Repblica Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Educacin Universitaria

Instituto Universitario de Tecnologa de Yaracuy

Independencia Estado Yaracuy

Profesor:

Ing. Carlos Brugaletta

Independencia, 2014

Mecnica de Fluidos Bombas, Vlvulas y Tubo Venturi

Autor:

Pinto A. Freddy J. EXP: 25566

NDIDE GENERAL

NDICE DE FIGURAS ............................................................................................ III

INTRODUCCIN .................................................................................................... 4

1. BOMBAS ............................................................................................................ 6

1.1. CLASIFICACIN DE LAS BOMBAS .......................................................... 6

1.1.1. BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO .................................... 6

1.1.2. BOMBAS CINTICAS ......................................................................... 8

1.2. IMPORTANCIA ........................................................................................ 12

2. VLVULAS ....................................................................................................... 13

2.1. TIPOS DE VLVULAS ............................................................................. 13

2.1.1. VLVULAS DE MOVIMIENTO LINEAL ............................................. 14

2.1.2. VLVULAS DE MOVIMIENTO CIRCULAR ....................................... 19

2.2. IMPORTANCIA ........................................................................................ 22

3. TUBO VENTURI ............................................................................................... 24

2.3. PRINCIPIO ............................................................................................... 25

2.4. VENTAJAS ............................................................................................... 25

2.5. USOS Y APLICACIONES ........................................................................ 26

CONCLUSIN ...................................................................................................... 28

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS ..................................................................... 30

II

NDICE DE FIGURAS

Figura 1. 1. Bombas de desplazamiento positivo a) de pistn b) de mbolo [2]. .... 7

Figura 1. 2. Esquema de una bomba rotativa de engranajes [2]. ........................... 8

Figura 1. 3. Esquema de una bomba centrifuga [2]. ............................................. 10

Figura 2. 1. Vlvulas de globo [7]. ....................................................................... 14

Figura 2. 2. Vlvula en ngulo [7]. ........................................................................ 15

Figura 2. 3. Vlvulas de tres vas [7]. ................................................................... 15

Figura 2. 4. Vlvula de jaula [7]. ........................................................................... 16

Figura 2. 5. Vlvula en y [7]. ................................................................................. 17

Figura 2. 6. Vlvula de cuerpo partido [7]. ............................................................ 17

Figura 2. 7. Vlvula de Saunders [7]. ................................................................... 18

Figura 2. 8. Vlvula de compresin [7]. ................................................................ 18

Figura 2. 9. Vlvula de obturador excntrico [7]. .................................................. 19

Figura 2. 10. Vlvula de obturador cilndrico [7]. .................................................. 20

Figura 2. 11.Vlvula de mariposa [7]. ................................................................... 20

Figura 2. 12. Vlvula de bola [7]. .......................................................................... 21

Figura 3. 1. Esquema de un tubo venturi [3]. ........................................................ 24

III

INTRODUCCIN

La mecnica de fluidos es una rama de la mecnica de los medios continuos,

y esta a su vez es una rama de la fsica que estudia el movimiento de los fluidos y

las fuerzas que los provocan; los fluidos se dividen en gases y lquidos, estos tienen

una caracterstica similar y es que son incapaces de resistir esfuerzos cortantes, y

esto provoca que no tengan una forma definida.

Dentro de la mecnica de fluidos podemos encontrar una gran variedad de

instrumentos como bombas, vlvulas, tubos Venturi, entre muchos otros, cada uno

con aplicaciones y funciones especifica.

Una bomba es una mquina hidrulica generadora que transforma la energa

con la que es accionada en energa del fluido incompresible que mueve. El fluido

incompresible puede ser lquido o una mezcla de lquidos y slidos como puede ser

el hormign antes de fraguar o la pasta de papel. Al incrementar la energa del fluido,

se aumenta su presin, su velocidad o su altura, todas ellas relacionadas segn el

principio de Bernoulli. En general, una bomba se utiliza para incrementar la presin

de un lquido aadiendo energa al sistema hidrulico, para mover el fluido de una

zona de menor presin o altitud a otra de mayor presin o altitud.

Existe una ambigedad en la utilizacin del trmino bomba, ya que

generalmente es utilizado para referirse a las mquinas de fluido que transfieren

energa, o bombean fluidos incompresibles, y por lo tanto no alteran la densidad de

su fluido de trabajo, a diferencia de otras mquinas como lo son los compresores,

cuyo campo de aplicacin es la neumtica y no la hidrulica. Pero tambin es comn

encontrar el trmino bomba para referirse a mquinas que bombean otro tipo de

fluidos, as como lo son las bombas de vaco o las bombas de aire.

4

Por otra parte, una vlvula se puede definir como un aparato mecnico con

el cual se puede iniciar, detener o regular la circulacin (paso) de lquidos o gases

mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o ms

orificios o conductos. Las vlvulas son una de las partes bsicas en una planta en

la industria de procesos qumicos.

