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TEORIA DESCRIPTIVA TUBERIAS Y ACCESORIOS Se denomina tubería a un conjunto de caños, conductos cerrados destinados al transporte de fluidos y sus accesorios. En general, las tuberías tienen pared gruesa, diámetro relativamente grande y longitudes moderadas. Los tubos son de pared delgada y generalmente se venden en forma de rollos de muchos metros de longitud. Los tubos metálicos se pueden roscar, las tuberías no. Las tuberías pueden unirse por bridas o mediante accesorios soldados; las piezas de tubos se unen mediante accesorios. Por último, los tubos se fabrican por extrusión o laminación en frío, mientras que las tuberías metálicas se fabrican por soldadura o moldeo. Se fabrican de distintos materiales. El cloruro de polivinilo o PVC, es ampliamente utilizado en conducciones de agua. En las plantas de proceso, el material más frecuente es acero de bajo contenido de carbono. Con frecuencia se usan también tuberías de hierro forjado y de fundición. JUNTAS DE EXPANSIÓN Son elementos no rígidos que se intercalan en las cañerías con el objeto de absorber total o parcialmente las dilataciones provenientes de las variaciones de temperatura o la propagación de vibraciones. Las juntas de expansión no son de uso frecuente por su alto costo y por construir un punto vulnerable en la cañería. El elemento fundamental de una junta de expansión es el fuelle. El fuelle debe ser lo suficientemente resistente como para aguantar la presión del fluido, y flexible para deformarse debido a la diferencia de desplazamientos o giros en sus extremos. Las más comunes son: las juntas metálicas y las juntas de expansión de caucho. Pero si bien es cierto que las juntas de expansión de caucho son más baratas y resultan muy flexibles, por otro https://es.wikipedia.org/wiki/Fuelle https://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n https://es.wikipedia.org/wiki/Fluido https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Flexibilidad_mec%C3%A1nica&action=edit&redlink=1 https://es.wikipedia.org/wiki/Movimiento_de_rotaci%C3%B3n lado la realidad es que no soportan temperaturas superiores a los 150ºC. En cambio las juntas metálicas para tuberías toleran tanto presiones como temperaturas muy altas. Por lo común sus fuelles se fabrican en acero inoxidable. MEDIOS DE UNIÓN Los diversos medios de unión sirven no sólo para vincular secciones de caños entre si, sino también para conectarlos con diversos accesorios, válvulas y equipos. Los principales medios de unión son: - Conexiones roscadas Son de bajo costo y fácil ejecución, pero su uso está limitado a tuberías de 4” en general y se usan en instalaciones secundarias de baja presión (condensado, aire, agua), domiciliarias (agua, gas), debido al peligro de pérdidas y la baja resistencia mecánica de las mismas. Las uniones roscadas tienen como principales ventajas: Son uniones desmontables sin necesidad de destruir la unión El sistema es estándar e intercambiable Facilidad de montaje y desmontaje Permite la unión de piezas de diferentes materiales Sus inconvenientes más importantes son: La corrosión puede deteriorar la unión y dificultar el desmontaje Requiere una preparación previa de las piezas (mecanización de taladros y roscas) - Conexiones soldadas Para unir diferentes piezas de una tubería de acero, especialmente en procesos en que la P es elevada. La soldadura proporciona uniones más fuertes que los accesorios roscados y no debilita la tubería. Las más utilizadas son las soldaduras de arco protegido, que pueden ser: de enchufe/solapa o a tope. Ventajas: Buena resistencia mecánica Estanqueidad perfecta Buena apariencia Facilidad en la aplicación de aislación y pintura Ninguna necesidad de mantenimiento Desventajas: Dificultad en desmontaje de las cañerías Mano de obra especializada - Conexiones bridadas Las bridas son dos discos iguales o anillos de metal, unidos mediante pernos (con o sin cabeza) que comprimen una junta que está situada entre sus caras. Son fácilmente desmontables. Las conexiones bridadas se usan en tuberías de grandes diámetros y para presiones elevadas o cuando los tubos tienen que desmontarse frecuentemente para su conservación o inspección. PREVENCION DE FUGAS EN PARTES MOVILES Cajas prensaestopas Sirve de sello alrededor de un eje rotatorio y además que se mueve axialmente. La caja es una cámara dentro del miembro estacionario, que rodea el eje. El espacio anular entre el eje y la pared de la cámara se llena mediante un empaque, que consiste en una cuerda o en anillos de un material inerte que contiene un lubricante como el grafito. El empaque se comprime por medio de un anillo de soporte, o casquillo, que comprime la caja mediante la tapa embridada o tuerca empacada. El eje debe tener una superficie lisa de forma que no arrastre el empaque. Sellos mecánicos El contacto deslizante está entre un anillo de grafito y una cara de metal pulido. El anillo estacionario de grafito, que se mantiene en contacto con el collar rotatorio de metal, por medio de resortes, evita que el fluido en la zona de alta presión salga alrededor del eje. Requieren menos mantenimiento que las cajas prensaestopas. VALVULAS Todas las válvulas tienen por fin principal la disminución o detención del flujo de un fluido. Esto se realiza colocando un obstáculo en la trayectoria del fluido, el cual puede moverse a voluntad dentro de la tubería. Válvula esclusa o de compuerta El diámetro de la abertura a través de la cual pasa el fluido es prácticamente el mismo que el de la tubería, y no varía la dirección del flujo. Por consiguiente, una válvula esclusa abierta introduce sólo una pequeña caída de P. Cuando se abre la válvula, el disco con forma de cuña se eleva dentro del cabezal hasta que queda completamente fuera de la trayectoria del fluido. Estas válvulas son adecuadas para abrir o cerrar completamente la conducción. Son de vueltas múltiples y cierran circularmente. Válvula globo o de asiento Son ampliamente usadas para controlar la velocidad de flujo de un fluido. Esta válvula conduce el fluido hacia arriba o abajo, atravesando un orificio circular en el tabique central de partición de la válvula, que puede obturarse bien sea por aprieto de un disco reemplazable de fibra contra un asiento plano, o intercalando una pieza cónica de cierre que se oprime contra un asiento de forma cónica. La caída de P es importante. Son de vueltas múltiples. Válvulas tapón o macho Resultan económicas para la simple maniobra de abrir y cerrar. Interpuestos en el conducto de fluido, llevan un macho cónico, en cual se ha