Capitulo II

Marco teórico

1. Marco Teórico.

AGUA:Es una sustancia cuya molécula está formada por dos átomos de hidrógeno y uno

de oxígeno (H2O). Es esencial para la supervivencia de todas las formas conocidas de vida.

DIÉSEL:También denominado gasoil, es un hidrocarburo líquido de densidad sobre 832 kg/m³

(0,832 g/cm³),1 compuesto fundamentalmente por parafinas y utilizado principalmente

como combustible en calefacción y en motores diésel. Su poder calorífico inferior es de 35,86

MJ/l (43,1 MJ/kg)1 que depende de su composición comercial.

DETERGENTE:

Es una sustancia tensioactiva y anfipática que tiene la propiedad química de disolver la

suciedad o las impurezas de un objeto sin corroerlo.

Se pueden clasificar según La naturaleza del trabajo y la limpieza a efectuarse deben servir como guía para la elección del agente limpiador que se debe utilizar. Los detergentes se clasifican en:

 DETERGENTES ALCALINOS.

Un indicador importante de la utilidad de éstos detergentes es la alcalinidad activa. Una porción de la alcalinidad activa puede reaccionar para la saponificación de las grasas y simultáneamente otra porción puede reaccionar con los constituyentes ácidos de los productos y neutralizarlos, de tal forma que se mantenga la concentración de los iones hidrógeno (pH) de la solución a un nivel adecuado para la remoción efectiva de la suciedad y protección del equipo contra la corrosión.

Existen en el mercado varios compuestos alcalinos de los cuales se mencionan algunos ejemplos:

Sosa caustica. Se usa para remover la suciedad y saponificar la grasa, también se usa como germicida en el lavado mecánico de botellas. No se recomienda en el lavado de equipo y utensilios por su intensa acción corrosiva. Se considera peligroso para el personal de limpieza.

Sesquisilicato de sodio. Se usa cuando hay que remover gran cantidad de materia saponificada. Es muy efectivo cuando el agua tiene alto contenido de bicarbonato.

Fosfato trisodico. No debe usarse en solución muy caliente cuando haya que limpiar el aluminio o el estaño, ya que puede dañarlos. a su uso debe seguir un enjuague minucioso con agua. 

Carbonato de sodio. No es un buen agente limpiador cuando se usa solo, su actividad germicida es muy limitada, forma escamas en las aguas duras.

Bicarbonato de sodio. Se usa conjuntamente con los limpiadores fuertes por su actividad neutralizante o ajustadora de acidez. 

Sesquicarbonato de sodio. Tiene excelente propiedad ablandadora del agua. No es muy irritante a la piel.

Tetraborato sódico (bórax). Su uso se limita al lavado de las manos.

DETERGENTES ACIDOS.

Se considera una excelente práctica sanitaria en la limpieza de tanques de almacenamiento, clarificadores, tanques de pesaje y otros equipos y utensilios. El uso de limpiadores ácidos, alternados con soluciones alcalinas logra la eliminación de olores indeseables y disminución de la cuenta microbiana.

Los ácidos que se usan con más frecuencia como limpiadores generales son:

Ácido gluconico. Corroe el estaño y el hierro menos que el ácido cítrico, tartárico y fosfórico.

Ácido sulfonico. Actúa en la remoción de escamas en los tanques de almacenamiento, evaporadores, precalentadores pasteurizadores y equipo similar.

 Detergentes a base de poli fosfatos.

Pirofosfato tetra sódico. Tiene la ventaja de ser más eficaz en condiciones de alta temperatura y alcalinidad, su disolución es lenta en agua fría.

Tripolifosfato y tetra fosfato de sodio. Muy soluble en agua caliente, muy efectivos en uso general.

Hexametafosfato de sodio. Es muy caro, disminuye su efecto en presencia de agua dura por lo que su uso es limitado.

