4-TRANSPORTE-DE-FLUIDOS

TRANSPORTE DE FLUIDOS
Flujo de fluidos en conductos cerrados
El diagrama de Moody:
Un sistema de tuberías típico incluye tuberías de diferentes diámetros y accesorios para unir las tuberías (uniones), dirigir el flujo (codos), dividir el flujo (tees) o controlar la razón de flujo (válvulas).
En el diseño de estos sistemas se pone particular atención a la fricción, que se relaciona directamente con la caída de presión y la pérdida de carga.
La caída de presión se usa para determinar la potencia necesaria de bombeo.
Tubo (tube): sección transversal circular y en general diámetro pequeño, pared delgada y muy lisa, longitud entre 12 y 20 pies (3,66 y 6,10 metros), sus tramos se pueden roscar, usados para el transporte de líquidos o vapor.
Tubería (pipe): sección transversal circular y diámetro relativamente grande, pared gruesa y generalmente rugosa, longitud entre 6 y 12 metros, sus tramos se pueden unir por bridas o accesorios soldados, usados para el transporte de líquidos, vapor o gas.
En todos los procesos químicos tienen lugar tratamientos y reacciones que se realizan por etapas en equipos especializados.
Para facilitar la continuidad de estos procesos se usan tuberías, tubos y ductos que permiten el transporte de fluidos.
Es más barato mover fluidos que sólidos, por consiguiente, siempre que es posible los sólidos se transportan suspendiéndolos en un líquido o en una corriente gaseosa a alta velocidad.
Tipos de problemas de flujo de fluidos:
Para evitar tediosas iteraciones en el cálculo de la pérdida de la carga, la razón de flujo y el diámetro de la tubería, Swamee y Jain propusieron en 1976 las siguientes relaciones explícitas que son precisas hasta el 2% del diagrama de Moody.

Determinación de la caída de presión (o pérdida de carga): cuando la longitud y el diámetro de la tubería se proporcionan para una razón de flujo (o velocidad) específica.
Determinación de la razón de flujo: cuando la longitud y el diámetro de la tubería se proporcionan para una caída de presión (o pérdida de carga) específica.
Determinación del diámetro de la tubería: cuando la longitud de la tubería y la razón de flujo se proporcionan para una caída de presión (o pérdida de carga) específica.
Tamaños comerciales de los tubos:
El diámetro y el espesor de la pared son esenciales para poder clasificar los tubos y tuberías.
Comercialmente se usa el término "tamaño nominal" para especificar el diámetro, e indica un tamaño aproximado (no es el diámetro externo ni interno).
El espesor esta especificado según el "número de cédula".
Ducto: sección transversal no circular, pared delgada y lisa, usados para el transporte de gases.

En el transporte de fluidos es conveniente trabajar con una velocidad promedio, Vprom, que permanece constante cuando el área de la sección transversal de la tubería es constante.
La velocidad del fluido cambia de cero en la superficie hasta un máximo en el centro de la tubería.

Vmax
Vprom
0
Flujo incompresible
Flujo turbulento:
La ecuación de Colebrook:

Relación explícita aproximada (S.E. Haaland, 1983):
Igualando las Ecs. (2) y (3) y despejando f para flujo laminar, totalmente desarrollado:

En flujo laminar el factor de fricción sólo es función del número de Reynolds, mientras que para flujo turbulento es también función de la rugosidad relativa de las paredes de la tubería ( /D).
Ec. (5)
Tamaños comerciales de tuberías:
El "número de cédula" está relacionado con la presión de operación (P, N/m2 man., psig) y la resistencia del material (S, N/m2, psi).
Número de cédula = 1000 P/S
Adquiere valores de: 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 y 160. Los números de cédula 40 y 80 son los mas utilizados en la industria química.
En los sistemas de tuberías, las pérdidas de presión comúnmente se expresan en términos de la altura de la columna de fluido equivalente, llamada pérdida de carga hL:

* Esta relación es válida para tuberías horizontales (sin cambio de altura) de diámetro constante (sin cambio de velocidad al interior de la tubería).
Ec. (4)
Caída de presión por fricción en tuberías y accesorios
La pérdida de carga representa la altura adicional que el fluido necesita elevarse por medio de una bomba con el fin de superar las pérdidas por fricción en la tubería.
La pérdida de carga se produce por la viscosidad y se relaciona directamente con el esfuerzo de corte en la pared del tubo.
Caída de presión por fricción en tuberías y accesorios
En flujo laminar las pérdidas son proporcionales a la velocidad promedio:

En flujo turbulento las pérdidas son proporcionales a la velocidad promedio, elevada a una potencia que varía entre 1,7 y 2,0.
Ec. (2)
Flujo laminar y turbulento:
Número de Reynolds (Re):

Flujo laminar: Re 2300
Flujo transicional: 2300 Re 4000
Flujo turbulento: Re 4000

Tuberías
no circulares:
Ec. (1)
Para todos los tipos de flujo (flujo laminar o turbulento, tuberías circulares o no circulares, superficies lisas o rugosas, tuberías horizontales o inclinadas):

Presión dinámica

Factor de fricción de Darcy*
* No se debe confundir con el coeficiente de fricción Cf, también llamado factor de fricción
de Fanning, que se define como Cf = f/4.
Ec. (3)
La mayoría de los flujos que se encuentran en la práctica son turbulentos.
El flujo laminar se encuentra cuando los fluidos muy viscosos, como los aceites, fluyen en pequeñas tuberías o pasajes estrechos.

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