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Informe de equipos rotativos, componentes, propiedades y curvas...

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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA UNIVERSIDAD POLITÉCNICA TERRITORIAL DE FALCÓN “ALONSO GAMERO” PROGRAMA NACIONAL DE FORMACIÓN EN MECÁNICA UNIDAD CURRICULAR: ELECTIVA EQUIPOS ROTATIVOS

Equipos Rotativos

PROF- GUÍA: Ing. Antonio Navas AUTORES: T.S.U Hans Díaz E-84.494.789 T.S.U Ramón Fuguet V-26.937.610 T.S.U Elio Yánez V-25.784.211 T.S.U Marisela Molina V-25.613.187 T.S.U José Gómez V-25.613.608 T.S.U Fernando Díaz V-24.718.999

SANTA ANA DE CORO; JULIO DE 2020

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Equipos rotativos.

Los equipos rotativos son máquinas o equipos tecnológicos que tienen como finalidad realizar un trabajo, su principio de funcionamiento se encuentra dado por un eje el cual rota sobre su centro y transmite el movimiento a un efector final (impulsores, alabes, engranes, lóbulos, cuchillos, etc.) dicho eje debe estar soportado por elementos conocidos como “rodamientos” cuya función es proveer una estabilidad motriz al eje y que le permita “rodar”. El equipo rotatorio por sí solo no genera movimiento, requiere un sistema externo que lo genere, las maquinas más comunes que se utilizan para generar el movimiento son los motores y lo trasmiten al equipo rotatorio a través de un sistema de acoplamiento. En todo equipo rotatorio existe una parte fija y una móvil. La parte fija puede tener diversos nombres dependiendo del equipo en cuestión. La parte móvil a menudo se conoce como “Elemento Rotatorio” y está conformado por el Eje, los rodamientos y el efector final. El Elemento Rotatorio puede girar a bajas o altas velocidades y debido a esto siempre deben de existir “claros” (espacios) entre la parte fija y la móvil, para evitar genera fricción excesiva entre los materiales usualmente metales que acabaría rápidamente con el equipo. El reto al sellar un equipo rotatorio es contener un fluido entre algo fijo y algo móvil cuidando de no comprometer la integridad mecánica del equipo rotatorio. 

Importancia y función de los equipos rotativos en la industria.

En la industria se utilizan equipos rotatorios para interactuar con fluidos, las tareas más comunes que realizan son desplazar los fluidos de un lugar a otro donde son requeridos, mezclarlos para generar productos nuevos y/o agitarlos para que sus propiedades físicas permanezcan estables. Los equipos rotatorios son importantes para la industria ya que con que ellos se pueden realizar con mayor facilidad varios trabajos acoplándolos a cualquier otro mecanismo giratorio. Como lo hacen las turbinas permitiéndoles crear energía

eléctrica la cual es fundamental para la industria al momento de usar los motores eléctricos. 

Diferentes tipos de equipos rotativos y ejemplos.

A. BOMBAS CENTRIFUGAS Las industrias químicas son usuarios principales de bombas de todos los tipos, pero en particular de las centrífugas. Las bombas centrífugas, también denominadas rotativas, tienen un motor de paletas giratorio sumergido en el líquido. El líquido entra en la bomba cerca del eje del motor, y las paletas lo arrastran hacia sus extremos a alta presión.

El

motor

también

proporciona

al

líquido

una

velocidad

relativamente alta, que puede transformarse en presión en una parte estacionaria de la bomba, conocida como difusor. Ejemplos: 1. Bombas voluta: aquí el impulsor descarga en una caja espiral que se expande progresivamente, proporcionada en tal forma que la velocidad del líquido se reduce en forma gradual. Por este medio, parte de la energía de velocidad del líquido se convierte en presión estática. 2. Bombas difusor: las paletas direccionales estacionarios rodean el motor o impulsor en una bomba del tipo difusor. Esos pasajes con expansión gradual cambian la dirección del flujo del líquido y convierten la energía de velocidad a columna de presión. 3. Bombas de flujo mixto: las bombas de flujo mixto, desarrollan su columna parcialmente por fuerzas centrífugas y parcialmente por el impulsor de las paletas sobre el líquido. El diámetro de descarga de los impulsores es mayor que el de entrada 4. Bombas de flujo axial: desarrollan su columna por la acción de impulso o elevación de las paletas sobre el líquido. El diámetro del impulsor es el

mismo en el lado de succión y en el de descarga. Una bomba de impulsor es un tipo de bomba axial. B. COMPRESORES Un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como gases y los vapores. Esto se realiza a través de un intercambio de energía entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la sustancia que pasa por él convirtiéndose en energía de flujo, aumentando su presión y energía cinética impulsándolo a fluir. Ejemplos: 1. COMPRESOR

