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Diseo de mquinas para la industria de alimentos:

Bombas

Ing. MSc. Susan Soriano Morales

Bombas Las de mayor uso en la industria alimentaria, pueden ser:

De desplazamiento positivo: Producen la presin por aplicacin de una fuerza directa sobre un lquido confinado.

Pueden ser a su vez:

* Reciprocantes: Flujo intermitente, frecuente mantenimiento,

lquidos poco viscosos, pequea capacidad de bombeo.

* Rotativas: Flujo continuo, aptas para lodos y suspensiones.

Bombas centrfugas: Transforman la energa mecnica en energa cintica. Son ms econmicas para manejar grandes volmenes de fluido, ms eficientes con lquidos de baja viscosidad a altas velocidades, requieren menor mantenimiento, tienen poco desgaste.

Parmetros a evaluar en los sistemas: Bomba-tubera

Capacidad de bombeo: Volumen de fluido desplazado por una bomba en la unidad de tiempo (m3/h).

Altura total del sistema: Medida de la resistencia total al flujo (carga esttica, dinmica, prdidas de presin).

Altura que desarrolla la bomba: Cantidad de energa que suministra la bomba a la unidad de masa del fluido.

Altura neta positiva de succin (ANPS): Hay una ANPS para el sistema y otra para la bomba. Debe cumplirse que:

ANPSSistema > ANPSBomba

Es importante tener en cuenta la: Cavitacin, que es debida a la incorporacin de burbujas de vapor en el seno de la corriente lquida.

En una bomba centrfuga las burbujas acompaan al lquido a una zona de mayor presin donde colapsan sbitamente, daando al metal, provocando la aparicin de agujeros. Si el fenmeno se repite constantemente, aparecen ruidos y vibraciones, provocando la destruccin de la bomba. Esto se asocia principalmente a una presin de succin demasiado baja.


Para evitar la cavitacin:

- La temperatura del fluido debe ser baja.

- La tubera de succin no debe ser de dimetro reducido.

- Si el lquido se encuentra por encima de la bomba, conviene

una tubera de succin larga, caso contrario, una de succin

corta.


Los sistemas bomba-tubera deben tener dimensiones que le otorguen caractersticas sanitarias adecuadas, materiales no corrosivos e inertes con el alimento, como el acero inoxidable, aleaciones de nquel o el bronce estaado, permitir la fcil limpieza, si las tuberas son largas, se debe tener cuidado con los puntos que puedan significar acumulacin de residuos.


Bombas peristlticas de tubo

Son perfectas para el bombeo sanitario de muchos alimentos y lquidos. La accin suave de bombeo funciona bien con productos sensibles al cizallamiento y productos que emanan gases, tal como sucede al bombear levadura en la elaboracin de cerveza.

La limpieza en el lugar (CIP, por sus siglas en ingls) y la esterilizacin en el lugar (SIP, por sus siglas en ingls) son esenciales en la manufactura de alimentos. Las bombas peristlticas permiten limpiar en lnea sin la necesidad de desmantelar la bomba, lo que ahorra tiempo y reduce los costos.


No hay riesgo de crecimiento bacteriano en una bomba de tubo dado que los productos se contienen en su totalidad dentro del tubo, ni tampoco existe la posibilidad de puntos muertos en donde puedan acumularse bacterias. La accin de bombeo hace que el tubo se deslice por completo y la bomba pueda drenarse automticamente.



Los tubos de grado alimenticio pueden esterilizarse mediante todos los mtodos de esterilizacin normales, incluida la radiacin, vapor y solucin qumica, lo que permite la confirmacin local de la esterilidad del proceso y, con el tubo fcil de cambiar, la nica parte de contacto, los costos de esterilizacin de rutina se minimizan.


Estas bombas de tubo de alta precisin proporcionan medicin repetible para sabores, colores y aditivos. Con una exactitud del 0,5%, garantizan que la calidad se mantenga siempre de acuerdo con el estndar ms alto.

Las bombas montadas en panel para fabricantes de equipos originales (OEM) estn disponibles para usarse en equipos propios del fabricante. Estas bombas ms pequeas son ideales para mquinas expendedoras y son fciles de mantener con la opcin de cambio de tubo rpido y cabezales mltiples.

Las bombas peristlticas de tubo no tienen sellos ni vlvulas que puedan atascarse, lo que significa que son las bombas ms higinicas y tambin las ms confiables. Las bombas de tubo pueden autoimprimarse y funcionar en seco, lo que ayuda a reducir el tiempo y los costos.

