UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA INGENIERIA DE ALIMENTOS

TEMA: INDUSTRIALIZACION DE LA SOYA

DOCENTE: Ing. ROBERTO SOTO ESTUDIANTES: MARZA GARCIA MRIAN. FLORES ROCABADO MAYRA FECHA: 07/05/2012

COCHABAMBA-BOLIVIA

INDUSTRIALIZACION DE LA SOYA

INTRODUCCION: El proceso de industrializacin de la soya implica un sin nmero de operaciones unitarias.. OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Disear equipos de transporte de fluidos, involucrados en la industrializacin de la soya, referentes a la obtencin de aceite, leche y sus derivados.

OBJETIVOS ESPECIFICOS Estudiar el proceso de industrializacin de la soya Disear una bomba centrfuga, para transportar la leche del tanque de filtracin hacia el tanque de concentrado.

FUNDAMENTO TEORICO SOYA

La soya es una planta leguminosa, su protena, que por su calidad y cantidad, son una de las ms recomendables. La protena de la soya representa un valor nutricional muy importante para una dieta saludable. Los estudios actuales se estn enfocando en rescatar este potencial que representa la protena de soya y otros elementos nutritivos para el hombre como las isoflavonas que tambin se encuentran en este alimento. La soya tambin es rica en grasas, destacando dos tipos: el linolico, es decir, el Omega-3 y linoleico conocido como Omega-6. Ambos son beneficiosos para la salud de los vasos sanguneos y del corazn. Se presenta tambin una mayor cantidad de minerales y vitaminas que en muchas otras leguminosas. La soya registra importantes niveles de calcio, hierro, magnesio, potasio, fsforo, vitaminas E y Complejo B.CARACTERSTICAS Forma: Muy semejante a las habas verdes que llega a alcanzar los 80 cm. de altura y las

vainas, es decir, donde se producen las semillas miden entre 4 a 7 cm. de longitud. Cada vaina contiene cerca de cuatro semillas que albergan el secreto de las bondades de la soyaTamao y peso:

tiene un dimetro medio de Color: Sabor: La soya tiene un sabor fuerte, sin embargo los procesos actuales de alta tecnologa

en el procesamiento de la soya han logrado eliminarlo e introducindole un sabor agradable y adems combinndolo con otros sabores.Propiedades/ Salud de la Soya

Cada grano de SOYA est conformado por: Un 38% de protena Un 30% de carbohidratos 18% de lpidos y un 14% de vitaminas y minerales. Segn reportes cientficos, el aporte proteico de la soya es superior al de muchas protenas de origen vegetal.

Propiedades y beneficios.

Disminuir el riesgo de contraer enfermedades cardiovasculares. La soya disminuye los sntomas de la menopausia Ayuda a combatir el cncer de mama por el bloqueo del estrgeno producido por las isoflavonas Ayuda a combatir el cncer de prstata en el hombre. Reduce la prdida de materia sea en madres lactantes y en gestacin y que, incluso, combate el cncer de colon

"25 gramos de protena de soya al da pueden reducir el riesgo de sufrir enfermedades cardiovasculares". Est recomendado para Todos aquellos que deseen llevar una alimentacin saludable como los nios, mujeres embarazadas, etc.

PRODUCTOS ELABORADOS A PARTIR DE LA SOYA

DIAGRAMA DE FLUJO PARA LA LECHE DE SOYA

Grano de Soya Recepcin Seleccin Pulverizacin Vaporizacin Filtracin Jugo de Soya Mezcla Pasteurizacin Empaque Sedimentos

Moldeado

Producto Final

DESCRIPCION DEL PROCESO El proceso que se explica a continuacin es para la elaboracin de la Leche de Soya, envasado en bolsas plsticas y sin adicin de preservantes. Recepcin: Consiste en cuantificar la materia prima que entra al proceso, es necesario usar balanzas limpias y calibradas.

Seleccin: Se selecciona los granos de Soya. Se desecha el grano por la excesivamente madurez o que presente contaminacin de microorganismos. Pulverizacin: Vaporizacin: Filtrado: Extraccin del jugo.Mezcla.Pasteurizado: El jugo recibe un tratamiento trmico de 65 C durante 30 minutos (pasteurizacin). Una vez transcurrido el tiempo, la operacin se completa con el enfriamiento rpido del producto hasta una temperatura de 5 C, a fin de producir un choque trmico que inhibe el crecimiento de los microorganismos que pudieran haber sobrevivido al calor. Empaque: El jugo se llena en envases de plstico, los cuales deben haber sido lavados, enjuagados con agua clorada y etiquetados. Al llenarlos se deja un espacio vaco, llamado espacio de cabeza, que equivale al 10% del tamao interno del envase. Moldeado: la colocacin de la tapa puede hacerse manual o mecnicamente, dependiendo del envase y el equipo con que se cuente. Producto final: Despus de sellado, se procede a colocarle la etiquetilla con la fecha de vencimiento y por ltimo se acomodan los envases en canastas plsticas para su almacenamiento en refrigeracin.

DIAGRAMA DE FLUJO PARA LA ELABORACIN ACEITE DE SOYA

Grano de Soya Recepcin Lavado del grano Transporte del grano al molino Molturacin Batido de la pasta Decantacin Trasportador de Orujo Vibrofiltro Centrifugacin y limpieza del grano

Almacenado y envasado del Aceite DESCRIPCIN DEL PROCESO

Seleccin: Se seleccionan los granos y con el grado de madurez adecuado. El grano se recolectada en el da, se almacena en cajas transpirables a la espera de iniciar su molturacin, con este mtodo el grano se debe molturar el mismo da de su recoleccin, ya que sino. Hay que sealar que el tiempo de almacenamiento de la grano deteriora notablemente la calidad del producto final. Lavado: El proceso se inicia con el lavado del grano en una lavadora instalada en lnea con el resto de la planta, en la que el grano entra en la cuba de lavado, donde una corriente de agua burbujeante elimina las piedras, impurezas y cuerpos extraos que los granos pudiesen llevar. Las piedras y dems cuerpos extraos son descargados de la