RECIPROCANTE

Es

un

compresor

de

desplazamiento positivo, en el que la compresión se obtiene por desplazamiento de un pistón moviéndose lineal y secuencialmente de atrás hacia adelante dentro de un cilindro; reduciendo de esta forma, el volumen de la cámara (cilindro) donde se deposita el gas; este efecto, origina el incremento en la presión hasta alcanzar la presión de descarga, desplazando el fluido a través de la válvula de salida del cilindro. El cilindro, está provisto de válvulas que operan automáticamente por diferenciales de presión, como válvulas de retención para admitir y descargar gas. 2. COMPRESORES CENTRIFUGOS Los compresores centrífugos, también llamados compresores radiales, son un tipo especial de turbomaquinaria que incluye bombas, ventiladores, o compresores. Si se le quiere dar una definición, se puede considerar que los compresores centrífugos producen un incremento de densidad mayor que un 5 por ciento. Además, la velocidad relativa del fluido

puede alcanzar un número de Mach 0.3 si el fluido de trabajo es aire o nitrógeno.

C. TURBINAS Es el nombre genérico que se da a la mayoría de las turbomáquinas motoras. Éstas son máquinas de fluido, a través de las cuales pasa un fluido en forma continua y éste le entrega su energía a través de un rodete con paletas o álabes. La turbina es un motor rotativo que convierte en energía mecánica la energía de una corriente de agua, vapor de agua o gas. El elemento básico de la turbina es la rueda o rotor, que cuenta con palas, hélices, cuchillas o cubos colocados alrededor de su circunferencia, de tal forma que el fluido en movimiento produce una fuerza tangencial que impulsa la rueda y la hace girar. Esta energía mecánica se transfiere a través de un eje para proporcionar el movimiento de una máquina, un compresor, un generador eléctrico o una hélice. Ejemplos:

1. Una turbina hidráulica es una turbomáquina motora hidráulica, que aprovecha la energía de un fluido que pasa a través de ella para producir un movimiento de rotación que, transferido mediante un eje, mueve directamente una máquina o bien un generador eléctrico que transforma la energía mecánica en eléctrica, así son el órgano fundamental de una central hidroeléctrica. Dentro de las turbinas hidráulicas están: 1.1 Turbina Kaplan: son turbinas axiales, que tienen la particularidad de poder variar el ángulo de sus palas durante su funcionamiento.

Están diseñadas para trabajar con saltos de agua pequeños y con grandes caudales. (Turbina de reacción) Turbina Hélice: tienen las válvulas regulables como las turbinas kaplan, pero a diferencia de estas, el ángulo de sus palas es fijo. En lugar de la variación del ángulo, se puede cambiar la velocidad del rotor. Así, de la vista hidráulica se vuelve el mismo efecto como con la variación de palas. 1.2 Turbina Pelton: Son turbinas de flujo transversal, y de admisión parcial. Directamente de la evolución de los antiguos molinos de agua, y en vez de contar con álabes o palas se dice que tiene cucharas. Están diseñadas para trabajar con saltos de agua muy grandes, pero con caudales pequeños. (Turbina de acción) 1.3 Turbina Francis: Son turbinas de flujo mixto y de reacción. Existen algunos diseños complejos que son capaces de variar el ángulo de sus álabes durante su funcionamiento. Están diseñadas para trabajar con saltos de agua medios y caudal medios. 1.4 Turbina Ossberger / Banki / Michell: La turbina OSSBERGER es una turbina de libre desviación, de admisión radial y parcial. Debido a su número específico de revoluciones cuenta entre las turbinas de régimen lento. El distribuidor imprime al chorro de agua una sección rectangular, y éste circula por la corona de paletas del rodete en forma de cilindro, primero desde fuera hacia dentro y, a continuación, después de haber pasado por el interior del rodete, desde dentro hacia fuera. 1.5 Turbina Turgo: Es una turbina hidráulica de impulso diseñada para saltos de desnivel medio. El rodete de una Turgo se parece a un rodete Pelton partido por la mitad. Para la misma potencia,

el rodete Turgo tiene la mitad del diámetro que el de un rodete Pelton y dobla la velocidad específica. 2. 2 turbinas térmicas Son aquellas cuyo fluido de trabajo sufre un cambio de densidad considerable a través de su paso por la máquina. Estas se suelen clasificar en dos subconjuntos distintos debido a sus diferencias fundamentales de diseño:

2.1 Turbinas de vapor: su fluido de trabajo puede sufrir un cambio de fase durante su paso por el rodete; este es el caso de las turbinas a mercurio, que fueron populares en algún momento, y el de las turbinas a vapor de agua, que son las más comunes. 2.2 Turbinas de gas: En este tipo de turbinas no se espera un cambio de fase del fluido durante su paso por el rodete.

