5.1 Válvulas
Una válvula es un dispositivo mecánico destinado a controlar, retener, regular o dar paso a un fluido. 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, etc. que proporcionan información y facilitan también la automatización de la válvula.
Válvula de control.
La válvula automática de control generalmente constituye el último elemento en un lazo de control instalado en la línea de proceso y se comporta como un orificio cuya sección de paso varia continuamente con la finalidad de controlar un caudal en una forma determinada. Partes de la válvula de control.
Las válvulas de control constan básicamente de dos partes que son: la parte motriz o actuador y el cuerpo.
Actuador: el actuador también llamado accionador o motor, puede ser neumático,
eléctrico o hidráulico, pero los más utilizados son los dos primeros, por ser las más sencillas y de rápida actuaciones. Aproximadamente el 90% de las válvulas utilizadas en la industria son accionadas neumáticamente. Los actuadores neumáticos constan básicamente de un diafragma, un vástago y un resorte tal como se muestra en la figura (1a.). Lo que se busca en un actuador de tipo neumático es que cada valor de la presión recibida por la válvula corresponda una posición determinada del vástago. Teniendo en cuenta que la gama usual de presión es de 3 a 15 lbs/pulg² en la mayoría de los actuadores se selecciona el área del diafragma y la constante del resorte de tal manera que un cambio de presión de 12 lbs/pulg², produzca un desplazamiento del vástago igual al 100% del total de la carrera.
Figura 1-a Actuador de una válvula de control.
Cuerpo de la válvula : este está provisto de un obturador o tapón, los asientos del mismo y
una serie de accesorios. La unión entre la válvula y la tubería puede hacerse por medio de bridas soldadas o roscadas directamente a la misma. El tapón es el encargado de controlar la cantidad de fluido que pasa a través de la válvula y puede accionar en la dirección de su propio eje mediante un movimiento angular. Esta unido por medio de un vástago al actuador. Categorías de válvulas.
Debido a las diferentes variables, no puede haber una válvula universal; por tanto, para satisfacer los cambiantes requisitos de la industria se han creado innumerables diseños y variantes con el paso de los años, conforme se han desarrollado nuevos materiales. Todos los tipos de válvulas recaen en nueve categorías: válvulas de compuerta, válvulas de globo, válvulas de bola, válvulas de mariposa, válvulas de apriete, válvulas de diafragma, válvulas de macho, válvulas de retención y válvulas de desahogo (alivio). Estas categorías básicas se describen a continuación. Seria imposible mencionar todas las características de cada tipo de válvula que se fabrica y no se ha intentado hacerlo. Más bien se presenta una descripción general de cada tipo en un formato general, se dan recomendaciones para servicio, aplicaciones, ventajas, desventajas y otra información útil para el lector.
Categorías: Válvulas de compuerta.
La válvula de compuerta es de vueltas múltiples, en la cual se cierra el orificio con un disco vertical de cara plana que se desliza en ángulos rectos sobre el asiento (fig. 1-1).
Figura 1-1 Válvula de compuerta. Válvulas de macho
La válvula de macho es de ¼ de vuelta, que controla la circulación por medio de un macho cilíndrico o cónico que tiene un agujero en el centro, que se puede mover de la posición abierta a la cerrada mediante un giro de 90° (fig. 1-2).
Figura 5.1.3 Válvula de macho.
Válvulas de globo
Una válvula de globo es de vueltas múltiples, en la cual el cierre se logra por medio de un disco o tapón que sierra o corta el paso del fluido en un asiento que suele estar paralelo con la circulación en la tubería (fig. 1-3).
Figura 1-3 Válvula de globo.
Válvulas de bola
Las válvulas de bola son de ¼ de vuelta, en las cuales una bola taladrada gira entre asientos elásticos, lo cual permite la circulación directa en la posición abierta y corta el paso cuando se gira la bola 90° y cierra el conducto (fig. 1-4).
Figura 1-4 Válvula de bola. Válvulas de mariposa
La válvula de mariposa es de ¼ de vuelta y controla la circulación por medio de un disco circular, con el eje de su orificio en ángulos rectos con el sentido de la circ ulación (fig. 1-5).