moldeado o perforado un orificio. Un giro de 90° (1/4 de vuelta) del macho abre o cierra el paso. La grasa lubricante se fuerza a presión por las ranuras de lubricación hasta el fondo del macho, lo que hace levantar a éste de su asiento y lo deja libre para girar. El aceite puede contaminar el fluido y puede quedar líquido retenido en el orificio. Válvulas de cuchilla Son consideradas como tipo de compuerta ya que tienen una lámina en su interior que sube y baja con un vástago que permite realizar el “corte” al fluido. Fueron diseñadas para operar con fluidos que contienen alto grado de sólidos que con cualquier otra válvula, no podrían operarse. Son de amplia aplicación en industrias donde exista algún fluido muy espeso, viscoso, arenoso. Ocupan poco espacio, aunque si la tubería es grande es conveniente utilizar la mariposa para no tener tanta carrera de usillo. Válvula mariposa Las válvulas de mariposa usualmente sirven para aplicaciones de baja presión. Se pueden usar para abrir o cerrar el paso a un fluido o para regularlo aunque noes completamente recomendable. Las válvulas de mariposa son adecuadas para instalarse en espacios reducidos o donde la línea del proceso no puede soportar mucho peso. Las partes fundamentales de una válvula de mariposa son el cuerpo que puede ser de hierro, acero al carbón, acero inoxidable, PVC; el disco y el asiento que podrá ser principalmente de elastómeros. Pueden ser usadas en manejo de agua limpia o con sólidos hasta cierto %. Válvulas de retención Tienen por objetivo cerrar por completo el paso de un fluido en circulación -bien sea gaseoso o líquido- en un sentido y dejar paso libre en el contrario. Tiene la ventaja de un recorrido mínimo del disco u obturador a la posición de apertura total Válvulas de bolas Son de ¼ de vuelta, en las cuales una bola taladrada gira entre asientos elásticos, lo cual permite la circulación directa en la posición abierta y corta el paso cuando se gira la bola 90° y cierra el conducto. Son recomendadas para servicios de conducción y corte, cuando se requiere apertura rápida y cuando se necesita resistencia mínima a la circulación. Válvulas de diafragma Las válvulas de diafragma son de vueltas múltiples y efectúan el cierre por medio de un diafragma flexible sujeto a un compresor. Cuando el vástago de la válvula hace descender el compresor, el diafragma produce sellamiento y corta la circulación. Se aplica para fluidos corrosivos, pegajosos o viscosos. Como ventajas: bajo costo, no tiene empaquetaduras y no hay posibilidad de pérdidas por el vástago, además es inmune a los problemas de obstrucción, corrosión. Desventaja: diafragma susceptible de desgaste. https://es.wikipedia.org/wiki/Fluido Válvulas de seguridad Son accionadas por la energía de la P estática. Cuando en el recipiente o sistema protegido por la válvula se produce un aumento de P interna, la fuerza ejercida por el muelle es equilibrada por la fuerza producida por la P sobre el área del disco de cierre. A partir de aquí un pequeño aumento de P producirá el levantamiento del disco de cierre y permitirá la salida del fluido. Si se trata de una válvula de seguridad de apertura instantánea, el disco de cierre se separará repentina y totalmente. Pero si se trata de una válvula de alivio, la misma abrirá proporcionalmente al incremento de P producido. Son, a diferencia de otros dispositivos de alivio (discos de ruptura) mecanismos diseñados para cerrar cuando la P haya sido restablecida, quedando en disposición de actuar nuevamente. BOMBAS Las bombas incrementan la energía mecánica del líquido, aumentando su velocidad, presión o elevación, o las tres anteriores. Las dos clases principales son las bombas de desplazamiento positivo y las bombas centrífugas. Las unidades de desplazamiento positivo aplican presión directamente al líquido por un pistón reciprocante, o por miembros rotatorios, los cuales forman cámaras alternadamente llenas o vacías de fluido. Las bombas centrífugas generan altas velocidades de rotación, entonces convierten la energía cinética resultante del líquido en energía de presión. Bombas centrífugas Están constituidas por un impulsor o rodete formados por una serie de aletas radiales de diversas formas y curvaturas, que giran dentro de una caja circular. El fluido penetra por el “ojo” o conexión de succión concéntrica al impulsor. El líquido fluye hacia afuera por el interior de los espacios que existen entre las aspas o aletas. El líquido que sale del perímetro del impulsor se recoge en una coraza de espiral llamada voluta y sale de la bomba a través de una conexión tangencial de descarga. En la voluta, la carga de velocidad del líquido procedente del impulsor se convierte en carga de presión. Las bombas de aspiración unilateral desarrollan elevados empujes en sentido axial cuando funcionan a altas presiones. Estos empujes pueden eliminarse utilizando dos rodetes montados en paralelo sobre el mismo eje y dispuestos de modo que sus respectivos empujes se neutralicen entre sí. Bombas de desplazamiento positivo Un volumen determinado de fluido es encerrado en una cámara, la cual se llena alternativamente desde la entrada y se vacía a una presión más alta a través de la descarga. En las bombas reciprocantes, la cámara es un cilindro estacionario que contiene un pistón o émbolo, mientras que en las bombas rotatorias la cámara se mueve desde la entrada hasta la descarga y regresa de nuevo a la entrada. Bombas reciprocantes Bomba de pistón El líquido pasa a través de una válvula de retención de entrada al interior del cilindro mediante la acción de un pistón y entonces es forzado hacia afuera a través de una válvula de retención de descarga en el recorrido de regreso. La mayor parte de las bombas de pistón son de doble acción, es decir el líquido es admitido alternadamente a cada lado del pistón, de manera que una parte del cilindro se está llenando mientras que la otra se vacía. El pistón se acciona mediante un motor o se utiliza una conexión directa a un cilindro accionado por vapor. La presión máxima de descarga es aprox. 