Trabajo De Operaciones Unitarias

Índice

Pag

Ecuación de energía mecánica………………………………………………….. 2

Líquidos…………………………………………………………………………….. 3

Tuberías y Accesorios…………………………………………………………….. 3

Tipos de Tuberías………………………………………………………………….. 3

Materiales de Construcción……………………………………………………….. 7

Perdidas por fricción…………………………………………………………..…… 8

Diámetro Optimo de Tubería……………………………………………………… 10

Calculo de potencia de bomba requerida para diferentes arreglos de tubería…11

Leyes de Afinidad……………………………………………………………………12

NPSH…………………………………………………………………………………14

Clasificación, selección y especificaciones de bombas…………………………..15

Gases…………………………………………………………………………………… 18

Conceptos básicos……………………………………………………………………19

Determinación del espesor…………………………………………………………. 20

Calculo de la potencia requerida del ventilador y compresor……………………. 21

Clasificación, selección y especificación de compresores y ventiladores………. 21

Medidores de Flujo……………………………………………………………………….. 24

Clasificación……………………………………………………………………………. 25

Tubo Venturi…………………………………………………………………………… 26

Tubo de Pitot…………………………………………………………………………….. 27

Placa de Orificio………………………………………………………………………… 28

Rotámetro……………………………………………………………………………….. 29

ECUACIÓN DE ENERGÍA MECÁNICA

Un tipo de balance de energía más útil para el flujo de fluidos, en especial de los líquidos, es una modificación del balance total de energía que considera la energía mecánica. Casi siempre, a los ingenieros les interesa primordialmente este tipo especial de energía, llamado energía mecánica, que incluye el término de trabajo a la energía cinética, a la energía potencial y la parte de trabajo de flujo del término de entalpía. La energía mecánica es una forma de energía que es, o bien un trabajo, o una forma que puede transformarse directamente en trabajo. Los otros términos de la ecuación de balance de energía, los términos de calor y la energía interna, no permiten una conversión simple a trabajo debido a la segunda ley de la termodinámica y a la eficiencia de la conversión, que depende de las temperaturas. Los términos de energía mecánica no tienen esta limitación y pueden convertirse casi en su totalidad en trabajo. La energía que se convierte en calor, o energía interna, es trabajo perdido o una pérdida de energía mecánica causada por la resistencia friccional al flujo. Es conveniente escribir un balance de energía en términos de esta pérdida, u, que es la suma de todas las pérdidas por fricción por unidad de masa. Para el caso de flujo de estado estacionario, cuando una unidad de masa pasa de la entrada a la salida, el trabajo realizado por el flujo W’, se expresa como

W'=∫_(v_1)^(v_2)▒pdv-∑▒F

Este trabajo W’ difiere de W de la ecuación, que también incluye los efectos de energía cinética y de energía potencial. Escribiendo la primera ley de la termodinámica para este caso, donde ∆E se transforma en ∆U,

∆U=Q-W'

La ecuación que define la entalpía, ecuación puede escribirse como:

∆H=∆U+ ∆pV= ∆U+∫_(v_1)^(v_2)▒〖p dv〗+∫_(v_1)^(v_2)▒V dp

Al sustituir la ecuación 1 en la 2 y combinar el resultado con la ecuación 3 se obtiene

∆H=Q+∑▒F+∫_(v_1)^(v_2)▒V dp

Por último, se sustituye la ecuación 4 y 1/ρ para V, para obtener la ecuación general de energía mecánica:

1/2α [v_2^2-v_1^2 prom]+g(z_2-z_1 )+∫_p1^p2▒〖dp/p+∑▒F+W_s=0〗

LÍQUIDOS

Un fluido es parte de un estado de la materia la cual no tiene un volumen definido, que adopta la forma del recipiente que lo contiene a diferencia de los sólidos, los cuales tienen forma y volumen definido. Los fluidos tienen la capacidad de fluir, es decir, puede ser trasvasada de un recipiente a otro. Dentro de la clasificación de fluidos, los líquidos y gases presentan propiedades diferentes. Ambos tipos de fluidos, tienen la propiedad de no tener forma propia y que estos fluyen al aplicarles fuerzas externas. La diferencia está en la llamada compresibilidad. Para el caso de los gases estos pueden ser comprimidos reduciendo su volumen. Por lo tanto:

• Los gases son compresibles,

• Los líquidos son prácticamente incompresibles.