Pistn

Elemento bsico del motor de combustin interna.

Su funcin principal es la de constituir la pared mvil de la cmara de combustin, transmitiendo la energa de los gases de la combustin a la biela mediante un movimiento alternativo dentro del cilindro.

Velocidad media del pistn: Vl= (Rpm*2*L)/60 seg

Vl: Velocidad lineal en m/s

L: Distancia recorrida en metros (carrera).

FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE COMBUSTIN INTERNA

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Y CINEMTICA DEL MOTOR

Un motor de combustin interna basa su funcionamiento, como su nombre lo indica, en el quemado de una mezcla comprimida de aire y combustible dentro de una cmara cerrada o cilindro, con el fin de incrementar la presin y generar con suficiente potencia el movimiento lineal alternativo del pistn .

Este movimiento es transmitido por medio de la biela al eje principal del motor o cigeal, donde se convierte en movimiento rotativo, el cual se transmite a los mecanismos de transmisin de potencia (caja de velocidades, ejes, diferencial, etc.) y finalmente a las ruedas, con la potencia necesaria para desplazar el vehculo a la velocidad deseada y con la carga que se necesite transportar.


Mediante el proceso de la combustin desarrollado en el cilindro, la energa qumica contenida en el combustible es transformada primero en energa calorfica, parte de la cual se transforma en energa cintica (movimiento), la que a su vez se convierte en trabajo til aplicable a las ruedas propulsoras; la otra parte se disipa en el sistema de refrigeracin y el sistema de escape, en el accionamiento de accesorios y en prdidas por friccin.


En este tipo de motor es preciso preparar la mezcla de aire y combustible convenientemente dosificada, lo cual se realizaba antes en el carburador y en la actualidad con los inyectores en los sistemas con control electrnico. Despus de introducir la mezcla en el cilindro, es necesario provocar la combustin en la cmara de del cilindro por medio de una chispa de alta tensin que la proporciona el sistema de encendido.


Principio de Funcionamiento:

En un motor el pistn se encuentra ubicado dentro del cilindro, cuyas paredes le restringen el movimiento lateral, permitiendo solamente un desplazamiento lineal alternativo entre el punto muerto superior (PMS) y el punto muerto inferior (PMI); a dicho desplazamiento se le denomina carrera.


Tanto el movimiento del pistn como la presin ejercida por la energa liberada en el proceso de combustin son transmitidos por la biela al cigeal. Este ltimo es un eje asegurado por los apoyos de bancada al bloque del motor, y con unos descentramientos en cuales se apoyan las bielas, que son los que permiten que el movimiento lineal del pistn transmitido por la biela se transforme en un movimiento circular del cigeal.


Este movimiento circular debe estar sincronizado principalmente con el sistema de encendido y con el sistema valvular, compuesto principalmente por el conjunto de vlvulas de admisin y de escape, cuya funcin es la de servir de compuerta para permitir la entrada de mezcla y la salida de gases de escape.

Normalmente las vlvulas de escape son aleadas con cromo con pequeas adiciones de nquel, manganeso y nitrgeno, para incrementar la resistencia a la oxidacin debido a las altas temperaturas a las que trabajan y al contacto corrosivo de los gases de escape.

Sistema de vlvulas


EL CICLO DE FUNCIONAMIENTO TERICO DE CUATRO TIEMPOS

La mayora de los motores de combustin interna trabajan con base en un ciclo de cuatro tiempos, cuyo principio es el ciclo termodinmico de Otto (con combustible gasolina o gas) y el ciclo termodinmico de Diesel (con combustible A.C.P.M.).

Por lo tanto, su eficiencia est basada en la variacin de la temperatura tanto en el proceso de compresin isentrpico1, como en el calentamiento a volumen (Otto) o presin constante (Diesel).


EL CICLO DE FUNCIONAMIENTO TERICO DE CUATRO TIEMPOS

El ciclo consiste en dos carreras ascendentes y dos carreras descendentes del pistn. Cada carrera coincide con una fase del ciclo de trabajo (ver figura 4.4), y recibe el nombre de la accin que se realiza en el momento, as:

Admisin Compresin

Combustin - Expansin

Escape

Fases de funcionamiento del motor


Motor elctrico

Es un dispositivo que transforma la energa elctrica en energa mecnica por medio de la accin de los campos magnticos generados en sus bobinas. Son mquinas elctricas rotatorias compuestas por un esttor y un rotor.

