura de las bombas centrífugas es análoga a la de las turbinas hidráulicas, salvo que el proceso energético es inverso; en las turbinas se aprovecha la altura de un salto hidráulico para generar una

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velocidad de rotación en la rueda, mientras que en las bombas centrífugas la velocidad comunicada por el rodete al líquido se transforma, en parte, en presión, lográndose así su desplazamiento y posterior elevación [3, 5].

1.2. IMPORTANCIA Las bombas son de gran importancia en la mecánica de fluidos, debido a su capacidad de producir vacío, con lo cual se puede empujar el fluido hacia donde se desee transportar. Desempeñan un papel de suma importancia en muchas industrias, sistemas y procesos. Sus aplicaciones van desde la industria química, petrolera, textil, alimentaria, papelera, siderúrgica, hasta la minería, la aeronáutica, la construcción, plantas de almacenamiento, de calefacción, termoeléctricas, de energía nuclear, sistemas de suministro de agua potable y residual, entre muchas otras. En la industria química es donde desempeñan su papel mas importante pues, esta industria, es la que presenta problemas de bombeo más complejos y la que requiere de diversas bombas para manejar sustancias de diferente naturaleza. Las materias primas en estado líquido generalmente son abastecidas en carros tanque de donde deben bombearse a través de diferentes partes del sistema de tubería, las bombas centrífugas se usan en las plantas químicas para manejar aproximadamente el 90% de los líquidos corrosivos, la razón de esto, es la ventaja que presentan de trabajar con holguras más amplias, lo cual es de gran importancia cuando se usan aleaciones inoxidables.

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2. VÁLVULAS Una válvula es un dispositivo mecánico destinado a controlar, retener, regular o dar paso a un fluido líquido o gaseoso mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o más orificios o conductos. Una válvula es tan complejo que puede variar su uso desde una tubería de agua potable en un edificio hasta una gran reguladora de presión en una canalización pública [6]. Básicamente la válvula es un ensamblaje compuesto de un cuerpo con conexión a una tubería, y de un obturador operado por un accionamiento, que impide el paso del fluido cuando está en posición de cierre en contacto con los sellos. Además de los elementos y sistemas de estanqueidad intrínsecos para cada tipo de válvula, éstas pueden llevar incorporadas una serie de accesorios como posicionadores, transductores, reguladores de presión, entre otros, que proporcionan información y facilitan también la automatización de la válvula [7]. Las válvulas son unos de los instrumentos de control más esenciales en la industria. Debido a su diseño y materiales, las válvulas pueden abrir y cerrar, conectar y desconectar, regular, modular o aislar una enorme serie de líquidos y gases, desde los más simples hasta los más corrosivos o tóxicos [6].

2.1. TIPOS DE VÁLVULAS Las válvulas pueden ser de varios tipos según sea el diseño del cuerpo y el movimiento del obturador. Pueden clasificarse en dos grandes grupos:

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2.1.1. VÁL VULAS DE MOVIMIENTO LINEAL

Las válvulas de movimiento lineal en las que el obturador se mueve en la dirección de su propio eje [7], se clasifican como se especifica a continuación:

2.1.1.1. VÁLVULA DE GLOBO

Puede verse en la Figura 2. 1, siendo de simple asiento, de doble asiento y de obturador equilibrado respectivamente. Las válvulas de simple asiento precisan de un actuador de mayor tamaño para que el obturador cierre en contra de la presión diferencial del proceso. Por lo tanto, se emplean cuando la presión del fluido es baja y se precisa que las fugas en posición de cierre sean mínimas. El cierre estanco se logra con obturadores provistos de una arandela de teflón. En la válvula de doble asiento o de obturador equilibrado la fuerza de desequilibrio desarrollada por la presión diferencial a través del obturador es menor que en la válvula de simple asiento. Por este motivo se emplea en válvulas de gran tamaño o bien cuando deba trabajarse con una alta presión diferencial. En posición de cierre las fugas son mayores que en una válvula de simple asiento [6].

Figura 2. 1. Válvulas de globo [7].

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2.1.1.2. VÁLVULA EN ÁNGULO

Esta válvula representada en la Figura 2. 2,  permite obtener un flujo de caudal regular sin excesivas turbulencias y es adecuada para disminuir la erosión cuando ésta es considerable por las características del fluido o por la excesiva presión diferencial. El diseño de la válvula es idóneo para el control de fluidos que vaporizan (flashing), para trabajar con grandes presiones diferenciales y para los fluidos que contienen sólidos en suspensión [6].