lavadora de forma automtica. El agua de lavado se somete a un proceso de reciclaje con el fin de eliminar la tierra aprovechando por varias horas la cantidad de agua inicial en circuito cerrado, de forma que as se disminuye el consumo de agua limpia. Transporte del grano al molino.- el grano, una vez limpia y escurrida, se transporta al molino por un elevador o tornillo sinfn. Equipo para disear!!!! Molturacin.- Consiste en moler los garnos para obtener una pasta compuesta por un parte o fase slida (formada por restos de tejidos vegetales) y otra fase lquida, de aceite y agua. Este proceso es tan importante que a las almazaras tambin se les denomina molinos de aceite. Con el mtodo continuo, la molienda del grano se efecta en un molino a martillos con forma de estrella y dotada de cabezas o pastillas intercambiables de acero extraduro al tungsteno. El tamao de la molienda viene regulado por el dimetro de perforacin de la criba, que gira en sentido contrario al de los martillos. Un sistema de arrastre asegura la evacuacin de la pasta contenida en la cmara, con lo que se evitan atascos y resistencias excesivas en el proceso de trabajo. Batido de la pasta: El batido de la pasta de soya procedente del molino se realiza en una batidora de uno o dos cuerpos horizontales construidos en acero inoxidable con cmara, por la que circula agua caliente para caldeo de la misma. La pasta de la soya cae al cuerpo de batidoras, donde unas palas helicoidales de acero inoxidable giran a una velocidad estudiada para aglutinar al mximo las partculas de aceite suspendidas. El transporte de la pasta al decantador se realiza por una bomba de tipo helicoidal con componentes especialmente adecuados al proceso de extraccin del aceite de soya. Decantacin: En este proceso se separa la pasta de soya en sus tres componentes: aceite, alpechn y orujo. La decantacin se puede realizar a dos o tres fases. Con la decantacin a dos fases, los resultados obtenidos son por un lado, el aceite y por el otro el orujo y el alpechn, llamado alperujo. En este tipo de proceso no se requiere la adicin de agua al decantador, con el consiguiente ahorro de agua potable y energa, y se obtiene por el contrario, un orujo muy hmedo y con caractersticas de viscosidad y falta de firmeza que lo hacen de difcil manipulacin. Con la decantacin a tres fases, se obtiene por un lado el aceite y el alpechn, por el otro lado se obtiene el orujo con una humedad aproximada del 50 %. Con este procedimiento, el proceso exige la adicin de agua caliente, pero, por contra, se obtiene un orujo seco y fcil de manipular. El decantador centrfugo horizontal, consta de un bol cilndrico y un tornillo sinfn de alimentacin, con el eje hueco, que gira en su interior. Debido a la fuerza centrfuga, la masa se dirige a las paredes del bol y forma tres estratos de distintas densidades: - orujo (residuos slidos), - aceite

- alpechn (agua vegetal). El orujo se evacua por el sinfn, el aceite y el alpechn manan de orificios situados a distinto nivel, este proceso se llama decantacin a tres fases. Con este sistema se necesita el aporte de 80 a 100 litros de agua por cada 100 Kg de grano de soya. Transportador del orujo: El orujo descargado del decantador se recoge en un tornillo sinfn transportador, que lo lleva hasta una tolva de almacenaje de este producto, situada en el exterior de la almazara. Vibro filtro: El aceite y el alpechn pasan por unos tamices vibradores que retienen las partculas slidas en suspensin. El aceite obtenido se transporta mediante una bomba del vibro filtro a una centrifugadora vertical. Centrifugacin y limpieza del aceite de soya: Mediante una centrifugadora vertical de limpieza automtica, donde, por fuerza centrifuga y dentro de un rotor de platillos, se procede a su limpieza y se elimina la humedad, slidos finos e impurezas. Una vez centrifugado, el aceite queda disuelto para ser trasegado a los depsitos de almacenaje. Si el proceso de elaboracin se realiza a tres fases, es decir, con produccin de alpechines, otra centrifuga vertical realiza la tarea del repaso de los mismos con el fin de recuperar la poca cantidad de aceite que dichas aguas pudiesen contener antes de realizar su vertido, vertido que generalmente se realiza pasando por unas pilas de decantacin y con un control adecuado que permita evitar la contaminacin de afluentes a ros, lagunas. Cuadro elctrico: Sirve para el accionamiento de la planta. La proteccin de los motores y de los elementos de control tales como la temperatura de proceso, produccin, consumo de energa. Almacenaje y envasado del aceite de soya: El aceite de soya limpio, es almacenado en tanques de acero inoxidable. Para evitar enranciamientos o enturbiamientos, los depsitos deben ser de un material inerte, opaco e impermeable y no pueden absorber olores. Adems la temperatura se mantendr en torno a los 15 C. BALANCE DE MASA PARA LA INDUSTRIALIZACION DE LA SOYA (Produccin de 100TN/da)

ACEITE DE SOYA A 47500 Kg GRANO DE SOYA 42% ACEITE 58% RESIDUOS C RESIDUOS BALANCE GLOBAL: A= B+C BALANCE DE MASA PARA ACEITE: B 100 % ACEITE

MOLTURACIN

47500*0.42 = B B = 19950 Kg aceite 47500 = C+B 47500 = C+19950 C = 27550 Kg Residuos LECHE DE SOYA

B

266 Kg PECTINA

A 33250 Kg GRANO DE SOYA

D MEZCLA DE

MEZCLADOR14 % SS 86 % ST C AZUCAR 33250 Kg 100 % SS

FRUTA AZUCAR Xss

Y

BALANCE GLOBAL: A+B+C = D D = 66766 Kg Mezcla de fruta y azcar

BALANCE DE MASA PARA SOLIDOS SOLUBLES:

33250*0.14+266*1+33250*1 = 66766 Xss Xss = 0.57

M D 66766 Kg 57 % SS

AGUA EVAPORADA N MERMELADA

COCCION

67 % SS 67 % BRIX

BALANCE GLOBAL: D = M+N BALANCE DE MASA PARA SOLIDOS SOLUBLES: 66766*0.57 = N*0.67 N = 56801 Kg de MERMELADA AGUA EVAPORADA: 66766 = M+56801 M = 9965 Kg de agua evaporada

+

DISEO DE EQUIPO N 1

CINTA TRANSPORTADORA Las cintas transportadoras son elementos auxiliares de las instalaciones, cuya misin es la de recibir un producto de forma ms o menos continua y regular para conducirlo a otro punto. Las cintas son elementos de una gran sencillez de funcionamiento, que una vez instaladas en condiciones suelen dar pocos problemas mecnicos y de mantenimiento. Son aparatos que funcionan solos, intercalados en las lneas de proceso y que no requieren generalmente de ningn operario que manipule directamente sobre ellos de forma continuada. Descripcin de la Maquina Este tipo de transportadoras continuas estn constituidas bsicamente por una banda sinfn flexible que se desplaza apoyada sobre unos rodillos de giro libre. El desplazamiento de la banda se realiza por la accin de arrastre que le transmite uno de los tambores extremos, generalmente el situado en "cabeza". Todos los componentes y accesorios del conjunto se disponen sobre un bastidor, casi siempre metlico, que les da soporte y cohesin. Las ventajas que tiene la cinta transportadora son: Permiten el transporte de materiales a gran distancia Se adaptan al terreno Tienen una gran capacidad de transporte Permiten transportar una variedad grande de materiales Es posible la carga y la descarga en cualquier punto del trazado Se puede desplazar No altera el producto transportado

Consideraciones de Diseo Para una Cinta Transportadora por Rodillos

El desplazamiento se lleva a por medio de un motor elctrico travs de una transmisin de engranajes, una correa y una polea solidaria al tambor conductor. El tensado es esencial para que la cinta no patine sobre el tambor conductor, para ello se pueden acoplar mecanismos de tensado automtico.