Bombas centrifugas:

Una bomba centrífuga consiste en un rodete o impulsor que gira dentro de una envoltura o carcasa. El rodete consiste en un cierto número de álabes o paletas, abiertos o encerrados en una corona, montados sobre un eje que sobresale de la carcasa. El eje de rotación de los rodetes se coloca horizontal o vertical, según el trabajo que haya de realizar. Los rodetes pueden de ser de simple aspiración o de doble aspiración, esto es, que el líquido entra por un costado solamente o por los dos costados.

Bombas axiales

Las bombas axiales tienen un diámetro reducido pero proporcionan un aumento de presión relativamente bajo, por lo que necesitan varias fases de compresión. Las bombas centrífugas son mucho más potentes pero su diámetro es mucho mayor. 

Esta operación se realiza por medio de un tipo de bomba vertical conocida como bomba axial, la cual consta de una bomba instalada directamente dentro de un tubo que puede ser de acero ó de concreto y que es capaz de impulsar el agua hacia arriba a tres metros como máximo.

Las bombas rotatorias se clasifican en: Bombas de Leva y Pistón. También se llaman bombas de émbolo rotatorio, y consisten de un excéntrico con un brazo ranurado en la parte superior. La rotación de la flecha hace que el excéntrico atrape el líquido contra la caja. Conforme continúa la rotación el líquido se fuerza de la caja a través de la ranura a la salida de la bomba.

Bombas de Engranes Externos:

Éstas constituyen el tipo rotatorio más simple. Conforme los dientes de los engranes se separan en el lado el líquido llena el espacio, entre ellos. Éste se conduce en trayectoria circular hacia afuera y es exprimido al engranar nuevamente los dientes. Los engranes pueden tener dientes simples, dobles, o de involuta. Algunos diseños tienen agujeros de flujo radiales en el engrane loco, que van de la corona y del fondo de los dientes a la perforación interna. Éstos permiten que el líquido se comunique de un diente al siguiente, evitando la formación de presiones excesivas que pudiesen sobrecargar las chumaceras y causar una operación ruidosa.

Bombas de Tornillo:

 Estas bombas tienen de uno a tres tornillos roscados convenientemente que giran en una caja fija. Existe un gran número de diseños apropiados para varias aplicaciones. Las bombas de un solo tomillo tienen un rotor en forma espiral que gira excéntricamente en un estator de hélice interna o cubierta. El rotor es de metal y la hélice es generalmente de hule duro o blando, dependiendo del líquido que se maneje. Las bombas de dos y tres tornillos tienen uno o dos engranes locos, respectivamente, el flujo se establece entre las roscas de los tornillos, y a lo largo del eje de los mismos. Pueden usarse tornillos con roscas opuestas para eliminar el empuje axial en la bomba.

Bombas de Aspas: 

Tienen una serie de aspas articuladas que se balancean conforme gira el rotor, atrapando al líquido y forzándolo en el tubo de descarga de la bomba. Las bombas de aspas deslizantes usan aspas que se presionan contra la carcasa por la fuerza centrífuga cuando gira el rotor. El líquido atrapado entre las dos aspas se conduce y fuerza hacia la descarga de la .Bombas de junta universal.- Tienen un pequeño tramo de flecha en el extremo libre del rotor, soportado en una chumacera y 80 grados con la horizontal. El extremo opuesto del rotor se encuentra unido al motor. Cuando el rotor gira, cuatro grupos de superficies planas se abren y cierran para producir una acción de bombeo o cuatro descargas por revolución. Un excéntrico en una cámara flexible produce la acción de bombeo exprimiendo al miembro flexible contra la envoltura de la bomba para forzar el líquido hacia la descarga.

El principio de Bernoulli.

También denominado ecuación de Bernoulli o trinomio de Bernoulli, describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una corriente de agua. Fue expuesto por Daniel Bernoulli en su obra Hidrodinámica (1738) y expresa que en un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido.

La siguiente ecuación conocida como "ecuación de Bernoulli" (trinomio de

Bernoulli) consta de estos mismos términos.

Donde:

 = velocidad del fluido en la sección considerada.

 = densidad del fluido.

 = presión a lo largo de la línea de corriente.

 = aceleración gravitatoria

 = altura en la dirección de la gravedad desde una cota de referencia.