Existen una gran variedad de vlvulas, todas varias de acuerdo a su

funcionalidad, operabilidad, tipo, entre otras.

Por ltimo, un tubo de Venturi es un dispositivo inicialmente diseado para

medir la velocidad de un fluido aprovechando el efecto Venturi. Sin embargo,

algunos se utilizan para acelerar la velocidad de un fluido obligndole a atravesar

un tubo estrecho en forma de cono. Estos modelos se utilizan en numerosos

dispositivos en los que la velocidad de un fluido es importante y constituyen la base

de aparatos como el carburador.

La aplicacin clsica de medida de velocidad de un fluido consiste en un tubo

formado por dos secciones cnicas unidas por un tubo estrecho en el que el fluido

se desplaza consecuentemente a mayor velocidad. La presin en el tubo Venturi

puede medirse por un tubo vertical en forma de U conectando la regin ancha y la

canalizacin estrecha. La diferencia de alturas del lquido en el tubo en U permite

medir la presin en ambos puntos y consecuentemente la velocidad.

5

1. BOMBAS

Las bombas son dispositivos que se encargan de transferir energa a la

corriente del fluido impulsndolo, desde un estado de baja presin esttica a otro

de mayor presin. Estn compuestas por un elemento rotatorio denominado

impulsor, el cual se encuentra dentro de una carcasa llamada voluta. Inicialmente la

energa es transmitida como energa mecnica a travs de un eje, para

posteriormente convertirse en energa hidrulica. El fluido entra axialmente a travs

del ojo del impulsor, pasando por los canales de ste y suministrndosele energa

cintica mediante los labes que se encuentran en el impulsor para posteriormente

descargar el fluido en la voluta, el cual se expande gradualmente, disminuyendo la

energa cintica adquirida para convertirse en presin esttica [1, 2].

1.1. CLASIFICACIN DE LAS BOMBAS

Se pueden considerar dos grandes grupos: desplazamiento positivo

(reciprocantes y rotativas) y cinticas (centrfugas, efecto especial y turbina

regenerativa) [3].

1.1.1. BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO

Estas bombas guan al fluido que se desplaza a lo largo de toda su

trayectoria, el cual siempre est contenido entre el elemento impulsor, que puede

ser un embolo, un diente de engranaje, un aspa, un tornillo, entre otros, y la carcasa

o el cilindro. El movimiento del desplazamiento positivo consiste en el movimiento

de un fluido causado por la disminucin del volumen de una cmara. Por

consiguiente, en una mquina de desplazamiento positivo, el elemento que origina

6

el intercambio de energa no tiene necesariamente movimiento alternativo (mbolo),

sino que puede tener movimiento rotatorio (rotor) [1].

En las mquinas de desplazamiento positivo, tanto reciprocantes como

rotativas, siempre hay una cmara que aumenta de volumen (succin) y disminuye

volumen (impulsin), por esto a stas mquinas tambin se les denomina

volumtricas [2]. Pueden clasificarse en:

1.1.1.1. RECIPROCANTES

Llamadas tambin alternativas, en estas mquinas, el elemento que

proporciona la energa al fluido lo hace en forma lineal y alternativa. La caracterstica

de funcionamiento es sencilla depende del llenado y vaciado sucesivo de

receptculos de volumen fijo, para lo cual cierta cantidad de agua es obligada a

entrar al cuerpo de la bomba en donde queda encerrada momentneamente, para

despus ser forzada a salir por la tubera de descarga. De lo anterior se deduce, en

trminos generales, que el gasto de una bomba reciprocante es directamente

proporcional a su velocidad de rotacin y casi independiente de la presin de

bombeo [1, 3].

Figura 1. 1. Bombas de desplazamiento positivo a) de pistn b) de mbolo [2].

7

1.1.1.2. ROTATIVAS

Llamadas tambin rotoestticas, debido a que son mquinas de

desplazamiento positivo, provistas de movimiento rotatorio, y son diferentes a las

rotodinmicas. Estas bombas tienen muchas aplicaciones segn el elemento

impulsor. El fluido sale de la bomba en forma constante, puede manejar lquidos

que contengan aire o vapor. Su principal aplicacin es la de manejar lquidos

altamente viscosos, lo que ninguna otra bomba puede realizar [1].

1.1.2. BOMBAS CINTICAS

En este tipo de bombas un elemento rotativo mueve el fluido en el sentido de

su rotacin generando energa por razn a su movimiento pudindose variar

dependiendo de la masa y resistencia de la lnea de descarga [2]. Pueden

clasificarse en:

1.1.2.1. EFECTO ESPECIAL

Las bombas capaces de soportar el servicio con metales lquidos se conocen

como bombas electromagnticas. La fuerza impulsora en las bombas

Figura 1. 2. Esquema de una bomba rotativa de engranajes [2].

8

electromagnticas no proviene de un sistema impulsor mecnico a base de pistn.

La fuerza ejercida sobre el metal lquido proviene de la aplicacin inteligente de los

principios del electromagnetismo. Los metales lquidos son conductores elctricos.

