El ingeniero industrial debe estar en la función de desarrollar, diseñar y operar la línea de procesos productivos: selecciona las materias primas correctas, dimensiona las operaciones físicas y químicas del proceso, hace operar las plantas con eficiencia, estabilidad y economía; y supervisa que los productos cumplan los requerimientos exigidos por los clientes.

El proceso de educación que se manejó a lo largo del parcial ha sido bastante impórtate ya que se adquirieron conocimientos que colaboraron a la ejecución de presente proyecto.

La alta exigencia de disponer de los conocimientos sobre los sistemas de tuberías para las carreras de Ingenierías, se pudo evidenciar que se necesita estar conforme al desarrollo tecnológico e industrial, por ello se ha adoptado metodologías de aprendizaje para desarrollar

El siguiente proyecto muestra una bomba que entrega 206.25L/min de achiote que fluye a través de las tuberías hacia dos tanques contenedores del sistema del sistema a 120ºC. La densidad del achiote es de 930Kg/m3 y viscosidad dinámica 3.31x10-2Kg/m2.s. donde se tiene a determinar la potencia entregada por la bomba hacia el sistema.

3. JUSTIFICACION

En las industrias de proceso, gran parte de los materiales están en forma de fluidos y deben almacenarse, bombearse y procesarse, por lo que es necesario conocer los principios que gobiernan el flujo de fluidos y también los equipos utilizados.

Los fluidos son transportados a través de tuberías, conexiones y equipos por medio de bombas, sopladores, ventiladores y compresores. La función principal de ellos no es el transporte, sino agregar energía al fluido, este incremento de energía puede ser usado para aumentar la presión, la velocidad o para transportar el fluido a cierta altura.

La rapidez de flujo en la tubería del sistema para el transporte y la medición es diferente de tal modo que debería diseñarse de forma que logre Optimizar el proceso, comprendiendo esta problemática que cambia según cada situación tenemos la posibilidad de manifestar que, esencialmente este es el propósito del plan debido a que diseñaremos un sistema de tuberías capaz de fomentar un fluido de un lugar a otro con el mejor funcionamiento viable lo que ayuda a o permite la ejecución de la actividad que se se encuentre llevando a cabo, toda la utilización y la decisión de partes para el mejor manejo se comprende en diseño, simulación y operación.

4. FUNDAMENTOS TEORICOS

OPERACION UNITARIAS

son cada una de las acciones necesarias en el proceso de las materias primas, ya sean procesos de transformación y/o adecuación de ellas (procesos químicos y físicos) como también las necesarias para llevar a cabo su transporte.

Bomba Centrifuga

Las bombas centrifugas son maquinas rotativas capaces de transformar una energía impulsora (por lo general eléctrica o mecánica) en energía cinética de un fluido. En otras palabras, las bombas centrifugas aumentan la velocidad de los fluidos para que estos puedan desplazarse grandes distancias.

El funcionamiento de las bombas centrifugas se basa en un rotor, rodete o impulsor. Este es el elemento que transfiere la energía recibida por un motor eléctrico al fluido.

Esto se logra ya que el rotor tiene unos alabes que se encargan de empujar el fluido generando un aumento en su velocidad y por lo tanto en su energía cinética. A su vez, el fluido al estar rotando en las paletas, recibe una fuerza centrífuga que hace aumentar su presión y con esto aún más su energía interna.

Las características generales de una bomba centrifuga son las siguientes:

· Amplio rango de capacidad, presión y condiciones de operación.

· Requiere un área relativamente pequeña para su instalación.

· Se adapta fácilmente a motor, banda, etc.

· Tiene un costo relativamente bajo

· Presenta dificultad para obtener flujos pequeños a presiones moderadas o altas.

Tuberías

Algunos procesos industriales se efectúan en estado fluido, y este se transporta de una parte del proceso a otra mediante tuberías de sección transversal circular. La tubería puede ser fabricada en cualquier material de construcción disponible, dependiendo de las propiedades corrosivas del fluido que va a ser manejado y de la presión de flujo. Entre los materiales de tubería más comunes encontrados en la industria del proceso tenemos el acero, fierro, cobre y latón.

Conexiones

Para la instalación del equipo y tuberías es necesario emplear las siguientes conexiones que pueda:

· Juntar dos piezas de tubería (coples y tuercas)

· Cambiar la dirección de la tubería (codo y tes)

· Terminar una tubería (tapones)

· Cambiar el diámetro de la tubería (Reducciones)

· Controlar el flujo (válvulas)

Estas se instalan en varias formas: roscadas, soldadas, bridadas, según la necesidad del proceso y el tamaño de la conexión. Las conexiones para tuberías de acero se hacen de hierro fundido o bien de hierro maleable, pudiendo obtenerse en varios espesores de pared.

