Instalaciones Industriales

Unidad temática Nº2: Instalaciones eléctricas

Instalaciones de Fuerza Motriz

Aparatos de Protección y Maniobra

• Función: pueden conectar o desconectar (o sea, maniobrar) un circuito eléctrico.
• Objetivo: evitar tanto el riesgo para las personas de sufrir accidentes eléctricos, como el sobrecalentamiento de los conductores y equipos eléctricos, previniendo así daño en el material y posibles causas de incendio.

Tipos de fallas eléctricas:

• Sobrecarga: Se produce cuando la magnitud de la tensión o corriente supera el valor preestablecido como normal (valor nominal). Comúnmente estas sobrecargas se originan por exceso de consumos en la instalación eléctrica. Las sobrecargas producen calentamiento excesivo en los conductores, lo que puede significar las destrucción de su aislación, incluso llegando a provocar incendios por inflamación.
• Cortocircuito: Se originan por la unión fortuita de dos líneas eléctricas sin aislación, entre las que existe una diferencia de potencial eléctrico (fase-neutro, fase-fase). Durante un cortocircuito el valor de la intensidad de corriente se eleva de tal manera, que los conductores eléctricos pueden llegar a fundirse en los puntos de falla, generando excesivo calor, chispas e incluso flamas, con el respectivo riesgo de incendio.
• Falla de aislación: Estas se originan por el envejecimiento de las aislaciones, los cortes de algún conductor, uniones mal aisladas, etc. Estas fallas no siempre originan cortocircuitos, sino en muchas ocasiones se traduce en que superficies metálicas de aparatos eléctricos queden energizadas (con tensiones peligrosas), con el consiguiente peligro de shock eléctrico para los usuarios de aquellos artefactos

Interruptor automático de potencia

4 Interrupotores automáticos de Potencia

Un interruptor automático es un aparato de conexión capaz de cerrar e interrumpir un circuito ante cualquier valor de la corriente hasta su poder de ruptura último: I_cu (norma IEC 60947-2). Aunque su función básica es la interrupción de las corrientes de cortocircuito y de sobrecarga por una acción automática, permite también, mediante otra, exterior voluntaria, el corte de corrientes de sobrecarga y nominales. Además, una vez abierto, asegura un aislamiento en tensión del circuito interrumpido.

Interruptor termomagnético

Interior de un Interruptor

Un interruptor termomagnético, o disyuntor termomagnético, es un dispositivo capaz de interrumpir la corriente eléctrica de un circuito cuando ésta sobrepasa ciertos valores máximos. Su funcionamiento se basa en dos de los efectos producidos por la circulación de corriente eléctrica en un circuito: el magnético y el térmico (efecto Joule). El dispositivo consta, por tanto, de dos partes, un electroimán y una lámina bimetálica, conectadas en serie y por las que circula la corriente que va hacia la carga. La parte destinada a la protección frente a los cortocircuitos, donde se produce un aumento muy rápido y elevado de corriente se acciona al circular la corriente por el electroimán (7) donde se crea una fuerza que, mediante un dispositivo mecánico adecuado (3), tiende a abrir el contacto (2), pero sólo podrá abrirlo si la intensidad I que circula por la carga sobrepasa el límite de intervención fijado. Este nivel de intervención suele estar comprendido entre 3 y 20 veces la intensidad nominal (la intensidad de diseño del interruptor magnetotérmico) y su actuación es de aproximadamente unas 25 milésimas de segundo, lo cual lo hace muy seguro por su velocidad de reacción. Para la situación de sobrecarga, en donde el consumo va aumentando conforme se van conectando aparatos, tiene una parte constituida por una lámina bimetálica (5) que, al calentarse por encima de un determinado límite, sufre una deformación que, mediante el correspondiente dispositivo mecánico (3), provoca la apertura del contacto (2). Esta parte es la encargada de proteger de corrientes que, aunque son superiores a las permitidas por la instalación, no llegan al nivel de intervención del dispositivo magnético. Esta situación es típica de una sobrecarga, donde el consumo va aumentando conforme se van conectando aparatos.

Interruptor diferencial

Un interruptor diferencial, también llamado disyuntor por corriente diferencial o residual, es un dispositivo electromecánico que se coloca en las instalaciones eléctricas con el fin de proteger a las personas de las derivaciones causadas por faltas de aislamiento entre los conductores activos y tierra o masa de los aparatos. En esencia, el interruptor diferencial consta de dos bobinas, colocadas en serie con los conductores de alimentación de corriente y que producen campos magnéticos opuestos y un núcleo o armadura que mediante un dispositivo mecánico adecuado puede accionar unos contactos.