Si por ellos circula una corriente elctrica en presencia de un campo magntico, se

produce el mismo fenmeno que ocurre en los motores elctricos. La interaccin de

los dos campos, elctrico y magntico, origina la aparicin de una fuerza sobre el

metal lquido. Existen varios procedimientos para hacer circular una corriente por el

metal lquido y para crear el campo magntico externo necesario, al igual que ocurre

en las mquinas elctricas tradicionales. Pero la caracterstica ms importante,

comn a todos los tipos de bombas electromagnticas es la ausencia de partes

mviles en contacto con el metal lquido [1, 3].

1.1.2.2. TURBINA REGENERATIVA

En este tipo se producen remolinos en el lquido por medio de los labes a

velocidades muy altas, dentro del canal anular donde gira el impulsor. El lquido va

recibiendo impulsos de energa no se debe confundir a las bombas tipo difusor de

pozo profundo, llamadas frecuentemente bombas turbinas aunque no se asemeja

en nada a la bomba perifrica [1].

1.1.2.3. BOMBAS CENTRFUGAS

Son aquellas en que el fluido ingresa a sta por el eje y sale siguiendo una

trayectoria perifrica por la tangente. Una bomba centrfuga es una mquina que

consiste de un conjunto de paletas rotatorias encerradas dentro de una caja o crter,

o una cubierta o coraza. Se denominan as porque la cota de presin que crean es

ampliamente atribuible a la accin centrfuga. Las paletas imparten energa al fluido

9

por la fuerza de esta misma accin. As, despojada de todos los refinamientos, una

bomba centrfuga tiene dos partes principales: (1) Un elemento giratorio, incluyendo

un impulsor y una flecha, y (2) un elemento estacionario, compuesto por una

cubierta, estoperas y chumaceras [2].

Los elementos constructivos de una bomba centrifuga son:

a) Una tubera de aspiracin: Esta que concluye prcticamente en la brida de aspiracin.

b) El Impulsor o rodete: Est formado por una serie de labes de diversas

formas que giran dentro de una carcasa circular. El rodete va unido

solidariamente al eje y es la parte mvil de la bomba. El lquido penetra

axialmente por la tubera de aspiracin hasta el centro del rodete, que es

accionado por un motor, experimentando un cambio de direccin ms o

menos brusco, pasando a radial, (en las centrfugas), o permaneciendo

axial, (en las axiales), adquiriendo una aceleracin y absorbiendo un

Figura 1. 3. Esquema de una bomba centrifuga [2].

10

trabajo. Los labes del rodete someten a las partculas de lquido a un

movimiento de rotacin muy rpido, siendo proyectadas hacia el exterior

por la fuerza centrfuga, de forma que abandonan el rodete hacia la voluta

a gran velocidad, aumentando su presin en el impulsor segn la

distancia al eje. La elevacin del lquido se produce por la reaccin entre

ste y el rodete sometido al movimiento de rotacin; en la voluta se

transforma parte de la energa dinmica adquirida en el rodete, en energa

de presin, siendo lanzados los filetes lquidos contra las paredes del

cuerpo de bomba y evacuados por la tubera de impulsin. La carcasa,

(voluta), est dispuesta en forma de caracol, de tal manera, que la

separacin entre ella y el rodete es mnima en la parte superior; la

separacin va aumentando hasta que las partculas lquidas se

encuentran frente a la abertura de impulsin; en algunas bombas existe,

a la salida del rodete, una directriz de labes que gua el lquido a la salida

del impulsor antes de introducirlo en la voluta.

c) Una tubera de impulsin: La finalidad de la voluta es la de recoger el

lquido a gran velocidad, cambiar la direccin de su movimiento y

encaminarle hacia la brida de impulsin de la bomba. La voluta es tambin

un transformador de energa, ya que disminuye la velocidad (transforma

parte d la energa dinmica creada en el rodete en energa de presin),

aumentando la presin del lquido a medida que el espacio entre el rodete

y la carcasa aumenta [4].

Este es, en general, el funcionamiento de una bomba centrfuga aunque

existen distintos tipos y variantes. La estructura de las bombas centrfugas es

anloga a la de las turbinas hidrulicas, salvo que el proceso energtico es inverso;

en las turbinas se aprovecha la altura de un salto hidrulico para generar una

11

velocidad de rotacin en la rueda, mientras que en las bombas centrfugas la

velocidad comunicada por el rodete al lquido se transforma, en parte, en presin,

logrndose as su desplazamiento y posterior elevacin [3, 5].

1.2. IMPORTANCIA

Las bombas son de gran importancia en la mecnica de fluidos, debido a su

capacidad de producir vaco, con lo cual se puede empujar el fluido hacia donde se

desee transportar. Desempean un papel de suma importancia en muchas

industrias, sistemas y procesos. Sus aplicaciones van desde la industria qumica,

petrolera, textil, alimentaria, papelera, siderrgica, hasta la minera, la aeronutica,

la construccin, plantas de almacenamiento, de calefaccin, termoelctricas, de

energa nuclear, sistemas de suministro de agua potable y residual, entre muchas

otras.

