Flujo de fluidos en sistemas de tuberías. ESTA ES UNA TRADUCCION DEL QUICK START del Flite Software NI Ltd. 1
Pantalla de aplicación. La pantalla pantalla de aplicaci aplicación ón de trabajo trabajo consiste consiste de dos ventanas. ventanas. La vent ventan ana a del del diag diagra rama ma de fluj flujo o dond donde e una una loca locali liza zaci ción ón esquemática de la red de tuberías se desarrolla o construye, y la ventana de la base de datos donde la introducción de estos se realiza, se muestran los resultados y las notas de precaución.
Se pueden tener tantas hojas de datos como se desee; desde el punto de vista de hoja de datos, la aplicación se comporta 2
similar a una interface de documentos múltiple de Word`s, esto es se puede ocultar, colocar encascada y seleccionar una hoja de datos del menú de Windows, o por un clic en la barra de captura de ventanas. Si realiza un doble clic en la barra de captura, la hoja de datos llena la pantalla del área de trabajo asequible. El tamaño de la base de datos puede ajustarse arrastrando el lado izquierdo del borde de la ventana; la base de datos esta sincronizada al diagrama de flujo, de manera tal, que si se da un clic sobre el elemento en el diagrama de flujo, la hoja de datos se reactualiza para reflejar las selecciones actuales; el proceso también trabaja en reversa, por ejemplo, si se hace un clic en un elemento con precaución en la base de datos, o sobre un articulo en la lista, las actualizaciones seleccionadas en el diagrama de flujo se reflejan al instante. En la parte alta de la pantalla de trabajo hay tres hileras de operadores: 1) un conjunto de menús que caen al toque:; 2) una barra de herramientas; 3) una bandeja de componentes. La bandeja de componentes consiste de una serie de opciones de etiq etique ueta tas; s; dent dentro ro de cada cada etiq etique ueta ta está están n los los icon iconos os de equipos o elementos que se usan para construir un red de fluidos. Una barra de herramientas de diagrama de flujo esta colocada a lo largo del lado izquierdo de la pantalla, las opciones ahí determinan como se accede y utiliza la ventana del diagrama de flujo. Diseño de un sistema de agua de enfriamiento.
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Esta sección esta basada en un ejemplo simple que ilustrara alguno de los conceptos básicos que se pueden usar en flujo de fluid luido os; El ejemp jempllo invo nvolucr ucra el dis diseño de un sistema tema de dist distri ribu buci ción ón de agua agua de enfr enfria iami mien ento to para para tres tres intercambiadores de calor. En el capítulo de la parte 2 se ampliará para proveer un diseño completo. Los tópicos cubiertos en la parte 1 son: El diagrama de flujo y los modelos básicos de construcción. Como introducir datos. Como interpretar los resultados. Como hacer cambios en el modelo, para que se puedan obtener un diseño mejor. Estipulación del problema: •
• • •
Se desea proveer un flujo de agua de enfriamiento balanceado desde una torre de enfriamiento a tres intercambiadores de tubo y coraza HE1, HE2 y HE3. El tamaño de los intercambiadores ya ha sido determinado por los requ requer erim imie ient ntos os de proc proces eso o y esta esta suma sumari riza zado do en la tabl tabla a siguiente: Clave
Carga de calor en W
Longitud de tubos en m
Diámetro de tubo en m
Numero de tubos
HE1 200 000 3 0.012 130 HE2 250 000 3 0.012 165 HE3 170 000 3 0.012 110 El agua de enfriamiento fluye a través de los tubos y a la temperatura máxima de entrada de verano la cual es de 25˚C. El incremento de temperatura de diseño del agua de enfriamiento es de 10˚C; la elevación del intercambiador arriba 4
del centro de línea de la bomba es de 3 m, y los intercambiadores están separados aproximadamente a 7 m; cada intercambiador tiene 2 pasos por los tubos. Nosotros necesitamos diseñar/especificar diseñar/especificar los siguientes datos: 1.Tamaño de tubería a usar. 2. El método que se usará para balancear el flujo a través de cada intercambiador. 3.Bomba a ser usada ( diferido a la parte 2 ). 