Figura 2. 2. Válvula en ángulo [7].

2.1.1.3. VÁLVULA DE TRES VÍAS

Este tipo de válvula se emplea generalmente para mezclar fluidos (válvulas mezcladoras, Figura 2. 3.a) o bien para derivar de un flujo de entrada dos de salida (válvulas diversoras, Figura 2. 3.b ). Las válvulas de tres vías intervienen típicamente en el control de temperatura de intercambiadores de calor [6, 7].

Figura 2. 3. Válvulas de tres vías [7].

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2.1.1.4. VÁLVULA DE JAULA

Consiste en un obturador cilíndrico que desliza en una jaula con orificios adecuados a las características de caudal deseadas en la válvula (Figura 2. 4.). Se caracterizan por el fácil desmontaje del obturador y porque éste puede incorporar orificios que permiten eliminar prácticamente el desequilibrio de fuerzas producido por la presión diferencial favoreciendo la estabilidad del funcionamiento. Por este motivo, este tipo de obturador equilibrado se emplea en válvulas de gran tamaño o bien cuando deba trabajarse con una alta presión diferencial. Como el obturador está contenido dentro de la jaula, la válvula es muy resistente a las vibraciones y al desgaste [6]. Por otro lado, el obturador puede disponer de aros de teflón que, con la válvula en posición cerrada, asientan contra la jaula y permiten lograr así un cierre hermético [7].

Figura 2. 4. Válvula de jaula [7].

2.1.1.5. VÁLVULA DE COMPUERTA

Esta válvula efectúa su cierre con un disco vertical plano, o de forma especial, y que se mueve verticalmente al flujo del fluido. Por su disposición es adecuada generalmente para control todo-nada, ya que en posiciones intermedias tiende a bloquearse. Tiene la ventaja de presentar muy poca resistencia al flujo de fluido cuando está en posición de apertura total [6].

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2.1.1.6. VÁLVULA EN Y

En la Figura 2. 5 puede verse su forma. Es adecuada como válvula de cierre y de control. Como válvula todo-nada se caracteriza por su baja pérdida de carga y como válvula de control presenta una gran capacidad de caudal. Posee una característica de autodrenaje cuando está instalada inclinada con un cierto ángulo. Se emplea usualmente en instalaciones criogénicas [6, 7].

Figura 2. 5. Válvula en y [7].

2.1.1.7. VÁLVULA DE CUERPO PARTIDO

Esta válvula (Figura 2. 6)  es una modificación de la válvula de globo de simple asiento teniendo el cuerpo partido en dos partes entre las cuales está presionado el asiento. Esta disposición permite una fácil sustitución del asiento y facilita un flujo suave del fluido sin espacios muertos en el cuerpo. Se emplea principalmente para fluidos viscosos y en la industria alimentaria [6].

Figura 2. 6. Válvula de cuerpo partido [7].

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2.1.1.8. VÁLVULA SAUNDERS

En la válvula Saunders (Figura 2. 7), el obturador es una membrana flexible que a través de un vástago unido a un servomotor, es forzada contra un resalte del cuerpo cerrando así el paso del fluido. Tiene la desventaja de que el servomotor de accionamiento debe ser muy potente. Se utiliza principalmente en procesos químicos difíciles, en particular en el manejo de fluidos negros o agresivos o bien en el control de fluidos conteniendo sólidos en suspensión [6, 7].

Figura 2. 7. Válvula de Saunders [7].

2.1.1.9. VÁLVULA DE COMPRESIÓN

Esta válvula funciona mediante el pinzamiento de dos o más elementos flexibles, por ejemplo, un tubo de goma. Igual· que las válvulas de diafragma se caracterizan porque proporcionan un óptimo control en posición de cierre parcial y se aplican fundamentalmente en el manejo de fluidos negros corrosivos, viscosos o conteniendo partículas sólidas en suspensión (Figura 2. 8) [6, 7].

Figura 2. 8. Válvula de compresión [7].