50 atm. Bomba de émbolo Se utilizan para presiones más elevadas. Un cilindro de pared gruesa y diámetro pequeño contiene un émbolo reciprocante perfectamente ajustado, que es una extensión de la barra del pistón. Al final del recorrido el émbolo llena prácticamente todo el espacio en el cilindro. Son de simple efecto y por lo general accionadas por un motor. Pueden descargarse frente a presiones de 1500 atm o más. Bomba de diafragma El elemento reciprocante es un diafragma flexible de metal, plástico o hule. Esto elimina la necesidad de empaque o sellos expuestos al líquido que se esté bombeando, y representa una gran ventaja en el manejo de líquidos tóxicos o corrosivos. Operan con cantidades pequeñas a moderadas de líquido y llegan a desarrollar presiones superiores a 100 atm. Bombas rotatorias A diferencia de las bombas reciprocantes, las rotatorias no contienen válvulas de retención. Operan mejor en fluidos limpios y moderadamente viscosos. Se operan con presiones de descarga superiores a 200 atm. Bomba de engranajes externos Tienen construcción simple, pero tienen el defecto de tener un caudal con pulsaciones. Son las bombas más ruidosas del mercado. Po ello no se emplean en aplicaciones fijas e interiores, donde su nivel sonoro puede perjudicar a los operarios. Transporta el fluido entre los dientes de dos engranajes acoplados. Uno de ellos es accionado por el eje de la bomba (motriz), este hace girar al otro (libre). Lo que sucede es el origen de un vacío en la aspiración cuando se separan los dientes, por el aumento de volumen en la cámara de aspiración. En el mismo momento los dientes se van alejando, llevándose el fluido en la cámara de aspiración. La impulsión se origina en el extremo opuesto de la bomba por la disminución de volumen que tiene lugar al engranar los dientes separados. Bomba de engranajes internos Disponen de dos engranajes, uno interno cuyos dientes miran hacia el exterior, y otro externo con dientes hacia el centro de la bomba, el eje motriz acciona el engranaje interno. Entre los dos engranajes hay una pieza de separación en forma de medialuna. Esta pieza está situada entre los orificios de entrada y salida, donde la holgura entre los dientes de los engranajes interno y externo es máxima. Ambos engranajes giran en la misma dirección, pero el interno, al tener un diente menos, es más rápido que el externo. El fluido se introduce en la bomba en el punto en que los dientesde los engranajes comienzan a separarse, y es transportado hacia la salida por el espacio entre la medialuna y los dientes de ambos engranajes. Se utilizan en caudales pequeños y menor presión. Son más silenciosas pero más caras. Bomba de lóbulos externos Ambos lóbulos son accionados independientemente por medio de un sistema de engranajes externos en la cámara de bombeo. Sus prestaciones de presión y velocidad son inferiores a las de engranajes. Es más adecuada para utilizarla con fluidos más sensibles al cizalle, lo mismo que para fluidos con gases o partículas atrapadas. Bomba de lóbulos internos El engranaje interno está enchavetado en el eje y lleva un diente menos que el engranaje exterior. Cuando los engranajes giran, ambos giran en el mismo sentido. Cada diente del engranaje interno está en contacto con el engranaje externo, pero con un diente más, el engranaje externo gira más despacio. Los espacios entre los dientes giratorios aumentan durante la primera mitad de cada giro, aspirando el fluido. Cuando estos espacios disminuyen en la segunda mitad del ciclo, obligan a salir al fluido. Bombas de husillo o tornillo El rotor central engrana con los dos rotores locos, formando cavidades estancas, llenas de fluidos en sus alojamientos. Está específicamente indicada para bombear fluidos viscosos, con alto contenido de sólidos que no necesiten removerse o que formen espumas si se agitan. Como la bomba desplaza el líquido, éste no sufre movimientos bruscos, pudiendo incluso bombear uvas enteras. Bombas de paletas Tiene una placa interior en forma circular. Un rotor ranurado se fija a un eje y dentro de las ranuras se fijan unas paletas rectangulares. El rotor gira dentro de un anillo volumétrico y ubicado en forma excéntrica a éste. Gracias a la excentricidad se genera una zona de cierre hermético que impide que el fluido retroceda. A partir de esta zona y producto de la fuerza centrífuga, las paletas salen de las ranuras del rotor, ajustándose a la superficie interna del anillo. Así entre cada par de paletas se crean cámaras que hacen aumentar el volumen y disminuir la presión. El fluido es tomado de estas cámaras y trasladado a la zona de descarga. BOMBAS DE VACÍO Y EYECTORES Bombas rotativas de paletas Mediante un rotor con paletas deslizantes, la bomba mueve el fluido desde la aspiración al interior de la cámara de bombeo. A medida que el rotor gira, el fluido entre las paletas es transferido hasta la descarga de la bomba. Cada paleta provee empuje mecánico e hidráulico al fluido. Bombas tipo Root Bombas de anillo líquido (Tipo Nash) Usan un anillo rotante de líquido como sellador. El anillo líquido es creado por la fuerza centrífuga generada por el impulsor rotante. Son ideales para mezclas de gases húmedos. El desempeño a baja presión está limitado por la presión de vapor del líquido sellante, que puede ser agua, aceite o líquidos de proceso. El cierre hidráulico se mantiene mediante un líquido que gira arrastrado por las aletas, adaptándose a la forma geométrica de la caja a causa de la fuerza centrífuga, por lo cual se separa y acerca 2 veces al eje durante una revolución completa. Este movimiento del líquido actúa a modo de pistón, en los espacios libres entre las aletas, provocando la aspiración del gas y descargándolo en el cuarto de revolución siguiente. Sistemas eyectores Es una bomba fluido dinámica que no tiene partes móviles y funciona por transferencia de impulso del fluido primario (vapor) al fluido secundario aspirado. En la tobera el vapor motor se expande, hasta una presión algo menor que la presión de aspiración. Por ello la tobera debe ser convergente-divergente. En el tramo de mezcla, por intercambio de impulso, se acelera el gas aspirado a costa de la desaceleración del vapor, hasta que las velocidades se igualan con un Mach mayor que 1. En el difusor, la energía cinética de la mezcla se transforma en energía de desplazamiento (presión) en 3 etapas: la primera mediante una compresión reversible en régimen supersónico, la segunda al experimentar un shock irreversible y la tercera mediante una desaceleración. AGITACIÓN Los objetivos de la agitación pueden ser: - Mezcla de dos líquidos miscibles (agua y alcohol) - Disolución de sólidos en líquidos (azúcar y agua) - Mejorar la transferencia de calor (calentamiento o enfriamiento) - Dispersión de un gas en un líquido (oxígeno en caldo de fermentación) - Dispersión de dos fases no miscibles (grasa en leche) Un agitador consiste en un recipiente cilíndrico cerrado o abierto, y un agitador mecánico montado en un eje y accionado por un motor eléctrico. Las proporciones del tanque varían ampliamente dependiendo de la naturaleza de