Figura 1

Si nos fijamos en la Figura 1, vemos que la intensidad de corriente eléctrica|intensidad (I₁) que circula entre el punto a y la carga debe ser igual a la (I₂) que circula entre la carga y el punto b (I₁ = I₂) y por tanto los campos magnéticos creados por ambas bobinas son iguales y opuestos, por lo que la resultante de ambos es nula. Éste es el estado normal del circuito.

Figura 2

Si ahora nos fijamos en la Figura 2, vemos que la carga presenta una derivación a tierra por la que circula una corriente de fuga (I_f), por lo que ahora I₂ = I₁ - I_f y por tanto menor que I₁.

Es aquí donde el dispositivo desconecta el circuito para prevenir electrocuciones, actuando bajo la presunción de que la corriente de fuga circula a través de una persona que está conectada a tierra y que ha entrado en contacto con un componente eléctrico del circuito.

La diferencia entre las dos corrientes es la que produce un campo magnético resultante, que no es nulo y que por tanto producirá una atracción sobre el núcleo N, desplazándolo de su posición de equilibrio, provocando la apertura de los contactos C₁ y C₂ e interrumpiendo el paso de corriente hacia la carga, en tanto no se rearme manualmente el dispositivo una vez se haya corregido la avería o el peligro de electrocución.

Aunque existen interruptores para distintas intensidades de actuación, el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión exige que en las instalaciones domésticas se instalan normalmente interruptores diferenciales que actúen con una corriente de fuga máxima de 30 mA y un tiempo de respuesta de 50 ms, lo cual garantiza una protección adecuada para las personas y cosas.

La norma Una Norma Española|UNE 21302 dice que se considera un interruptor diferencial de alta sensibilidad cuando el valor de ésta es igual o inferior a 30 miliamperios.

Las características que definen un interruptor diferencial son el amperaje, número de polos, y sensibilidad, por ejemplo: Interruptor diferencial 16A-IV-30mA

Guardamotor

La salida de motor está constituida generalmente por un guardamotor y un contactor. Un guardamotor es un interruptor magneto-térmico, especialmente diseñado para la protección de motores eléctricos. El disparo magnético es equivalente al de otros interruptores automáticos pero el disparo térmico se produce con una intensidad y tiempo mayores. Proporciona protección frente a sobrecargas del motor y cortocircuitos, así como, en algunos casos, frente a falta de fase. Con éste elemento se logrará entonces, protección contra corto circuitos, protección contra sobrecargas, protección contra falta de fase, arranque y parada, y señalamiento. Un contactor garantiza la función de conmutación. Ésta última consiste en establecer, cortar y, en el caso de variación de velocidad, regular la corriente absorbida por un motor. En estos casos la protección térmica, si bien es compensada y sensible a la pérdida de una fase, no tiene la posibilidad de realizar el rearme automático que en algunos casos es necesario.

Seccionadores

Con el fin de evitar riesgos innecesarios, los equipos eléctricos deben ser manipulados sin carga o en vacio, tanto si es para su mantenimiento o su reparación. Para poder cumplir con este requisito disponemos de un concepto, el seccionamiento. El seccionamiento consiste en aislar eléctricamente una instalación o circuito eléctrico de la red de alimentación eléctrica, dejando dicha instalación o circuito sin carga o en vacio. El seccionamiento se puede realizar con los siguientes dispositivos eléctricos:

• El seccionador.
• Interruptor seccionador.
• Disyuntor o contactor disyuntor, cuando el fabricante especifique esta

utilidad. El seccionador eléctrico es un dispositivo mecánico capaz de mantener aislada una instalación eléctrica de su red de alimentación según una norma. Es un dispositivo de ruptura lenta, puesto que depende de la manipulación de un operario. Este dispositivo, por sus características, debe ser utilizado siempre sin carga o en vacio. Algunos fabricantes producen una serie de interruptores seccionadores, que siempre que cumplen con la norma pertinente, resultan de una gran utilidad, y pueden sustituir a los seccionadores clásicos. El interruptor por sí mismo, es un dispositivo mecánico capaz de realizar la desconexión de la instalación eléctrica, independientemente de la velocidad empleada por el operario que realiza la maniobra, y además lo realiza sin ocasionar riesgo o peligro para éste. Los interruptores seccionadores deben tener la característica del seccionador, es decir, deben de ser capaces de mantener aislada la instalación eléctrica, según unas especificaciones.