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2.1.2. VÁLVULAS DE MOVIMIENTO CIRCULAR

Las válvulas en las que el obturador tiene un movimiento circular se clasifican como se detalla a continuación:

2.1.2.1. VÁLVULA DE OBTURADOR EXCÉNTRICO ROTATIVO

Consiste en un obturador de superficie esférica que tiene un movimiento rotativo excéntrico y que está unido al eje de giro por uno o dos brazos flexibles (Figura 2. 9). El eje de giro sale al exterior del cuerpo y es accionado por el vástago de un servomotor. El par de éste es reducido gracias al movimiento excéntrico de la cara esférica del obturador [1]. La válvula puede tener un cierre estanco mediante aros de teflón dispuestos en el asiento y se caracteriza por su gran capacidad de caudal, comparable a las válvulas mariposa y a las de bola y por su elevada pérdida de carga admisible [7].

Figura 2. 9. Válvula de obturador excéntrico [7].

2.1.2.2. VÁLVULA DE OBTURADOR CILÍNDRICO EXCÉNTRICO

Esta válvula (Figura 2. 10)  tiene un obturador cilíndrico excéntrico que asienta contra un cuerpo cilíndrico. El cierre hermético se consigue con un revestimiento de goma o teflón en la cara del cuerpo donde asienta el obturador [7].

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La válvula es de bajo coste y tiene una capacidad relativamente alta. Es adecuada para fluidos corrosivos y líquidos viscosos o conteniendo sólidos en suspensión [6].

Figura 2. 10. Válvula de obturador cilíndrico [7].

2.1.2.3. VÁLVULA DE MARIPOSA

El cuerpo está formado por un anillo cilíndrico dentro del cual gira transversalmente un disco circular (Figura 2. 11). La válvula puede cerrar herméticamente mediante un anillo de goma encastrado en el cuerpo. Un servomotor exterior acciona el eje de giro del disco y ejerce su par máximo cuando la válvula está totalmente abierta (en control todo-nada se consideran 90° y en control continuo 60°, a partir de la posición de cierre ya que la última parte del giro es bastante inestable), siempre que la presión diferencial permanezca constante [6]. En la selección de la válvula es importante considerar las presiones diferenciales correspondientes a las posiciones de completa apertura y de cierre; se necesita una fuerza grande del actuador para accionar la válvula en caso de una caída de presión elevada. Las válvulas de mariposa se emplean para el control de grandes caudales de fluidos a baja presión [7].

Figura 2. 11.Válvula de mariposa [7].

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2.1.2.4. VÁLVULA DE BOLA

El cuerpo de la válvula tiene una cavidad interna esférica que alberga un obturador en forma de esfera o de bola (de ahí su nombre) (Figura 2. 12). La bola tiene un corte adecuado (usualmente en V) que fija la curva característica de la válvula, y gira transversalmente accionada por un servomotor exterior. El cierre estanco se logra con un aro de teflón incorporado al cuerpo contra el cual asienta la bola cuando la válvula está cerrada. En posición de apertura total, la válvula equivale aproximadamente en tamaño a 75 % del tamaño de la tubería [7]. La válvula de bola se emplea principalmente en el control de caudal de fluidos negros, o bien en fluidos con gran porcentaje de sólidos en suspensión. Una válvula de bola típica es la válvula de macho que consiste en un macho de forma cilíndrica o troncocónica con un orificio transversal igual al diámetro interior de la tubería. El macho ajusta en el cuerpo de la válvula y tiene un movimiento de giro de 90°. Se utiliza generalmente en el control manual de líquidos o gases y en regulación de caudal [6].

Figura 2. 12. Válvula de bola [7].

2.1.2.5. VÁLVULA DE ORIFICIO AJUSTABLE

El obturador de esta válvula consiste en una camisa de forma cilíndrica que está perforada con dos orificios, uno de entrada y otro de salida y que gira mediante una palanca exterior accionada manualmente o por medio de un servomotor. El giro 21

del obturador tapa parcial o totalmente las entradas y salidas de la válvula controlando así el caudal. La válvula incorpora además una tajadera cilíndrica que puede deslizar dentro de la camisa gracias a un macho roscado de accionamiento exterior. La tajadera puede así fijarse manualmente en una posición determinada para limitar el caudal máximo [6]. La válvula es adecuada en los casos en que es necesario ajustar manualmente el caudal máximo del fluido, cuando el caudal puede variar entre límites amplios de forma intermitente o continua y cuando no se requiere un cierre estanco. Se utiliza para combustibles gaseosos o líquidos, vapor, aire comprimido y líquidos en general [7].