En la industria qumica es donde desempean su papel mas importante pues,

esta industria, es la que presenta problemas de bombeo ms complejos y la que

requiere de diversas bombas para manejar sustancias de diferente naturaleza. Las

materias primas en estado lquido generalmente son abastecidas en carros tanque

de donde deben bombearse a travs de diferentes partes del sistema de tubera,

las bombas centrfugas se usan en las plantas qumicas para manejar

aproximadamente el 90% de los lquidos corrosivos, la razn de esto, es la ventaja

que presentan de trabajar con holguras ms amplias, lo cual es de gran importancia

cuando se usan aleaciones inoxidables.

12

2. VLVULAS

Una vlvula es un dispositivo mecnico destinado a controlar, retener, regular

o dar paso a un fluido lquido o gaseoso mediante una pieza movible que abre, cierra

u obstruye en forma parcial uno o ms orificios o conductos. Una vlvula es tan

complejo que puede variar su uso desde una tubera de agua potable en un edificio

hasta una gran reguladora de presin en una canalizacin pblica [6].

Bsicamente la vlvula es un ensamblaje compuesto de un cuerpo con

conexin a una tubera, y de un obturador operado por un accionamiento, que

impide el paso del fluido cuando est en posicin de cierre en contacto con los

sellos.

Adems de los elementos y sistemas de estanqueidad intrnsecos para cada

tipo de vlvula, stas pueden llevar incorporadas una serie de accesorios como

posicionadores, transductores, reguladores de presin, entre otros, que

proporcionan informacin y facilitan tambin la automatizacin de la vlvula [7].

Las vlvulas son unos de los instrumentos de control ms esenciales en la

industria. Debido a su diseo y materiales, las vlvulas pueden abrir y cerrar,

conectar y desconectar, regular, modular o aislar una enorme serie de lquidos y

gases, desde los ms simples hasta los ms corrosivos o txicos [6].

2.1. TIPOS DE VLVULAS

Las vlvulas pueden ser de varios tipos segn sea el diseo del cuerpo y el

movimiento del obturador. Pueden clasificarse en dos grandes grupos:

13

2.1.1. VLVULAS DE MOVIMIENTO LINEAL

Las vlvulas de movimiento lineal en las que el obturador se mueve en la

direccin de su propio eje [7], se clasifican como se especifica a continuacin:

2.1.1.1. VLVULA DE GLOBO

Puede verse en la Figura 2. 1, siendo de simple asiento, de doble asiento y de obturador equilibrado respectivamente. Las vlvulas de simple asiento precisan

de un actuador de mayor tamao para que el obturador cierre en contra de la presin

diferencial del proceso. Por lo tanto, se emplean cuando la presin del fluido es baja

y se precisa que las fugas en posicin de cierre sean mnimas. El cierre estanco se

logra con obturadores provistos de una arandela de tefln. En la vlvula de doble

asiento o de obturador equilibrado la fuerza de desequilibrio desarrollada por la

presin diferencial a travs del obturador es menor que en la vlvula de simple

asiento. Por este motivo se emplea en vlvulas de gran tamao o bien cuando deba

trabajarse con una alta presin diferencial. En posicin de cierre las fugas son

mayores que en una vlvula de simple asiento [6].

Figura 2. 1. Vlvulas de globo [7].

14

2.1.1.2. VLVULA EN NGULO

Esta vlvula representada en la Figura 2. 2, permite obtener un flujo de caudal regular sin excesivas turbulencias y es adecuada para disminuir la erosin

cuando sta es considerable por las caractersticas del fluido o por la excesiva

presin diferencial. El diseo de la vlvula es idneo para el control de fluidos que

vaporizan (flashing), para trabajar con grandes presiones diferenciales y para los

fluidos que contienen slidos en suspensin [6].

2.1.1.3. VLVULA DE TRES VAS

Este tipo de vlvula se emplea generalmente para mezclar fluidos (vlvulas

mezcladoras, Figura 2. 3.a) o bien para derivar de un flujo de entrada dos de salida (vlvulas diversoras, Figura 2. 3.b). Las vlvulas de tres vas intervienen tpicamente en el control de temperatura de intercambiadores de calor [6, 7].

Figura 2. 2. Vlvula en ngulo [7].

Figura 2. 3. Vlvulas de tres vas [7].

15

2.1.1.4. VLVULA DE JAULA

Consiste en un obturador cilndrico que desliza en una jaula con orificios

adecuados a las caractersticas de caudal deseadas en la vlvula (Figura 2. 4.). Se caracterizan por el fcil desmontaje del obturador y porque ste puede incorporar

orificios que permiten eliminar prcticamente el desequilibrio de fuerzas producido

por la presin diferencial favoreciendo la estabilidad del funcionamiento. Por este

motivo, este tipo de obturador equilibrado se emplea en vlvulas de gran tamao o

bien cuando deba trabajarse con una alta presin diferencial. Como el obturador

est contenido dentro de la jaula, la vlvula es muy resistente a las vibraciones y al

desgaste [6].