Fusibles

Fusible industrial de 200 amperios.

En electricidad, se denomina fusible a un dispositivo, constituido por un filamento o lámina de un metal o aleación de bajo punto de fusión que se intercala en un punto determinado de una instalación eléctrica para que se funda, por Efecto Joule, cuando la intensidad de corriente supere, por un cortocircuito o un exceso de carga, un determinado valor que pudiera hacer peligrar la integridad de los conductores de la instalación con el consiguiente riesgo de incendio o destrucción de otros elementos. Fusibles APR es la denominación normal en nuestro medio, impuesta por las empresas de distribución de la energía que llamaban fusible de "Alto poder de ruptura" al fundirse tipo NH de la norma alemana DIN 43620. La sigla NH significa baja tensión y alta potencia. (Niederspannung Hochleistung). Poseen cuerpo aislante Cerámico de sección rectangular, con cuchillas extremas que actúan como contactos, poseyendo indicador visual de operación. Los fusibles pueden clasificarse empleando diversas características constructivas u operativas, existiendo numerosos antecedentes con distintos criterios. Para el presente estudio se dividirán en base a su propiedad de ser reutilizables. Por ello se clasifican en descartables o renovables y descartables. Debido a sus elevados costos, surge una clasificación intermedia que corresponde a descartable o renovable en forma parcial, que también se denomina fusible inteligente, siendo reusable la porción del mismo donde reside la inteligencia. Entonces los podemos dividir en:

• Descartables
• Renovables

Unidad temática Nº 3: Instalaciones de agua

Tipos de Agua

Los tipos de agua que se consumen en una planta industrial son:

1. Agua Potable
2. Agua Industrial
3. Agua de sistemas contra incendios

Esta clasificación surge porque cada tipo necesita una instalación específica para mantener en condiciones el agua.

Agua Potable

El [w:es:Agua_potable|agua potable]] es aquella que es apta para el consumo humano y bioanimal. Es un cuerpo líquido, transparente, inodoro, inocoloro e insípido, en estado de pureza, compuesto por un volumen de oxígeno y dos de hidrógeno (H₂O) Las aguas naturales procedentes de ríos, mares, lagos, etc., llevan materias en suspensión, sales disueltas y microorganismos, requiriéndose su purificación ya que no todas las aguas son aptas para la alimentación o potables. El agua potable no es una sustancia pura, sino una solución que contiene pequeñas cantidades de diversas sales como cloruros, sulfatos, hierros, etc. y su falta la hace indigesta o de gusto desgradable, perdiendo su contenido salino. Para que el agua sea potable debe tener ciertas características de pureza desde el punto de vista físico y químico, y considerando el aspecto bacteriológico debe contener pocos microorganismos, y que ninguno de ellos sea productor de enfermedades. Sin embargo, como dichas características del agua potable varían de acuerdo a la zona y a los medios de captación, se determinan límites tolerables o aconsejables para la misma. Generalmente para el análisis fisico-químico de las aguas se utiliza la notación de pH o Potencial Hidrógeno, que es la medida de la concentración en iones de hidrógeno expresado en gramos por litro. El pH del agua pura es de 7. Entonces, si el pH es menor a 7 entonces las sustancias son ácidas y si es más de 7 son alcalinas. La acidez es producida por la presencia de ácidos minerales en forma de sales como sulfatos, nitratos, y cloruro de calcio y de magnesio. La alcalinidad en el agua está determinada por los carbonatos y bicarbonatos de calcio y de magnesio. La mayoria de las aguas tienen un pH comprendido entre 6 y 8 que no afecta, en general, la potabilidad del agua. Sin embargo, si el agua tiene un pH menor de 5,5 se origina por efecto de los ácidos la corrosión de los elementos que entran en acción con el agua, como las cañerías y las bombas, entre otras. Si por el contrario el pH del agua es superior a 10, es fácil que se produzcan depósitos de carbonato de calcio, con tendencia a la formación de incrustaciones.

Dureza del agua

La dureza del agua representa la suma de las sales de calcio y magnesio que contiene, estableciéndose para medirla en mg/l de carbonato de calcio. Se estima la dureza normal aproximadamente entre 30 y 100 mg/l, determinándose agua blada cuando es menor de 30 y siendo agua dura aquella que supera los 100 mg/l. En general, la dureza no ocasiona problemas en la potabilización de las aguas, reconociéndose la misma por la dificultad de generar espuma jabonosa y por formar incrustaciones en los recipientes.