4.Necesitamos considerar que sucede a la temperatura del agua de enfriamiento de salida del HE2 si la perdida de calor se incrementa en 33% ( diferido a la parte 2 ). El ejempl emplo o comp comple leto to pue puede ser hallad llado o en la carpe arpeta ta de ejemplos “ Distribución de agua de enfriamiento parte 1”. Construyendo el modelo en la ventana del diagrama de flujo: Antes de comenzar la construcción del modelo, debe considerar un momento, la aproximación de diseño que intentará usar. Si usted tiene instalados los módulos de scri scripti pting ng y auto autose sele lecc cció ión n cier cierta tame ment nte e usar usaría ía una una dife difere rent nte e aproximación a la que se realiza en este ejemplo. Sin estos módulos necesitara tomar mas aproximaciones de ensayo-error. Para la parte 1 haremos al modelo boundary comenzar en la des descarg carga a de la bomb bomba a ( en el eje ejempl mplo no comen menzare zaremo moss incluyend incluyendo o la bomba en el modelo modelo ) y finaliza en la entrada entrada de la torre de enfriamiento ( en el ejemplo no se incluirá la torre de enfriamiento. La mayoría de sistemas de agua de enfr enfria iami mien ento to tien tienen en un cabe cabeza zall de sumi sumini nist stro ro de agua gua de enfr enfria iamie mient nto o fres fresca ca a cada cada inte interc rcam ambi biad ador or indi indivi vidu dual al y se colecciona en un cabezal de retorno, nosotros usaremos la misma aproximación. 5
Finalmente, antes de comenzar a construir el modelo necesitamos considerar que el flujo de agua de enfriamiento pase pase por por cada cada rama ramall de inte interc rcam ambi biad ador ores es.. El fluj flujo o a cada cada intercambiador esta determinado por balance de calor. El calor transferido al agua de enfriamiento será: Calor transferido (W) = flujo másico ( kg / s ) x calor especifico ( J/kg ) x incremento de temperatura (˚C ) El calor especifico del agua a 30 ˚C es aproximadamente de 4 154 J/KG; en consecuencia de la tabla 1 veremos que el flujo másico que necesitamos para HE1 será de 200 000 /(4154 x10 ) = 4.81 kg/s. Sumarizado en tabla 2. Clave intercambiador de calor
Flujo másico en kg/s
HE1 HE2 HE3
4.81 6.02 4.09
Comenzaremos construyendo el modelo situando 3 intercambiadores de coraza y tubos en el diagrama de flujo; seleccione el intercambiador de tubo y coraza con un clic en la etiqueta de intercambiadores en la charola de componentes y en el icono de tubo y coraza.
Colocar 3 intercambiadores de calor en el diagrama de flujo como se muestra debajo:
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Tal y como cada uno de los elementos tos se colocan en el diagrama de flujo, datos por omisión se asocian con el elemento; los datos por omisión de cada uno de los elementos puede ser visto en la ventana de datos por un clic en la etique etiqueta ta de entrad entrada. a. Frecue Frecuente ntemen mente te neces necesita itamos mos cambi cambiar ar algunos valores en los datos por omisión para alcanzar nuestras necesidades. Por el momento continuaremos construyendo y regresaremos mas tarde para cambiar cada uno de los elementos individuales si es necesario. La razón por la cual nosotros estamos difiriendo esta tarea, es que que exis existe ten n much muchos os grup grupos os de acce acceso sori rios os de cons constru trucc cció ión n dentro del diagrama de flujo para ayudar la edición y 7
especificación de datos, los cuales pueden ser usados mas tarde. A continuación sumaremos dos boundaries ( figuras ). Equipo de entrada:
Para el equipo de entrada del agua de enfriamiento necesitamos una figura que pueda representar la descarga de bomba ( la bomba no esta modelada en la parte 1 ). Aquí sabemos que el total de flujo másico que necesitamos para el suministro ( Usando los valores de la tabla 2 ) es de 14.92 kg/s y que mas tarde necesitaremos hallar una bomba que pueda desarrollar este flujo. Si especificamos el flujo de entrada o salida de la red en una figura, entonces el programa ( Fluidflow )calculará la presión requerida para obtener el flujo. Esta es la información comp comple leta ta que que nece necesi sita tare remo moss mas mas tard tarde e para para espe especi cifi fica carr la bomba. Selecciones la figura de flujo conocida por un clic en la etiqueta de componentes de figuras seleccionando un icono de flujo.
Equipo de salida:
La línea nea de reto retorn rno o event ventua uallmen mente regr regre esa a la tor torre de enfriamiento. En este equipo conocemos ( o es una condición de diseño especifica ) la presión que se debe alcanzar para que el sistema trabaje. La presión de agua necesaria en la salida de equi equipo po es la suma suma de la elev elevac ació ión n que que nece necesi sita tamo moss para para elevarla al tope de la torre de enfriamiento + cualquier presión necesaria requerida para sobrellevar las perdidas en la 8
alimentación del sistema de distribución en la torre de enfriamiento. La elevación de la entrada en la torre de enfriamiento arriba del centro de línea de bomba es 6 m, y el manu manufa fact ctur urer ero o de la torr torre e de enfr enfria iami mien ento to requ requie iere re de un mínimo de perdidas perdidas de presión de 30 000 Pascals, Pascals, para que la distribución de flujo trabaje efectivamente. Por lo tanto sele selecci ccion onar arem emos os un elem elemen ento to de pres presió ión n cono conoci cido do para para el equipo de salida.
