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1.2 Lquidos Instituto Tecnolgico de Toluca Departamento de Ingeniera Qumica y Bioqumica M.C. Yenissei M. Hernndez Castaeda yenissei@gmail.com

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Transporte de Fluidos

El transporte de materiales en forma fluida es mucho ms conveniente y econmico que el transporte de slidos, por lo que siempre que sea posible, los materiales deben moverse en forma de lquidos o soluciones.

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Tubo, tubera, ducto TUBO

! Pared delgada ! Los tubos metlicos se pueden

roscar ! Paredes muy lisas ! Se unen mediante accesorios ! Se extruyen o laminan en fro ! Dimetro externo real ! Espesor de pared se expresa como

escala de calibre de Birmingham (BWG)

TUBERA ! Pared gruesa ! Dimetro relativamente grande ! Se construyen en longitudes

moderadas (6 a 12 metros) ! No se pueden roscar ! Paredes rugosas ! Sus tramos se unen por bridas o

soldadura ! Se fabrican por soldadura o

moldeo

! Dimetro nominal ! Espesor de pared: nmero de

cdula (10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 y 160). El espesor de pared de la tubera se incrementa con el nmero de cdula

No existe una diferencia clara.

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Materiales de construccin

! Metales y aleaciones ! Madera ! Cermica ! Vidrio ! Concreto ! Asbesto ! Diferentes plsticos

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Materiales de construccin: tubera

! Los ms comunes para las tuberas son hierro, acero y bronce.

! El cloruro de polivinilo, o PVC, es ampliamente utilizado para conducciones de agua.

! En las plantas de proceso, el material ms frecuente es acero de bajo contenido en carbono, con el que se fabrica la llamada tubera de hierro negro.

! Con frecuencia se utilizan tambin tuberas de hierro forjado y de fundicin.

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Tubos

Los tubos se venden con base en el dimetro externo real. El espesor de la pared puede expresarse como escala de calibre de Birmingham (BWG, Birmingham Wire Gauge).

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Especificaciones: Tubo

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Tubera: Nmero de Cdula

! El American National Standards Institute (ANSI) ha establecido un mtodo para identificar el tamao de tubera. Por convencin, las tuberas y sus accesorios se caracterizan en trminos de un dimetro y un espesor de pared

! El dimetro nominal no es un dimetro interno ni externo, pero para tamaos de 12 pulgadas y menores, es una aproximacin al dimetro interno.

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Tubera: Nmero de Cdula

! Sin embargo, para cualquier espesor de pared, los tubos del mismo dimetro nominal tienen el mismo dimetro externo. Esto permite el intercambio de accesorios.

! El espesor de pared de la tubera se indica mediante un nmero de cdula, que es una funcin de la presin interna y esfuerzo permisibles.

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Tubera: Nmero de Cdula

! El nmero de cdula se define:

s

s xPCdula!100

=

Donde:

Ps presin de seguridad de trabajo, lb/in2 (N/mm2) ss esfuerzo de trabajo de seguridad, lb/in2 (N/mm2)

*Se usan diez nmeros de cdula: 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 y 160 **La cdula 40 es la que ms se utiliza para bajas presiones

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Especificaciones: Tubera

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Diseo del sistema de tubera

! El grosor de la pared del tubo se selecciona para resisitir la presin interna. Debe seleccionarse tomando en cuenta otros factores tales como corrosin y erosin de la pared (desgaste de la tubera).

! La tubera comn de proceso puede considerarse como un cilindro de pared delgada, excepto para altas presiones.

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Diseo del sistema de tubera

! Los sistemas de tuberas deben disearse de tal forma que prevengan que los equipos a los que estn conectados estn sometidos a tensin. Para esto debe tomarse en cuenta:

1. Expansin trmica de tuberas y equipos 2. El peso de las tuberas, su contenido, aislamiento y cualquier equipo auxiliar. 3. Cada de presin del fluido 4. Prdidas de energa debido al equipo auxiliar, por ejemplo: vlvulas de seguridad 5. Vibracin

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Diseo del sistema de tubera

! La expansin trmica es uno de los factores principales que deben considerarse al disear un sistema de tuberas.

! Los efectos debido a la cada de presin, normalmente pueden despreciarse.

! El peso muerto de la tubera puede solucionarse utilizando soportes apropiadamente diseados.

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Diseo del sistema de tubera

! Soportes para tubera:

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Qu es un accesorio? El trmino accesorio se refiere a una pieza que puede hacer una de las siguientes funciones:

! Unir dos piezas de tubera (coples, tuercas de unin), ! cambiar la direccin de la lnea de tubera (codos, tes), ! modificar el dimetro de la lnea de tubera (reductores,

tuercas de ajuste),

! terminar una lnea de tubera (tapones, vlvulas), ! unir dos corrientes para formar una tercera (tes, yes), ! controlar el flujo (vlvulas).