Para aplicar la ecuación se deben realizar los siguientes supuestos:

Viscosidad (fricción interna) = 0 Es decir, se considera que la línea de corriente sobre la

cual se aplica se encuentra en una zona 'no viscosa' del fluido.

Caudal constante

Flujo incompresible, donde ρ es constante.

La ecuación se aplica a lo largo de una línea de corriente o en un flujo laminar.

Ecuación general de la energía:

Es de suma importancia que la ecuación general de la energía está escrita en la dirección de flujo, es decir, desde el punto de referencia, en la parte izquierda de la ecuación al punto correspondiente en el lado derecho. Los signos algebraicos juegan un papel crítico, debido a que el lado izquierdo de la ecuación 21 establece que un elemento de fluido que tenga una cierta cantidad de energía por unidad de peso en la sección 1,

puede tener una adición de energía (+hA), una remoción de energía (-hR) o una pérdida de energía (-hL), antes de que alcance la sección 2. En tal punto contiene diferente energía por unidad de peso según lo indican los términos de la parte derecha de la ecuación.

La ecuación general de la energía

P1/g +Z1 +½ V12 /(2g) + hA – hR – hL = P2/g +Z2 +½ V22 /(2g)

En un problema particular, es posible que no todos los términos de la ecuación general de la energía se requieran. Por ejemplo si no hay un dispositivo mecánico entre las secciones de interés, los términos hA y hR serán cero, y puede sacarse de la ecuación.

PERDIDAS DE ENERGIA Hl

Las pérdidas totales de energía hL está dada por:

hL= sumatoria de pérdidas por accesorios más sumatoria de pérdidas por fricción en tuberías.

Las pérdidas de energía por accesorios= se dan por cambios de dirección y velocidad del fluido en válvulas te, codos, aberturas graduales y súbitas entre otros.

Las pérdidas por fricción= se dan por el contacto del fluido con las paredes de las tuberías y conductos que por lo general son rugosos.

Caudal.

En dinámica de fluidos, caudal es la cantidad de fluido que circula a través de una sección del ducto (tubería, cañería, oleoducto, río, canal,...) por unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Menos frecuentemente, se identifica con el flujo másico o masa que pasa por un área dada en la unidad de tiempo.

En el caso de que el flujo sea normal a la superficie o sección considerada, de

área A, entre el caudal y la velocidad promedio del fluido existe la relación:

Donde

 Caudal ([L3T−1]; m3/s)

 Es el área  ([L2]; m2)

 Es la velocidad promedio. ([LT−1]; m/s)

En el caso de que velocidad del fluido forme un ángulo θ con la perpendicular a la

sección de área A atravesada por el fluido con velocidad uniforme v, entonces el flujo se

calcula como

En el caso particular de que el flujo sea perpendicular al área A (por tanto θ = 0 y

) entonces el flujo vale.

Si la velocidad del fluido no es uniforme o si el área no es plana, el flujo debe

calcularse por medio de una integral:

Donde dS es el vector superficie, que se define como

Donde n es el vector unitario normal a la superficie y dS un elemento diferencial de área.

Si se tiene una superficie S que encierra un volumen V, el teorema de la

divergencia establece que el flujo a través de la superficie es la integral de la divergencia de

la velocidad v en ese volumen:

En física e ingeniería, caudal es la cantidad de fluido que circula por unidad de

tiempo en determinado sistema o elemento. Se expresa en la unidad de volumen dividida

por la unidad de tiempo (e.g.: m³/s).

La presión 

La presión es la magnitud escalar que relaciona la fuerza con la superficie sobre la

cual actúa, es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la superficie. Cuando sobre una

superficie plana de área A se aplica una fuerza normal F de manera uniforme, la

presión P viene dada de la siguiente forma:

La viscosidad

Es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales, es debida a las fuerzas de cohesión moleculares. Todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximación bastante buena para ciertas aplicaciones. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal.

La viscosidad solo se manifiesta en líquidos en movimiento, se ha definido la viscosidad como la relación existente entre el esfuerzo cortante y el gradiente de velocidad. Esta viscosidad recibe el nombre de viscosidad absoluta o viscosidad dinámica. Generalmente se representa por la letra griega .