Figura 1-5 Válvula de mariposa.
Válvulas de diafragma
Las válvulas de diafragma son de vueltas múltiples y efectúan el cierre por medio de un diafragma flexible sujeto a un compresor. Cuando el vástago de la válvula hace descender el compresor, el diafragma produce sellamiento y corta la circulación (fig. 1-6).
Figura 1-6 Válvula de diafragma.
Válvulas de apriete
La válvula de apriete es de vueltas múltiples y efectúa el cierre por medio de uno o mas elementos flexibles, como diafragmas o tubos de caucho que se pueden apretar u oprimir entre si para cortar la circulación (fig. 1-7).
Figura 1-7 Válvula de apriete. Válvulas de retención de elevación
Una válvula de retención de elevación es similar a la válvula de globo, excepto que el disco se eleva con la presión normal e la tubería y se cierra por gravedad y la circulación inversa.
Figura 1-8 Válvula de retención (tipo de elevación).
Válvulas de desahogo (alivio)
Una válvula de desahogo (fig. 1-9) es de acción automática para tener regulación automática de la presión. El uso principal de esta válvula es para servicio no comprimible y se abre con lentitud conforme aumenta la presión, para regularla. La válvula de seguridad es similar a la válvula de desahogo y se abre con rapidez con un "salto" para descargar la presión excesiva ocasionada por gases o líquidos comprimibles. El tamaño de las válvulas de desahogo es muy importante y se determina mediante fórmulas específicas.
Figura 1-9 Válvula de desahogo (alivio).
5.2 TRAMPAS DE VAPOR
Una trampa de vapor es un tipo de válvula automática que descarga el condensado generado durante los procesos y en las líneas que transportan vapor, sin permitir la descarga de vapor. El principio de operación de las trampas de vapor se puede dividir en tres categorías. TLV fabrica las tres de estas categorías. Una extensa línea de productos hace posible la selección del producto óptimo para satisfacer el objetivo o aplicación. Cada trampa de vapor ofrece el más alto nivel de conservación de energía en su clase. Mucho se toma en cuenta el aspecto de mantenimiento, como lo demuestran los diseños que incluyen la unificación de partes, piezas intercambiables y la utilización de empaques de teflón re-usables.
Trampas de Vapor Mecánicas
El principio de operación de estas trampas de vapor utiliza la flotabilidad. También conocidas como 'Trampas de Flotador' o 'Trampas de Cubeta'.
Trampas de Vapor Termodinámicas
El principio de operación de estas trampas de vapor utiliza la diferencia en las propiedades termodinámicas del condensado y vapor. También conocidas como 'Trampas de Disco'
Trampas de Vapor Termostáticas
El principio de operación de estas trampas de vapor utiliza la diferencia de temperatura del vapor y condensado. También conocidas como 'Trampas de Control de Temperatura' o 'Trampas de Presión Balanceada'
Áreas de aplicación A continuación se presentan algunas aplicaciones comunes y los tipos de trampas de vapor que son a menudo utilizadas para cada aplicación. Tuberías que Transportan Vapor (Tuberías principales de vapor)
– Trampas de vapor de flotador libre para tuberías principales – Trampas de vapor tipo disco Equipos Calentados con Vapor
– Trampas de vapor de flotador libre – Trampas de vapor termostáticas – Trampas de vapor de flotador libre de alta capacidad Trazadores, protección de congelación, calefacción
– Trampas de vapor termostáticas – Trampas de vapor de flotador libre – Trampas de control de temperatura, trampas de radiación Diferentes tipos de trampas pueden también ser utilizadas en otros numerosos tipos de aplicaciones, además de las antes mencionadas. Contacte a su representante de ventas TLV para mas detalles..