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Qu es un accesorio? ! En muchos casos, dos o ms de estas funciones pueden

combinarse en el mismo accesorio.

! Los accesorios para tubera de acero se hacen por lo general de hierro colado o hierro dulce y pueden obtenerse con varios espesores de pared.

! Para tamaos de tubera mayores a 2 pulgadas, los accesorios con cuerda se encuentran con menor frecuencia.

! Las tuberas de gran dimetro pueden unirse mediante los mismos tipos de accesorios, pero lo usual es instalar accesorios embriados o emplear conexiones soldadas.

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Juntas de Tubera

Es la forma en que se unen dos tramos de tubera. Las juntas en una conduccin son fundamentalmente de dos tipos:

a) de dilatacin y, b) de unin.

Junta de PVC 18

Juntas de Tubera

! Los tubos de acero, hierro forjado, latn o bronce, generalmente llevan rosca y se atornillan en un manguito o en otro accesorio.

! La junta de brida atornillada se desensambla fcilmente para limpieza o reparacin.

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Juntas de Tubera

! Tambin existe las juntas permanentes soldadas y las juntas de anillo.

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Juntas de Tubera

! Los tubos de fundicin no pueden soldarse ni roscarse satisfactoriamente, por ello se emplean para unirlo juntas de enchufe y cordn llamadas tambin de campana y espiga, calafateadas y emplomadas.

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Bridas

Son el mtodo universalmente adoptado para unir tuberas de grandes dimetros, mayores de 50 o 65 mm.

Se pueden utilizar para unir dos tuberas o una tubera con un accesorio.

La unin se hace por dos bridas, una de las cuales pertenece a la tubera y la otra al equipo o accesorio a ser conectado.

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Bridas

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Bridas con cuello para soldar

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Bridas roscadas

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Brida ciega

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Brida loca con tubo rebordeado

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Uniones y bifurcaciones

Codo 90 Codo 45 Codo reducido

Cople Niple Reduccin de campana 28

Uniones y bifurcaciones

Tapones Reduccin concntrica

Reduccin excntrica

Tee Cruz Yee 29

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Vlvulas

Vlvulas Sistema de tuberas

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Vlvulas

Aparato mecnico con el cual se puede iniciar, detener o regular la circulacin de lquidos o gases mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o ms orificios o conductos.

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Vlvulas: clasificacin Las vlvulas utilizadas en una planta

de proceso pueden clasificarse en:

1. Vlvulas de seguridad, cuya funcin es suspender el flujo,

2. Vlvulas de control, que pueden ser de cierre manual o automtico y se utilizan para regular el flujo.

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Vlvulas de seguridad

Las vlvulas de seguridad deben sellar perfectamente en la posic in de c ierre y presentar un mnimo de resistencia al flujo cuando estn abiertas.

Las ms utilizadas son las de compuerta, de asiento y de bola .

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Vlvulas de seguridad Las vlvulas de compuerta estn disponibles en un amplio

rango de tamaos y pueden operarse manualmente o mediante un motor. Presentan pequea cada de presin cuando estn totalmente abiertas. No deben operarse parcialmente abiertas debido a que el sello de la vlvula puede deformarse ocasionando que la vlvula no selle bien.

Las vlvulas de compuerta y bola tienen la ventaja de slo requerir un cuarto de vuelta para abrir o cerrar.

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Vlvulas de regulacin de caudal

Estas vlvulas deben ser capaces de proporcionar un control de flujo en un amplio intervalo de caudal.

Las vlvulas que generalmente se utilizan para esto son las de globo, aunque tambin se llegan a utilizar vlvulas de diafragma.

Se utilizan vlvulas de mariposa para control de gases y vapores.

Las vlvulas de control automtico generalmente son vlvulas de globo.

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Componentes de una vlvula

L o s c o m p o n e n t e s bsicos de una vlvula son: cuerpo, obturador, vs tago , ac tuador , asiento (cierre).

El cuerpo de la vlvula debe dotarse de algn elemento, tal como bridas o rosca para su conexin a la lnea.

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Componentes de una vlvula Cuerpo: es la parte a travs de la cual

transcurre el fluido. Obturador: es el elemento que hace

que la seccin de paso vare, regulando el caudal y por lo tanto la prdida de presin.

Vstago: es el eje que transmite la fuerza del accionamiento al obturador para que este ltimo se posicione.

Actuador: es el motor de la vlvula; p u e d e s e r n e u m t i c o ( a i r e comprimido), elctrico o hidrulico, para que el obturador se site en una posicin concreta.

