W. Reátegui 1

UNIVERSIDAD SAN IGNACIO DE LOYOLA

INGENIERÍA INDUSTRIAL Y COMERCIAL

CURSO

TECNOLOGÍA INDUSTRIAL.

CAPITULO

DESCRIPCION DE EQUIPOS INDUSTRIALES

Prof. W. Reátegui

• Importancia de los equipos industriales en los procesos industriales

• Control de flujo de fluidos: Válvulas y tipos de válvulas industriales, usos

• Transporte de fluidos: Bombas y tipos de bombas industriales, usos

• Generación de vapor: Calderos , tipos de calderos • Calentamiento y enfriamiento de fluidos:

Intercambiadores de calor • Aplicaciones de hornos en la industria de aceros y

petróleo

Ses Sem (hrs) Tipo Contenido Actividades de Aprendizaje Recursos

Módulo 2: Equipos industriales

Competencias Específicas: 1) Conoce los equipos para el control de fluidos 2) Conoce los equipos para el transporte de fluidos 3) Conoce los equipos de intercambio de calor.

2 2 4 AP

Definición de equipos industriales. Importancia de los equipos industriales por sus usos. Materiales de fabricación de los equipos industriales.

Reconoce la importancia del uso de equipos industriales en desarrollo de diversas actividades económicas .Se familiariza con los factores de seguridad y calidad del producto.

- Equipo multimedia. - Pizarra acrílica y plumón. - Material Bibliográfico. - Artículos de revistas indexadas. - Informe técnicos

2 2 6 AA Lectura del libro texto de reseña y referencias complementarias

Investiga, refuerza y perfecciona conocimientos logrados en clase.

- Material bibliográfico - Notas de clase - Aula virtual

Referencias Básicas y Complementarias de Lectura Obligatoria: [1],[2],[3]

Ses Sem (hrs) Tipo Contenido Actividades de Aprendizaje Recursos

Referencias Básicas y Complementarias de Lectura Obligatoria: [1],[2],[3]

I. CONTROL DE FLUIDOS

• Válvula. Una válvula industrial es el tipo de válvula que como elemento mecánico se emplea para regular, permitir o impedir el paso de un fluido a través de una instalación industrial o máquina de cualquier tipo.

• Tipos de válvulas: Bola, globo, aguja, compuerta, retención, cono, diafragma, mariposa, cuchillo, seguridad o de alivio de presión.

Componentes de una válvula :

Cuerpo: Es la parte a través de la cuál transcurre el fluido.

Obturador: Es el elemento que hace que la sección de paso varíe, regulando el caudal y por tanto la pérdida de presión.

Accionamiento: Es la parte de la válvula que hace de motor para que el obturador se sitúe en una posición concreta. Puede ser motorizado, mecánico, neumático, manual o electromagnético.

Cierre: Une el cuerpo con el accionamiento. Hace que la cavidad del cuerpo y del obturador (donde hay fluido) sea estanco y no fugue.

Vástago: Es el eje que transmite la fuerza del accionamiento al obturador para que este último se posicione.

Materiales:

• Dependiendo del material utilizado en el cuerpo de la válvula, se

denominan como válvulas de:

• acero al carbono, como el forjado A105N que se usa en la mayoría

de procesos industriales inocuos

• acero inoxidable, como el A182 F316 que se usa en situaciones de

corrosión o temperatura menor

• acero aleado, como el super duplex forjado A182 F55 que se usa

en procesos altamente corrosivos, como por ejemplo la

desalinación del agua marítima.

Presión Nominal:

Para estandarizar las válvulas se estipulan diferentes presiones

máximas a las que pueden trabajar. Se denomina con la sigla PN -

valor establecido en bar y se encuentra, generalmente, impreso en el

cuerpo de la válvula.

Extremos:

• Soldados

• Roscados

• Polietileno press-fitting

• Easyquick (empalme rápido)

• EasyQuick Plus (empalme rápido desmontable)

• Bridados

1.1TIPOS DE VÁLVULAS INDUSTRIALES

Bola:

• Bronce cromado

• Acero al carbono

• Acero inoxidable

• Hierro fundido

• Hierro dúctil

• Una válvula de bola, conocida también como de "esfera", es un

mecanismo que sirve para regular el flujo de un fluido canalizado y se

caracteriza porque el mecanismo regulador situado en el interior tiene

forma de esfera perforada.

• Se abre mediante el giro del eje unido a la esfera o bola perforada, de

tal forma que permite el paso del fluido cuando está alineada la

perforación con la entrada y la salida de la válvula. Cuando la válvula

está cerrada, el agujero estará perpendicular a la entrada y a la

salida. La posición de la manilla de actuación indica el estado de la

válvula (abierta o cerrada).