Por otro lado, el obturador puede disponer de aros de tefln que, con la

vlvula en posicin cerrada, asientan contra la jaula y permiten lograr as un cierre

hermtico [7].

2.1.1.5. VLVULA DE COMPUERTA

Esta vlvula efecta su cierre con un disco vertical plano, o de forma especial,

y que se mueve verticalmente al flujo del fluido. Por su disposicin es adecuada

generalmente para control todo-nada, ya que en posiciones intermedias tiende a

bloquearse. Tiene la ventaja de presentar muy poca resistencia al flujo de fluido

cuando est en posicin de apertura total [6].

Figura 2. 4. Vlvula de jaula [7].

16

2.1.1.6. VLVULA EN Y

En la Figura 2. 5 puede verse su forma. Es adecuada como vlvula de cierre y de control. Como vlvula todo-nada se caracteriza por su baja prdida de carga y

como vlvula de control presenta una gran capacidad de caudal. Posee una

caracterstica de autodrenaje cuando est instalada inclinada con un cierto ngulo.

Se emplea usualmente en instalaciones criognicas [6, 7].

2.1.1.7. VLVULA DE CUERPO PARTIDO

Esta vlvula (Figura 2. 6) es una modificacin de la vlvula de globo de simple asiento teniendo el cuerpo partido en dos partes entre las cuales est

presionado el asiento. Esta disposicin permite una fcil sustitucin del asiento y

facilita un flujo suave del fluido sin espacios muertos en el cuerpo. Se emplea

principalmente para fluidos viscosos y en la industria alimentaria [6].

Figura 2. 5. Vlvula en y [7].

Figura 2. 6. Vlvula de cuerpo partido [7].

17

2.1.1.8. VLVULA SAUNDERS

En la vlvula Saunders (Figura 2. 7), el obturador es una membrana flexible que a travs de un vstago unido a un servomotor, es forzada contra un resalte del

cuerpo cerrando as el paso del fluido. Tiene la desventaja de que el servomotor de

accionamiento debe ser muy potente. Se utiliza principalmente en procesos

qumicos difciles, en particular en el manejo de fluidos negros o agresivos o bien

en el control de fluidos conteniendo slidos en suspensin [6, 7].

2.1.1.9. VLVULA DE COMPRESIN

Esta vlvula funciona mediante el pinzamiento de dos o ms elementos

flexibles, por ejemplo, un tubo de goma. Igual que las vlvulas de diafragma se

caracterizan porque proporcionan un ptimo control en posicin de cierre parcial y

se aplican fundamentalmente en el manejo de fluidos negros corrosivos, viscosos o

conteniendo partculas slidas en suspensin (Figura 2. 8) [6, 7].

Figura 2. 7. Vlvula de Saunders [7].

Figura 2. 8. Vlvula de compresin [7].

18

2.1.2. VLVULAS DE MOVIMIENTO CIRCULAR

Las vlvulas en las que el obturador tiene un movimiento circular se clasifican

como se detalla a continuacin:

2.1.2.1. VLVULA DE OBTURADOR EXCNTRICO ROTATIVO

Consiste en un obturador de superficie esfrica que tiene un movimiento

rotativo excntrico y que est unido al eje de giro por uno o dos brazos flexibles

(Figura 2. 9). El eje de giro sale al exterior del cuerpo y es accionado por el vstago de un servomotor. El par de ste es reducido gracias al movimiento excntrico de

la cara esfrica del obturador [1].

La vlvula puede tener un cierre estanco mediante aros de tefln dispuestos

en el asiento y se caracteriza por su gran capacidad de caudal, comparable a las

vlvulas mariposa y a las de bola y por su elevada prdida de carga admisible [7].

2.1.2.2. VLVULA DE OBTURADOR CILNDRICO EXCNTRICO

Esta vlvula (Figura 2. 10) tiene un obturador cilndrico excntrico que asienta contra un cuerpo cilndrico. El cierre hermtico se consigue con un

revestimiento de goma o tefln en la cara del cuerpo donde asienta el obturador [7].

Figura 2. 9. Vlvula de obturador excntrico [7].

19

La vlvula es de bajo coste y tiene una capacidad relativamente alta. Es adecuada

para fluidos corrosivos y lquidos viscosos o conteniendo slidos en suspensin [6].

2.1.2.3. VLVULA DE MARIPOSA

El cuerpo est formado por un anillo cilndrico dentro del cual gira

transversalmente un disco circular (Figura 2. 11). La vlvula puede cerrar hermticamente mediante un anillo de goma encastrado en el cuerpo. Un

servomotor exterior acciona el eje de giro del disco y ejerce su par mximo cuando

la vlvula est totalmente abierta (en control todo-nada se consideran 90 y en

control continuo 60, a partir de la posicin de cierre ya que la ltima parte del giro

es bastante inestable), siempre que la presin diferencial permanezca constante [6].