Válvulas

Una válvula es también una conexión, pero tiene un cometido mucho mas importante que el de simplemente juntar una tubería. Las válvulas se usan para controlar el gasto de flujo o para cerrarlo completamente.

Las dos válvulas de uso más amplio son las válvulas de compuerta y la válvula de globo. Otras válvulas de uso común y corriente incluyen las válvulas de taponamiento de gallo, las válvulas check para controlar la dirección del flujo, las válvulas de seguridad para controlar la presión y las válvulas de diafragma o fuelle que eliminan la necesidad de empaques.

Viscosidad

La viscosidad expresa la facilidad que tiene un fluido para fluir cuando se le aplica una fuerza externa. El coeficiente de viscosidad absoluta, o simplemente la viscosidad absoluta de un fluido, es una medida de su resistencia al deslizamiento o a sufrir deformaciones internas. La melaza es un fluido muy viscoso en comparación con el agua; a su vez, los gases son menos viscosos en comparación con el agua. Se puede predecir la viscosidad de la mayor parte de los fluidos; en algunos la viscosidad depende del trabajo que se haya realizado sobre ellos.

Densidad

La densidad de una sustancia es su masa por unidad de volumen. La unidad de densidad en el SI es el kilogramo por metro cúbico y se denota por: ρ = m / v Las unidades métricas que se usan son: Gramo por centímetro cúbico (g/cm3) Kilogramo por metro cúbico (Kg/m3) La unidad correspondiente en el sistema SI para volumen específico es el inverso de la densidad, es el metro cúbico por kilogramo (m3/kg).

Numero de Reynolds

Las investigaciones de Osborne Reynolds han demostrado que el régimen de flujo en tuberías, es decir, si es laminar o turbulento, depende del diámetro de la tubería, de la densidad, de la viscosidad del fluido y de la velocidad del flujo. El valor numérico da una combinación adimensional de estas cuatro variables, conocido como el número de Reynolds, puede considerarse como la relación de las fuerzas dinámicas de la masa del fluido respecto a los esfuerzos de deformación ocasionados por la viscosidad.

Sistema de tubería.

El método más común para transportar fluidos de un punto a otro es impulsarlo a través de un sistema de tuberías. Las tuberías de sección circular son las más frecuentes, ya que esta forma ofrece no sólo mayor resistencia estructural sino también mayor sección transversal para el mismo perímetro exterior que cualquier otra forma.

Tubería

Es un conducto que cumple la función de transportar agua u otros fluidos. Se suele elaborar con materiales muy diversos. También sirven para transportar materiales que, si bien no son propiamente un fluido, se adecuan a este sistema.

Tubo de acero galvanizado

La tubería de acero galvanizado es una tubería de acero (estirado o con soldadura), como en el caso anterior, pero a la que se ha sometido a un proceso de galvanizado interior y exteriormente. El galvanizado se aplica después de formado el tubo. Al igual que la de acero al carbón, se dobla la placa a los diámetros que se requiera. Existen con costura y sin costura y se utiliza para transportar agua potable, gases o aceites.

Codos

Son accesorios para cambiar de dirección la tubería. Se fabrican de 45 ó 90º con radios pequeño, medio o grande. Al igual que en las ramificaciones pueden darse codos con reducción simultánea. Tanto unos como otros presentan generalmente escasa pérdida de carga.

Ecuación de Bernoulli

El principio de Bernoulli es una consecuencia de la conservación de la energía en los líquidos en movimiento. Establece que, en un líquido incompresible y no viscoso, la suma de la presión hidrostática, la energía cinética por unidad de volumen y la energía potencial gravitatoria por unidad de volumen, es constante a lo largo de todo el circuito. Es decir, que dicha magnitud toma el mismo valor en cualquier par de puntos del circuito.

Perdida de tubería y accesorio

Los elementos accesorios son imprescindibles en toda red de tuberías, entre ellos se incluyen los que permiten acomodar el trazado de toda red a los accidentes topográficos del terreno (codos, juntas), otros que permiten empalmar y derivar tuberías (tes, collarines, uniones en Y), o bien acoplar los cambios de geometría en la sección (conos) y también los dispositivos de control del flujo (válvulas de compuerta, lenteja o mariposa, estrechamientos).

Los elementos mencionados producen pérdidas de carga que, al estar originadas por dispositivos concretos se conocen con el nombre de pérdidas localizadas, locales, singulares o menores.

Perdida de energía mecánica

En las conducciones cilíndricas rectas se ha visto que el fluido pierde energía mecánica por rozamiento y fricción en las paredes de la conducción, cuyo valor viene dado por la ecuación de Fanning. Estas pérdidas tienen lugar teniendo en cuenta que las líneas de flujo del fluido siguen una trayectoria totalmente recta. Se ha visto que en todos los sistemas de conducciones es preciso que haya una serie de accesorios, que hacen variar las líneas de flujo del fluido, distorsionando la uniformidad de la corriente, aumentando la turbulencia donde están estos accesorios.

