Calculo De Bombas

DISEÑO DEL SISTEMA DE TUBERÍAS Y CÁLCULO DE LAS BOMBAS

1. PRINCIPIOS PARA EL DISEÑO. TRAMOS DE TUBERÍA A CONSIDERAR

Para llevar a cabo el diseño de las tuberías que componen las distintas líneas de proceso

se dividirán éstas en tramos, cada uno de los cuales estará formado por la porción de línea

comprendida entre dos equipos consecutivos. De esta forma los diferentes aspectos a calcular

(diámetro óptimo de la conducción, pérdidas de carga, etc.) se evaluarán independientemente

para cada uno de estos tramos. La definición y descripción de los diferentes tramos de tubería se

realizará sobre el correspondiente diagrama de flujo, usándose para designar cada uno de ellos

los nombres de los equipos que constituyen su principio y su final.

2. DETERMINACIÓN DEL DIÁMETRO ÓPTIMO DE LA CONDUCCIÓN

Un aspecto muy importante a tener en cuenta para el diseño del sistema de tuberías

sistema es el de la velocidad que alcanza el fluido por el interior de las conducciones. Dicha

velocidad, en el caso de la circulación isoterma de fluidos incompresibles, viene determinada

por el caudal y el diámetro de la sección interna de la conducción, y para cada fluido tiene un

valor máximo que no debe ser sobrepasado, ya que de lo contrario puede producirse un

deterioro del producto por tratamiento mecánico inadecuado. Los valores aproximados que se

usan en la práctica dependen del tipo de fluido que se trate, pero los más corrientes se recogen

en la Tabla 1. Los valores de la tabla son los más corrientes en la práctica ordinaria, sin

embargo, en condiciones especiales, pueden requerirse velocidades que están fuera de los

intervalos indicados. Las velocidades pequeñas han de ser las más utilizadas, especialmente

cuando el flujo es por gravedad desde tanques elevados (McCabe et al., Operaciones Unitarias

en Ingeniería Química, 4ª Ed., McGraw-Hill, 1991).

Para la limpieza CIP, la velocidad de las soluciones detergentes o del líquido para el

aclarado, no debe ser menor de 1.5 m/s.

Así, para un caudal determinado del fluido a bombear, imponiendo la velocidad máxima

del mismo, se determina de forma inmediata el diámetro mínimo de la conducción. Deberá

escogerse, en cualquier caso, el diámetro normalizado inmediatamente superior a dicho valor

mínimo. Dicho valor es lo que se conoce como el diámetro óptimo de la conducción, pues

representa el menor coste posible, cumpliendo las exigencias en cuanto a la velocidad de

máxima de circulación del fluido por la misma.

3. CÁLCULO DE LAS PÉRDIDAS DE CARGA

El rozamiento de un fluido con las paredes de la tubería por la que circula provoca en el

mismo una caída de presión. Conocer el valor de esta caída de presión es necesario de cara al

cálculo de las bombas, pero también para comprobar que el diámetro elegido para la conducción

es suficiente, pues de ser éste muy pequeño la pérdida de carga que se produzca será muy

elevada. En este sentido se consideran valores razonables de caída de presión en una conducción

los siguientes (para caudales de 0 a 60 m3/h):

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

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

De esta forma, al realizar el cálculo de las pérdidas de carga, se procurará que, en la

medida de lo posible, no superen los valores anteriores. Si esto sucediere habrá de aumentarse el

diámetro de la conducción por encima del que recomienda la velocidad de circulación máxima

del fluido, de modo que la pérdida de carga disminuya. Sin embargo, en algunos casos, no será

posible incrementar dicho valor ya que éste se halla igualmente limitado por el diámetro de las

conexiones de los equipos (sobre el que ha de informar el fabricante).

Para calcular las pérdidas de carga en una conducción se suele utilizar la ecuación de

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

donde:

H es la pérdida de carga en metros de columna de líquido (m.c.l.)

f es un coeficiente de fricción adimensional

L es la longitud de la tubería, m

d es el diámetro interior de la tubería, m

v es la velocidad del fluido, m/s

g es la aceleración de la gravedad (9.81 m/s2)

El coeficiente de fricción "f" es función del tipo de flujo y se calcula del modo

siguiente:

- Si el flujo es laminar (Re ≤ 2000):

- Si el flujo es turbulento (Re ≥ 4000) o pertenece a la llamada zona de transición (2000 <Re

< 4000) se recurre a diagramas como el de Moody que expresa la relación entre "f", el

número de Reynolds (Re) y un parámetro conocido como rugosidad relativa de la

conducción, que se representa como ε/d (d sigue siendo el diámetro interno de la

conducción) y que se encuentra tabulado para distintos materiales. En concreto y para tubos

de acero inoxidable el valor de diseño de ε es de 0.006 cm.

Por tanto para calcular las pérdidas de carga se hace necesario caracterizar el tipo de

flujo que se da en la conducción, para lo que es preciso conocer el número de Reynolds, el cual

se calcula de la expresión siguiente:

donde:

v y d representan las magnitudes ya indicadas

ρ es la densidad del fluido, kg/m3

μ es la viscosidad dinámica del fluido, Pa⋅s

Todo lo anterior es válido para fluidos newtonianos pero si el fluido no es de esta clase,

será necesario, para calcular el factor de fricción de Fanning, recurrir a un gráfico de Moody

modificado en el que se usa el número de Reynolds generalizado, que se calcula de la expresión

siguiente:

Donde n es el exponente de la ley de la potencia para el fluido en cuestión.

A pesar de que la longitud que figura en la ecuación de Fanning se refiere a la de la

conducción, los accesorios incluidos en la misma (válvulas, codos, tes, reducciones, etc.)

provocan también una pérdida de carga en el fluido, que ha de ser tenida en cuenta en la

ecuación anterior. La forma más usual de considerar dicha pérdida de carga es a través del

concepto de longitud equivalente. Por longitud equivalente de un accesorio determinado se

entiende la longitud de un tramo recto de tubería capaz de producir la misma pérdida de carga

que estos elementos. Así la

...