• Este tipo de válvulas no ofrecen una regulación tan precisa al ser de

¼ de vuelta. Su ventaja es que la bola perforada permite la

circulación directa en la posición abierta y corta el paso cuando se

gira la bola 90° y cierra el conducto.

Tipos de válvulas de bola:

• Válvula de bola flotante (Float ball valve): La válvula se sostiene sobre dos asientos en forma de anillos.

• Válvula de bola guiada ("Trunnion"): La bola es soportada en su eje vertical de rotación por unos muñones. Estos absorben los esfuerzos que realizan la presión del fluido sobre la bola, liberando de tales esfuerzos el contacto entre la bola y el asiento por lo que el par operativo de la válvula se mantiene bajo. Este diseño es recomendado en aplicaciones de alta presión o grandes diámetros.

• Válvula de compuerta:Las válvulas de compuerta se utilizan

principalmente para dejar pasar o no un fluido (ON-OFF) y no están

diseñadas para regularlo lo que indica que deben estar

completamente abiertas o completamente cerradas para que sus

interiores (asiento y cuña) no sean desgastados prematuramente por

el fluido y su presión y así evitar que tenga fugas.

• Son fabricadas en varios materiales como: bronce, acero al carbón

fundido, acero inoxidable, hierro, acero forjado, PVC, CPVC con

extremos roscados, bridados, soldables a tope (butt Weld), soldables

a caja (socket Weld).

• Una válvula de mariposa es un dispositivo para interrumpir o regular el flujo de un fluido en un conducto, aumentando o reduciendo la sección de paso mediante una placa, denominada «mariposa», que gira sobre un eje.

Hay que distinguir básicamente dos tipos

de válvulas de mariposa:

Válvulas de mariposa de eje centrado.

Válvulas de mariposa de eje descentrado.

Las de eje centrado tienen el cuerpo

totalmente recubierto de un elastómero,

normalmente EPDM y tienen la ventaja

que éste está protegido ante la posible

corrosión del fluido vehiculado, además de

ser bidireccionales.

Las de eje descentrado se utilizan sobre

todo en industria petroquímica puesto que

para servicios de agua convencionales no

están recomendadas. Sin embargo pueden

hacer cierres con seguridad fuego (metal-

metal) o utilizarse en servicios de

regasificación (-200 °C), estas

necesidades con las de eje centrado no se

pueden cubrir.

II. TRANSPORTE DE FLUIDOS

• El transporte por tubería o transporte por ductos es un modo de

transporte de gases, líquidos, sólidos o multifásico, dirigido en general

a través de las tuberías que constituyen una red o un sistema de

transporte.

• Dependiendo del producto transportado, el ducto recibe diferentes

nombres, así como los reglamentos, las técnicas de construcción y de

funcionamiento también varían.

• Los principales sistemas de transporte por tubería son los siguientes:

Gasoductos: transporte de gas natural.

Oleoductos: transporte de hidrocarburos líquidos, especialmente

aceite.

Acueductos: transporte de agua.

• TURBOMAQUINA: son los dispositivos empleados que suministran

o extraen energía de un líquido que fluye por medio de hélices o

aspas rotatorias.

• Una turbobomba, comunmente llamada bomba, agrega energía a

un sistema, con el resultado de que la presión se incremente,

también hace que el flujo suceda e incrementa la velocidad del

flujo.

• Las bombas son componentes esenciales de los sistemas de

tuberías los cuales están diseñados para transportar líquidos.

• Una turbina extrae energía de un sistema y la transforma en alguna

otra forma útil, por lo general en energía eléctrica.

• Asimismo, las turbomáquinas son sopladores ,ventiladores o

compresores cuando realizan trabajo en aire u otros gases a través

de ductos.

• Una hidroturbina, o simplemente turbina, es una máquina que

genera energía con agua a alta presión; conductos o túneles

relativamente grandes suministran fluido a turbinas cerradas para

que generen energía.

• Las turbinas de vapor y aire son de sustancial importancia en el

campo de la ingeniería, su estudio corresponde al campo de la

termodinámica.

• Una turbina de viento, utiliza el flujo externo circundante para

convertir la energía contenida en el movimiento natural del aire

atmosférico en energía eléctrica útil.

Turbina hidráulica Pelton Turbina de viento

Turbina de vapor

• Una turbobomba consta de dos partes principales un impulsor, que produce un movimiento rotatorio en el líquido y, la caja o cuerpo, que dirige el líquido hacia el impulsor y lo transporta a través del sistema a alta presión.

• Principio del funcionamiento de las bombas centrífugas: Las bombas centrífugas mueven un cierto volumen de líquido entre dos niveles y transforman un trabajo mecánico en otro de tipo hidráulico.

