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FLUJO DE FLUIDOS

PROBLEMA

• Determinar la energía perdida por fricción en el equipo bajo las condiciones de operación y determinar la relación que guarda con el tamaño del diámetro de la tubería.

• Determinar la relación que guarda la columna hidrostática y el consumo de energía eléctrica con el gasto o el flujo del fluido

• Determinar el trabajo de bombeo que consume el equipo con la válvula totalmente abierta.

• Determinar la potencia necesaria que se debe suministrar al equipo para que se realice el proceso.

INTRODUCCION

En la industria química el transporte de fluidos es una operación sin la cual no se podría integrar un conjunto de operaciones y procesos unitarios, que constituyen una secuencia de transformaciones físicas y químicas en la materia prima para la elaboración de un producto.

El transporte de los materiales de un punto a otro (Flujo de fluidos), forma parte importante de los procesos químicos.

El flujo de fluidos se hace dentro de ductos y tuberías.

MEDIDORES DE FLUJO: La cantidad de flujo se cuantifica con medidores de flujo específicos y se controla mediante válvulas de diversos tipos. Los dispositivos más comunes son los de carga variable que se instalan en la línea de flujo reduciendo la sección transversal. Los medidores de la carga variable más empleados en la industria química, son la placa de orificio y el venturi, en menor escala el tubo pitot.

La inserción de estos dispositivos provoca una obstrucción que trae como consecuencia, un aumento en la energía cinética.

MEDIDORES DE ORIFICIO: Consiste en una placa plana con una perforación generalmente concéntrica a la tubería. La placa se instala en forma perpendicular a la dirección del flujo. Las líneas del flujo alcanzan una sección transversal mínima -vena contracta que es una relación de diámetros orificio / tubería. La toma de presión de la placa deberá estar próxima a la vena contracta para asegurar una diferencia máxima de caída de presión.

MEDIDOR VENTURI: Consiste esencialmente de dos secciones cónicas de tal manera que la resistencia por configuración geométrica es mínima comparada con la producida por el medidor de orificio, traduciéndose en menores perdidas permanentes. El dispositivo presenta dos tomas de presión, una corriente arriba –como convergente- y otra en la vena contracta.

ECUACIONES DE MEDIDORES FLUJO:

√ ¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬¬_________________

2 gc (- ΔP / )

V1= Co ó v -------------------------

(S12 / C22 x So2) - 1

Los fluidos incompresibles fluyen por gravedad o se impulsan por dispositivos mecánicos como bombas, si se impulsan fluidos compresibles, se usan ventiladores.

Los componentes a considerar en un sistema de flujo de fluidos son:

1. Características del fluido: densidad, viscosidad, tensión superficial, peso molecular, etc.

2. Características de flujo. En cuanto a su velocidad: laminar, turbulento o en transición; en cuanto a su cuantificación: volumétrico o masico.

3. Características de la tubería: tamaño o diámetro nominal, espesor de la pared o número de cédula, material de fabricación: acero, aluminio, PVC, etc.; lo liso o no de la tubería (rugosidad).

4. El arreglo de sistemas de tuberías se logra mediante diversos accesorios con objetos definidos:

- Unión de tuberías : coples, niples, tuercas de unión, etc.

- Desviación de tuberías: codos Y´s, T´s, etc.

- Expansión o reducción de tuberías.

5. Características de válvulas para regulación o control de flujo: compuerta, globo, mariposa, aguja, etc.

6. Características del dispositivo mecánico para el impulso del fluido.

Algunas de las características que se deben tomar en cuenta para seleccionar una bomba, son: su capacidad, la energía que consume, la altura a la que se elevará el fluido, la naturaleza del fluido (corrosividad, temperatura, densidad, presión de vapor, viscosidad , sólidos en suspensión, etc.), presión de succión , presión de descarga, costo de la bomba y espacio donde será ubicada.

De acuerdo a su principio operacional, las bombas se clasifican en reciprocantes, centrífugas.

Las bombas reciprocantes tienen un elemento que se desplaza linealmente para impulsar el líquido, tales como las de pistón y las de diafragma. Se utilizan para manejar líquidos poco abrasivos , no corrosivos, de alta viscosidad, gartos relativamente bajos y altas presiones de descarga.

Las bombas centrífugas son las más usadas en la industria por su amplio margen de selección, sencillez en el diseño, versatilidad en sus aplicaciones y economía de operación. Sus limitaciones son: manejo de líquidos viscosos, baja presión de succión, bajas capacidades y en el caso de altas presiones , es necesario instalar varios elementos en serie.

En su forma más simple , la bomba centrifuga consta de:

Impulsor rotatorio: se encuentra dentro de una carcaza, el fluido entra a la bomba cerca del centro del impulsor rotatorio y es lanzado hacia la periferia por la acción centrifuga. La energía cinética del fluido se incrementa desde el centro del impulsor , hasta las extremidades de las aspas: esta velocidad es convertida a altura de presión al salir el fluido de la bomba .

Carcaza. Da dirección al flujo proveniente del impulsor, al mismo tiempo que convierte la energía de velocidad en energía de presión .

Flecha: transmite la energía mecánica del medio motriz al impulsor.

FLUIDO: Es una sustancia que no mantiene permanentemente una distorsión o deformación. Es toda sustancia que toma la forma del recipiente que lo contiene.

NATURALEZA DE FLUJOS: Las partículas de una sustancia que fluye por una tubería observan una trayectoria como la que se muestra:

FLUJOS LAMINARES: E s el que tiene una velocidad tal, que no va a crear turbulencia. Se usan para barrido de aire, cambiadores de calor de película, que si bien no involucran flujos en tuberías el comportamiento de las películas de la sustancia es de características similares.

En el flujo laminar las velocidades de las partículas son mínimas y la diferencia entre dichas velocidades está dada por la viscosidad del fluido.

NUMERO DE REYNOLDS (Re)

Osborne Reynolds determinó la forma de establecer si un fluido es laminar o turbulento ( y que tan turbulento es).

D  V2

Re= ----------



Donde:

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