agitación. El fondo del tanque debe ser redondeado, con el fin de eliminar los bordes rectos o regiones en la cuales no penetrarían las corriente de fluidos. La altura de líquido, aproximadamente igual al diámetro del tanque. Sobre un eje suspendido, desde la parte superior, va montado un agitador Se dividen según el flujo en: - Axial: generan corrientes paralelas al eje del impulsor - Radial: generan corrientes en dirección radial tangencial Y según el tipo de agitador: - Paletas: consiste en una hoja plana sujete a un eje rotatorio. Son útiles para operaciones de simple mezcla. El flujo del líquido tiene una componente radial grande en el plano de la pala y también un gran componente rotacional. A velocidades altas se necesitan placas deflectoras para evitar remolinos. - Turbina: constituidos por un componente impulsor con más de 4 hojas, montadas sobre el mismo elemento y fijas a un eje rotatorio. Las corrientes principales son radiales y tangenciales (dan lugar a vórtices y torbellinos). - Hélice: poseen elementos impulsores de hojas cortas y giran a gran velocidad. No son muy efectivas si van montadas sobre ejes verticales centrales. La velocidad de flujo creada tiene 3 componentes (radial, longitudinal, rotatoria). Prevención de flujo circulatorio - Colocando el agitador fuera del eje central del tanque: en tanques pequeños se debe colocar el rodete separado del centro del tanque. En tanques mayores puede montarse en forma lateral con el eje en un plano horizontal. - Instalando placas deflectoras: son placas verticales perpendiculares a la pared del tanque. En tanques pequeños son suficientes 4 placas deflectoras, para evitar remolinos y formación de vórtices. Equipos helicoidales Se utilizan para formular productos frágiles, que requieran un movimiento amable de las partículas para evitar su rompimiento o degradación, así como una eficiente mezcla. Útiles también para procesar pastas que requieran una descarga forzada del producto. Agitadores estáticos Mezcladores Mezclador de batea intercambiable Mezclador de doble brazo (amasadora): las cuchillas están colocadas de tal forma que el material que gira hacia arriba por una de las cuchillas, es inmediatamente guiado hacia abajo por la otra. FILTRACIÓN Es una operación donde se consigue la separación de los sólidos que se encuentran suspendidos en un medio líquido haciendo pasar la suspensión a través de un medio poroso, el cual va a retener las partículas sólidas dejando pasar el líquido. Los sólidos quedarán retenidos en función de su granulometría y según sea el tamaño de los poros. El medio filtrante es la barrera que retiene los sólidos y deja pasar el líquido, puede ser un tamiz, una tela, un tejido de fibras, fieltro, membranas poliméricas o un lecho de sólidos. Los requisitos son: -Retener los sólidos dando un filtrado razonablemente claro - No debe obstruirse o cegarse - Ser químicamente resistente y tener suficiente resistencia física para soportar las condiciones del proceso - Permitir que la torta se desprenda de forma limpia y completa - Ser relativamente barato Filtros por gravedad Filtro de arena (clarificador) Están formados por depósitos de fondo perforado, llenos de arena porosa, a través de la cual pasa el fluido en flujo laminar. Son muy usados en el tratamiento de grandes cantidades de fluido que contienen una baja cantidad de materiales sólidos en suspensión. Los conductos situados bajo el falso fondo perforado evacuan el líquido filtrado procedente del lecho arenoso. Estos conductos van provistos de compuertas o válvulas que permiten efectuar el lavado del lecho de arena, por circulación de agua en sentido opuesto. El falso fondo está cubierto por una capa de rocas trituradas o grava, para sostener la capa superior de arena. Se utiliza en tratamiento de aguas residuales. Para lograr una capacidad de trabajo alto, el lecho filtrante puede disponerse en un recipiente cerrado y actuar bajo presión. Filtro de bolsa o de mangas La separación del sólido se efectúa haciendo pasar el aire con partículas en suspensión mediante un ventilador, a través de la manga. Las partículas quedan retenidas en la manga formando una capa. Para evitar que el caudal se disminuya se procede a efectuar una limpieza periódica de las mangas. El gas limpio fluye por el espacio exterior de los sacos, y se lleva por una serie de conductos hacia la chimenea de escape. El programador electrónico regula las frecuencias y la duración de cada limpieza, actuando sobre la electroválvula de inyección de aire comprimido. El polvo desprendido se recoge por gravedad en la tolva inferior. Filtros prensa Filtro prensa de placas La deshidratación se logra bombeando lodos a la cámara rodeada de lonas filtrantes. Conforme la presión de bombeo se incrementa, el filtrado se fuerza a través de la torta acumulada en el filtro y la lona, dejando las cámaras llenas de tortas sólidas de lo filtrado. Las cámaras están conformadas por 2 placas empotradas juntas bajo presión hidráulica. El pistón hidráulico mueve la placa de acero contra el conjunto de placas filtro cerrando la prensa. El pistón continúa aplicando presión con la suficiente fuerza para contrarrestar las altas presiones internas de compactación. El filtrado pasa a través de las lonas filtrantes y es direccionado por canales en las placas y puertos de drenado al cabezal para descarga. Las tortas son fácilmente removidas simplemente invirtiendo el Pistón Hidráulico, para abrir la prensa. Las placas ligeras del filtro prensa entonces pueden ser retiradas permitiendo que la torta seca caiga de la cámara. Filtro prensa de placas y marcos La forma más sencilla posee un conducto único para la introducción de la suspensión y del líquido de lavado y un solo orificio en cada placa para el desagüe del filtro (desagüe abierto). En otros tipos existen conductos distintos para le introducción de la suspensión y del agua de lavado. En algunos existen conductos aislados para la separación del líquido filtrado y del agua de lavado (desagüe cerrado). La suspensión penetra por el conducto en la esquina superior derecha de las placas y los marcos. Cada marco lleva una entrada que establece comunicación entre el espacio libre entre placas y aquel conducto. La presión ejercida sobre la alimentación obliga al filtrado a pasar a través de las telas a cada lado de las placas y a circular hacia la salida (por el espacio entre tela y placa), la cual puede ser una llave o un segundo canal formado por la coincidencia de orificios perforados en otra esquina. La materia sólida se acumula en las telas a ambos lados de las placas. La