Consideraciones

• El agua potable puede ser natural (temperatura ambiente) o refrigerada (12 a 18°C).
• Los materiales empleados para transportarla no deben aportarle contenido nocivo. Quedan excluidas las cañerías de plomo y de hierro negro para estos casos. Solo pueden ser latones aleados, plásticos, y hierro galvanizado ( aunque este último es poco confiable).
• La presión de suministro mínima debe ser de al menos 1,5 × P_atm.
• La cantidad de agua potable está condicionada al tipo de industria y al número de operarios. Estos valores se encuentran tabulados.
• En las napas que se encuentran a mayor profundidad existe menos contaminación patológica, pero también hay más contaminación química, de allí que no puede consumirse el agua de pozo.
• El agua en un tanque debe circular dentro de 24 hs. De estar almacenada más de ese tiempo se contamina.
• En el caso de los sanitarios, lo ideal sería usar agua no potable, ya que esta contiene contaminantes patológicos que degradan los desechos humanos.
• Los reservorios al descubierto producen algas venenosas, por lo cual se deben tapar, no permitiendo que ingresen contaminantes

Agua Industrial

Este tipo de agua se divide en tres categorías:

1. Sanitaria: Está destinada a la limpieza de baños o sanitarios. Puede no ser potable, pero no debe contener bacterias, virus u organismos patógenos.
2. De Refrigeración: Utilizada para la refrigeración de ciertas máquinas. Puede no ser potable, pero su pH debe ser de 7, para evitar corrosión o incrustamientos en las cañerías. Normalmente se mezcla con aditivos para evitar evaporación.
3. De Procesos: Puede ser potable o no. Su calidad depende y está relacionada con el proceso, es decir, si es una materia prima o no (industrias lácteas o para la elaboración de bebidas). En cuanto a la presión y al caudal, dependen de la maquinaria a utilizar.

Agua contra incendios

Es el agua a ser utilizada en caso de incendios. Puede no ser potable, ya que su calidad no afecta mucho. Debe preverse una reserva de agua suficiente como para abastecer dos hidrantes por el lapso que tarde los servicios de emergencia (bomberos) en llegar.

Unidad temática Nº 8: Válvulas

En todo circuito de conducción de fluidos es necesario tener la libertad de poder disponer del control del caudal acorde a las necesidades del consumo, incluida la posibilidad de que cualquier derivación pueda cerrarse o anularse sin tener que parar el sistema. Por otro lado siempre es necesario que cada uno de las derivaciones tenga la posibilidad de regular el caudal acorde a las necesidades del consumo. Para esto, existen elementos llamadas Válvulas. Son elementos mecánicos que se emplean para regular, permitir o impedir el paso de un fluido a través de una instalación industrial o máquina de cualquier tipo.

Componentes de una válvula

Cuerpo: Es la parte a través de la cuál transcurre el fluido.

Obturador: Es el elemento que hace que la sección de paso varíe, regulando el caudal y por tanto la pérdida de presión.

Accionamiento: Es la parte de la válvula que hace de motor para que el obturador se sitúe en una posición concreta. Puede ser motorizado, mecánico, neumático, manual o electromagnético.

Cierre: Une el cuerpo con el accionamiento. Hace que la cavidad del cuerpo y del obturador (donde hay fluido) sea estanco y no fugue.

Vástago: Es el eje que transmite la fuerza del accionamiento al obturador para que este último se posicione.

Clasificación de las Válvulas

Una clasificación de válvulas, según su apertura, es:

• Lineales: Aquellas en que cada vuelta da igual elevación y por lo tanto igual sección. Este tipo de válvulas regulan el caudal de una forma precisa, ya que existe proporcionalidad de la placa de la válvula respecto a la velocidad del caudal.
• No lineales: Estas válvulas regulan caudal pero de manera imprecisa, es decir que por cada vuelta el vástago se desplaza un valor constante, pero el obturador no abre igual sección.

Si las clasificamos según la velocidad de apertura y cierre:

• Válvulas de apertura y cierre lento: destinadas a evitar el Golpe de Ariete.
• Válvulas de apertura y cierre rápido: también llamadas de 1/4 de vuelta.

Tipos de válvulas

Válvula de Globo(O de asiento)

Válvula que sirve para regular la cantidad de flujo que pasa por ella, debido a su condición de Lineal. El elemento de cierre asienta sobre una sección circular. A medida que el elemento de cierre se aproxima al asiento, sección de paso se reduce y por tanto aumenta la pérdida de carga disminuyendo el caudal. El cuerpo tiene armado el laberinto interior para que el fluido llegue por la parte inferior del disco y salga por el cilindro que este forma con el asiento. Tienen alta pérdida de carga ya que el fluido debe girar 90 grados dos veces. Son de apertura y cierre lento para evitar el golpe de ariete.