En la seleccin de la vlvula es importante considerar las presiones diferenciales

correspondientes a las posiciones de completa apertura y de cierre; se necesita una

fuerza grande del actuador para accionar la vlvula en caso de una cada de presin

elevada. Las vlvulas de mariposa se emplean para el control de grandes caudales

de fluidos a baja presin [7].

Figura 2. 10. Vlvula de obturador cilndrico [7].

Figura 2. 11.Vlvula de mariposa [7].

20

2.1.2.4. VLVULA DE BOLA

El cuerpo de la vlvula tiene una cavidad interna esfrica que alberga un

obturador en forma de esfera o de bola (de ah su nombre) (Figura 2. 12). La bola tiene un corte adecuado (usualmente en V) que fija la curva caracterstica de la

vlvula, y gira transversalmente accionada por un servomotor exterior. El cierre

estanco se logra con un aro de tefln incorporado al cuerpo contra el cual asienta la

bola cuando la vlvula est cerrada. En posicin de apertura total, la vlvula

equivale aproximadamente en tamao a 75 % del tamao de la tubera [7].

La vlvula de bola se emplea principalmente en el control de caudal de fluidos

negros, o bien en fluidos con gran porcentaje de slidos en suspensin. Una vlvula

de bola tpica es la vlvula de macho que consiste en un macho de forma cilndrica

o troncocnica con un orificio transversal igual al dimetro interior de la tubera. El

macho ajusta en el cuerpo de la vlvula y tiene un movimiento de giro de 90. Se

utiliza generalmente en el control manual de lquidos o gases y en regulacin de

caudal [6].

2.1.2.5. VLVULA DE ORIFICIO AJUSTABLE

El obturador de esta vlvula consiste en una camisa de forma cilndrica que

est perforada con dos orificios, uno de entrada y otro de salida y que gira mediante

una palanca exterior accionada manualmente o por medio de un servomotor. El giro

Figura 2. 12. Vlvula de bola [7].

21

del obturador tapa parcial o totalmente las entradas y salidas de la vlvula

controlando as el caudal. La vlvula incorpora adems una tajadera cilndrica que

puede deslizar dentro de la camisa gracias a un macho roscado de accionamiento

exterior. La tajadera puede as fijarse manualmente en una posicin determinada

para limitar el caudal mximo [6].

La vlvula es adecuada en los casos en que es necesario ajustar

manualmente el caudal mximo del fluido, cuando el caudal puede variar entre

lmites amplios de forma intermitente o continua y cuando no se requiere un cierre

estanco. Se utiliza para combustibles gaseosos o lquidos, vapor, aire comprimido

y lquidos en general [7].

2.1.2.6. VLVULA DE FLUJO AXIAL

Las vlvulas de flujo axial consisten en un diafragma accionado

neumticamente que mueve un pistn, el cual a su vez comprime un fluido hidrulico

contra un obturador formado por un material elastmero. De este modo, el obturador

se expansiona para cerrar el flujo anular del fluido. Este tipo de vlvulas se emplea

para gases y es especialmente silencioso. Otra variedad de la vlvula de flujo axial

es la vlvula de manguito, que es accionada por compresin exterior del manguito

a travs de un fluido auxiliar a una presin superior a la del propio fluido. Se utiliza

tambin para gases [6].

2.2. IMPORTANCIA

Las vlvulas son de vital importancia para cualquier tipo de industria, ya sean

vlvulas de corte, reguladoras, controladoras o de seguridad estas ltimas juegan

22

un papel muy importante dentro del control automtico de los procesos industriales.

Realizan la funcin de variar el caudal del fluido de control que modifica a su vez el

valor de la variable medida comportndose como un orificio de rea continuamente

variable. Dentro del bucle de control tiene tanta importancia como el elemento

primario, el transmisor y el controlador.

Las vlvulas, dentro de las instalaciones industriales, son vitales para el buen

funcionamiento de equipos de proceso y junto los instrumentos de campo y vlvulas

de control forman parte del grupo de instrumentos que se analizan tcnicamente en

forma detallada.

Tal es la importancia que las vlvulas poseen, que los departamentos de

mantenimiento y de seguridad de las plantas industriales, recogen una exhaustiva

informacin de cada una de ellas, tenindolas identificadas por nmeros de sigla,

nmeros de serie, nmeros de equipos, entre otros, obteniendo, de esta manera,

un conocimiento pormenorizado del proceso de mantenimiento realizado, repuestos

cambiados, cambio de tarado y posteriores ajustes. Todos estos datos son de gran

utilidad y aportan los elementos necesarios para la toma de decisin en momentos

de reemplazo o nuevas compras para las instalaciones.