filtración continúa hasta que ya no sale líquido por la descarga o bien aumenta bruscamente la presión de filtración. Esto ocurre cuando los marcos se llenan de sólidos y ya no puede entrar más suspensión. Entonces se puede hacer pasar líquido de lavado para eliminar impurezas solubles. El líquido de lavado llega al filtro penetrando en la torta más o menos por el centro del marco, y pasa hacia las placas de ambos lados. Se abre entonces la prensa, separando sucesivamente las placas y marcos, la torta se desprende y cae en un depósito o foso. Terminada la descarga, el filtro se cierra de nuevo y comienza un nuevo ciclo de filtrado. Filtro de carcasa y hojas (discontinuos) Los filtros de hojas se asemejan a los filtros de placas y marcos por el hecho de que la torta se deposita sobre cada uno de los lados de la lámina y el líquido filtrado fluye hacia la salida por los canales existentes entre las telas de las láminas que sostiene a las dos tortas. Las láminas trabajan sumergidas en la suspensión a tratar. Se utilizan: - Para filtrar a presiones mayores que los filtros prensa de placas y marcos - Con menor mano de obra - Para obtener un lavado más eficaz Consiste en un conjunto de hojas verticales, situadas sobre un bastidor retráctil. La unidad se abre para descargarla mientras que durante la operación las hojas permanecen dentro del tanque cerrado. Este diseño es muy utilizado para filtrar con coadyuvantes (tierra de diatomeas, perlita, celulosa de madera purificada u otros materiales porosos inertes a la suspensión antes de la filtración). Filtros continuos de vacío Filtro rotativo (continuo) Un tambor horizontal gira con una velocidad de 0.1 a 2 rpm sumergido parcialmente en un depósito que contiene a la suspensión. Los sectores 1, 2, 3, 4 y 5 están conectados con la salida principal del líquido filtrado por medio de la válvula giratoria y la tubería V1. B1 es el puente de bloqueo que separa el filtrado del líquido de lavado. Los sectores 6, 7, 8, 9, 10 y 11 están conectados por la válvula giratoria con la tubería de agua de lavado y la salida de aire V2. B2 es el puente o zapata de bloqueo que separa la zona de lavado y la de soplado con aire. B3 separa la zona de inyección de aire de la de filtración. El aire admitido por V3 sirve para ayudar a desprender la torta. Al sumergirse el compartimento 1 debajo de la superficie del líquido, se aplica vacío por medio de la válvula rotatoria. Esto provoca la formación de una capa delgada de material sólido sobre la superficie externa del paño, y el líquido filtrado pasa por el tubo V1 hacia el colector principal del filtrado. Conforme el tambor gira, la torta va adquiriendo espesor, mientras el filtrado continua pasando hacia el colector principal. Al llegar a la posición 6, la torta está completamente formada y el tubo de conexión acaba de pasar por el puente B1. Entonces el panel entra en la zona de lavado y secado. Se aplica vacío al panel desde un sistema exterior, succionando líquido de lavado y aire a través de la torta de sólidos. Después del lavado, la torta puede sufrir un “apisonado”, mediante un rodillo (aumenta densidad y baja contenido de agua). Entonces se corta el vacío y el sector 12, que ha pasado el puente B2, queda sometido a un soplo de aire desde adentro hacia afuera, el cual afloja la torta. Este tipo de filtros permite una alta capacidad. El grado de inmersión del tambor es variable, por lo general operan con el 30% sumergido. Cuando se desea una alta capacidad de filtración, sin lavado, se lo puede sumergir hasta un 60/70%. Filtro de tambor rotatorio y alimentación interior El medio filtrante está en la cara interna del cilindro. Debido al recorrido relativamente breve del arco interior, este tipo no resulta satisfactorio paralodos de filtración lenta; sin embargo, es ideal para lodos de rápida sedimentación que no precisen un lavado a fondo. Filtro rotativo de discos Este filtro consta de discos verticales concéntricos montados en un eje horizontal rotatorio. El filtro opera con el mismo principio que el filtro rotatorio de tambor al vacío. Todos los discos están huecos y cubiertos con un filtro de tela que se sumerge parcialmente en la suspensión. El lavado es menos eficiente que con el filtro de tambor rotatorio. Filtro continuo de banda horizontal de vacío Se utiliza cuando la alimentación contiene partículas sólidas gruesas que sedimentan rápidamente. Se parece a un transportador de cinta, con un soporte transversal que lleva la tela filtrante que tiene también la forma de una cinta sin fin. La alimentación fluye hasta la cinta desde un distribuidor situado en un extremo de la unidad, mientras que la torta filtrada y lavada descarga por el otro extremo. Son muy útiles en el tratamiento de residuos debido a que éstos con frecuencia contienen partículas de una amplia variedad de tamaño. El vacío se aplica intermitentemente cuando la cinta se detiene. SEDIMENTADORES La sedimentación es la operación unitaria que consiste en separar, por acción de la gravedad, un sólido finamente dividido de un líquido en el que está suspendido, obteniendo un líquido clarificado y un lodo más o menos espeso con elevado porcentaje de sólidos. Cabe recordar que los sólidos finamente divididos se encuentran habitualmente en disolución formando flóculos. Esta operación unitaria puede llevarse a cabo de forma continua o intermitente. Los sedimentadores industriales operan normalmente en régimen continuo. La remoción de partículas en suspensión en el líquido puede conseguirse por sedimentación o filtración. De allí que ambos procesos se consideren como complementarios. La sedimentación remueve las partículas más densas, mientras que la filtración remueve aquellas partículas que tienen una densidad muy cercana a la del líquido o que han sido re suspendidas y, por lo tanto, no pudieron ser removidas en el proceso anterior. Las partículas en suspensión sedimentan en diferente forma, dependiendo de las características de las partículas, así como de su concentración. Es así que podemos referirnos a la sedimentación de partículas discretas, sedimentación de partículas floculentas y sedimentación de partículas por caída libre e interferida. Sedimentación de partículas discretas Se llama partículas discretas a aquellas partículas que no cambian de características (forma, tamaño, densidad) durante la caída. Se denomina sedimentación simple al proceso de depósito de partículas discretas. Este tipo de partículas y esta forma de sedimentación se presentan en los desarenadores, en los sedimentadores y en los pre-sedimentadores como paso previo