• La energía se comunica al líquido por medio de álabes en movimiento de rotación, a diferencia de las bombas de desplazamiento volumétrico o positivo, de las rotativas (de engranajes, tornillos, lóbulos, levas, etcétera) y alternativas de pistón, de vapor de acción directa o mecánicas.

Campos de aplicaciones de las bombas centrifugas

• Las bombas centrífugas son las bombas que más se aplican en diversas industrias, en las que destacan:

• Industria alimenticia: Saborizantes, aceites, grasas, pasta de tomate, cremas, vegetales trozados, mermeladas, mayonesa, chocolate, levadura y demás.

• Industria de cosméticos: Cremas y lociones, tintes y alcoholes, aceites, entre otras.

• Industria farmacéutica: Pastas, jarabes, extractos, emulsiones. Bebidas: leche, cerveza, aguardientes, concentrados de fruta, jugos y más. Otros químicos: Solventes, combustibles y lubricantes, jabones, detergentes, pinturas, gases licuados, etcétera.

1. Empaque. 2. Flecha. 3. Rodete. 4. Voluta. 5. Entrada. 6. Anillo de desgaste. 7. Difusor. 8. Salida.

• En la figura, el fluido es agua y descarga libremente a la atmósfera.

Para un flujo másico de 15 kg/s, determine la presión en el

manómetro.

smV

mD

mkg

skgm

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/98.21

08.0

/1000

/15

1

:1 Punto

2y 1 punto : agua del

saliday entrada la a

velocidadla de Cálculo

1

3

2

11

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10963.14

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4/

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2

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2

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31

2

2

1

2

221

2

2

22

2

11

2

2

221

2

11

2

5

2

2

3

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6.242344

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)/98.2()/64.7(

1000

101000

22

22

1 punto : cálculo el para Referencia

22

/.

101

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gZVVP

P

gZVPVP

gZVP

gZVP

smKgPa

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smV

smV

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atmmanometro

1 2

Un flujo de agua de 20kg/s , se desplaza a través del sistema

mostrado. Determine la presión en el punto 2 así como la presión en el

manómetro.

Datos: h1=2m, D1=2pulg, Pman1=20lb/in2 , h2=3m, D2=4pulg

Agua a razón de 50L/s a 30ºC fluye a través de una tubería de hierro

forjado de 10 cm de diámetro interno. Calcular la potencia de la bomba

y la presión de salida.

1

9.0

roscados) accesoriosy común entrada abierta, válvulasupone Se(7.5

5.0

: tablasDe

51

2)2

(22

h

.accesorios los a debido

pérdiday tuberíala de travésa flujo elpor Pérdida

: factores dos a debe se (hL) carga de pérdida La

10

grande) ansversalsección tr de consideran se tanquesAmbos(V=V

a)manométricpresión (P=P

:atmósfera la a abiertosestán tanquesAmbos

22

222

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12

12

21

21

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11

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salcodoVGenti

Lw

Lw

K

K

K

K

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msmsmmkggQh

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48.30/.06.22726

58.46*/05.0*/8.9*/7.995P

W745.699 = HP 1

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58.4658.3610

53.3519.0*27.55.01.0

51*017.0

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)/37.6(h

:carga de pérdida la de Cálculo

0.0170.0165f

0.0004/D :fundido hierro Para

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33.79183610801.0

37.6*7.995*1.0

.10801.0,/7.995º30

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/37.61.0*

05.0*44

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B

B

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222

L

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2

2

w

2

2

2

2

22

2

• Un compresor es una máquina de fluido que está construida para

aumentar la presión y desplazar fluidos llamados compresibles, tal

como gases y vapores.

• Esto se realiza a través de un intercambio de energía entre la

máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es

transferido a la sustancia que pasa por él convirtiéndose en energía

de flujo, aumentando su presión y energía cinética impulsándola a

fluir.

• El compresor de desplazamiento positivo. Las dimensiones son

fijas. Por cada movimiento del eje de un extremo al otro tenemos la

misma reducción en volumen y el correspondiente aumento de

presión (y temperatura).

• Normalmente son utilizados para altas presiones o poco volumen. Por

ejemplo el inflador de la bicicleta. También existen compresores

dinámicos. El más simple es un ventilador que usamos para

aumentar la velocidad del aire a nuestro entorno y refrescarnos. Se

utiliza cuando se requiere mucho volumen de aire a baja presión

• Compresores de tornillo rotatorios, se usan en sistemas de refrigeración. Los compresores en los sistemas de refrigeración elevan la presión de un refrigerante de la presión del evaporador a la presión del condensador. La presión del evaporador a veces se refiere como la presión de succión y la presión del condensador se refiere como la presión de descarga. En la presión de descarga, el refrigerante es capaz de enfriar un medio deseado.

