OPU-115, DISCUSION 5
UES – FIA – ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA OPERACIONES UNITARIAS I DISCUSION 5 SISTEMAS DE TUBERIAS 1. Sist Sistem emas as Simp Simple les s
1. El sistema sistema de tuberías tuberías mostrad mostrado o en la figura figura está siendo siendo utiliza utilizado do para transfer transferir ir agua a 15 °C de un tanque de almacenamiento a otro. Determine la velocidad del flujo de volumen de agua a travs del sistema. !a tubería más grande es una tubería de acero estándar Calibre "# de $% que tiene una longitud total total de &# m. !a tubería más peque'a es una tubería de acero estándar Calibre "# de (% que tiene una longitud total de 15 m. !o codos son estándar.
(. Calcule Calcule la potencia potencia proporcio proporcionada nada a la bomba bomba que que se muestra muestra en la figura figura ( si su eficiencia eficiencia es del )$*. +e encuentra flu,endo alco-ol metílico a (5 °C a una velocidad de #.#15 m &s. !a línea de succi/n es una tubería de acero estándar Calibre "# de " pulg , de 15 metros de largo. !a longitud total de la tubería de acero estándar Calibre "# de ( pulg , de 15 metros de largo en la línea de descarga es de (## metros. +uponga que la entrada del dep/sito 1 es a travs de una entrada de orilla cuadrada , que los codos son estándar. !a válvula de globo está completamente abierta.
1
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&. Determine el diámetro de tubo estirado que debe escogerse para transportar #.##( m &s de agua a (#0C una distancia de "## m sin que la prdida de carga eceda &# m. ". 2gua a (#°C flu,e entre dos dep/sitos a raz/n de #.#$ m &s3 como se muestra en la figura &. Determine el diámetro mínimo D con el cual no -a, cavitaci/n. !a presi/n de vapor del agua a (#0C es de ("5#4a absolutos , constitu,e la presi/n mínima permisible.
. Sistemas M!ltiples
2.1 Se conectan en serie dos tuberías lisas de 150 y 100 mm cuyos ejes están en un mismo plano horizontal. La tubería de 100 mm tiene 20 m de longitud y termina en un depósito en ue el ni!el de agua se encuentra a " m por encima del eje de la tubería. #n la tubería de 150 mm$ 20 m aguas arriba de la unión con la otra tubería$ la presión es de 2.5 bar$ la temperatura del agua es de 10 %&. Cal"!la# el "a!$al.
2.2
#ntre dos depósitos ue mantienen un desni!el de "0 m circula agua por tres tuberías en serie de 200$ 150 y 100 mm de diámetro respecti!amente$ cada una de "00 m de longitud. 'odos los cambios de sección son bruscos. #n todas las tuberías (s ) 0.02. &alcular el
(
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&audal y 'razar la línea de energía en los dos casos siguientes* a+ ,espreciando las p-rdidas secundarias b+ 'eniendo en cuenta estas p-rdidas 2. #n un sistema de tres tuberías de acero de /undición en paralelo se maneja un caudal total de agua de 500 ls$ 1.03 ) 4 106 m2s+. &irculando del nodo 7 al nodo 8. ,espreciar las p-rdidas secundarias y &alcular* a+ La p-rdida de carga total del sistema y el caudal ue pasa por cada tubería. #l porcentaje de aumento en la capacidad del sistema ue se obtendría a9adiendo en paralelo otra tubería de 00 mm y 00m de longitud entre los puntos de los nodos: c+ #l diámetro de una sola tubería entre los puntos de los nodos ue$ reemplazando a las tres$ mantu!iera el mismo caudal con la misma p-rdida de carga$siendo la longitud de la tubería ;nica de 300 m y el material acero de /undición.
L<=#7 m+
2."
Longitud m+
,i cm+
>bicación
1
?00
60
#ntrada al nodo 7
2
1000
5
#tre nodos
300
0
#ntre nodos
"
?00
"0
#ntre nodos
5
1500
@5
Salida del nodo 8
>na instalación petrolera descarga petróleo en dos depósitos 7 y 8+ situados a 25 m y 10 m de altura sobre un tercer tanue &+. ,e los depósitos 7 y 8 parten tuberías de acero de 0 cm de diámetro ue con/luyen en un punto ,$
conectándose ahí a una
tubería de 50 cm de diámetro ue !a al depósito &. La longitud de las tuberías ue parte de 7 y 8 a , es de 300 m y la tubería de , a & de 200m. La !iscosidad del petróleo es de @ 4 10" Agm. s y la densidad de 3@0 Agm. ,eterminar el caudal descargado en & y la altura energ-tica en el nodo ,.