2.1.2.6. VÁLVULA DE FLUJO AXIAL

Las válvulas de flujo axial consisten en un diafragma accionado neumáticamente que mueve un pistón, el cual a su vez comprime un fluido hidráulico contra un obturador formado por un material elastómero. De este modo, el obturador se expansiona para cerrar el flujo anular del fluido. Este tipo de válvulas se emplea para gases y es especialmente silencioso. Otra variedad de la válvula de flujo axial es la válvula de manguito, que es accionada por compresión exterior del manguito a través de un fluido auxiliar a una presión superior a la del propio fluido. Se utiliza también para gases [6].

2.2.

IMPORTANCIA

Las válvulas son de vital importancia para cualquier tipo de industria, ya sean válvulas de corte, reguladoras, controladoras o de seguridad estas últimas juegan

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un papel muy importante dentro del control automático de los procesos industriales. Realizan la función de variar el caudal del fluido de control que modifica a su vez el valor de la variable medida comportándose como un orificio de área continuamente variable. Dentro del bucle de control tiene tanta importancia como el elemento primario, el transmisor y el controlador. Las válvulas, dentro de las instalaciones industriales, son vitales para el buen funcionamiento de equipos de proceso y junto los instrumentos de campo y válvulas de control forman parte del grupo de instrumentos que se analizan técnicamente en forma detallada. Tal es la importancia que las válvulas poseen, que los departamentos de mantenimiento y de seguridad de las plantas industriales, recogen una exhaustiva información de cada una de ellas, teniéndolas identificadas por números de sigla, números de serie, números de equipos, entre otros, obteniendo, de esta manera, un conocimiento pormenorizado del proceso de mantenimiento realizado, repuestos cambiados, cambio de tarado y posteriores ajustes. Todos estos datos son de gran utilidad y aportan los elementos necesarios para la toma de decisión en momentos de reemplazo o nuevas compras para las instalaciones.

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3. TUBO VENTURI El tubo Venturi (Figura 3. 1)  es un dispositivo que origina una pérdida de presión al pasar por él un fluido. En esencia, consta de una tubería corta recta, o garganta, entre dos tramos cónicos. La presión varía en la proximidad de la sección estrecha; así, al colocar un manómetro o instrumento registrador en la garganta se mide la caída de presión y hace posible calcular el caudal instantáneo [4].

Figura 3. 1. Esquema de un tubo Venturi [3].

Este elemento primario de medida se inserta en la tubería como un tramo de la misma, se instala en todo tipo de tuberías mediante bridas de conexión adecuadas. El Venturi tiene una sección de entrada de diámetro igual al diámetro de conducción de la tubería a la cual se conecta. La sección de entrada conduce hacia un cono de convergencia angular fija, terminando en una garganta de un diámetro más reducido, se fabrica exactamente según las dimensiones que establece su cálculo, la garganta se comunica con un cono de salida o de descarga con divergencia angular fija, cuyo diámetro final es habitualmente igual al de entrada [3]. La sección de entrada está provista de tomas de presión que acaba en un racord anular, cuyo fin es el de uniformar la presión de entrada. Es en este punto donde se conecta a la toma de alta presión del transmisor la conexión de la toma de baja presión se realiza en la garganta mediante un dispositivo similar, la diferencia entre ambas presiones sirve para realizar la determinación del caudal. El tubo Venturi se 24

fabrica con materiales diversos según la aplicación de destino, el material más empleado es acero al carbono, también se utiliza el latón, bronce, acero inoxidable, cemento, y revestimientos de elastómeros para paliar los efectos de la corrosión [5].

2.3. PRINCIPIO El tubo Venturi se basa en el efecto Venturi. El efecto Venturi consiste en que un fluido en movimiento dentro de un conducto cerrado disminuye su presión al aumentar la velocidad después de pasar por una zona de sección menor. Si en este punto del conducto se introduce el extremo de otro conducto, se produce una aspiración del fluido que va a pasar al segundo conducto. Este efecto, demostrado en 1797, recibe su nombre del físico italiano Giovanni Battista Venturi (1746-1822). El efecto Venturi se explica por el Principio de Bernoulli y el principio de continuidad de masa. Si el caudal de un fluido es constante pero la sección disminuye, necesariamente la velocidad aumenta tras atravesar esta sección. Por el teorema de la conservación de la energía mecánica, si la energía cinética aumenta, la energía determinada por el valor de la presión disminuye [3].

2.4. VENTAJAS El tubo Venturi ofrece ventajas con respecto a otros captadores, como son: •

Menor pérdida de carga permanente, que la producida por del diafragma y la tobera de flujo, gracias a los conos de entrada y salida.