En este tipo de transportador, los rodillos son movidos por cadenas o correas. La potencia necesaria para mover esta serie de rodillos la suele proporcionar un motor elctrico. Dicho de otra forma, este tipo de transportador por rodillos funciona por medio de un motor de rotacin, el cual a travs de cadenas, cintas u otros elementos transfiere la energa necesaria a los diferentes rodillos de los que est compuesto dicho transportador, de forma que hace rodar o girar a todos los rodillos a la misma velocidad. Partes Principales de una Cinta Transportadora

1. Banda Transportadora La funcin principal de la banda es soportar directamente el material a transportar y desplazarlo desde el punto de carga hasta el de descarga, razn por la cual se la puede considerar el componente principal de las cintas transportadoras; tambin en el aspecto econmico es, en general, el componente de mayor precio.

2. Rodillos y Soportes Los rodillos son uno de los componentes principales de una cinta transportadora, y de su calidad depende en gran medida el buen funcionamiento de la misma. Si el giro de los mismos no es bueno, adems de aumentar la friccin y por tanto el consumo de energa, tambin se producen desgastes de recubrimientos de la banda, con la consiguiente reduccin de la vida de la misma.

La funcin principal del rodillo es soportar la banda y el material a transportar por la misma en el ramal superior, y soportar la banda en el ramal inferior; los rodillos del ramal superior situados en la zona de carga, deben soportar adems el impacto producido por la cada del material. 3. Tambores Los tambores estn constituidos por un eje de acero, siendo el material del envolvente acero suave y los discos, ya sea de acero suave o acero moldeado. La determinacin de los dimetros del tambor depende del tipo de banda empleado, el espesor de las bandas o el dimetro del cable de acero, segn sea el caso; a su vez estos espesores o dimetros dependen de la tensin mxima en la banda. Por lo tanto el dimetro exterior depende de la tensin en la banda.

4. Tensores de Banda Los Dispositivos de tensado cumplen las siguientes funciones: Lograr el adecuado contacto entre la banda y el tambor motriz. Evitar derrames de material en las proximidades de los puntos de carga, motivados por falta de tensin en la banda. Compensar las variaciones de longitud producidas en la banda, estas variaciones son debidas a cambios de tensin en la banda. Mantener la tensin adecuada en el ramal de retorno durante el arranque. 5 Bastidores

Los bastidores son estructuras metlicas que constituyen el soporte de la banda transportadora y dems elementos de la instalacin entre el punto de alimentacin y el de descarga del material. Se compone de los rodillos, ramales superiores e inferior y de la propia estructura soporte. Los bastidores son el componente ms sencillo de las

cintas, y su funcin es soportar las cargas del material, banda, rodillos y las posibles cubiertas de proteccin contra el viento. El motor que se usa para accionar una cinta transportadora comnmente es la de jaula de ardilla. Los motores de corriente alterna ms usados en son los de jaula de ardilla. La nica forma de regularlos completamente es controlando la tensin y la frecuencia de la alimentacin. Son los ms robustos y no requieren manteniendo alguno. 7. Rotor de Jaula de Ardilla La cinta transportadora que se disea se la utiliza para el transporte de la fruta y tambin para el etiquetado. Para conocer la cantidad de fruta que se va a transportar a travs de la cinta transportadora es importante realizar el control de todo el proceso y conocer los principales datos necesarios como ser: la cantidad de fruta recogida y su contenido en azcares.

Para la cinta transportadora se calculara la potencia y el mximo empuje de la cadena con la siguiente frmula: P= 0.75*v*L (WP + 2WP) Donde: V es la velocidad de la cinta transportadora en pies/s L es la longitud del transportador en pies. WP es el peso del producto por pie de cadena en lb/pie WC es el peso de la cadena por pie en lb/pie Tambin se calcula el valor de la tensin necesaria para el movimiento de la cinta cargada a travs de: T =75*P*K/v Donde: P es la potencia instalada en Hp K es una constante que toma en cuenta la transmisin de la potencia desde la polea de mando a la cinta. (Tabla A) para 180 V es la velocidad de la cinta transportadora en m/s. Clculos para la Cinta Transportadora Calculo de la Potencia y del Mximo Empuje de la Cadena de la Cinta Transportadora Para este clculo se tiene como base la produccin de 33250 Kg de pulpa. Tenemos como datos: La longitud del transportador (L) = 10 m El ancho de banda de la cinta (B)= 1 m.

La velocidad (v)= 0.7m/s. Densidad del Jugo ( ) =1053 Kg/m3 A partir de las tablas de Link Belt del departamento tcnico de gomafiltros, se consideran los siguientes valores: Utilizando el tipo de cadena Mod.IPS : WC= 18 Kg/m (Peso de la cadena por metro en Kg/m) WP= 1.5 kg/m ( Peso del producto por metro de cadena en kg/m)

CALCULO DE POTENCIA PARA CINTA TRANSPORTADORA

DATOS:

P= V= L=

0.75 * V*L (WP +2 WC ) 0.7 m/s 10 m

Ancho= 1 m Wp = 1.5 kg/m ( Peso del producto por metro de cadena en kg/m)

( ) =1053 Kg/m3

WC P=

=18 Kg/m (Peso de la cadena por metro en Kg/m) 0.75 *0.7*10 (1.5+2(18))

P= 196.875 Kg m/s*(1 lb/ 0.4535 kg)* (3.2808 pie/m) P= P= 1424.27 lb pie/s* (1hP/ 550 lb pie/s) 2.59 hp

P=

3 hpDISEO DE EQUIPO N 2

FILTRO

El jugo se pasa por un colador de malla fina para separar las pepas y otros slidos en suspensin. En este paso se separan los fragmentos de pulpa y pepa que pasaron en el momento de la extraccin. Esto puede realizarse con un filtro de manga de tela apropiada previamente bien lavada y recin hervida, que pueda ser cambiado y lavado con facilidad TIPOS DE FILTROS Existen varios tipos de filtros industriales pero los ms comunes son: A. Filtroprensa: Los filtros prensa pueden operarse a presin constante o puede incrementarse gradualmente la presin para mantener el volumen de filtrado constante ya que comnmente se emplean bombas centrifugas con estos equipos, la filtraci6n se da inicialmente a tasa constante seguida de a presin constante. La presin empleada en este tipo de equipos es de 25-75 psig (276-61RN/m2). Estos equipos existen con las placas en forma vertical u horizontal.