Volumen especifico

El volumen específico es el volumen ocupado por unidad de masa de un material. Es el inverso de la densidad, por lo cual no dependen de la cantidad de materia. La unidad correspondiente en el sistema SI para volumen específico es el inverso de la densidad, es el metro cúbico por kilogramo (m3/kg).

Flujo laminar

El flujo laminar es más predecible, y existen varias leyes que describen su comportamiento su nombre obedece a las moléculas que parecen desplazarse en la minar a igual velocidad que se envuelven unas a otras en forma concéntrica.

Flujo turbulento

El flujo turbulento es más comúnmente desarrollado debido a que la naturaleza tiene tendencia hacia el desorden y esto en términos de flujo significa tendencia hacia la turbulencia. Este tipo de flujo se caracteriza por trayectoria circulares erráticas, semejantes a remolinos. El flujo turbulento ocurre cuando las velocidades de flujo son generalmente muy altas o en fluidos en los que las fuerzas viscosas son muy pequeñas

Bombas en Paralelo.

Se dice que dos bombas o más están colocadas en paralelo cuando sus caudales convergen en una Tubería. El caudal resultante es la sumatoria de todos los caudales. En estos arreglos no existe un incremento en la presión de descarga.

Bombas en serie

Dos o más Bombas están conectadas en serie cuando el caudal resultante de una es entregado a la siguiente. Este arreglo permite obtener alturas de bombeo mayores a las que lograría cada bomba individualmente.

Diagrama de moody

Ayuda para determinar el valor del factor de fricción, “f”, para flujo turbulento. Deben conocerse los valores del número de Reynolds y de la rugosidad relativa. Por consiguiente, los datos básicos requeridos son el diámetro interior del conducto, el material con que el conducto este hecho, la velocidad de flujo y el tipo de fluido y su temperatura, con los cuales se puede encontrar la viscosidad.

NPSH altura neta positiva de aspiración.

Se trata de la diferencia entre la presión del líquido en el eje del impulsor y la presión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo, o dicho de otra forma, es la presión absoluta mínima que debe haber a la entrada de la bomba para evitar fenómenos de cavitación, y representa una de las características más importantes para una bomba.

2. DESCRIPCION DEL CASO

La característica principal de la bomba centrifuga es la de convertir la energía de una fuente de movimiento (el motor) primero en velocidad (o energía cinética) y después en energía de presión.

las bombas centrifugas sirven para el transporte de líquidos que contengan sólidos en suspensión, pero pocos viscosos. Su caudal es constante y elevado, tienen bajo Mantenimiento. Este tipo de bombas presentan un rendimiento elevado para un intervalo pequeño de caudal, pero su rendimiento es bajo cuando transportan líquidos viscosos.

La función principal que cumple la bomba es transportar el achiote líquido a un tanque que tiene una capacidad de 1650 kg y la bomba tarda en llenar esa capacidad del tanque en 8 minutos.

2. Presentación del esquema y datos relevantes

La bomba cumple una actividad muy importante en la elaboración del achiote ya que es la que transporta el achiote líquido al tanque y una vez lleno el tanque el achiote pasa hora y media en un agitador y después de ese tiempo se envía a un contenedor ya para el envasado.

DATOS DE SISTEMA

1,8

0,4

Caudal

206,25 l/min

0,0034375

m3/s

0,0348

0,02848

2,5

2,8

DATOS DE ACHIOTE

930

Kg/m3

0,0331

kg/m2*s

2. CALCULOS

En la siguiente figura se muestra una bomba que entrega 206.25L/min de achiote que fluye a través de las tuberías hacia dos tanques contenedores del sistema del sistema a 120ºC. La densidad del achiote es de 930Kg/m3 y viscosidad dinámica 3.31x10-2Kg/m2. s. Determinar la potencia entregada por la bomba hacia el sistema.

1. Objeto: Determinar la potencia entregada por la bomba al sistema.

2. Esquema:

Cálculos:

2. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Como grupo de investigación de campo llegamos a interpretar al uso de una bomba es importante en el flujo de fluidos en cualquier operación unitaria o en el proceso en si el cual es en este caso el transporte de achiote hacia un reservorio y de ahí al proceso de transformación.

A través de los cálculos se obtuvo presiones en tubería #1 de entrada

De ; y en la tubería de salida o descarga se obtuvo una presión De

Y la potencia final entregada por la bomba en la operación unitaria del flujo de fluido del achiote crudo es de

Siendo igual en a: 0.5 HP

anexo

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OPERACIONES UNITARIAS

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2. INTRODUCCION