D. Motores: Los motores como definición integral son aquellos que transforman algún tipo de energía como térmica y eléctrica en una mecánica. Su funcionamiento y principio es casi siempre le mismo, ser capaz de mover un objeto y que éste pueda a su vez cumplir una tarea determinada. Ya sea que el motor es usado por un vehículo o cualquier otro mecanismo, el efecto de mover otros elementos a través de sí se cumple siempre. Ejemplos: 1. Motores de energía térmica: Los tipos de motores térmicos son en pocas palabras aquellos que transforman la energía térmica, es decir calor en energía mecánica, la forma de la energía térmica puede variar sin embargo el principio se mantiene, el cual es mover objetos. El principio de funcionamiento

de este tipo de motores es detallado a través de un esquema termodinámico simple como el que se muestra a continuación. 2. Los motores eléctricos: son propulsores que no necesitan de una combustión interna para proporcionar la energía, sino que ésta viene a través de la fuerza que producen el estator y el rotor. Estos sistemas pueden funcionar tanto a través de baterías como conectados a una red eléctrica. Dentro

de

los

motores

eléctricos

podemos

encontrar

una

clasificación principal que los distingue en tres tipologías:

2.1 De corriente continua: Tienen un diseño bastante complicado y permiten modificar la velocidad simplemente ajustando la tensión. Son más caros de fabricar y sus aplicaciones todavía son limitadas.

2.2 De corriente alterna: Están

diseñados para

funcionar

a

velocidades fijas. Son sencillos, baratos y muy usados tanto a nivel industrial como doméstico. 2.3 Universales: Pueden funcionar tanto con corriente continua como con corriente alterna, y son ampliamente utilizados tanto a nivel profesional o industrial, como a nivel doméstico para dotar de potencia a diversos electrodomésticos cotidianos.

3 motores a vapor: Los motores a vapor, son motores de combustión externa, que utilizan la energía térmica del agua, proporcionada por la quema de un combustible (carbón, hulla, madera), transformándola en energía mecánica capaz de ser utilizada para accionar aparatos.

En un principio de la historia de los motores estos fueron los que se adueñaron de los caminos, las locomotoras de los primeros años de la revolución industrial fueron movidos por el esquema de la quema de carbón e hicieron posible el transporte de maquinaria pesada.

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Bombas.

Las bombas son unas máquinas que absorben energía mecánica que puede provenir de un motor eléctrico, térmico, etc., y la transforma en energía que la transfiere a un fluido como energía hidráulica la cual permite que el fluido pueda ser transportado de un lugar a otro, a un mismo nivel y/o a diferentes niveles y/o a diferentes velocidades.

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Importancia de las bombas en la industria y su función.

La importancia de las bombas es debido a que pueden aumentar la velocidad de un fluido haciendo más rápido su traslado de un lugar a otro la cual es su principal función. Las bombas son indispensables en la industria ya que facilitan el transporte de los fluidos con mayor eficacia a comparación si se hiciera por cuestiones de la gravedad. La función de una bomba centrífuga es la de bombear y transportar líquidos o fluidos entre distintos puntos o niveles a través de un sistema de distribución (tuberías). Esto se realiza mediante la transformación de la energía mecánica del motor de la bomba en energía hidráulica, lo que permite el movimiento del fluido desde puntos a distinta presión. Simplemente basándonos en la definición de su función podemos imaginar las múltiples aplicaciones de las bombas centrífugas en los distintos procesos industriales. Por dar una idea de la importancia de las bombas centrífugas aquí os mostramos un pequeño listado, no completo, de algunas industrias en los que se

hace uso de las mismas en el sistema de producción. Así, encontramos bombas centrífugas en sectores tan diversos como: sector de la industria alimentaria; industria petroquímica; sector de la cosmética y farmacéutica; en sistemas de distribución de agua potable y plantas depuradoras; plantas desaladoras; explotaciones agrícolas y ganaderas o piscifactorías; etc.

Dependiendo del tipo de líquido o fluido y las características de la industria, las bombas tendrán capacidades y características concretas y específicas acorde al tipo de sustancia o material con el que deba trabajar. A modo de ejemplo por la diversidad que suponen, os mostramos algunas características que deben cumplir las bombas en la industria alimentaria y la industria petroquímica.