23

3. TUBO VENTURI

El tubo Venturi (Figura 3. 1) es un dispositivo que origina una prdida de presin al pasar por l un fluido. En esencia, consta de una tubera corta recta, o

garganta, entre dos tramos cnicos. La presin vara en la proximidad de la seccin

estrecha; as, al colocar un manmetro o instrumento registrador en la garganta se

mide la cada de presin y hace posible calcular el caudal instantneo [4].

Este elemento primario de medida se inserta en la tubera como un tramo de

la misma, se instala en todo tipo de tuberas mediante bridas de conexin

adecuadas. El Venturi tiene una seccin de entrada de dimetro igual al dimetro

de conduccin de la tubera a la cual se conecta. La seccin de entrada conduce

hacia un cono de convergencia angular fija, terminando en una garganta de un

dimetro ms reducido, se fabrica exactamente segn las dimensiones que

establece su clculo, la garganta se comunica con un cono de salida o de descarga

con divergencia angular fija, cuyo dimetro final es habitualmente igual al de entrada

[3]. La seccin de entrada est provista de tomas de presin que acaba en un racord

anular, cuyo fin es el de uniformar la presin de entrada. Es en este punto donde se

conecta a la toma de alta presin del transmisor la conexin de la toma de baja

presin se realiza en la garganta mediante un dispositivo similar, la diferencia entre

ambas presiones sirve para realizar la determinacin del caudal. El tubo Venturi se

Figura 3. 1. Esquema de un tubo Venturi [3].

24

fabrica con materiales diversos segn la aplicacin de destino, el material ms

empleado es acero al carbono, tambin se utiliza el latn, bronce, acero inoxidable,

cemento, y revestimientos de elastmeros para paliar los efectos de la corrosin [5].

2.3. PRINCIPIO

El tubo Venturi se basa en el efecto Venturi. El efecto Venturi consiste en que

un fluido en movimiento dentro de un conducto cerrado disminuye su presin al

aumentar la velocidad despus de pasar por una zona de seccin menor. Si en este

punto del conducto se introduce el extremo de otro conducto, se produce una

aspiracin del fluido que va a pasar al segundo conducto. Este efecto, demostrado

en 1797, recibe su nombre del fsico italiano Giovanni Battista Venturi (1746-1822).

El efecto Venturi se explica por el Principio de Bernoulli y el principio de

continuidad de masa. Si el caudal de un fluido es constante pero la seccin

disminuye, necesariamente la velocidad aumenta tras atravesar esta seccin. Por

el teorema de la conservacin de la energa mecnica, si la energa cintica

aumenta, la energa determinada por el valor de la presin disminuye [3].

2.4. VENTAJAS

El tubo Venturi ofrece ventajas con respecto a otros captadores, como son:

Menor prdida de carga permanente, que la producida por del

diafragma y la tobera de flujo, gracias a los conos de entrada y salida.

25

Medicin de caudales superiores a un 60% a los obtenidos por el

diafragma para la misma presin diferencial e igual dimetro de

tubera.

El Venturi requiere un tramo recto de entrada ms corto que otros

elementos primarios.

Facilidad para la medicin de flujo de lquidos con slidos en

suspensin [5].

2.5. USOS Y APLICACIONES

El tubo Venturi se recomienda en casos donde el flujo es grande y que se

requiera una baja cada de presin, o bien, el fluido sea altamente viscoso, se utiliza

donde se requiera el mximo de exactitud, en la medicin de fluidos altamente

viscosos, y cuando se necesite una mnima cada de presin permanente, el tubo

Venturi es difcil de construir y tiene un costo ms alto que otros elementos

primarios, su diseo consiste en una seccin recta de entrada del mismo dimetro

que la tubera, ah se conecta la toma de alta presin, despus contiene una seccin

cnica convergente que va disminuyendo poco a poco y transversalmente la

corriente del fluido, se aumenta la velocidad al disminuir la presin, el diseo

adems consiste de una garganta cilndrica, se coloca ah la toma de baja presin,

en esta rea el flujo no aumenta ni disminuye, el tubo Venturi termina con un cono

divergente de recuperacin, aqu la velocidad disminuye y se recupera la presin,

recupera hasta un 98% de presin para una relacin beta del 0.75 [4, 5].

Generalmente los tubos Venturi se utilizan en conducciones de gran

dimetro, de 12"en adelante, ah las placas de orificio producen prdidas de carga

importantes y no se consigue una buena medida, el Venturi se utiliza en conductores

de aire o humos con conductos no cilndricos, en tuberas de cemento grandes, para

26

conduccin de agua, entre otros. Segn la naturaleza de los fluidos de medida, se

requieren modificaciones en la construccin del tubo Venturi como son: eliminacin

de los anillos de ecualizacin, inclusin de registros de limpieza, instalacin de

purgas, entro otros [3].

27

CONCLUSIN

Las bombas son mquinas que absorben energa mecnica que puede

provenir de un motor elctrico, trmico, entre otros., y la transforman en energa

que la transfiere a un fluido como energa hidrulica 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. Desempean un papel de suma importancia en

muchas industrias, sistemas y procesos.

