Equipos Utilizados Para Desplazamiento De Fluidos

EQUIPOS UTILIZADOS PARA DESPLAZAMIENTO DE FLUIDOS

El desplazamiento de fluidos, líquidos o gases (en ocasiones incluso con sólidos en suspensión) se desarrolla normalmente en sistemas de flujo, más o menos largos y complejos que implican conducciones rectas, generalmente cilíndricas de diámetros variados, enlazadas por uniones convenientes, curvaturas, codos, válvulas, etc. A través de estos sistemas el fluido sólo fluye espontáneamente si su energía total disminuye en la dirección del flujo. De no ser así, habrá que comunicarle energía desde el exterior mediante dispositivos tales como bombas, en el caso de líquidos, o compresores, soplantes o ventiladores, en el caso de gases. Tal aporte de energía puede invertirse en aumentar la velocidad, la altura o la presión del fluido.

La cuantía de la energía que deberá suministrarse a un fluido para conseguir su

desplazamiento por un sistema determinado dependerá de su caudal, de la altura a que deba

elevarse, de la presión con que se requiera al final de su recorrido, de las longitudes y

diámetros de los tramos rectos de conducción, de los accidentes (ensanchamientos,

estrechamientos, curvaturas válvulas, codos, etc.) intercalados entre ellos y de sus

propiedades físicas, fundamentalmente su viscosidad y su densidad.

ECUACIÒN BERNOULLI :

IMPULSIÒN DE GASES: Ventiladores, Soplantes , Ventiladores y Comprensores .

La diferencia fundamental entre la impulsión de un líquido y un gas reside en la posibilidad de

reducir volumen de éste último por compresión, a costa naturalmente de aumentar su

densidad, fenómeno que no ocurre en la impulsión de líquido

los aparatos destinados a la impulsión de gases suelen clasificarse en tres grupos, según sea el valor de la presión de descarga:

- Ventiladores: presiones de 12 a 150 cm de agua.

- Soplantes: presiones inferiores a 2. •bar.

- Compresores: presiones superiores a 2•bar.

1. Ventiladores

Se utilizan para impulsar grandes caudales de gas a bajas presiones, sin que apenas se produzca variación en su densidad; de hecho, no comprimen prácticamente el gas, sino que se limitan a hacerlo circular. Los ventiladores se utilizan frecuentemente en las torres de humidificación y enfriamiento de agua, para la impulsión del aire, en equipos de ventilación y acondicionamiento de aire, instalaciones de secado, eliminación de humos, etc.

Se suelen clasificar según la dirección del flujo en axiales y centrífugos.

Los ventiladores axiales constan de uno o más discos dotados de aspas o álabes que giran sobre un eje paralelo a la dirección de flujo del gas, como indica la Figura 3.4. Los álabes pueden ser rectos o curvos, y el diámetro del rotor puede ser hasta de varios metros.

Los ventiladores centrífugos son similares en su funcionamiento a las bombas centrífugas estudiadas en el apartado 4.2. El rotor giratorio, cuyo diseño puede diferir apreciablemente del rodete de las bombas centrífugas, puede ser de álabes rectos, curvados en la dirección de giro o curvados en la dirección contraria, como se indica en la Figura 3.5.

Los rotores de álabes rectos son de un diámetro relativamente grande, con un número

reducido de álabes radiales (de 5 a 12) que giran a baja velocidad. Se utilizan frecuentemente

para impulsar gases que pueden contener sólidos en suspensión. Los rotores de álabes

curvados en la dirección de giro suelen ser de menor diámetro, dotados de 20 a 64 álabes, y

giran a mayor velocidad que los anteriores. Por último, los rotores de álabes curvados en la

dirección contraria al giro, con un número de álabes variables entre 10 y 50, son los que

encuentran más aplicaciones.

La teoría del funcionamiento de un ventilador centrífugo es prácticamente la misma que la de

las bombas centrífugas. En este caso, la presión de descarga procede de la fuerza centrífuga

debida a la rotación de la masa de gas contenida en el interior del ventilador y de la energía

cinética que las paletas comunican al gas, convertida parcialmente en energía de presión en la

voluta. Cuanto mayor sea la longitud de dichas paletas, compatible con el tamaño del

ventilador, mayores serán los dos términos energéticos acabados de citar.