a la coagulación en las plantas de filtración rápida y también en sedimentadores como paso previo a la filtración lenta. Sedimentación de partículas floculentas Partículas floculentas son aquellas producidas por la aglomeración de partículas coloides desestabilizadas a consecuencia de la aplicación de agentes químicos. A diferencia de las partículas discretas, las características de este tipo de partículas —forma, tamaño, densidad— sí cambian durante la caída. Se denomina sedimentación floculenta o decantación al proceso de depósito de partículas floculentas. Este tipo de sedimentación se presenta en la clarificación de aguas, como proceso intermedio entre la coagulación-floculación y la filtración rápida. Sedimentación por caída libre e interferida Cuando existe una baja concentración de partículas en el agua, éstas se depositan sin interferir. Se denomina a este fenómeno caída libre. En cambio, cuando hay altas concentraciones de partículas, se producen colisiones que las mantienen en una posición fija y ocurre un depósito masivo en lugar de individual. A este proceso de sedimentación se le denomina depósito o caída interferida o sedimentación zonal. Este tipo de sedimentación se presenta en los concentradores de lodos de las unidades de decantación con manto de lodos. Equipos de sedimentación Sedimentador rectangular Los sedimentos se transforman en masas pastosas que resbalan difícilmente por lo que se necesita dicha pendiente. El tamaño de la zona de lodos dependerá del período de funcionamiento del sedimentador y de la cantidad de lodos producidos. En los distintos tipos de unidades de flujo horizontal, la remoción de lodos puede hacerse en forma intermitente o continua. En pequeñas instalaciones o cuando se trata de agua relativamente clara se vacía el tanque cada cierto tiempo y se extraen los lodos con la ayuda de mangueras de agua a presión. En forma continua se usan sistemas mecánicos, denominados barre lodos (cadenas con paletas, puente con palas o succión) Sedimentador circular de flujo horizontal Estos sedimentadores consisten en un tanque grande provisto de rastrillos o rasquetas radiales que se mueven lentamente accionados desde un eje central. Su fondo puede ser plano o levemente cónico. Los brazos de rastrillos agitan suavemente la suspensión y la desplazan hacia el centro del tanque, de donde se retira a través de una abertura que comunica con la entrada de una bomba de lodos. A veces, los brazos del rastrillo están pivotados, de forma que los mismos puedan levantarse automáticamente para evitar la sobrecarga en caso de, por ejemplo, una obstrucción en la descarga. La suspensión se alimenta desde la parte superior central del tanque. El líquido claro rebosa hacia un canal por la parte superior del tanque. Estructura de soportes de las unidades motrices: Puente (D<20m) desde la periferia al centro o recorriendo el diámetro total. Tiene la función de servir para labores de mantenimiento así como soporte para el canal de ingreso de la pulpa. Columna central (30<D<45m) Por tracción Sedimentador de flujo vertical Consiste de una estructura de fondo cónico, en la cual entra el agua cruda por la parte inferior y asciende atravesando un manto de partículas en suspensión, hasta llegar a las canaletas superiores en las que se recoge el agua sedimentada. Para poder conservar las partículas del manto en suspensión, el flujo se hace pulsante, inyectándolo cada cierto intervalo de tiempo. TRANSPORTE DE SÓLIDOS El transporte de sólidos se refiere al movimiento de los sólidos: ƒ del punto de suministro de materia prima al inicio del proceso, ƒ del punto final del proceso hacia el lugar de almacenamiento, ƒ entre dos puntos del proceso, ƒ del lugar de almacenamiento a la línea de empacado y/o distribución. A) Transportador de cinta Correa sin fin Están constituidos por bandas o correas sin fin, sostenidas y movidas de modo adecuado y dispuestas para transportar sobre ellas a los cuerpos sólidos. Exigen poca energía y sirven para transportar cuerpos sólidos a grandes distancias. La banda cargada se apoya sobre grupos de pequeños rodillos locos, dispuestos para que aquella forme un canal central. El número de rodillos guarda cierta proporcionalidad con la anchura de la cinta. Los rodillos están espaciados de modo tal que no se produzca deformación de la banda. En general, son propulsados en los extremos. La capacidad es función del área, la velocidad y el tipo de material. Sirven para todo tipo de material, excepto pegajosos o calientes. Las bandas o cintas pueden ser delona, caucho, balata reforzada, etc. Y el ancho varía entre 35 y 150 cm. Los tipos de soportes pueden ser: Las variaciones de carga, temperatura, humedad, afectan a la longitud de la banda, entonces debe existir un dispositivo para evitar que se afloje y resbale en las poleas motoras. La manera más simple de tensar la banda consiste en montar el eje de la polea de cabeza o de la cola sobre unos soportes deslizantes, de forma que puedan moverse hacia adelante y atrás. Cinta tubular o cremallera Está constituida por una banda cuyos bordes se cierran mediante una cremallera, formando así un tubo continuo. Una vez cargado y cerrado el tubo, se traslada hasta el lugar deseado de descarga, donde se abre la cremallera, que sigue abierta hasta llegar nuevamente al punto de carga. El tubo que se forma es flexible y enteramente cerrado. Son usadas en la industria farmacéutica para que el material no se contamine y evite la humedad. B) Transportadores de arrastre o de listones Transportador de eslabones Son utilizados para cargas pesadas. No son necesarias ni paletas ni listones, ya que es suficiente el contacto con la cadena para desplazar el material. Las mallas son metálicas y se utiliza para el transporte de materiales calientes, por ejemplo llevar materiales al horno. Transportador de bandejas Están constituidos en base a una o dos cadenas, a las que van unidas barras transversales, que se arrastran sobre el fondo plano de un canal. Se usan para transportar materiales sueltos como viruta, aserrín y basura. C) Transportador de cadena Transportador de rasquetas Está constituido por 1 o 2 cadenas sin fin, que se mueven dentro de una artesa o canal, sobre un grupo de guías. Las cadenas llevan placas de acero, llamadas rasquetas, dispuestas a intervalos regulares. Las cadenas arrastran las paletas y al material sólido a lo largo del canal, y pasan sobre las ruedas dentadas, una de las cuales actúa como motora. Se utilizan para materiales sueltos no abrasivos. Transportador Redler Es un tipo especial de transportador de