Se conoce también otra viscosidad, denominada viscosidad cinemática, y se representa por . Para calcular la viscosidad cinemática basta con dividir la viscosidad dinámica por la densidad del fluido:

Tuberías:

Una tubería o cañería es un conducto que cumple la función de transportar agua u otros fluidos. Se suele elaborar con materiales muy diversos. Cuando el líquido transportado es petróleo, se utiliza el término oleoducto. Cuando el fluido transportado es gas, se utiliza el término gasoducto. También es posible transportar mediante tuberías materiales que, si bien no son un fluido, se adecuan a este sistema: hormigón, cemento, cereales, documentos encapsulados, etc..

Las tuberías se fabrican en diversos materiales en función de consideraciones técnicas y económicas. Suele usarse el poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV), hierrofundido, acero, latón, cobre, plomo, hormigón, polipropileno, PVC,1 y termoplástico polietileno de alta densidad (PEAD), etc…

Tubos de acero

Hay tres métodos de fabricación de tuberías de acero:

1 Acero estirado o Sin costura (sin soldadura). La tubería es un lingote cilíndrico que se

calienta en un horno antes de la extrusión. En la extrusión se hace pasar por un dado

cilíndrico y posteriormente se hace el agujero mediante un penetrador. La tubería sin

costura es la mejor para la contención de la presión gracias a su homogeneidad en todas sus

direcciones. Además, es la forma más común de fabricación y por tanto la más comercial.

2- Con costura longitudinal. Se parte de una lámina de chapa, la cual se dobla para darle

forma a la tubería. La soldadura que une los extremos de la chapa doblada cierra el cilindro.

Por tanto, es una soldadura recta que sigue toda una generatriz. Variando la separación

entre los rodillos se obtienen diferentes curvas y con ello diferentes diámetros de tubería.

Esta soldadura será la parte más débil de la tubería y marcará la tensión máxima admisible.

3 -Con soldadura helicoidal (o en espiral). La metodología es la misma que el punto

anterior, con la salvedad de que la soldadura no es recta sino que recorre la tubería

siguiendo la tubería como si fuese roscada.

Tubos 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.

Tubos o conductos de chapa galvanizada

Son conductos utilizados para aire (instalaciones de climatización) que se pueden hacer de

dos modos:

De sección circular: suelen construirse de chapa arrollada helicoidalmente y

engatillada.

De sección rectangular: se construyen de cualquier dimensión mediante la suma de

chapas planas embutidas someramente, generalmente en punta de diamante, para darle

mayor rigidez.

Tubos de hierro fundido:

Una tubería de hierro fundido se fabrica mediante una colada en un molde o

mediante inyección del hierro fundido en un proceso llamado fundición, en el cual la

tubería sale sin costura. La ventaja de este sistema es que las tuberías tienen gran

durabilidad y resistencia al uso. Por contra son más frágiles ante los golpes.

Usos y aplicaciones de las tuberías:

Los usos y aplicaciones más comunes de las tuberías, son:

Agua

Actualmente, los materiales más comunes con los que se fabrican tubos para la conducción de agua son: PRFV, cobre, PVC, polipropileno, PEAD y acero.

Desagües

Los materiales más comunes para el desalojo de desagües son: PRFV, hierro fundido, PVC, hormigón o fibrocemento.

Gas

Las tuberías que se encargan de conducir el gas, suelen estar hechas de cobre o acero, pues son las que tienen mayor resistencia.

Calefacción

El cobre es el material más usado en las instalaciones de calefacción nuevas, mientras que en instalaciones antiguas es muy común encontrar tuberías de hierro.

Energía

Las tuberías que se encargan del transporte de vapor de alta energía, emplean acero aleado con cromo y molibdeno.

Petroquímica

Este tipo de tubería atiende perfectamente las necesidades de corrosión, temperatura y presión, por lo tanto, están elaboradas con materiales como PRFV, Monel y el inconel para productos muy corrosivos.