El rendimiento de un ventilador centrífugo varía con los cambios de temperatura, velocidad de

giro y densidad del gas. Dichas variaciones afectan de la siguiente forma: para una misma

velocidad y caudal de gas, la presión de salida y la potencia varían inversamente con la

temperatura absoluta, la presión y la potencia varían en razón directa con la densidad.

Figura 3.6. Esquema de álabes inclinados en la dirección de giro, rectos y en

contra de la dirección de giro.

En otras ocasiones lo que se representa la carga que suministra el ventilador en mm CA (mm

de columna de agua) frente al caudal de ventilación (m3 /h), tal como se muestra en la Figura 3.7

2. SOPLANTES : conocidas también como compresores de baja presión, son aparatos de impulsión de gases que proporcionan presiones hasta de 2-4•bar. Existen diversos tipos, según sea el flujo del gas. Los principales son: de desplazamiento positivo, centrífugos (de una sola etapa), axiales (de múltiples etapas) y de anillo líquido. Las soplantes de desplazamiento positivo son totalmente similares a las bombas de desplazamiento positivo rotativas (de lóbulos, de tornillo, de paletas, etc.). Con ellas se logran razones de compresión (cociente entre la presión de salida y la de entrada) de 4 aproximadamente, pudiendo suministrar caudales comprendidos entre 0.5 y 200 m3 /min, (en las condiciones de entrada). Las velocidades de giro son moderadas (1000 a 5000 r.p.m.). Las soplantes de desplazamiento positivo, al igual que las bombas rotatorias, son esencialmente aparatos de volumen constante con presión de descarga variable. El volumen o caudal suministrado puede variarse solamente al modificar la velocidad de giro o recirculando parte del gas. La presión de descarga variará con la resistencia que exista en la sección de salida.

Las soplantes centrífugas son similares a las bombas centrífugas de una sola etapa. Para

conseguir aumentos apreciables de presión, dada la baja densidad del fluido que impulsan, han de operar a gran velocidad de giro (entre 1000 y 30000 r.p.m.) y los rodetes han de ser de diámetro grande. Alcanzan razones de compresión de 3 a 4.5, suministrando caudales comprendidos entre 30 y 30.000 m3/min, son muy conocidas con el nombre de turbosoplantes, denominación en la que se engloban a veces a las soplantes centrífugas de múltiples etapas. Estas últimas, de acuerdo con el criterio aquí seguido, se consideran ya compresores, por lo que se tratarán en el apartado siguiente. Las turbosoplantes se utilizan para una gran variedad de servicios, como son operaciones de enfriamiento de agua, secado, inyección de aire a hornos de combustión, hornos altos, convertidores de acero, etc., operaciones de flotación, aireación, agitación, ventilación, etc.

Las soplantes axiales, denominadas también con frecuencia compresores axiales, están

formadas por un eje horizontal sobre el que se montan varias coronas de álabes (tantas como

etapas tenga la soplante), entre las que se intercalan otras coronas de álabes fijos a la carcasa

(Fig. 3.10). El gas es impulsado en la dirección del eje de giro del rotor (en forma similar a un

ventilador axial), ganando energía cinética que se convierte gradualmente en energía de

presión. Aproximadamente, se transforma la mitad de la energía en los álabes móviles y la otra

mitad en los fijos, que actúan como el difusor de una bomba centrífuga. Proporcionan

caudales de aire muy grandes (se han construido hasta de 105m3/min.) y se logra con ellas

razones de compresión de 1.2-1.5 por etapa, con un máximo de 6 aproximadamente por aparato. Su velocidad de giro oscila entre 500 y 15000 r.p.m. Las soplantes axiales de varias etapas son insustituibles cuando se trata de conseguir caudales muy elevados de gas a baja presión. Su rendimiento llega a ser un 10 % mayor que el de los equivalentes aparatos centrífugos de múltiples etapas. Su menor tamaño y peso respecto a estos últimos es una ventaja adicional, aunque no muy significativa. Sus principales desventajas son un limitado intervalo de operación, mayor vulnerabilidad a la erosión y la corrosión y mayor tendencia a la formación de depósitos. Se utilizan frecuentemente con turbinas de gas y en Ingeniería Aeronáutica, así como para insuflar aire a hornos altos y en túneles de viento.

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