Otra característica entre los sólidos y los fluidos es que los primeros se resisten a cambiar de forma ante la acción de los agentes externos, en cambio los fluidos prácticamente no se resisten a dichos agentes.

Definición de fluido: Es una sustancia que se deforma continuamente cuando es sometida a una tensión cortante, aunque esta sea muy pequeña.

1.1.3 TUBERÍAS Y ACCESORIOS

Las tuberías se clasifican en metálicas y no metálicas. Las tuberías metálicas son más fuertes y resistentes a la ruptura que las no metálicas, pero conducen mejor el calor y la electricidad y son menos resistentes a la corrosión. Las tuberías metálicas más comunes se discuten a continuación:

Tuberías de acero común: están hechas de acero al carbón soldadas o sin cardón. Son utilizadas para sistemas de alta y de baja presión. Son estructuralmente fuertes y dúctiles; no se fracturan fácilmente, pero pueden presentar problemas serios de corrosión. Se usan principalmente para transportar aire, gas, petróleo.

Tuberías de acero corrugado: poseen paredes delgadas, diámetros grandes y están hechas de láminas acero galvanizado con corrugaciones helicoidales o anulares. Debido a su bajo costo, se usan extensamente para el drenaje donde la presión interna y externa es baja y donde las fugas no supongan un problema grave. Se encuentran en gran variedad de tamaños.

Acero al carbón: Hay dos tipos el ordinario o acero al carbón gris y el acero dúctil para tuberías. El primero contiene de un 3 a un 4% de carbón en forma de hojuelas de grafito. Existen dos denominaciones de fuerza para estas tuberías: 18/40 y 21/45. El primer número designa la fuerza tensora mínima de estallamiento en psi y el segundo numero significa el módulo de ruptura en psi (18,000 psi y 40,000 psi respectivamente). El acero al carbón gris tiene buena resistencia a la corrosión y gran durabilidad. Frecuentemente se le recubre de cemento u otro aislante no metálico cuando se utiliza para transportan un fluido muy corrosivo u el ambiente es muy corrosivo. Su desventaja principal es que no es dúctil y se fractura si recibe un impacto fuerte o la carga es elevada.

Acero dúctil: Posee un 3.5 de carbón en forma esferoidal o nodular y una aleación de magnesio. Es muy dúctil y no se rompe fácilmente. Resiste la corrosión, es durable, puede recubrirse con cemento. La desgnación de fuerza para esta tubería es 60-42-10. El primer número se refiere a la fuerza tensora mínima en psi, el segundo número es el rendimiento mínimo de fuerza en psi; y el último se refiere alporcentaje mínimo de elongación. Es muy utilizada para en ingeniería sanitaria para llevar agua y ha reemplazado al acero al carbón en los últimos años.

Acero inoxidable: Las más utilizadas son la SS304 y la SS316. Están hechas de acero y aleaciones de cromo y níquel y son resistentes a la corrosión. Son muy costosas y se usan únicamente cuando el fluido y el ambiente son muy corrosivos, o cuando la tolerancia a la corrosión es mínima como en la industria farmaceútica o alimentaria.

Aluminio: Resistentes a la corrosión y son utilizadas en plantas alimentarias y químicas. Se usan diferentes tipos de aluminios como el 1100 que tiene baja fuerza pero que es fácil de soldar. Los 3000 y 6000 poseen mayor fuerza mecánica y son más resistentes a la corrosión. Aunque son más difíciles de soldar. Se fabrican por extrusión y no poseen cierre o cordón.

Cobre: Es resistente a la corrosión pero es muy costosa. Se utiliza solo en plomería.

Otras tuberías metálicas:

Metal Aplicaciones

Metal Admiralty Resistente a agua corrosiva (salada).

Aluminio1100 Resistente al formaldehído, más fácil de soldar, baja fuerza.

Aluminio3003 Propiedades mecánicas superiores: contiene manganeso. Se usa en plantas químicas.

Aluminio 6061 y 6063 Contiene silicón y magnesio muy resistente a la corrosión.

Monel Aleación de Níquel que posee gran fuerza, es resistente a la corrosión y soluciones

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