INTRODUCCION AL MANEJO DE FLUIDOS
Como podemos insertar a los fluidos como parte de los materiales en general para estudiar el manejo de los mismos? Entendiendo por material a todo aquello formado por materia y ésta a aquello con que está hecha una cosa, bien podemos definir la siguiente clasificación: TIPO DE MATERIALES FLUIDOS LIQUIDOS GASES A GRANEL (áridos) EN UNIDADES DESPERDICIOS y RESIDUOS
FLUIDOS (LIQUIDOS Y GASES) PILARES PARA EL ESTUDIO, DETERMINACIONES Y CALCULOS EN LA MOVIMENTACION DE FLUIDOS ELEMENTOS PARA LA CONDUCCION FUENTES DE ENERGIZACION CARACTERISTICAS (FISICAS - QUIMICAS) DEL FLUIDO
ELEMENTOS PARA LA CONDUCCION 1- CAÑOS y TUBOS (INST. INDUSTRIALES Y OTRAS) * DIFERENCIAS & CARACTERISTICAS PRINCIPALES (DIAMETROS, ESPESORES DE PARED, PROCESOS DE FABRICACION RESISTENCIAS, ETC.) * MATERIALES: a METALICOS b - NO METALICOS (DISTINTOS TIPOS Y MATERIALES) 2- CONDUCCIONES DIVERSAS - DUCTOS (ACONDICIONAMIENTO AIRE, ETC.) - CANALIZACIONES VARIAS (ASEQUIAS)
FUENTES DE ENERGIZACION PARA LOS FLUIDOS - LIQUIDOS - GRAVEDAD EQUIPOS DE BOMBEO * BOMBAS CENTRIFUGAS * BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO - GASES - COMPRESORES VENTILADORES
GASES - AIRE COMPRIMIDO - GASES REALES: el comportamiento de los gases reales difiere en cierto modo del de los gases perfectos, diferencia que depende de la presión y temperatura del gas, agudizándose con la densidad y la cercanía al punto de condensación. No obstante, en las aplicaciones prácticas usuales del aire comprimido se trabaja a presiones y temperaturas tales que, con pequeños errores (menores al 3%), puede considerarselo como un gas perfecto. El aire es un fluido compuesto por una mezcla en volumen de: Nitrógeno (78%), Oxígeno (21%) y otros gases, (1%)
ATMOSFERA NORMAL DE REFERENCIA (A.N.R.) Como las características del aire pueden variar dentro de límites muy amplios en función de la presión y la temperatura, se hizo necesario fijar un estado normalizado que sirviera como referencia para comparación de situaciones. Así surgió la Atmósfera Normal de Referencia (A.N.R.), fijado por las normas ISO R554 en aire a una temperatura de 20 C, una presión de 1,013 bares y con un 65 % de humedad relativa. A partir de entonces, salvo que se indique específicamente lo contrario, se entiende que las características de los aparatos que trabajan con aire comprimido se dan sobre la base de su equivalencia al aire en condiciones A.N.R. Equivalencias entre distintas unidades de presión: 1 atm.=1,013 bares=1,033kg/cm 2 =760mm. col. Hg=10,33mts. col. H 2 O
Así por ejemplo, en el caso de un compresor de aire, en lugar de darse el caudal de aire comprimido de salida del mismo se da el caudal de aire aspirado de una atmósfera normal. Para aclarar aún mas el punto, en casi todos los casos se acostumbra anteponer la letra N (por Normal) al caudal que se menciona, y así se dice, por ejemplo, que la capacidad de un compresor determinado es de...nm 3 /minuto Ejemplo de cálculo de volúmenes a valores Normales -Un tanque contiene 5 m 3 de aire a una presión de 6 kg/cm 2 (relativa) y a una temperatura de 20ºC. Se pide determinar los parámetros a que se llegaría luego de una supuesta transformación en que la temperatura y presión pasarían a ser las de la A.N.R. y el volumen el resultante a dicha transformación. Nótese que la temperatura ya es igual a la de la A.N.R. y por consiguiente puede suponerse que lo que se produce es una transformación a T= CTE, en la que la presión pasará de 6 Kg/cm 2 (relativa) al valor A.N.R., con lo que el volumen, única incógnita, restante será:
T1= 20 ºC p1= 6kg/cm 2 (presión relativa) p1= 6+1,033 = 7,033 kg/cm 2 (presión absoluta) V1= 5 m 3 (volumen del tanque.) Valores A.N.R.: T2=20 ºC; P2= 1,033 kg/cm 2 Transformación a T= Cte., se cumple que: p1.v1= p2.v2 Por lo tanto será: T2=20ºC P2=1,033kg/cm 2 V2= V1. (p1/p2) = 5 x (7,033 / 1,033 ) = 34,04 m 3 En la práctica, para el cálculo del volumen Normal se simplifica el cálculo haciendo directamente el producto entre el volumen y la presión, es decir que en este caso sería: V2= 5m 3 x 6 = 30 Nm 3
La relación p1/p2 en valores absolutos se llama relación de compresión y en este caso vale: (6+1,033)/1,033= 6,81 Que indica que la presión del aire comprimido es 6,81 veces mayor que la atmosférica en valores absolutos y que, proporcionalmente, a temperatura constante, el volumen del aire se redujo también 6,81 veces. Si la temperatura del aire comprimido, en lugar de ser de 20 ºC y coincidir con la temp. de la A.N.R. hubiera sido diferente, entonces hubiera correspondido aplicar el siguiente cálculo: p1. (V1/ T1) = p2. (V2/T2); de donde se deduce que: V2= V1x (T2. p1 / T1. p2) Si por ejemplo, la temperatura inicial hubiera sido de 38 ºC (273+38=311ºK), sería: V2 = 5. (293/311). (7,033/1,033) = 32,1 m 3 La diferencia relativa con respecto al caso anterior es 32,1/34,04= 0,94, es decir, 6%, o bien 1% por cada 3 ºC de variación de temperatura