Válvula de Retención

La función esencial de una válvula de retención es impedir el paso del fluido en una dirección determinada, y no retorno (retén). Mientras el sentido del fluido es el correcto, la válvula de retención se mantiene abierta, cuando el fluido pierde velocidad o presión, la válvula de retención tiende a cerrarse, evitando así el retroceso del fluido. La diferencia de presiones entre la entrada y la salida hace que la válvula esté abierta o cerrada. En el modo horizontal el cuerpo es similar a la válvula globo. El disco o clapeta se encuentra guíado ya que no cuenta con vástago ni manivela.

También se denomina anti-retorno.

Válvula de Compuerta

La apertura y cierre se produce mediante el movimiento vertical de una pieza interior en forma de cuña que encaja en el cuerpo. Esta cuña interior puede estar recubierta de goma o de metal especial, por lo que la estanqueidad es muy buena. Son de apertura y cierre lento, tienen baja pérdida de carga debido a que no cambian la trayectoria del fluido. Tienen una variación no lineal respecto a su apertura, por lo que no son apropiadas para regulación.

Válvula de Bola

También conocida como válvula esférica. La apertura y cierre se produce por el giro de una esfera que tiene un agujero transversal de igual o menor diámetro que el interior de la tubería. Al girar la maneta, también gira un eje, el cual está acoplado a una esfera, unas juntas de PTFE (teflón) garantizan la estanqueidad, proporcionan lubricación y son antidesgaste. Son de variación no lineal, y tienen baja pérdida de carga. Apertura y cierre rápido.

Válvula de Seguridad o de Alivio de Presión

Las válvulas de alivio de presión están diseñadas para liberar fluido cuando la presión interna supera el umbral establecido. Su misión es evitar una explosión, el fallo de un equipo o tubería por un exceso de presión. Existen también las válvulas de alivio que liberan el fluido cuando la temperatura supera un límite establecido.

Válvula Saunders

En esta válvula, el obturador es una membrana flexible que a través de un vástago unido a un servomotor, es forzada contra un asiento de forma lineal cerrando así el paso del fluido. Es capaz de regular mediante el paso de una sección rectangular que varía proporcionalmente a su apertura. La válvula se caracteriza porque el cuerpo puede revestirse fácilmente de goma o plástico para trabajar con fluidos agresivos. En el trayecto el fluido debe girar dos veces 90 y una a 180 grados, por lo que tienen una altísima pérdida de carga. Son de apertura y cierre lento.

Válvula Mariposa

Son para colocar entre bridas y el diámetro mínimo es de 2". El obturador es una clapeta que puede girar algo menos de 90° y se encuentra totalmente abierta cuando el disco o clapeta está ubicada longitudinalmente al flujo del fluido. El cierre lo realiza al ajustarse sobre el asiento elástico. Debido a que no cambian la trayectoria del fluido, tienen baja pérdida de carga.

Válvula Aguja

Las válvulas de aguja son utilizadas para realizar regulación de fluido con un estrangulamiento del mismo de manera muy precisa o fina y sus aplicaciones incluyen las altas presiones y grandes temperaturas. Su función es similar a la válvula globo, pero para caudales extremadamente pequeños o dosificación de líquidos. El vástago de pequeño diámetro sin disco es el obturador. Tienen alta pérdida de carga. Son altamente apropiadas para instrumentos de medición ya que la sección de paso es muy reducida y su variación es lineal con respecto a su apertura.

Válvula Macho Tapón Lubricado

El cuerpo tiene una cavidad transversal cónica donde se aloja el obturador o tapón también cónico con un agujero para el pasaje del fluido de sección cuasi rectangular. Este tapón permanece ajustado por medio de una tapa y resorte. Es de apertura y cierre rápido, con variación lineal con su apertura y baja pérdida de carga.

Imágenes

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  Valvula de globo.
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  Valvula de retención.
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  Válvula Mariposa
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  Válvula de Seguridad
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  Válvula Aguja
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  Válvula Macho Tapón Lubricado
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  Pernos para válvulas
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  Válvula tipo mariposa en material fundición ductil
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  Muelles de inconel para válvulas antiretorno
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  Bola para una válvula de bola en titanio