rasquetas, indicado especialmente para materiales ecos y sueltos (harinas, cementos, arcillas, arena, carbón, granos). Consiste en un conducto metálico (circular, rectangular o cuadrado) a lo largo del cual pasa una cadena provista de rasquetas. Las rasquetas solo ocupan una parte de la sección transversal del conducto, que está total o parcialmente lleno del material. El movimiento de las rasquetas transporta el material por el conducto, debido a que el frotamiento de partículas entre sí resulta mayor que el que se produce entre las mismas y las paredes del conducto. Una de las principales ventajas es que se presta tanto para el transporte vertical como el horizontal. Transportador de cangilones - Elevador de descarga centrífuga: cangilones remachados por su parte posterior a un eslabón de la cadena o banda. Los cangilones se cargan con un material que cae por un vertedero, o por excavación de la carga situada bajo la rueda inferior. La carga es lanzada fuera de los cangilones por acción de la fuerza centrífuga cuando pasan sobre la rueda superior. Se puede utilizar para casi toda clase de productos, tal que no se adhieran y puedan descargarse libremente de los cangilones. - Elevador de descarga por gravedad: cangilones sostenidos por 2 cadenas sin fin, quedan invertidos bajo la rueda superior, efectuando así una descarga eficaz. - Elevador de descarga continua: construido con los cangilones tan próximos entre sí, que cada uno de ellos descarga por acción de la gravedad, pasando la carga sobre la cara superior del cangilón anterior hasta el vertedero de salida. Velocidades mucho menores que los que descargan por fuerza centrífuga. D) Transportador a tornillo Consisten en un eje de acero sobre el cual está sujeta una espiral, cuyo movimiento rotatorio dentro de un canal, provoca el avance del material. Además de trasladar el material lo mezclan. Son compactos, exigen una cámara de carga pequeña y no precisan mecánica de retorno. Los gastos de instalación y mantenimiento son bajos. Al elegir el diámetro se debe considerar el tamaño de los trozos de material. Se construyen en secciones de 2.5 a 4 m de longitud, que pueden acoplarse entre sí. El esfuerzo de torsión que sufre el eje limita la longitud del canal de transporte, que suele ser menor a 30 m. TRITURADORES O QUEBRANTADORES Requerimiento de un equipo ideal: - Tener gran capacidad - Requerir poca potencia por unidad de producto (gasto principal: energía) - Dar un producto de tamaño único Quebrantadores de mandíbula La alimentación se introduce entre dos mandíbulas que forman una V. Una de las mandíbulas (yunque) es fija, está en posición casi vertical y no se mueve; la otra (oscilante), se mueve alternativamente en un plano vertical y forma un ángulo de 20 a 30° con la mandíbula fija. Está accionada por una excéntrica. Las mandíbulas se abren y cierran unas 250 a 400 veces por min. Los tipos más comunes son el Blake y Dodge. El primero de alta producción sin atascamiento y el segundo para baja producción, servicio intermitente y alta relación de reducción. - Quebrantador BLAKE Ambas mandíbulas están revestidas en un metal tenaz, resistente al desgaste por rozamiento tal como el acero al manganeso. La biela de tracción (7) recibe el movimiento casi vertical de la excéntrica, y como una de las riostras (9) está montada sobre un apoyo fijo a un extremo de la estructura del quebrantador, el movimiento de vaivén de la biela provoca sobre la otra riostra igual movimiento de balanceo. La mandíbula se mantiene firme contra la riostra delantera gracias al resorte tensor (13). Por cada vuelta del motor hay medio ciclo de trituración. - Quebrantador DODGE Está sometido a esfuerzos desiguales (se construye solo en modelos pequeños). La mandíbula móvil se está apoyada en la parte inferior, con lo que el ancho de la abertura de descarga permanece prácticamente constante, proporcionando un producto de tamaño más uniforme. No presenta riostras, y la mandíbula se mueve por una excéntrica a través de una biela de tracción. La energía llega a a través de una larga palanca y si el quebrantador se atasca, sus piezas resisten enormes esfuerzos por la inercia del volante. - Quebrantador universal (mov. Compuesto) Este es un quebrantador de mandíbulas de diseño universal; es el resultado de una combinación de los principios de los desintegradores Dodge y Blake. Cada revolución del eje proporciona dos carreras trituradoras, gracias a que el pivote está sobre el extremo inferior de la mandíbula móvil, lo que hace que dicho extremo de la mandíbula se mueva hacia adelante mientras el otro retrocede. Combina el esfuerzo de corte y compresión. Quebrantadores giratorios Un cabezal cónico de trituración gira en el interior de una carcasa en forma de embudo abierta por su parte superior. El cabezal triturador está acoplado a un robusto eje pivotado en la parte superior de la máquina. Una excéntrica acciona el extremo inferior del eje. Por tanto, en cualquier punto de la periferia de la carcasa, el fondo del cabezal de trituración se mueve hacia adentro y afuera de la pared estacionaria. Velocidad típica del cabezal: 125 a 425 rpm. Debido a que alguna de las partes del cabezal de trituración está actuando en todo momento, la descarga de un quebrantador es continua en vez de intermitente. La CAPACIDAD requerida es el criterio para elegir entre un quebrantador giratorio (alta) o de mandíbulas (baja). Quebrantador cónico horizontal El árbol estásoportado por cojinetes, instalados a su vez en el bastidor. El material entra por la tolva al primer cono triturador y, previamente triturado, pasa al segundo cono después de lo cual va al embudo de descarga. El grado de desmenuzamiento del material se regula por medio de un volante. La altura reducida de esta trituradora constituye una notable ventaja en comparación con las de eje vertical. Este modelo se usa especialmente para materiales desmoronables, como por ejemplo, brea, mica, cáscara de nueces, de coca, sales inorgánicas compactas, etc. Quebrantador de rodillo Rodillos lisos - Dan pocos finos - El tamaño del producto depende del espacio entre los rodillos - Las velocidades de los rodillos fluctúan entre 50 – 800 rpm - Las partículas de alimentación aprisionadas por los rodillos se rompen durante la compresión y se descargan por la parte inferior - Su acción se basa en dos rodillos metálicos se superficies lisas que giran en sentido opuesto Rodillos dentados - Las superficies de los rodillos pueden tener estrías, bordes rompedores o dientes - No pueden trabajar con sólidos muy duros - Son más versátiles. No solo