EL AIRE COMPRIMIDO COMO FUENTE DE ENERGIA El aire comprimido comenzó a ser utilizado como fuente de engría hace aproximadamente un siglo, es decir, comparativamente con otras fuentes, puede clasificarse como de advenimiento reciente. Su difusión fue muy rápida, impulsada por las múltiples ventajas que ofrece, a tal punto que hoy en día es raro encontrar procesos productivos que no hagan uso o estén relacionados en alguna forma con el empleo del aire comprimido. Así se lo utiliza en vehículos y elementos de transporte, en procesos de pintura, perforación de suelos y rocas, arenado en fundiciones y para limpieza de superficies, para la fluidificación de líquidos y sólidos, para accionamiento de máquinas herramientas manuales para automatización de diversos procesos y robótica, etc. Hoy día, en los establecimientos industriales las instalaciones de aire comprimido se consideran tan necesarias y su presencia es tan rutinaria como lo son las instalaciones de energía eléctrica.
COMPARACION ENTRE MOTORES ROTATIVOS MOTORES ELECTRICOS: los motores eléctricos modernos constituyen una forma económica y confiable para la obtención de accionamientos rotativos. Son simples de conectar, ofrecen una amplia variedad de tipos y marcas. En el mercado se dispone de equipos de una o dos velocidades. Su rendimiento es elevado, aproximadamente 80-90 % MOTORES HIDRAULICOS: estos motores son utilizados cuando se requieren bajas velocidades de accionamiento y un gran par motor. Su costo resulta relativamente elevado, pero tienen la ventaja de su gran robustez, capaz de soportar importantes sobrecargas y la posibilidad que su velocidad pueda ser variada. Sus rendimientos son también bastante elevados, del orden del 80-85 %
MOTORES NEUMATICOS: estos motores se caracterizan, en comparación con los eléctricos, por poseer una gran relación potencia/peso, es decir, son mucho mas livianos y pequeños que los eléctricos. Ofrecen también la ventaja de una fácil regulación de velocidad; son capaces de soportar un trabajo muy exigente y sobrecargas de forma tal de llegar hasta su detención manteniéndolos detenidos sin peligro alguno para su integridad y sin necesidad de elementos protectores. No producen chispas, por lo que pueden ser empleados en ambientes peligrosos, inflamables o explosivos No presentan el peligro de fallas de aislación que podrían fulminar a su operador, por lo que, además, pueden ser utilizados con seguridad en ambientes húmedos o en procesos que requieren el empleo de líquidos (procesos húmedos). Su construcción es extremadamente sencilla y sin complicaciones, lo que distancia y facilita las paradas por mantenimiento y reparaciones y que, por la misma razón, pueden ser efectuadas por personal con experiencia elemental de mecánica y sin mayor especialización. Su rendimiento es muy inferior al de los motores eléctricos siendo aproximadamente de 12 a 30 % como máximo.
GENERACION DE AIRE COMPRIMIDO La generación de esta fuente de energía se realiza mediante la utilización de equipos compresores, siendo los mas comunes: COMPRESORES ALTERNATIVOS ROTATIVOS CON ACEITE SIN ACEITE DE PALETAS DE LOBULOS DE TORNILLO Una correcta elección deberá considerar, entre otras, calidad, presión y volúmenes de producción requeridos
ALMACENAJE DE AIRE COMPRIMIDO El aire comprimido se almacena en tanques, que son componentes simples y sin piezas móviles, y del que es posible lograr salidas de potencia instantánea de altos valores. Al mismo tiempo, estos tanques permiten suavizar las variaciones de presión que pudieran presentarse en el sistema de conducción/ alimentación En las plantas industriales necesariamente deberán considerarse tanto las cantidades (metrajes lineales) como los diámetros de las cañerías (fundamentalmente las troncales) por las que se transporta este servicio, de forma conjunta con los volúmenes de almacenaje y caudales simultáneos requeridos por la totalidad de procesos productivos involucrados.
CONDUCCION - CONSIDERACIONES GENERALES - Al igual que el resto de los materiales clasificados como fluidos, el aire comprimido puede ser conducido por cañerías y o tuberías. Por la existencia de agua en el mismo, ya sea por condensación o producto de la propia generación y almacenaje, este fluido debe transportarse (cuando resulte posible) con instalaciones que posean pendientes en su emplazamiento con el agregado de separadores de condensado y purgas con el objeto de minimizar la mezcla AIRE- AGUA casi siempre perjudicial en los procesos productivos. El aire comprimido es uno de los servicios mas caros de la compañía por lo que sus instalaciones requieren de diseños, tratamientos, mantenimiento y usos racionales con el objeto de minimizar los costos de generación y disponibilidad del mismo.