&
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2.5 Bor el sistema mostrado circula água a 20C&$ siendo el caudal hacia el tanue 8 de 0 Ls. ,etermine los caudales de las otras líneas y la potencia reuerida con e/iciencia del @0D. Si se omite la bomba$ ree!alue los /lujos y la dirección de -stos. ,7'ES L<=#7
L m+
,i cm+
(s mm+
F(G
=i!el del 'anue
1
00
0
0.012
1
H7 ) 15 m
1I
00
0
0.012
2
2
00
20
0.0012
2
H8 ) 2" m
?00
20
0.0012
5
H& ) 0 m
2.6 Bor el sistema mostrado circula agua a 20C&$ &alcule los caudales y la carga piezom-trica en la unión J+ . ,7'ES L<=#7
L m+
,i cm+
(s mm+
=í!el del 'anue
1
1000
15
0.00"6
H7 ) 15 m
2
1500
15
0.00"6
H8 ) 20 m
2500
20
0.00"6
H& ) 10 m
FIGURA PROBLEMA 1.5 C
B (3)
(J) A
(1)
(1’)
"
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FIGURA PROBLEMA 1.6 B
A C (2)
(1)
(2) (3)
(J)
2.@
,etermine la distribución de /lujo de agua en el sistema ue se muestra. Suponga /actores de /ricción constantes e iguales a 0.02. La relación carga y descarga de la bomba es Kp metros+ ) 60 10M2$ donde M está en m s.
,7'ES L<=#7
L m+
,i cm+
F(G
=í!el del 'anue
1
100
50
2
H7 ) 0 m
2
@50
200
0
H8 ) 50 m
350
200
0
H& ) "0 m
"
500
200
2
5
50
250
2
5
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C B (4)
(2) (5) A (3) (1)
2.3 'res depósitos ue contienen petróleo están interconectados con tubería de acero
de 12 cm de diámetro$ la longitud de las líneas son L1 ) 100 m$ L2 y L ) 50 m. Se utiliza una bomba ue genera una altura de 150 m$ conectada en la línea L hacia el nodo J. Las ele!aciones de las super/icies libres de los tanues son H1 ) 100 m$ H2 ) "0 m y H ) 20 m.
Bara el petróleo densidad relati!a es de 0.36 y la
!iscosidad cinemática es de 1 4 10 5 m2s. &alcule la dirección y los /lujos si se omite la bomba.
Bara un sistema de tres tanues interconectados mediante un nodo$ /luye
2.?
agua por gra!edad. ,etermine la razones de /lujo y la carga piezom-trica K en la unión. Suponga /actores de /ricción constantes. #l /lujo !a del tanue 8 hacia 7 y &. L<=#7 1 2 2.10
L m+ 500 @50 1000
,i m+ 0.1 0.15 0.1
/ 0.025 0.020 0.013
F(G 2 @
=í!el del 'anue
H 7 ) 5m H8 ) 20 m H& ) 10 m
>na bomba com una potencia de 25 (N y una e/iciencia del @5D$ se utiliza
en un sistema de tanues. &alcular las razones de /lujo y la carga piezom-trica en la unión.
$
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C B
(2)
(3)
A
(1)
L<=#7
L m+
,i m+
/
F(G
=í!el del 'anue
1
50
0.15
0.02
2
H7 ) 10 m
2
100
0.10
0.015
1
H8 ) 0 m
00
0.10
0.025
@
H& ) 15 m
TUBERIAS EN PARALELO% P#&'lema e( el )!e se "&(&"e el "a!$al * se (e"esita $ete#mi(a# el "a!$al e( "a$a t!'&. Bor un sistema de conducción de agua /ormado por tres tuberías ue parten del punto 7 y con!ergen en 8 pasa un caudal de 100 m hr. #l ni!el de 7 es de m arriba de 8. ,eterminar el caudal a tra!-s de cada tubería y la potencia teórica de la bomba ue se pretende instalar*
P#&'lema e( el )!e (& se "&(&"e el "a!$al t&tal * se (e"esita $ete#mi(a# el "a!$al e( "a$a t!'&. #l arreglo ue se muestra en la /igura se utiliza para alimentar aceite a los cojinetes de una máuina grande. Los cojinetes act;an como obstáculos al /lujo. Los coe/icientes de resistencia son 11.0 y ".0 para los dos cojinetes. Las líneas en cada rama son de tubería de acero de 12pulg.
)
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con un grosor de pared de 0.0"? pulg. &ada una de las cuatro !ueltas en el tubo tiene un radio medio de 100 mm.
Sele""i+( $e '&m'as >n tanue debe descargar "0 m de benceno en horas. #l sistema de bombeo es el indicado más abajo. Se dispone de una bomba con las siguientes características*
O#s su/iciente la potencia de la bomba para el trabajoP O&uánto se tardaría la bomba en hacer el trabajoP O&uánto trabajo es necesarioP. La descarga nunca esta sumergida. codos 10 m de tubo de pulgadas &d "0 1 !ál!ula de compuerta
" codos 5 m de tubo de pulgadas &d "0 1 !ál!ula de compuerta
6