5.3 INSTRUMENTOS DE MEDICION
Manómetro Un manómetro es un instrumento de medida de la presión en fluidos (líquidos y gases) en circuitos cerrados. Miden la diferencia entre la presión real o absoluta y la presión atmosférica, llamándose a este valor presión manométrica. Lo que realmente hacen es comparar la presión atmosférica (la de fuera) con la de dentro del circuito por donde circula al fluido. Por eso se dice que los manómetros miden la presión relativa . Los aparatos que miden la presión atmosférica son los barómetros, no confundirlos con los manómetros que se usan en la industria en los circuitos neumáticos e hidráulicos generalmente. Recuerda que la presión se define como la fuerza por unidad de superficie que ejerce un líquido o un gas perpendicularmente a dicha superficie.
Los manómetros industriales suelen tener una escala graduada que mide la presión, normalmente, en bares, pascales o en psi (fuerza por pulgada cuadrada).
El símbolo que se utiliza en los circuitos para el manómetro depende del tipo. Aquí vemos los 3 utilizados. El primero es el manómetro en general, el segundo es un manómetro diferencial que sirve para medir la diferencia de presión entre dos puntos y el tercero vale para cualquier medidor de presión.
Tipos de Manómetros 1. Los que equilibran la presión desconocida con otra que se conoce. A este tipo pertenece el manómetro de vidrio en U, en el que la presión se determina midiendo la diferencia en el nivel del líquido de las dos ramas.
2. Los que la presión desconocida actúa sobre un material elástico que produce el movimiento utilizado para poder medir la presión. A este tipo de manómetro pertenece el manómetro de tubo de Bourdon , el de pistón, el de diafragma, etc.
3. Manómetros Digitales: Están dirigidos por un microprocesador y garantizan alta precisión y fiabilidad. Un display marca directamente la presión del fluido en pantalla.
Termómetro: El termómetro es un instrumento que se utiliza para medir la temperatura . Fue inventado en el año 1592 por Galileo Galilei . Existen distintos tipos de termómetros: 1) Termómetro de vidrio o de líquidos:
Hechos con vidrio sellado, muestra la temperatura por medio del nivel al que llega el mercurio o alcohol en una escala graduada. Estos líquidos se dilatan y contraen debido a los cambios de temperatura. Generalmente, la escala de medición que usa es Celsius, aunque también se puede expresar en grados Fahrenheit. Actualmente estos termómetros contienen alcohol coloreado debido al peligro que significa el contacto con el mercurio. 2) Pirómetros o termómetros sin contacto:
Estos miden la temperatura a partir de la radiación de calor emanada por los objetos. Estos termómetros permiten utilizarse si tener que tocar los objetos, lo que permite medirlos cuando están en movimiento o alejados, así como también cuando sus temperaturas son muy elevadas. 3) Termómetros con lámina bimetálica:
Como su nombre indica, están compuestos por dos láminas de metálicas cuyos coeficientes de dilatación son diferentes. Cuando se produce un cambio de temperatura, una de las láminas se curva primero y este movimiento se traduce en una aguja que señala la temperatura. 4) Termómetros de gas:
Esta clase de termómetros puede funcionar tanto a volumen como a presión c onstante. Al poseer un sistema de medición muy preciso, suelen ser utilizados para ajustar otros termómetros. 5) Termómetros de resistencia:
Estos miden la temperatura a través de un alambre de platino que es unido a una resistencia eléctrica que cambia según la temperatura. Generalmente se usa para medir temperaturas exteriores, es muy preciso, aunque lento. 6) Par térmico o termopar:
Estos termómetros miden la temperatura de manera muy veloz, generalmente se utilizan en laboratorios. Miden la temperatura a través de una resistencia eléctrica que genera un voltaje el cual varía según la temperatura de conexión. 7) Termómetros digitales:
Estos termómetros miden la temperatura por medio de un circuito electrónico. La información que captan es enviada a un microchip que la procesa y la muestra numéricamente en la pantalla digital. Son de fácil uso, rápidos, precisos y económicos.