La industria alimentaria es a su vez muy amplia (cárnicas, dulces, oleícolas, vitivinícolas, etc.), pero una de sus características comunes es que debe tener muy presente unos niveles altos de limpieza y seguridad toxicológica. Por tanto, las bombas centrífugas utilizadas en este sector deben estar dotadas de sistemas especiales de recubrimiento que impidan el contacto con cualquier fluido de la bomba. También se debe cuidar especialmente las características del producto transportado (texturas, aireación, temperatura, etc.) que a su vez puede presentar características muy diversas según el tipo de industria alimentaria. Por tanto, existen gran variedad de modelos de bombas centrífugas, cada una adaptada a los distintos procesos, ya que en la industria alimentaria se trabaja con gran variedad de fluidos, distintas viscosidades, necesitar distintas capacidades de caudal, Y siempre considerando que las actuaciones de las bombas no alteren ni la calidad ni las propiedades organolépticas del producto.

La industria química y petroquímica. En este caso se trabaja con sustancias derivadas del petróleo en estado líquido o gas (hidrocarburos) y por tanto sustancias altamente combustibles y contaminantes. Es por ello que los sistemas

de seguridad en este tipo de bombas deben ser los más altos. Las características más destacables de estas bombas son la estanqueidad y seguridad, así como la elevada resistencia al desgaste por el bombeo de productos abrasivos y altas temperaturas. Igualmente, todo el proyecto y diseño del sistema de distribución y bombeo debe cumplir con estrictas normas de regulación a nivel internacional.

Aunque en un principio la función de una bomba centrífuga es la misma para cualquier tipo de industria sus características técnicas pueden variar muchísimo atendiendo al tipo de fluido con el que trabajen. Debido a la gran diversidad técnica de bombas centrífugas contar con empresas comercializadoras de bombas centrífugas especializadas en cada uso nos asegura un eficiente funcionamiento de toda nuestra instalación. Clasificación de las bombas según sus componentes: Las bombas se clasifican en tres tipos principales: 

De émbolo alternativo.



De émbolo rotativo.



Rotodinámicas.

Los dos primeros operan sobre el principio de desplazamiento positivo, es decir, que bombean una determinada cantidad de fluido (sin tener en cuenta las fugas independientemente de la altura de bombeo). El tercer tipo debe su nombre a un elemento rotativo, llamado rodete, que comunica velocidad al líquido y genera presión. La carcaza exterior, el eje y el motor completan la unidad de bombeo. En su forma usual, la bomba de émbolo alternativo consiste en un pistón que tiene un movimiento de vaivén dentro de un cilindro. Un adecuado juego de válvulas permite que el líquido sea aspirado en una embolada y lanzado a la turbina de impulsión en la siguiente.

En consecuencia, el caudal será intermitente a menos que se instalen recipientes de aire o un número suficiente de cilindros para uniformar el flujo. Aunque las bombas de émbolo alternativo han sido separadas en la mayoría de los campos de aplicación por las bombas rotodinámicas, mucho más adaptables, todavía se emplean ventajosamente en muchas operaciones industriales especiales. Las bombas de émbolo rotativo generan presión por medio de engranajes o rotores muy ajustados que impulsan periféricamente al líquido dentro de la carcasa cerrada. El caudal es uniforme y no hay válvulas. Este tipo de bombas es eminentemente adecuado para pequeños caudales (menores de 1 pie3/s y el líquido viscoso). Las variables posibles son muy numerosas. La bomba rotodinámica es capaz de satisfacer la mayoría de las necesidades de la ingeniería y su uso está muy extendido. Su campo de utilización abarca desde abastecimientos públicos de agua, drenajes y regadíos, hasta transporte de hormigón o pulpas. Los diversos tipos se pueden agrupar en:

Centrífugos. Son el tipo más corriente de bombas rotodinámicas, y se denomina así porque la cota de presión que crean es ampliamente atribuible a la acción centrífuga. Pueden estar proyectadas para impulsar caudales tan pequeños como 1 gal/min. o tan grandes como 4.000.000 gal/min, mientras que la cota generada puede variar desde algunos pies hasta 400. El rendimiento de las de mayor tamaño puede llegar al 90%. El rodete consiste en cierto número de álabes curvados en dirección contraria al movimiento y colocados entre dos discos metálicos.

El agua entra por el centro u ojo del rodete y es arrastrada por los álabes y lanzada en dirección radial. Esta aceleración produce un apreciable aumento de energía de presión y cinética. A la salida, el movimiento del fluido tiene componentes radial y transversal. Para que no haya una pérdida notable de energía, y por tanto de rendimiento, es esencial transformar en la mayor medida posible la considerable cota cinemática a la salida del rodete en la más útil cota de presión. Normalmente, esto se consigue construyendo la carcasa en forma de espiral, con lo que la sección del flujo en la periferia del rodete va aumentando gradualmente. Para caudales grandes se usa el rodete de doble aspiración, que es equivalente a dos rodetes de simple aspiración ensamblados dorso con dorso; esta disposición permite doblar la capacidad sin aumentar el diámetro del rodete. Es más cara de fabricar, pero tiene la ventaja adicional de solucionar el problema del empuje ax...