Cierre (asiento): hace que la cavidad del cuerpo y del obturador (donde hay fluido) sea estanco y no fugue.

Prensaestopas: Anillo de cierre estanco que rodea los vstagos de los grifos, vlvulas y acoplamientos, para ev i tar fugas. Generalmente es regulable.

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Grifos Consisten esencialmente de un cuerpo

fundido, en el que ajusta un macho cnico con un paso a travs de l. Se utilizan en lneas de pequeo dimetro para aire comprimido y raramente para vapor o agua. Su desventaja estriba en que si el macho tiene una conicidad muy pequea se acua fcilmente en el cuerpo, tan firmemente que es difcil girarlo. Si la conicidad es muy grande la presin de la lnea acta sobre la superficie inclinada y tiende a lanzar fuera de su alojamiento al macho.

Los grifos se utilizan completamente

abiertos o cerrados.

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Vlvula de asiento El paso del fluido es horizontal debido a un cuerpo globular con una separacin interna que lleva un taladro circular en el que se inserta un anillo llamado asiento. Los dos tipos principales de vlvulas de disco son: de disco de metal y de pasta.

Se emplean ordinariamente en p e q u e o s d i m e t r o s , considerndose como una mala prctica emplear vlvulas de asiento para dimetros mayores de 50 mm.

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Vlvula de globo Es ms adecuada para el control del flujo. El fluido pasa a travs de una abertura cuya rea se controla mediante un disco colocado en forma paralela a la direccin del flujo. El elemento de cierre asienta sobre una seccin circular, a medida de que el elemento de cierre se aproxima al asiento, la seccin de paso se reduce y por tanto aumenta la prdida de carga disminuyendo el caudal.

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Vlvula de globo

La prdida de presin es mayor que con una vlvula de compuerta.

Reciben su nombre por la forma globular del cuerpo de la vlvula.

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Vlvula de bola Tambin conocida como de

esfera, es un mecanismo que sirve para regular el flujo de un f l u i d o c a n a l i z a d o y s e caracteriza por que la parte mvil es una esfera a travs de la cual se perfora un agujero para que pase el flujo cuando est alineado con el tubo.

Cuando la vlvula est cerrada el agujero estar perpendicular a la entrada y a la salida. Este tipo de vlvulas no ofrece una regulacin tan precisa como la de una vlvula de globo pero se puede utilizar para este fin en ocasiones puntuales. Puede ser de dos o tres vas.

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Vlvulas de compuerta Es un diseo simple que

tiene un disco que se desliza a ngulos rectos con el flujo. Se utiliza para suspender el flujo, debido a que ajustes laterales pequeos del disco originan cambios extremos del rea de flujo. Es de vueltas mltiples en la cual se cierra el orificio con un disco vertical de cara plana que se desliza en ngulos rectos sobre el asiento.

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Vlvulas de compuerta

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Vlvula de mariposa

Son de operacin rpida, ya que solo necesita un cuarto de vuelta para pasar de la posicin de abierto, teniendo adems una pequea cada de presin dado que no alteran la direccin del fluido.

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Vlvula de mariposa - 2

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Vlvula de no retorno

Se utilizan para prevenir el retorno del flujo en una lnea de proceso.

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Vlvula de no retorno

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Golpe de ariete El fenmeno del golpe de ariete, tambin denominado

transitorio, consiste en la alternancia de depresiones y sobrepresiones debido al movimiento oscilatorio del agua en el interior de la tubera.

Es una variacin de presin, y se puede producir tanto en impulsiones como en abastecimientos por gravedad.

Si el valor de la depresin iguala a la tensin de vapor del lquido se producir cavitacin.

Al llegar la fase de sobrepresin estas cavidades de vapor se destruirn bruscamente, pudiendo darse el caso de que el valor de la sobrepresin producida rebase a la de clculo, con el consiguiente riesgo de rotura.

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Golpe de ariete Este fenmeno se produce en los conductos al cerrar o abrir

una vlvula y al poner en marcha o para una mquina hidrulica, o al disminuir bruscamente el caudal.

Si por una tubera circula agua y una vlvula es cerrada rpidamente, debido al principio de conservacin de la energa, al disminuir la energa cintica, sta se va transformando en un trabajo de compresin del fluido que llena la tubera as como en un trabajo necesario para dilatar esta ltima (golpe de ariete positivo).

Al abrir rpidamente una vlvula se puede producir una depresin (golpe de ariete negativo).

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Algunos problemas presentes en los sistemas de tuberas: corrosin

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Algunos problemas presentes en los sistemas de tuberas: incrustaciones

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