PIRÓMETRO Es un instrumento que mide la temperatura de una determinada sustancia sin la obligatoriedad de estar en contacto con dicha sustancia. Es capaz de medir elevadas temperaturas. Su rango va de – 50 grados Celsius hasta + 4000 grados Celsius. Su principio básico es que todo objeto que tiene una temperatura mayor a los 0 Kelvin emite una radiación térmica y ésta es la que capta este dispositivo. En términos generales se usa para la medición en hornos. Existen cuatro tipos: los ópticos, los de resistencia, los termoeléctricos y los de radiación. El pirómetro óptico, es capaz de medir la temperatura de una sustancia sin estar en contacto con ella, ya que mide la radiación que emana del cuerpo y con eso conoce la
temperatura. Este instrumento mide la temperatura de objetos incandescentes comparando el color rojo de su filtro con el de un filamento incandescente cuya temperatura ya se conoce y se puede ajustar. Pueden llegar a medir temperaturas superiores a los 1063 º C. En el caso del usado en astronomía está constituido por un telescopio y una caja de control. El telescopio tiene una lámpara con un filamento y un filtro. Posee además un interruptor que es capaz de cerrar el circuito eléctrico de la lámpara y una pantalla de absorción que se encargar de cambiar el intervalo del dispositivo. Los pirómetros de resistencia, tienen un cable delgado que se pone en contacto con el objeto; el calor produce el cambio de resistencia eléctrica del dispositivo que convierte a ese calor en una lectura de la temperatura del objeto. Los de radiación suelen ser de foco fijo o ajustable en el foco, el medio de enfoque suele ser a través de una lente o espejo cóncavo y el elemento sensible puede ser un par termoeléctrico en aire o un bulbo de vacío, o una pila termoeléctrica de unión1 múltiple en aire. a través de una lente o un espejo cóncavo. Miden temperaturas por encima de los 1600 º C. Se suele recomendar éste en lugar del termoeléctrico cuando: -se necesita una respuesta veloz para los cambios de temperatura. -se necesita medir temperaturas de objetos en movimiento. -se necesita medir temperaturas en superficie, etc.
5.4 TURBOBOMBAS:
La turbobomba es una máquina hidráulica que cede energía al fluido mediante la variación del momento cinético producido en el impulsor o rodete. Atendiendo a la dirección del flujo a la salida del rodete, pueden clasificarse en: - Centrífugas: el flujo a la salida del rodete tiene dirección perpendicular al eje (flujo radial). - Axiales: dirección del flujo a la salida es paralela al eje (flujo axial). - Helicocentrífugas: el flujo es intermedio entre radial y axial (flujo mixto). La forma del rodete y de la carcasa son variables según el tipo de bomba centrífuga. En las bombas de flujo radial el líquido entra axialmente en el rodete por la boquilla de aspiración y se descarga radialmente hacia la carcasa. En las bombas de flujo mixto el líquido entra axialmente en el rodete y se descarga en una dirección entre la radial y la axial. En las bombas de flujo axial el líquido entra y sale del rodete axialmente
Una bomba centrífuga se compone de dos elementos principales: Un rodete o impulsor, constituido por álabes que producen un cambio en el momento cinético del fluido, de modo que su velocidad y presión a la salida son superiores a las de la entrada. - Voluta, encargada de conducir al fluido desde la salida del rodete hasta la brida de descarga. Está formada por un conducto cuya sección aumenta gradualmente hasta alcanzar la salida de la bomba. En ella, parte de la energía de velocidad se transforma en energía de presión, reduciéndose las pérdidas por fricción. Es frecuente la existencia a la salida del rodete, de un difusor constituido por álabes fijos y cuya misión es la de contribuir a esta transformación de energía cinética en energía de presión.
BOMBAS PARA IMPULSIÓN DE AGUAS RESIDUALES Bombas centrífugas con impulsor en voladizo :
Se caracterizan por tener los cojinetes a un lado del impulsor de manera que éste queda en voladizo. La aspiración se produce en dirección axial, esto es, en la dirección del eje, mientras que la brida de descarga se sitúa por encima de la voluta. Las de menor tamaño pueden compartir eje con el motor, formando un conjunto único Bombas de cámara partida:
En las bombas de cámara partida, el cuerpo de la bomba se encuentra dividido por un plano horizontal a la altura del eje. Bombas de flujo axial :
Las bombas de flujo axial se emplean para bombear grandes caudales a poca altura. Son más baratas que las bombas de flujo radial o mixto. Bombas de tornillo :
Como indicábamos al comienzo de este capítulo, las bombas de tornillo pertenecen al grupo de las bombas de desplazamiento positivo. Estas bombas presentan dos ventajas sobre las bombas centrífugas en el bombeo de aguas residuales: -
Utilizan sólidos de gran tamaño sin que por ello se atasquen. Funcionan con velocidad constante para una gran variedad de caudales con rendimientos bastante notables.