Funcionamiento de un compresor axial.

• Un intercambiador de calor es un dispositivo diseñado para transferir calor entre dos medios, que estén separados por una barrera o que se encuentren en contacto.

• Son parte esencial de los sistemas de:

calefacción

refrigeración

acondicionamiento de aire

producción de energía y procesamiento químico.

• Clasificación:

Intercambiadores de contacto directo: son aquellos dispositivos en los que los fluidos sufren una mezcla física completa.

Intercambiadores de contacto indirecto:

de flujo paralelo (intercambio líquido - líquido)

de flujo cruzado (intercambio líquido - gas)

Esquema del sistema de refrigeración solar por absorción utilizando MMA-A

Esquema del sistema de refrigeración solar por absorción utilizando MMA-A

• Hornos industriales: Los hornos industriales son los equipos o dispositivos utilizados en la industria, en los que se calientan los materiales y las piezas o elementos colocados en su interior por encima de la temperatura ambiente. El objeto de este calentamiento puede ser muy variado, por ejemplo:

Alcanzar la temperatura necesaria para que se produzcan las reacciones químicas necesarias para la obtención de un determinado producto.

Cambios de estado (Fusión de los metales y vaporización).

Ablandar para una operación de conformado posterior.

Tratar térmicamente para impartir determinadas propiedades.

Recubrir las piezas con otros elementos, operación que se facilita frecuentemente operando a temperatura superior a la del ambiente (Vitrificado de los productos cerámicos).

La forma de calentamiento da lugar a la clasificación de los hornos en

dos grandes grupos, con diversos tipos:

I. HORNOS DE LLAMA

1.1. HORNOS VERTICALES O DE CUBA

1.2. HORNOS DE BALSA

1.3. HORNOS ROTATORIOS

1.4.HORNOS TUNEL

II. HORNOS ELECTRICOS

2.1. HORNOS DE RESISTENCIAS.

2.2.HORNOS DE ARCO

2.3.HORNOS DE INDUCCION

Son evidentes algunas de las ventajas del calentamiento eléctrico que

se señalan a continuación:

1.- Ausencia de humos de combustión.

2.- Mejores condiciones de trabajo alrededor del horno y ambientales

por el exterior.

3.- Mayor seguridad del personal.

4.- Posibilidad de mantener los hornos sin vigilancia fuera de las horas

de trabajo por eliminación del

peligro de explosiones.

5.-Más simple utilización de las fibras cerámicas como aislamiento del

horno.

6.- Gran elasticidad de funcionamiento y sencilla automatización de los

hornos.

Caldera: es un dispositivo diseñado para generar vapor. Este vapor se genera por la transferencia de calor generado por la combustión de un combustible a presión constante, en la cual el fluido, originalmente en estado líquido, se calienta y cambia de fase a vapor.

Tipos de caldera:

• Acuotubulares: son aquellas calderas en las que el fluido de trabajo se desplaza por tubos durante su calentamiento. Son las más utilizadas en las centrales termoeléctricas, ya que permiten altas presiones a su salida y tienen gran capacidad de generación.

• Pirotubulares: en este tipo, el fluido en estado líquido se encuentra en un recipiente atravesado por tubos, por los cuales circulan gases a alta temperatura, producto de un proceso de combustión. El agua se evapora al contacto con los tubos calientes productos a la circulación de los gases de escape.

Debido a las amplias aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de agua, la caldera

es muy utilizada en la industria, a fin de generarlo para aplicaciones como:

Esterilización : era común encontrar calderas en los hospitales, las cuales

generaban vapor para "esterilizar" el instrumental médico; también en los comedores,

con capacidad industrial, se genera vapor para esterilizar los cubiertos, así como para

elaborar alimentos en marmitas (antes se creyó que esta era una técnica de

esterilización).

Para calentar otros fluidos, como por ejemplo, en la industria petrolera, donde el

vapor es muy utilizado para calentar petroleos pesados y mejorar su fluidez.

Generar electricidad a través de un ciclo Rankine. La caldera es parte fundamental

de las centrales termoeléctricas.

Referencias bibliográficas

• Merle C. Potter, David C. Wiggert, Mecánica de Fluidos, tercera

edición,International Thomson Editores, 2002

• Igor J. Karassik, Bombas Teoría diseño y aplicaciones, Editorial

McGraw Hill Latinoamerica.

• Donald Kern, Procesos de Transferencia de Calor , Compañía

editorial Continerntal S.A

• Videos:

https://www.youtube.com/watch?v=pYMOQVRyJGw

https://www.youtube.com/watch?v=vOHoLjafoW0