Filtro prensa de Placas Verticales El elemento bsico en un filtro prensa vertical es un arreglo de placas de drenado verticales que sostienen al medio filtrante. Un diseo muy conocido es la prensa de placas y marcos. En este tipo de filtro placas y marcos. En este tipo de filtro placas estriadas cubiertas de ambos lados con el medio filtrante, se alternan con marcos en un soporte. El conjunto de placas y marcos puede apretar con un tornillo sin fin mecnico o hidrulico para evitar las fugas de fluido. El medio filtrante acta tambin como junta. Tanto las placas como los marcos estn previstos de aberturas en una esquina formndose un canal por donde se alimenta la suspensin a filtrarse. Adems, el centro hueco de los marcos se encuentra conectado por un canal auxiliar al canal de alimentacin La suspensin alimentada entra a los marcos y la torta se acumula en el espacio vaco, mientras que el filtrado pasa a trav6s del medio filtrante y sobre las superficies estriadas de las placas de donde es retirado por medio de un canal de drenado en cada placa. La filtracin continua hasta que el flujo de filtrado cae por debajo de un nivel prctico o si la presin alcanza un nivel inaceptable.

B. Filtros al vacio: Este tipo de filtros es recomendado para procesos continuos. En estos filtros se mantiene una presin subatmosfrica corriente abajo del medio filtrante y atmosfrica corriente arriba. Filtros de Tambor Rotatorio al Vacio. Consisten de un tambor rotatorio girando alrededor de su eje horizontal. La superficie del tambor consiste de un nmero de compartimientos poco profundos formados por flejes divisorios que corren a lo largo del tambor. Cada compartimento se encuentra conectado por una o varias tuberas a una vlvula rotatoria automtica situada centralmente en un extremo del tambor. El tambor se encuentra parcialmente sumergido en un tanque abierto que contiene la suspensin a filtrarse. El medio filtrante cubre la superficie del tambor y se encuentra soportado por placas perforadas. El tambor gira a velocidades del orden de 0.1-2 rpm. Conforme el tambor gira los compartimentos sumergidos en la suspensin forman un vacio. El filtrado fluye a travs del medio filtrante y salen por la tubera de drenado, mientras que los slidos forman una torta en la superficie externa del medio filtrante. Conforme el compartimento emerge de la suspensin, la capa de torta es raspada. Filtros Centrfugos En estos filtros se emplea la fuerza centrifuga como fuerza motriz. Estos filtros realmente son centrifugas adaptadas con un recipiente perforado sobre el cual se coloca un medio filtrante. La suspensin a filtrar se alimenta al interior del recipiente sujeto a fuerzas centrifugas, el filtrado fluye a travs del medio filtrante y la torta se acumula en el interior del recipiente, El equipo de filtro prensa ser utilizado en esta planta, ya que por sus componentes nos favorece en cuanto al prensado y filtrado dando resultado el jugo de naranja filtrado Calculo para el filtro prensa. Capacidad de naranja filtrada= 19.9 Ton/dia, convirtiendo a unidades volumtricas con = 1053 Kg/m3

V filtradora = 4/3 *V jugo de naranja =4/3 * 18.9

= 25.2

Calculo de cada de presin del fluido: (Geankoplis, Medio fluidizado)

Donde: -APc/L = cada de presin del jugo / espesor del equipo K1 = constante de filtracin = 4.17 = viscosidad del filtrado = 1.5 cp =1.5 *10-2 kg/m*s v= velocidad lineal, basada en el rea de filtracin = 109.1179 m/s = porosidad del equipo = 0.001 So = rea superficial especifica de las partculas = 7.069 * 10-4 m2/m3

DISEO DE EQUIPO N 3

BOMBA Definicin Un equipo de bombeo es un transformador de energa. Recibe energa mecnica y la convierte en energa que un fluido adquiere en forma de presin, de posicin o de velocidad. As, existen bombas que se utilizan para cambiar la posicin de un cierto fluido. Un ejemplo lo constituye una bomba de pozo profundo, que adiciona energa para que el agua del subsuelo salga a la superficie. Un ejemplo de bombas que adicionan energa de presin sera un acueducto, en donde las alturas, as como los dimetros de tubera y velocidades fuesen iguales, en tanto que la presin es aumentada para vencer las prdidas de friccin que se tuviesen en la conduccin. En la mayora de las aplicaciones de energa conferida por una bomba es una mezcla de las tres, (posicin, presin y velocidad), las cuales se comportan con los principios de la mecnica de fluidos. Tipos de bombas Segn el principio de funcionamiento La principal clasificacin de las bombas segn el funcionamiento en que se base: Bombas de desplazamiento positivo o volumtrico, en las que el principio de funcionamiento est basado en la hidroesttica, de modo que el aumento de presin se realiza por el empuje de las paredes de las cmaras que varan su volumen. En este tipo de bombas, en cada ciclo el rgano propulsor genera de manera positiva un volumen dado o cilindrada, por lo que tambin se denominan bombas volumtricas. En caso de poder variar el volumen mximo de la cilindrada se habla de bombas de volumen variable. Si ese volumen no se puede variar, entonces se dice que la bomba es de volumen fijo. A su vez este tipo de bombas pueden subdividirse en

Bombas de mbolo alternativo, en las que existe uno o varios compartimentos fijos, pero de volumen variable, por la accin de un mbolo o de una membrana. En estas mquinas, el movimiento del fluido es discontinuo y los procesos de carga y descarga se realizan por vlvulas que abren y cierran alternativamente. Algunos ejemplos de este tipo de bombas son la bomba alternativa de pistn, la bomba rotativa de pistones o la bomba pistones de accionamiento axial. Bombas volumtricas rotativas o rotoestticas, en las que una masa fluida es confinada en uno o varios compartimentos que se desplazan desde la zona de entrada (de baja presin) hasta la zona de salida (de alta presin) de la mquina. Algunos ejemplos de este tipo de mquinas son la bomba de paletas, la bomba de lbulos, la bomba de engranajes, la bomba de tornillo o la bomba peristltica. Bombas rotodinmicas, en las que el principio de funcionamiento est basado en el intercambio de cantidad de movimiento entre la mquina y el fluido, aplicando la hidrodinmica. En este tipo de bombas hay uno o varios rodetes con labes que giran generando un campo de presiones en el fluido. En este tipo de mquinas el flujo del fluido es continuo. Estas turbo mquinas hidrulicas generadoras pueden subdividirse en:

Radiales o centrfugas, cuando el movimiento del fluido sigue una trayectoria perpendicular al eje del rodete impulsor. Axiales, cuando el fluido pasa por los canales de los labes siguiendo una trayectoria contenida en un cilindro. Diagonales o helicocentrfugas cuando la trayectoria del fluido se realiza en otra direccin entre las anteriores, es decir, en un cono coaxial con el eje del rodete. Segn el tipo de accionamiento Electrobombas. Genricamente, son aquellas accionadas por un motor elctrico, para distinguirlas de las motobombas, habitualmente accionadas por motores de combustin interna. Bombas neumticas que son bombas de desplazamiento positivo en las que la energa de entrada es neumtica, normalmente a partir de aire comprimido. Bombas de accionamiento hidrulico, como la bomba de ariete o la noria. Bombas manuales. Un tipo de bomba manual es la bomba de balancn