Otros tipos de bombas Bombas sumergibles:
Como su nombre indica, motor y bomba se encuentran bajo la superficie libre del líquido Bombas dilaceradoras:
A la vez que impulsan agua, el rodete dotado de alabes con elementos de corte dilacera los sólidos en suspensión (fig.9.14). Su rendimiento no es muy elevado. Bombas de tornillo excéntricas :
De utilidad para la impulsión de líquidos con gran viscosidad y alto contenido de sólidos Se emplean para el bombeo de lodos y fangos activos. Bombas de emulsión por aire (air-lift ):
Están constituidas por una tubería de impulsión a la que se inyecta aire a presión por su parte inferior. Con ello se produce una mezcla aire-agua de densidad inferior a la del agua circundante, con tendencia a ascender Se utilizan para alturas de elevación pequeñas de hasta 1,5 m con rendimientos mediocres entorno al 30%. La ventaja principal de este tipo de bomba es que al carecer de elementos móviles son inatascables. 5.5 TURBOSOPLANTES
Las turbosoplantes están especialmente diseñadas para gran caudal, bajo nivel de ruido y alta eficiencia. - Están hechas de aleación de aluminio. Todos los modelos son ligeros y excelentes en la disipación de calor. Pueden funcionar en continuo durante un largo período de tiempo. - Las turbosoplantes se utilizan en máquinas para trabajar la madera, incineradores, máquinas de secado, máquinas textiles, elevadores de granos, máquinas domésticas, máquinas de impresión y maquinaria para la refrigeración. Aplicaciones: Las turbosoplantes se utilizan en máquinas para trabajar la madera, incineradores, máquinas de secado, máquinas textiles, elevadores de granos, máquinas domésticas, máquinas de impresión y maquinaria para la refrigeración. 5.5 CONDESADORES
Los condensadores son los equipos encargados de transferir hacia fuera del ciclo de refrigeración el calor absorbido en el evaporador y en la etapa de compresión. Lo hacen condensando el vapor refrigerante desde el compresor. Hay tres tipos de condensadores: a) Enfriados por aire
b) Enfriados por agua c) Evaporativos Los enfriados por aire se utilizan generalmente en aire acondicionado y los otros dos tipos en refrigeración comercial e industrial. a) Condensador Enfriado por Aire :
Los condensadores enfriados por aire son banco de tubos (simples o aletados), encerrados dentro de un armario metálico, con rejillas para el ingreso de aire, las que regulan el caudal de aire y su dirección, de modo que lo atraviesen en flujo cruzado. b) Condensadores enfriados por agua:
Los condensadores enfriados por agua son intercambiadores de calor del tipo tubos concéntricos, del tipo carcasa y serpentín o del tipo carcasa y tubos (shell & tubes). En estos últimos el agua circula por dentro de tubos (dos o cuatro pasos) mientras que el vapor condensa en el exterior de los tubos. Una variante actual de estos intercambiadores son los intercambiadores de placas. c) Condensador Evaporativo:
Es una combinación de condensador y torre de enfriamiento. Los tubos por donde circula el gas refrigerante condensado son mojados por una lluvia de agua, con aire circulando en contracorriente. El agua se calienta hasta la temperatura de bulbo húmedo del aire. El aire sale del condensador por la parte superior.
5.7 EYECTORES DE AIRE
Aire Se utiliza en eyectores portátiles, para vaciado de tanques, para bombeo, casi nunca se usa en servicio de procesos químicos. -
Para la realización de vacío en continuo Para la realización de vacío de cebado Para ventilación Para la compresión de gas Para aumentar el grado de vacío de una bomba de anillo líquido