Clasificacin en funcin al tipo de corriente utilizada Motores de corriente continua

De excitacion independiente. De excitacion serie. De excitacion (shunt) o derivacion. De excitacion compuesta (compund).

Motores de corriente alterna

Motores sincronos.

Motores asincronos:

Monofasicos. - De bobinado auxiliar. - De espira en cortocircuito.

- Universal.

Trifasicos. - De rotor bobinado. - De rotor en cortocircuito (jaula de ardilla).

Motores elctricos

Todos los motores de corriente continua as como los sincronos de corriente alterna incluidos en la clasificacion anterior tienen una utilizacion y unas aplicaciones muy especificas.

Los motores de corriente alterna asincronos, tanto monofasicos como trifasicos, son los que tienen una aplicacion mas generalizada gracias a su facilidad de utilizacion, poco mantenimiento y bajo coste de fabricacion.

El motor de induccion es el mas usado de todos los tipos de motores, ya que combina las ventajas de la utilizacion de energia electrica -bajo costo, facilidad de transporte, limpieza, simplicidad de comando- con su construccion simple y su gran versatilidad de adaptacion a las cargas de los mas diversos tipos y mejores rendimientos.

Motores elctricos

Los tipos mas comunes de motores electricos son:

a) Motores de corriente continua

Son motores de costo mas elevado y, ademas de eso, precisan una fuente de corriente continua, o un dispositivo que convierta la corriente alterna comun en continua. Pueden funcionar con velocidad ajustable, entre amplios limites y se prestan a controles de gran flexibilidad y precision. Por eso, su uso es restricto a casos especiales en que estas exigencias compensan el costo mucho mas alto de la instalacion y del mantenimiento.

Motores elctricos

b ) Motores de corriente alterna

Son los mas utilizados, porque la distribucion de energia electrica es hecha normalmente en corriente alterna. Los principales tipos son:

Motor sincrono: Funciona con velocidad fija, o sea, sin interferencia del deslizamiento; utilizado normalmente para grandes potencias (debido a su alto costo en tamanos menores).

Motor de induccion: Funciona normalmente con una velocidad constante, que varia ligeramente con la carga mecanica aplicada al eje. Debido a su gran simplicidad, robustez y bajo costo, es el motor mas utilizado de todos, siendo adecuado para casi todos los tipos de maquinas accionadas, encontradas en la practica. Actualmente es posible el control de la velocidad de los motores de induccion con el auxilio de convertidores de frecuencia.

Motores elctricos

Motores elctricos

La velocidad de sincronismo de los motores elctricos de corriente alterna viene definida por la expresin:

Motor asncrono de induccin

Constituido por un circuito magntico y dos elctricos, uno colocado en la parte fija (esttor) y otro en la parte mvil (rotor).

El circuito magnetico esta formado por chapas apiladas en forma de cilindro en el rotor y en forma de anillo en el estator

El funcionamiento del motor asncrono de induccin se basa en la accin del flujo giratorio generado en el circuito estatorico sobre las corrientes inducidas por dicho flujo en el circuito del rotor. El flujo giratorio creado por el bobinado estatorico corta los conductores del rotor, por lo que se generan fuerzas electromotrices inducidas.

Motor asncrono de induccin: Principio de funcionamiento

Suponiendo cerrado el bobinado rotorico, es de entender que sus conductores seran recorridos por corrientes electricas. La accion mutua del flujo giratorio y las corrientes existentes en los conductores del rotor originan fuerzas electrodinamicas sobre los propios conductores que arrastran al rotor haciendolo girar (Ley de Lenz).

Flujo magntico (Wb)

Induccin magntica (T)

Superficie definida por el conductor

ngulo que forman el vector S perpendicular a la superficie definida por el conductor y la direccin del campo

Motor asncrono de induccin: Principio de funcionamiento

Grupo electrgeno

Un grupo electrgeno es una mquina que mueve un generador elctrico a travs de un motor de combustin interna.

Son comnmente utilizados cuando hay dficit en la generacin de energa elctrica de algn lugar, o cuando son frecuentes los cortes en el suministro elctrico. As mismo, la legislacin de los diferentes pases pueden obligar a instalar un grupo electrgeno en lugares en los que haya grandes densidades poblacionales, por ejemplo; centros comerciales, restaurantes, edificios administrativos, etc.

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