BOMBAS CENTRFUGAS

Una bomba centrfuga consiste en un rodete que produce una carga de presin por la rotacin del mismo dentro de una cubierta. Las diferentes clases de bombas se definen de acuerdo con el diseo del rodete, el que puede ser para flujo radial o axial. 1. Tipo Radial Este rodete enva por una fuerza centrfuga, el flujo del fluido en direccin radial hacia la periferia de aquel. La carga de velocidad es convertida a carga de presin en la descarga de la bomba. Por lo general, los alabes (aletas) de estos rodetes estn curvados hacia atrs. El rodete radial ha sido el tipo ms comnmente usado. 2. Flujo axial o tipo hlice Casi toda la carga producida por este rodete es debida a la accin de empuje de las aletas. El fluido entra y sale del rodete en direccin axial o casi axial. 3. Flujo mixto La carga se desarrolla con un rodete delgado, en parte por fuerza centrfuga y en parte por el empuje de las aletas. Esto se consigue construyendo aletas de curva doble o en forma de hlice, de tal forma que la descarga es una combinacin de flujo axial y radial. Los cambios de las caractersticas de los rodetes tipo radial con respecto a los de tipo axial son, respectivamente, de carga grande y flujo moderado a flujo extremadamente grande y carga baja. VENTAJAS DE LAS BOMBAS CENTRFUGAS o Su construccin es simple, su precio es bajo. o El fluido es entregado a presin uniforme, sin variaciones bruscas ni pulsaciones. Son muy verstiles, con capacidades desde 5gpm con presin diferencial de 2 a 5 lb/pulg 2 con presin diferencial de 2 a 5 lb/pulg2 hasta bombas mltiples con 3000gpm y 3000 lb/pulg2.

o La lnea de descarga puede interrumpirse, o reducirse completamente, sin daar la bomba. o Puede utilizarse con lquidos que contienen grandes cantidades de slidos en suspensin, voltiles y fluidos hasta de 850F. o Sin tolerancias muy ajustadas. o Poco espacio ocupado. o Econmicas y fciles de mantener. o No alcanzan presiones excesivas an con la vlvula de descarga cerrada. o Mxima profundidad de succin es 15 pulgadas. o Flujo suave no pulsante. o Impulsor y eje son las nicas partes en movimiento. o No tiene vlvulas ni elementos reciprocantes. o Operacin a alta velocidad para correa motriz. o Se adaptan a servicios comunes, suministro de agua, hidrocarburos, disposicin de agua de desechos, cargue y descargue de carro tanques, transferencia de productos en oleoductos.

DISEO DE UNA BOMBA CENTRIFUGA

Z2=L= 4.5 m 1 2

3

4

D=2.067pulg TANQUE DE CONCENTRADO TANQUE DE FILTRADO BOMBA

DATOS =1.856*10-3 Kg/ms = 26.78 lb/pie.s naranja = 1053 kg/m3 = 65 lb/pie3

velocidad de flujo = 70 gal/min =0.1487 pies3/s: V2 = 0.1487 pie3/s *1/0.0233pie2 = 6.3819 pie/s

C40 tuberia de acero comercial:

F = 0.0048 Factores de friccin para fluidos en tuberia Fig. 2.10.3 (GEANKOPLIS) = =

n = 90% =

0.1487 17.07

=17.07

DISEO DE EQUIPO N 4

TANQUE CON AGITACIN

PARTES DEL TANQUE Motor Reductor de velocidad Eje Agitador Vlvula de drenado

TANQUE TPICO DEL PROCESO CON AGITACIN El tanque agitador se va a usar en la etapa de coccin y mezclado de la pulpa de naranja con pectina, azcar y acido ctrico, con el fin de incrementar el contenido o la concentracin de slidos solubles del producto. Para el procesamiento de 56801 kg de mermelada de naranja al da propuesto, para el presente trabajo se requieren de una cantidad de 33250 Kg de pulpa de fruta que deben ser mezclados con 33250 de azcar, para lo cual se diseara un tanque agitador capaz de agitar bien la mezcla pulpa-azcar, evitando de esta manera la formacin de grumos y caramelizacin del azcar. Los tanques agitadores o tanques mezcladores son equipos donde se realiza una mezcla de componentes. El fondo del tanque debe ser redondeado, con el fin de eliminar los bordes rectos o regiones en las cuales no penetraran las corrientes del fluido. AGITADORES PARA TANQUES

Es necesario tener ciertos datos para as poder seleccionar el equipo, por ejemplo: la viscosidad del producto que se va a mezclar, gravedad especfica, volumen y dimensiones del tanque; especificar si hay slidos presente y el porcentaje de este, que tipo de agitacin se requiere ( moderada, violenta etc..) La agitacin se refiere a forzar un fluido por medios mecnicos para que adquiera un movimiento circulatorio en el interior de un recipiente. Los objetivos de la agitacin pueden ser: Mezcla de dos lquidos miscibles (Ej: alcohol y agua) Disolucin de slidos en lquido (Ej: azcar y agua) Mejorar la transferencia de calor (en calentamiento o enfriamiento) Dispersin de un gas en un lquido (oxgeno en caldo de fermentacin) Dispersin de partculas finas en un lquido Dispersin de dos fases no miscibles (grasa en la leche)

TIPOS DE AGITADORES: Los agitadores se dividen en dos clases: los que generan corrientes paralelas al eje del agitador y los que dan origen a corrientes en direccin tangencial o radial. Los primeros se llaman agitadores de flujo axial y los segundos agitadores de flujo radial. Los tres tipos principales de agitadores son, de hlice, de paletas, y de turbina. Y clasificndose en muy revolucionados: de hlice y de turbina y poco revolucionados: de paletas y de ancla AGITADORE DE HELICES

Un agitador de hlice, es un agitador de flujo axial, que opera con velocidad elevada y se emplea para lquidos pocos viscosos. Los agitadores de hlice ms pequeos, giran a toda la velocidad del motor, unas 1.150 1.750 rpm; los mayores giran de 400 a 800 rpm. Las corrientes de flujo, que parten del agitador, se mueven a travs del lquido en una direccin determinada hasta que son desviadas por el fondo o las paredes del tanque. Las palas de la hlice cortan o friccionan vigorosamente el lquido. Debido a la persistencia de las corrientes de flujo, los agitadores de hlice son eficaces para tanques de gran tamao. Para tanques extraordinariamente grandes, del orden de 1500m3 se han utilizado agitadores mltiples, con entradas laterales al tanque. El dimetro de los agitadores de hlice, raramente es mayor de 45 cm, independientemente del tamao del tanque. En tanques de gran altura, pueden disponerse dos o ms hlices sobre el mismo eje, moviendo el lquido generalmente en la misma direccin. A veces dos agitadores operan en sentido opuesto creando una zona de elevada turbulencia en el espacio comprendido entre ellos. APLICACIN: Su campo de aplicacin principal es para lquidos bastante fluidos y para agitar dispersiones de slidos en lquidos poco viscosos y cuando el contenido en materia slida es pequeo. AGITADOR DE PALETAS