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•

Medición de caudales superiores a un 60% a los obtenidos por el diafragma para la misma presión diferencial e igual diámetro de tubería.

•

El Venturi requiere un tramo recto de entrada más corto que otros elementos primarios.

•

Facilidad para la medición de flujo de líquidos con sólidos en suspensión [5].

2.5. USOS Y APLICACIONES El tubo Venturi se recomienda en casos donde el flujo es grande y que se requiera una baja caída de presión, o bien, el fluido sea altamente viscoso, se utiliza donde se requiera el máximo de exactitud, en la medición de fluidos altamente viscosos, y cuando se necesite una mínima caída de presión permanente, el tubo Venturi es difícil de construir y tiene un costo más alto que otros elementos primarios, su diseño consiste en una sección recta de entrada del mismo diámetro que la tubería, ahí se conecta la toma de alta presión, después contiene una sección cónica convergente que va disminuyendo poco a poco y transversalmente la corriente del fluido, se aumenta la velocidad al disminuir la presión, el diseño además consiste de una garganta cilíndrica, se coloca ahí la toma de baja presión, en esta área el flujo no aumenta ni disminuye, el tubo Venturi termina con un cono divergente de recuperación, aquí la velocidad disminuye y se recupera la presión, recupera hasta un 98% de presión para una relación beta del 0.75 [4, 5]. Generalmente los tubos Venturi se utilizan en conducciones de gran diámetro, de 12"en adelante, ahí las placas de orificio producen pérdidas de carga importantes y no se consigue una buena medida, el Venturi se utiliza en conductores de aire o humos con conductos no cilíndricos, en tuberías de cemento grandes, para

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conducción de agua, entre otros. Según la naturaleza de los fluidos de medida, se requieren modificaciones en la construcción del tubo Venturi como son: eliminación de los anillos de ecualización, inclusión de registros de limpieza, instalación de purgas, entro otros [3].

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CONCLUSIÓN Las bombas son máquinas que absorben energía mecánica que puede provenir de un motor eléctrico, térmico, entre otros., y la transforman en energía que la transfiere a un fluido como energía hidráulica la cual permite que el fluido pueda ser transportado de un lugar a otro, a un mismo nivel y/o a diferentes niveles y/o a diferentes velocidades. Desempeñan un papel de suma importancia en muchas industrias, sistemas y procesos. Las bombas centrífugas, debido a sus características, son las bombas que más se aplican en la industria. Las válvulas son de los instrumentos de control más utilizados en la industria, son elementos que están instalados en una tubería y que pueden realizar muchas funciones tanto de forma automática como por accionamiento manual. Pueden impedir completamente la circulación de un fluido por la tubería o, por el contrario permitir su paso sin ningún obstáculo. Variar la pérdida de carga que sufre el fluido al atravesar la válvula. Regular el caudal Permitir la circulación del fluido a través de la válvula en un único sentido. Las válvulas son de vital importancia para cualquier tipo de industria, ya sean válvulas de corte, reguladoras, controladoras o de seguridad estas últimas juegan un papel muy importante dentro del control automático de los procesos industriales. Dentro de las instalaciones industriales, son vitales para el buen funcionamiento de equipos de proceso. La medición de flujo constituye tal vez, el eje más alto porcentaje en cuanto a medición de variables industriales se refiere. Ninguna otra variable tiene la importancia de esta, ya que sin mediciones de flujo, sería imposible el balance de materiales, el control de calidad y aún la operación de procesos continuos.

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Existen muchos métodos para medir flujos, en la mayoría de los cuales, es imprescindible el conocimiento de algunas características básicas de los fluidos para una buena selección del mejor método a emplear. Dentro de estas características están la presión. El tubo Venturi es un dispositivo que origina una pérdida de presión al pasar por él un fluido. El tubo Venturi se basa en el efecto Venturi. El efecto Venturi consiste en que un fluido en movimiento dentro de un conducto cerrado disminuye su presión al aumentar la velocidad después de pasar por una zona de sección menor. Si en este punto del conducto se introduce el extremo de otro conducto, se produce una aspiración del fluido que va a pasar al segundo conducto. La presión varía en la proximidad de la sección estrecha; así, al colocar un manómetro o instrumento registrador en la garganta se mide la caída de presión y hace posible calcular el caudal instantáneo

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