DISEO DEL SISTEMA DE TUBERAS Y CLCULO DE LAS BOMBAS

1. PRINCIPIOS PARA EL DISEO. TRAMOS DE TUBERA A CONSIDERAR

Para llevar a cabo el diseo de las tuberas que componen las distintas lneas de proceso se dividirn stas en tramos, cada uno de los cuales estar formado por la porcin de lnea comprendida entre dos equipos consecutivos. De esta forma los diferentes aspectos a calcular (dimetro ptimo de la conduccin, prdidas de carga, etc.) se evaluarn independientemente para cada uno de estos tramos. La definicin y descripcin de los diferentes tramos de tubera se realizar sobre el correspondiente diagrama de flujo, usndose para designar cada uno de ellos los nombres de los equipos que constituyen su principio y su final.

2. DETERMINACIN DEL DIMETRO PTIMO DE LA CONDUCCIN

Un aspecto muy importante a tener en cuenta para el diseo del sistema de tuberas sistema es el de la velocidad que alcanza el fluido por el interior de las conducciones. Dicha velocidad, en el caso de la circulacin isoterma de fluidos incompresibles, viene determinada por el caudal y el dimetro de la seccin interna de la conduccin, y para cada fluido tiene un valor mximo que no debe ser sobrepasado, ya que de lo contrario puede producirse un deterioro del producto por tratamiento mecnico inadecuado. Los valores aproximados que se usan en la prctica dependen del tipo de fluido que se trate, pero los ms corrientes se recogen en la Tabla 1. Los valores de la tabla son los ms corrientes en la prctica ordinaria, sin embargo, en condiciones especiales, pueden requerirse velocidades que estn fuera de los intervalos indicados. Las velocidades pequeas han de ser las ms utilizadas, especialmente cuando el flujo es por gravedad desde tanques elevados (McCabe et al., Operaciones Unitarias en Ingeniera Qumica, 4 Ed., McGraw-Hill, 1991).

Tabla 1. Velocidades recomendadas para fluidos en tuberas.

Velocidad

FluidoTipo de Flujoft/sm/s

Lquidos poco viscososFlujo por gravedad Entrada de bomba Salida de bombaLnea de Conduccin0.5 1

1 3

4 10

4 80.15 0.30

0.3 0.9

1.2 3

1.2 2.4

Lquidos viscososEntrada de bomba

Salida de bomba0.2 0.5

0.5 20.06 0. 15

0.15 0.6

Vapor de Agua30 509 15

Aire o gas30 1009 30

Para la limpieza CIP, la velocidad de las soluciones detergentes o del lquido para el aclarado, no debe ser menor de 1.5 m/s.

As, para un caudal determinado del fluido a bombear, imponiendo la velocidad mxima del mismo, se determina de forma inmediata el dimetro mnimo de la conduccin. Deber escogerse, en cualquier caso, el dimetro normalizado inmediatamente superior a dicho valor mnimo. Dicho valor es lo que se conoce como el dimetro ptimo de la conduccin, pues representa el menor coste posible, cumpliendo las exigencias en cuanto a la velocidad de mxima de circulacin del fluido por la misma.

3. CLCULO DE LAS PRDIDAS DE CARGA

El rozamiento de un fluido con las paredes de la tubera por la que circula provoca en el mismo una cada de presin. Conocer el valor de esta cada de presin es necesario de cara al clculo de las bombas, pero tambin para comprobar que el dimetro elegido para la conduccin es suficiente, pues de ser ste muy pequeo la prdida de carga que se produzca ser muy elevada. En este sentido se consideran valores razonables de cada de presin en una conduccin los siguientes (para caudales de 0 a 60 m3/h):

- Zona de aspiracin de bombas: 0.40 kg/cm2 (0.39 bar)

- Zona de impulsin de bombas: 0.6 a 0.8 kg/cm2 (0.59 a 0.78 bar)

De esta forma, al realizar el clculo de las prdidas de carga, se procurar que, en la medida de lo posible, no superen los valores anteriores. Si esto sucediere habr de aumentarse el dimetro de la conduccin por encima del que recomienda la velocidad de circulacin mxima del fluido, de modo que la prdida de carga disminuya. Sin embargo, en algunos casos, no ser posible incrementar dicho valor ya que ste se halla igualmente limitado por el dimetro de las conexiones de los equipos (sobre el que ha de informar el fabricante).

Para calcular las prdidas de carga en una conduccin se suele utilizar la ecuacin de

Fanning, que expresada en trminos de altura es la siguiente:

2H = 4 f L v

(1) d 2 g

donde:

H es la prdida de carga en metros de columna de lquido (m.c.l.)

f es un coeficiente de friccin adimensionalL es la longitud de la tubera, m

d es el dimetro interior de la tubera, m v es la velocidad del fluido, m/sg es la aceleracin de la gravedad (9.81 m/s2)

El coeficiente de friccin "f" es funcin del tipo de flujo y se calcula del modo siguiente:

- Si el flujo es laminar (Re 2000):

f = 16Re

(2)

- Si el flujo es turbulento (Re 4000) o pertenece a la llamada zona de transicin (2000 0) la cavitacin es ms difcil que si se encuentra en succin (Z1