Un agitador eficaz est formado por una paleta plana, que gira sobre un eje vertical. Son corrientes los agitadores formados por 2 y 3 paletas. Las paletas giran a velocidades bajas o moderadas en el centro del tanque, impulsando al lquido radial y tangencialmente, sin que exista movimiento vertical respecto del agitador, a menos que las paletas estn inclinadas. Las corrientes de lquido que se originan se dirigen hacia la pared del tanque y despus siguen hacia arriba o hacia abajo. Las paletas tambin pueden adaptarse a la forma del fondo del tanque, de tal manera que en su movimiento rascan la superficie o pasan sobre ella con una holgura muy pequea. Un agitador de este tipo se conoce como agitador de ancla. Estos agitadores son tiles cuando se desea evitar el depsito de slidos sobre una superficie de transmisin de calor. Los agitadores industriales de paletas giran a una velocidad comprendida entre 20 y 150 rpm. La longitud del rodete de un agitador de paletas es del orden de 50 al 80% del dimetro interior del tanque. La anchura de la paleta es de un sexto a un dcimo de su longitud. A velocidades muy bajas, un agitador de paletas produce una agitacin suave, en un tanque sin placas deflectoras o cortacorrientes, las cuales son necesarias para velocidades elevadas. De lo contrario el lquido se mueve como un remolino que gira alrededor del tanque, con velocidad elevada pero con poco efecto de mezcla. APLICACION: El agitador de paletas no es efectivo para slidos en suspensin porque aunque hay un flujo radial, hay poco flujo axial o vertical. Se emplea con lquidos viscosos que pueden generar depsitos en las paredes y para mejorar la transferencia de calor hacia las mismas. Se suele usar para procesar pastas de almidn, pinturas, adhesivos y cosmticos.

AGITADORES DE TURBINA

La mayor parte de ellos se asemejan a agitadores de mltiples y cortas paletas, que giran con velocidades elevadas sobre un eje que va montado centralmente dentro del tanque. Las paletas pueden ser rectas o curvas, inclinadas o verticales. El rodete puede ser abierto, semicerrado o cerrado. El dimetro del rodete es menor que en el caso de agitadores de paletas, siendo del orden del 30 al 50% del dimetro del tanque.

Los agitadores de turbina son eficaces para un amplio intervalo de viscosidades; en lquidos poco viscosos, producen corrientes intensas, que se extienden por todo el tanque y destruyen las masas de lquido estancado. En las proximidades del rodete existe una zona de corrientes rpidas, de alta turbulencia e intensos esfuerzos cortantes. Las corrientes principales son radiales y tangenciales. Las componentes tangenciales dan lugar a vrtices y torbellinos, que se deben evitar por medio de placas deflectoras o un anillo difusor, con el fin de que el rodete sea ms eficaz. Para la elaboracin de mermelada de naranja del presente trabajo se decidi la utilizacin de un tanque agitador de 4 impulsores radiales distribuidos en pares a diferentes alturas a lo largo del eje de rotacin.

Un factor trascendental en el diseo de un tanque de agitacin es la potencia necesaria para mover el impulsor. La presencia o ausencia de turbulencia puede correlacionarse con el nmero de Reynolds del impulsor NRE,, que se define como:

Donde: Da= dimetro del impulsor (agitador), m N = velocidad de rotacin en rev/s p = densidad del fluido en Kg./m3 u = viscosidad en kg/m s Como se menciono antes no se desea aadir aire en la mezcla por lo que el flujo deber ser laminar y no, turbulento para los clculos entonces se considera un nmero de Reynolds inferior a 10. El consumo de potencia se relaciona con la densidad del fluido, su viscosidad, la velocidad de rotacin N y el dimetro del impulsor Da, por medio de grficas de nmero de potencia Np en funcin de NRE. El nmero de potencia es:

Np =

P 5 N 3 Da

CALCULO DEL TANQUE AGITADOR Considerando un volumen del tanque de 20 metros cbicos se desea construir el tanque con un rea mnima para dicho volumen se tiene: V= r2h= 20 m3 A= 2 r2 + 2 rh =2 r (r + h) REEMPLAZANDO:

h=

20 r 2

20 A = 2rr r + 2 r DERIVANDO RESPECTO DE r :

dA 40 = 2r 2 + dr r 40 dA = 2r 2 + dr r 40 dA = 4r 2 rResolvendo la Ecuacin:

40 =0 r2 10 r =3 h r = 1.4m h = 3m 4r Calculando la potencia del motor Primero calculamos el dimetro de las paletas agitador a considerando un numero de reynolds de 9,5 (flujo laminar), con la figura 3.4 4

N Re =

2 Da N =9

Datos Dt = 3m Tomando en cuenta la relacin:

Da = 0,3 Da = 0,3 * Dt 0,3 * 3 = 0,8m Da = 0,8m DtAncho de ls paletas:

W 1 = 1,5 W = * 0,8 = 0,16 m 0,2m Da 5Con la grfica del libro GeanKoplis figura 3.4 - 4 Entrando con NRe que es igual a 9.5 y tomando la curva 5; obtenemos Np= 3,7

N RE = 9,5

= 1,4cp = 1,4 * 10 3N = 1,7 rps Kg = 1053 3 m Da = 0.8m

kg m*s

Np =

p = 3,7 5 N 3 DA

Remplazando los datos se tiene:

3,7 =

DISEO DE EQUIPO N5

P 1053 *1.7 3 * 0,8 5 j P = 6272 .2 = 6,2 KW s P = 8,3Hp

TUBERIAS Los materiales de las tuberas y las formas de unirlas han evolucionado con el correr del tiempo, siempre en la bsqueda de la eficiencia y la economa. La historia de la tubera data de los tiempos babilnicos, cuando eran fabricadas con arcilla cruda, para llevar el agua de un punto a otro. Las ciudades romanas son otro ejemplo de cmo el problema de trasegar agua ha estado presente, pues el puente Pont du Gard, ubicado en el sur de Francia, fue construido con ese objetivo. El hierro es un material que existe desde la prehistoria. Las tuberas de hierro se pueden dividir en dos clases: las que no tienen costura y las soldadas. Las tuberas sin costura son fabricadas mediante el proceso de forjado de un elemento de hierro slido redondo. Su perforacin se realiza mediante la rotacin simultnea y el paso obligado sobre una punta perforada y su reduccin se hace mediante el laminado y el estiramiento. Tambin se pueden fabricar tuberas sin costura mediante la extrusin, el colado en moldes estticos o centrfugos, la forja y la perforacin. Una de sus principales ventajas es que tiene la misma resistencia en libras por pulgada cuadrada a lo largo de toda su pared. Las tuberas soldadas se pueden hacer con bandas laminadas conformadas en cilindros, que luego son soldadas en sus costuras. La resistencia de las soldaduras puede variar desde un 60% hasta un 100%, lo que depende de los procedimientos de elaboracin, por lo que en aplicaciones que van a soportar altas presiones se deben utilizar tuberas certificadas que aseguren un 100%. Una ventaja de este tipo es que se obtienen dimetros mayores y menores espesores de pared. Materiales de tuberas Los metales se pueden dividir en dos tipos: ferrosos, que incluyen hierro y aleaciones con hierro; y no ferrosos, que contemplan todos los dems metales y aleaciones. El hierro es uno de los materiales ms comunes, aunque es muy difcil encontrarlo en la naturaleza en su forma ms pura. Ocurre en la forma de xidos minerales (Fe2O3 o Fe3O4), que se procesan para obtener hierro y acero. La diferencia entre ambos es la maleabilidad, el esfuerzo, la rudeza y la ductilidad, cuyos valores son menores en el primero, que es menos costoso que el acero. Existen distintos tipos de hierro: blanco, gris, maleable y dctil. El acero es una aleacin de hierro con no ms del 2% de su peso en carbono. El mtodo ms comn para su fabricacin es refinar el hierro por medio de la oxidacin de las impurezas y del exceso de carbono, que tiene mayor afinidad con el oxgeno que con el hierro. Para obtener distintas propiedades en las tuberas se utiliza la combinacin del acero al carbn con otros elementos, como carbono, fsforo, silicn, manganeso, nquel, cromo, molibdeno, vanadio, boro, aluminio, sulfuro y cobre. Al aumentar el contenido de carbono en las aleaciones de hierro se logran esfuerzos y durezas mayores, pero se sacrifica la ductilidad. Adems un alto contenido de carbono hace que la tubera sea ms difcil de soldar. El fsforo tiene efectos nocivos sobre la resistencia al impacto y la ductilidad, por lo que su contenido no debe superar el 0.04% del peso.

El silicn acta como un agente desoxidante, que incrementa el esfuerzo a la tensin, mejora la resistencia a la oxidacin, incrementa la resistividad elctrica y disminuye las prdidas por histresis. El manganeso, habitualmente presente en los aceros comerciales, combinado con el sulfuro, mejora las caractersticas para trabajarlo en caliente, disminuye la proporcin crtica de enfriamiento, que causa el endurecimiento o la estructura martensita; y contribuye al endurecimiento profundo. El nquel es un endurecedor ferrito, soluble en todas las proporciones. Los aceros con nquel se pueden endurecer fcilmente. Combinado con el cromo produce aleaciones con mejores resistencias al impacto y a la fatiga que las que se obtienen con el acero al carbn. El cromo es un elemento endurecedor, que como ya dijimos se utiliza con elementos como el nquel para mejorar las propiedades mecnicas. A mayores temperaturas se combina con elementos como el molibdeno, para aumentar su dureza. El molibdeno, que puede formar una solucin slida con el hierro, incrementa la resistencia a las rajaduras a temperaturas elevadas y a las picaduras en medios corrosivos. Cuando se lo combina con cromo hace ms compacta la pelcula de xido de este metal, la cual impide el ataque corrosivo del agua salada. El vanadio se disuelve en la ferrita para repartir la dureza y la rudeza. Los aceros de vanadio muestran una estructura granular mucho ms fina que los aceros de composiciones similares sin l. El boro se agrega al acero para mejorar la dureza. El aluminio se utiliza como desoxidante, para controlar el tamao del grano. El sulfuro, que no debe superarel0.04% del peso, es una impureza no metlica, que en grandes cantidades genera agrietamientos durante el formado a altas temperaturas. Combinado con el manganeso forma un compuesto daino. El uso de cobre en algunas aleaciones incrementa la resistencia a la corrosin y el esfuerzo, aunque en cantidades superiores al 0.3% puede ser contraproducente y causar separaciones intergranulares. Los aceros al carbn se pueden clasificar en:

De bajo contenido de carbono: 0.05 a 0.25% de carbono. De medio contenido de carbono: 0.25 a 0.50% de carbono. De alto contenido de carbono: 0.50 o ms de carbono.

La ASTM (American SocietyforTestingMaterials), la ASME (American Society of MechanicalEngineers) y el API (American PetroleumInstitute) han generado una serie de especificaciones para los diferentes tipos de tuberas y sus materiales. La tabla N 1 indica las diferentes tuberas (metal u aleacin), el nmero de acuerdo a ASME, su grado y algunas caractersticas fsicas de los esfuerzos. Tuberas de acero inoxidable Existen dos versiones que relatan el descubrimiento del acero inoxidable. La primera se refiere al hallazgo en Francia, despus de la guerra, de un can que no haba sido afectado por las inclemencias del tiempo, en cuya fabricacin se haba utilizado cromo. La segunda relata que en 1913 Harry Brearley haca experimentos con aceros, y por accidente descubri que al agregarle cromo lograba uno con las caractersticas del acero inoxidable. El cromo forma una pelcula su xido, que protege al acero de la oxidacin y la corrosin, cuando contiene como mnimo un 11.5%; aunque lo usual es el 25%. Las tuberas 304 H y 316 H, indicadas en la tabla N 1, son de acero inoxidable.

La empresa Tubac de Guatemala recomienda que en caso de conduccin de agua se deba siempre utilizar una tubera de acero galvanizado por inmersin en caliente, y para las juntas se debe usar unin roscada u otro tipo de unin mecnica con elementos galvanizados. Lo anterior para proteger el material base, que es acero, de la corrosin. Tuberas de cobre Se utilizan en sistemas de refrigeracin, agua potable y aire comprimido, entre otros. Al ser conformadas, tienden a endurecerse, lo que puede causar grietas en sus extremos. Se las puede ablandar calentndolas a rojo y dejndolas enfriar. Este proceso, que se conoce como recocido, se efecta en fbrica. La tubera de cobre fabricada para trabajos de refrigeracin y aire acondicionado se identifica como ACR (aire acondicionado y refrigeracin). Esta es purgada por el fabricante con gas nitrgeno, para sellar el metal contra el aire, la humedad, y la suciedad, y para minimizar los xidos que normalmente se forman durante la soldadura con aporte. Las extremidades se tapan durante el proceso, y esos tapones debern colocarse nuevamente despus de cortar un tramo de tubera. Con base en el espesor de su pared, las tuberas de cobre se clasifican en:

Tipo K: pared gruesa, aprobada para ACR. Se usa cuando existen condiciones anormales de corrosin. Tipo L: pared mediana, aprobada para ACR. Es la ms utilizada en la refrigeracin. Estn disponibles en cobre blando o estirado en fro. Tipo M: pared delgada. No se utiliza en refrigeracin, pues su espesor no admite el paso de refrigerantes. Se emplea en lneas de agua y drenajes de condensando, entre otras aplicaciones.

