Sistemas De Tuberias En Serie

1. Sistemas de Tuberías en Serie, Clase I, II Y III.

• Clase I: el sistema está definido por completo en términos del tamaño de las tuberías, los tipos de pérdidas menores presentes y el flujo volumétrico del fluido del sistema. El objetivo común es calcular la presión en algún punto de interés, para determinar la carga total de la bomba o encontrar la elevación de una fuente de fluido, con el fin de producir un flujo volumétrico que se desea o ciertas presiones en puntos seleccionados del sistema.

• Clase II: el sistema esta descrito por completo en termino de sus elevaciones, tamaños, de tuberías, válvulas y acoplamientos y la caída de presión permisible en puntos clave del sistema. Se desea conocer el flujo volumétrico del fluido que podría conducir un sistema dado.

• Clase III: se conoce el arreglo general del sistema, así como el flujo volumétrico que se quiere. Ha de calcularse el tamaño de la tubería que se requiere para conducir un flujo volumétrico dado de cierto fluido.

2. Ecuación de la Continuidad para sistemas en paralelo.

Se habla de tuberías paralelo cuando se establecen varios caminos para llevar el fluido de un punto a otro. En este caso se cumplen las leyes siguientes:

El caudal total será igual a la suma de los caudales de cada rama:

3. Ecuación de la pérdida de carga para sistemas en paralelo.

La pérdida de carga hidráulica o de energía en una conducción en paralelo es igual a:

4. Sistemas con dos ramas.

Existen dos tipos de problemas:

a) Calcular la caída de presión y los caudales por rama conocidos el caudal total y las tuberías (D, ε)

• Se presupone un caudal en cada rama, QA y QB

• Comprobar que la HLA = HLB, e iterar modificando los caudales

b) Calcular los caudales conocidos la caída de presión y las tuberías (D, ε)

• Como tuberías individuales

Ejemplo general:

Sistema hidráulico en el cual el caudal, o gasto, se reparte a lo largo de su recorrido. Sea un elemento de tubería como el que se muestra en la figura.

Aplicando la ecuación de Continuidad a la tubería, se tiene que:

Así, el gasto que entra al elemento de volumen es:

Se sabe que la ecuación de Darcy - Weisbach para una tubería de iguales dimensiones y que no entrega gasto distribuido y donde circula QD es:

Donde: QD: caudal de diseño: es aquel caudal que circularía por una tubería que no entrega gasto en camino, de material y dimensiones idénticas a las que entrega gasto y con igual pérdida de carga.

Por otro lado, la pérdida de carga en el elemento de volumen es:

Reemplazando (2):

Integrando sobre toda la tubería:

De (1): y reemplazando en (4):

Igualando las expresiones (3) y (5):

Reemplazando (1) en (6):

En la práctica:

5. Selección y Aplicación de Bombas

Al seleccionar bombas para una aplicación dada, tenemos varias bombas entre las que elegir. Haremos lo posible para seleccionar una bomba que opere con un rendimiento relativamente alto para las condiciones de funcionamiento dadas.

Los parámetros que se deben investigar incluyen la velocidad específica Ns, el tamaño D del impulsor y la velocidad de operación n. Otras posibilidades son el uso de bombas multietapa, bombas en serie, bombas en paralelo, etc. Incluso, bajo ciertas condiciones, limitar el flujo en el sistema puede producir ahorros de energía.

El objetivo es seleccionar una bomba y su velocidad de modo que las características de funcionamiento de la bomba en relación al sistema en el cual opera sean tales que el punto de funcionamiento esté cerca del PMR (punto de máximo de rendimiento). Esto tiende a optimizar el rendimiento de la bomba, minimizando el consumo de energía.

El punto de operación puede desplazarse cambiando la curva características de la bomba, cambiando la curva característica del sistema o cambiando ambas curvas. La curva de la bomba puede modificarse cambiando la velocidad de funcionamientos de una bomba dada o seleccionando una bomba distinta con características de funcionamiento diferentes. En algunos casos puede ser una ayuda ajustar el impulsor, es decir, reducir algo su diámetro, alrededor de un 5 por 100, mediante rectificado. Este impulsor mas reducido se instala en la cubierta original. La curva característica del sistema puede cambiarse modificando el tamaño de la tubería o estrangulando el flujo.

Una complicación que se presenta a menudo es que los niveles de ambos extremos del sistema no se mantienen constantes, como ocurre si los niveles de los depósitos fluctúan. En tal caso es difícil alcanzar un rendimiento alto para todos los modos de funcionamiento. En casos extremos a veces se utiliza un motor con velocidad variable.

El procedimiento de selección de una bomba que permita una recirculación segura es selecciones una bomba que produzca el flujo de descarga Qa deseado. La curva E es la característica de carga y capacidad de la bomba y la curva a es la de carga del sistema para la descarga hacia el tanque A. La bomba funciona con una carga de Hop.

Para incluir circulación continua en el sistema de bombeo, hay que aumentar el caudal de la bomba con la carga Hop de funcionamiento para mantener una descarga de Qa hacia el tanque A y, al mismo tiempo, una recirculación Qb de retorno al tanque B. Para lograrlo, se selecciona el tamaño inmediato mayor de impulsor

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