operan por compresión sino también por impacto y cizalla - Pueden tener dos rodillos, o solo uno que trabaja frente a una placa curvada fija Quebrantador jaula de ardilla Sirve para desgarrar material fibroso (por ejemplo madera). Formado por dos o más jaulas concéntricas que giran en sentidos opuestos. La alimentación llega a la jaula interior y por fuerza centrífuga se lanza el material hacia el espacio libre entre las dos jaulas donde se desgarra y se descarga. Molinos de martillos Contienen un rotor que gira a alta velocidad. Generalmente el eje es horizontal. La alimentación entra por la parte superior, se trocea y cae a través de una abertura en el fondo. Las partículas se rompen por una serie de martillos giratorios acoplados a un disco rotor. Una partícula que entra en la zona de molienda no puede salir sin ser golpeada por los martillos. Se rompe en pedazos, se proyecta contra la placa estacionaria, rompiéndose todavía en fragmentos más pequeños. Estas a su vez son pulverizadas por los martillos y son impulsadas a través de un tamiz que cubre la abertura de descarga. Con frecuencia se montan sobre el mismo eje varios discos rotores con 4 a 8 martillos. Pueden tratar casi cualquier producto: sólidos fibrosos (cortezas o cueros), virutas de acero, pastas blandas y húmedas, arcilla plástica o una dura roca. Sin embargo la molienda fina está limitada a materiales más blandos. Molinos de muelas Pueden ser también de eje horizontal. Puede ser de rotación simple (un disco gira, otro estacionario) o doble (ambos giran en direcciones contrarias). El material se frota entre dos caras de discos estriados. La alimentación se da por una abertura en el centro de uno de los discos, pasa hacia afuera a través de la separación entre discos y descarga por la periferia. La separación entre discos es ajustable. Se utilizan para talco, yeso (discos de piedra esmeril) madera, almidón, polvos (discos metálicos). Molino de barras (volteo) Las barras son elevadas por la carcasa hasta cerca de la parte superior desde donde caen sobre las partículas. Las barras son generalmente de acero de 25 a 125 mm de diámetro, existiendo en todo momento de distintos tamaño, debido al desgaste que van sufriendo. Tienen una longitud mayor al diámetro del molino, de manera que se ubiquen paralelas al eje. Cuando las barras han sufrido mucho desgaste, tienen que sustituirse antes de que se doblen o se rompan. Molino de bolas (volteo) La mayor parte de la reducción se produce por impacto de la caída de las bolas o guijarros desde cerca de la parte superior de la carcasa. La longitud del cilindro suele ser similar al diámetro. La mayoría son de trabajo continuo. Pueden operar en seco o húmedo. Las bolas tienen de 25 a 125 mm de diámetro y los guijarros de 50 a 175 mm. Molino de bolas cónico La alimentación entra a través de un cono de 60° en la zona de molienda primaria donde el diámetro de la carcasa es máximo. El producto sale por el cono de 30 situado a la derecha. Estos molinos contienen bolas de distintos tamaños que se desgastan y se hacen más pequeñas a medida que opera el molino. Periódicamente se añaden nuevas bolas grandes. Al girar la carcasa las bolas grandes se desplazan hacia el punto de máximo diámetro, mientras que las más pequeñas emigran hacia el punto de descarga. Molinos compartimentados Consiste en más de un compartimiento sucesivo, separados entre sí por rejillas. Cada compartimento lleva carga de bolas decrecientes. La segregación de los medios de molienda ayuda considerablemente a la perdida de energía, haciendo que las bolas grandes y pesadas rompan solamente las partículas grandes, mientras que las bolas pequeñas y ligeras no caigan sobre las partículas grandes a las que no pueden romper. TAMIZADO Y CRIBADO Proceso mecánico de separación de las partículas se un sólido de acuerdo a su tamaño. Ocasionalmente el cribado se realiza en húmedo, si bien lo más frecuente es operar en seco. Los tamices se construyen con telas metálicas, telas de seda o plástico, barras metálicas, placas metálicas perforadas, o alambres de sección transversal triangular (metales más frecuentes acero al carbono o inoxidable). El material que no atraviesa el tamiz se llama rechazo o fracción positiva, y el que lo traspasa se llama tamizado o fracción negativa. Tamizador de barras o parrilla Compuesto por barras paralelas separadas en sus extremos. Pueden estar horizontales o inclinadas de 20 a 50° (según naturaleza del material), de forma trapezoidal para evitar la obstrucción o acuñado de las partículas, suelen ser de acero al Mn debido al desgaste que sufren. Los trozos grandes ruedan y se deslizan hacia el extremo de los rechazos mientras que los trozos pequeños pasan a través de la parrilla y se recogen en un colector. Tamiz rotatorio de tambor El producto, que entra en la boca de carga, a través de un tornillo sinfín interno se introduce en el cilindro de tamizado. El producto, obligado por el sinfín, entra en contacto con la red que permite el paso de la fracción sólida (ej. polvo de viruta), que se descargará en el depósito.En cambio se retienen las impurezas (ej. viruta) y, prosiguiendo el camino en el interior de la red, se transportan luego a la boca de descarga secundaria. La máquina puede estar dotada de un sistema auto limpiante por escobillas, gracias al cual la superficie de criba siempre está eficiente y limpia para el tamizado. Cribado húmedo Tamices de alimentación externa El líquido con los sólidos a separar ingresa en forma continua al equipo. El líquido escurre a través de las aberturas de la malla y los sólidos retenidos en la superficie del tambor acompañan la rotación y son separados por una cuchilla para caer en una tolva. Se utilizan en tratamiento de aguas residuales urbanas y en procesos de aguas rojas, encurtidos, lácteos Tamices de alimentación interna A través de un vertedero, el líquido con los sólidos a separar ingresa en forma continua por un tambor de malla rotativo, donde el líquido escurre y los sólidos son retenidos y expulsados por un extremo del tambor. Aplicaciones similares a los de alimentación externa. RPD Las RPD son tamices a tornillo extractores de sólidos de canales. El líquido con los sólidos a separar fluye en forma continua por el canal hacia un tamiz abierto. El líquido fluye a través de las aberturas de la malladel tamiz y los sólidos retenidos son elevados y desaguados por un tornillo. Se utilizan para aguas verdes, tambos, aguas pluviales, residuales urbanas, industrias lácteas, citrícolas, alimenticias en general.
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