CALCULO DEL DIAMETRO DE TUBERIA NECESARIO PARA TRANSPORTE DE LA LECHE DE SOYA DATOS L = 155 m v = 0.1175 m/s T (naranja) = 20 C (naranja)= 1053 kg/m3 (Ap. A.2) u (naranja) = 2.0 *10-3 kg/m *s (Ap. A.2) asumiendo un D= 0.051 m = 4.6* 10-5 /D= 0.00090 NRE= (D *V* )/u (Ec. 2.5-1) NRE= (0.051*0.1175*1053)/ 2.0*10-3

NRE= 3.15*103 flujo turbulento f= 0.005 (Figura 2.10-3 Geankoplis) Prdidas por friccin = 30.38 J/kg v = 3.79*10-3 m3/s A = D2/4 V= v/ A= 3.79*10-3 m3/s/ D2/4 V= 4.82*10-3/ D2 Reemplazando el factor de friccin dado inicialmente Ff= 30.38 J/kg ( Ec. 2.10-5) Ff = 4f *LV2/2D

30.38= (4*0.005*155*(4.82*10-3)2)/2 D5 D = 0.065 m. Utilizando D = 0.068 m

DE ACUERDO A LA TABLA A5-1 Para : 68 m= 2.68 pulgadas Usaramos un tubo con dimetro de 2 pulgada

PERDIDAS POR FRICCION Las prdidas por friccin en accesorios se considera equivalente a las prdidas a travs de cierto nmero de pis de tubera del mismo dimetro del accesorio en mencin. Para calcular las prdidas por friccin en un sistema de tubera, se debe adicionar conjuntamente el nmero de " Pies equivalentes " a los accesorios en el sistema. La carta de abajo muestra aproximadamente las prdidas por friccin en " Pis equivalentes " para una variedad de accesorios en PVC y CPVC de diferentes tamaos.

Coeficiente de Friccin: el factor o coeficiente de friccin puede deducirse matemticamente en el caso de rgimen laminar, mas en el caso de flujo turbulento no se dispone de relaciones matemticas sencillas para obtener la variacin de con el nmero de Reynolds. Todava mas, Nikuradse y otros investigadores han encontrado que sobre el valor de tambin influye la rugosidad relativa en la tubera. a.- Para flujo Laminar la ecuacin de friccin puede ordenarse como sigue.

b.- Para flujo Turbulento hay diferentes ecuaciones para cada caso: 1.- Para flujo turbulento en tuberas rugosas o lisas las leyes de resistencia universales pueden deducirse a partir de:

2.- Para tuberas lisas, Blasius ha sugerido:

3.- Para tuberas rugosas:

4.- Para todas las tuberas, se considera la ecuacin de Colebrook como la ms aceptable para calcular ; la ecuacin es:

Aunque la ecuacin anterior es muy engorrosa, se dispone de diagramas que dan las relaciones existentes entre el coeficiente de friccin , el Re y la rugosidad relativa "/d. Uno de estos diagramas se incluye el diagrama de Moody, que se utiliza normalmente cuando se conoce Q. Formacin de Capa Lmite en Tubos Rectos: la formacin de la capa lmite se produce en una entrada brusca del tubo, en la cual se forma una vena contracta. A la entrada del tubo recto comienza a formarse una capa lmite, y a medida que el fluido se mueve a travs de la primera parte de la conduccin va aumentando el espesor de la capa. Durante esta etapa, la capa lmite ocupa solamente parte de la seccin transversal del tubo, y la corriente total consta de un ncleo central de fluido que se mueve con velocidad constante, y de una capa lmite de forma anular comprendida entre el ncleo y la pared. En la capa lmite la velocidad aumenta desde el valor cero en la pared, hasta la velocidad constante que existe en el ncleo. A medida que la corriente avanza por el tubo la capa lmite ocupa mayor seccin transversal. Debido a esto surgen dos tipos de friccin: 1.- Friccin de Superficie: es la que se origina entre la pared y la corriente del fluido, hfs. Las cuatro magnitudes ms frecuentes para medir la friccin de superficie son: y , y se relacionan mediante la ecuacin:

El subndice s indica que se trata del factor de friccin de Fanning que corresponde a la friccin de superficie. 2.- Friccin debida a Variaciones de Velocidad o Direccin: cuando ocurre una variacin de velocidad de un fluido, tanto en direccin como en valor absoluto, a causa de un cambio de direccin o de tamao de la conduccin, se produce una friccin adicional a la friccin de superficie, debida al flujo a travs de la tubera recta. Esta friccin incluye a la Friccin de Forma, que se produce como consecuencia de los vrtices que se originan cuando se distorsionan las lneas de corriente normales y cuando tiene lugar la separacin de capa lmite. Debido a que estos efectos no se pueden calcular con exactitud, es preciso recurrir a datos empricos. Prdidas por Friccin debido a una Expansin Brusca de la Seccin Transversal: si se ensancha bruscamente la seccin transversal de la conduccin, la corriente de fluido se separa de la pared y se proyecta en forma de chorro en la seccin ensanchada. Despus el chorro se expansiona hasta ocupar por completo la seccin transversal de la parte ancha de la conduccin. El espacio

que existe entre el chorro expansionado y la pared de la conduccin est ocupado por el fluido en movimiento de vrtice, caracterstica de la separacin de la capa lmite, y se produce dentro de este espacio una friccin considerable. Las prdidas por friccin, correspondientes a una expansin brusca de la conduccin, son proporcionales a la carga de velocidad del fluido en la seccin estrecha, y estn dadas por:

Siendo Ke un factor de proporcionalidad llamado coeficiente de prdida por expansin y V2a, la velocidad media en la parte estrecha de la conduccin Efectos del tiempo y uso en la friccin e tuberas: las prdidas de friccin en tuberas son muy sensibles a los cambios de dimetro y rugosidad de las paredes. Para un Caudal determinado y un factor de friccin fijo, la perdida de presin por metro de tubera varia inversamente a la quinta potencia del dimetro. Por ejemplo, si se reduce en 2% el dimetro, causa un incremento en la perdida de la presin de un 11%; a su vez; una reduccin del 5% produce un incremento del 29%. En muchos de los servicios, el interior de la tubera se va incrustando con cascarilla, tierra y otros materiales extraos; luego en la prctica prudente da margen para reducciones del dimetro de paso. Los tericos experimentados indican que la rugosidad puede incrementarse con el uso debido a la corrosin o incrustacin, en una proporcin determinada por le material de la tubera y la naturaleza del fluido

Total prdidas por friccin

Fr = 210.5806 J/Kg

DISEO DE EQUIPO N6

Molino de martillos