Las bombas centrfugas, debido a sus caractersticas, son las bombas que

ms se aplican en la industria.

Las vlvulas son de los instrumentos de control ms utilizados en la industria,

son elementos que estn instalados en una tubera y que pueden realizar muchas

funciones tanto de forma automtica como por accionamiento manual. Pueden

impedir completamente la circulacin de un fluido por la tubera o, por el contrario

permitir su paso sin ningn obstculo. Variar la prdida de carga que sufre el fluido

al atravesar la vlvula. Regular el caudal Permitir la circulacin del fluido a travs de

la vlvula en un nico sentido.

Las vlvulas son de vital importancia para cualquier tipo de industria, ya sean

vlvulas de corte, reguladoras, controladoras o de seguridad estas ltimas juegan

un papel muy importante dentro del control automtico de los procesos industriales.

Dentro de las instalaciones industriales, son vitales para el buen funcionamiento de

equipos de proceso.

La medicin de flujo constituye tal vez, el eje ms alto porcentaje en cuanto

a medicin de variables industriales se refiere. Ninguna otra variable tiene la

importancia de esta, ya que sin mediciones de flujo, sera imposible el balance de

materiales, el control de calidad y an la operacin de procesos continuos.

28

Existen muchos mtodos para medir flujos, en la mayora de los cuales, es

imprescindible el conocimiento de algunas caractersticas bsicas de los fluidos

para una buena seleccin del mejor mtodo a emplear. Dentro de estas

caractersticas estn la presin. El tubo Venturi es un dispositivo que origina una

prdida de presin al pasar por l un fluido.

El tubo Venturi se basa en el efecto Venturi. El efecto Venturi consiste en

que un fluido en movimiento dentro de un conducto cerrado disminuye su presin al

aumentar la velocidad despus de pasar por una zona de seccin menor. Si en este

punto del conducto se introduce el extremo de otro conducto, se produce una

aspiracin del fluido que va a pasar al segundo conducto. La presin vara en la

proximidad de la seccin estrecha; as, al colocar un manmetro o instrumento

registrador en la garganta se mide la cada de presin y hace posible calcular el

caudal instantneo

29

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

[1] J. Kenneth, Bombas. Seleccin, uso y mantenimiento., Mxico: McGraw-

Hill, 1989.

[2] P. Fernndez Dez, Bombas Centrfugas y Volumtricas, Espaa:

Universidad de Cantabria.

[3] Y. Cengel y J. Cimbala, Mecnica de Fluidos: Fudamentos y Aplicaiones,

Mxico: McGraw-Hill, 2006.

[4] V. L. Streater, E. B. Wylie y K. W. Bedford, Mcanica de Fluidos,

Colombia: McGraw-Hill, 2000.

[5] R. L. Mott, Mecnica de Fluidos, Mxico: Pearson Educacin, 2006.

[6] R. W. Greene, Vlvulas. Seleccin, uso y mantenimiento, Mxico:

McGraw-Hill, 1992.

[7] A. Creus Sol, Instrumentacin industrial, Barcelona: Marcombo, 2005.

30

NDICE DE FIGURASINTRODUCCIN1. BOMBAS1.1. CLASIFICACIN DE LAS BOMBAS1.1.1. BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO1.1.1.1. RECIPROCANTES1.1.1.2. ROTATIVAS

1.1.2. BOMBAS CINTICAS1.1.2.1. EFECTO ESPECIAL1.1.2.2. TURBINA REGENERATIVA1.1.2.3. BOMBAS CENTRFUGAS

1.2. IMPORTANCIA

2. VLVULAS2.2.1. TIPOS DE VLVULAS2.1.1. VLVULAS DE MOVIMIENTO LINEAL2.1.1.1. VLVULA DE GLOBO2.1.1.2. VLVULA EN NGULO2.1.1.3. VLVULA DE TRES VAS2.1.1.4. VLVULA DE JAULA

2.1.1.5. VLVULA DE COMPUERTA2.1.1.6. VLVULA EN Y2.1.1.7. VLVULA DE CUERPO PARTIDO2.1.1.8. VLVULA SAUNDERS2.1.1.9. VLVULA DE COMPRESIN

2.1.2. VLVULAS DE MOVIMIENTO CIRCULAR2.1.2.1. VLVULA DE OBTURADOR EXCNTRICO ROTATIVO2.1.2.2. VLVULA DE OBTURADOR CILNDRICO EXCNTRICO2.1.2.3. VLVULA DE MARIPOSA2.1.2.4. VLVULA DE BOLA2.1.2.5. VLVULA DE ORIFICIO AJUSTABLE2.1.2.6. VLVULA DE FLUJO AXIAL

2.2. IMPORTANCIA

3. TUBO VENTURI2.3. PRINCIPIO2.4. VENTAJAS2.5. USOS Y APLICACIONES

CONCLUSINREFERENCIAS BIBLIOGRFICAS