En esta etapa el diagrama de flujo debiera verse algo similar a lo mostrado a continuación.
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Esta Estamo moss list listos os para para empe empeza zarr las las tube tuberí rías as de cone conexi xión ón.. El programa hace la conexión de tuberías muy fácil, a causa de que no hay necesidad de incluir codos; estos son adheridos para ti cuando se dibujan las tuberías. Nosotros diferimos esa tarea en la edición de valores de datos cuando conectamos las tuberías. Por el momento nos dedicaremos con la construcción de la conectividad. Haga clic en la etiqueta de herramienta de tubería sobre el icono de tubería de acero.
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Tal y como el cursor se mueve sobre la hoja del diagrama de flujo la silueta cambia a un tubo. Haga clic sobre el equipo de flujo conocido y entonces mueva el mouse hasta estar justo debajo del intercambiador de calor mas lejano como se muestra en la figura a continuación y se hace clic otra ves sobre el diagrama de flujo.
Una tubería se crea comenzando en el equipo de flujo conocido, terminando en un final abierto. Hacer clic sobre el final y mover el cursor hasta el centro del intercambiador de arriba, como se muestra a continuación. continuación.
Hacer clic sobre el centro del intercambiador para completar la conexión desde el equipo de flujo conocido al intercambiador de 11
calor mas lejano a la derecha. Note que la tubería abierta ha cambiado a un codo.
Mueva el cursor a la localización mostrada arriba; note como el cursor cambia de una tubería a un tubo bipartido, tal y como movemos sobre una tubería se puede ver la bipartición. Si se hace un clic ahí se bipartirá y se puede hacer la conexión al intercambiador de calor de en medio. Esta bipartición se ha convertido en si misma en una conexión te. Este tipo de unión, a causa de que se hace dinámicamente, se ajusta en si misma dependiendo sobre el numero de tuberías conectadas. Por ejemplo una tubería simple conectada y la unión es una tubería terminal abierta, dos tuberías conectadas y la unión se transforman en un codo, tres tuberías conectadas con la unión llegan a ser una te o ye, y con cuatro tuberías conectadas en la unión se forma una cruz.
Haga las conexiones adicionales de manera tal que se muestre una red como la que se muestra abajo.
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Active la numeración de tuberías desde la barra de herramientas
que esta a la izquierda del diagrama de flujo. Note que todas la tuberías quedan numeradas y todos los demás elementos también; como se como se muestra en el diagrama de la página anterior. Cambiando Cambiando los datos por por omisión omisión usando usando el diagrama diagrama de flujo flujo y la charola de datos:
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Hast Hasta a ahor ahora a ning ningun una a entr entrad ada a de dato datoss se ha real realiz izad ado, o, nos nos hemos enfocado en describir los elementos de conectividad; esto significa que cada uno de los elementos tendrá valores de datos por omisión acordes al medio ambiente actual colocados en uso cuando el elemento fue situado sobre la hoja del diagrama de flujo ( ver secciones de adaptación al cliente y medio ambiente para mas información acerca de la fijación del medio ambiente ). Se puede seleccionar cualquier elemento sobre el diagrama de flujo en cualquier tiempo con el clic sobre el elemento. Primero necesitamos introducir todas las longitudes de tubo. La tabla 3 muestra las longitudes de tubo y numero de codos que se encuentra en cada sección de tubería. Numero Numero de tubería tubería Longitud Longitud en metros metros Numero Numero de codos codos de 90˚ -1 12 3 -2 3 2 -3 8 0 -4 3 2 -5 8 0 -6 3 2 -7 3 2 -8 18 5 -9 8 0 -10 3 2 -11 8 0 -12 3 2 Para introducir introducir las longitudes longitudes de tubo podemos podemos usar una de dos métodos. En uno de ellos podemos seleccionar la tubería de la hoja del diagrama de flujo, o podemos seleccionar los tubos de la etiqueta lists en la charola de datos. Usaremos el diagrama de flujo en este ejemplo. 14
Podemos reducir la cantidad de entrada de datos, si reconocemos que algunos datos de los tubos son idénticos; por ejemplo los ramales de alimentación principal y retorno a cada uno de los intercamb intercambiador iadores es es idéntico idéntico ( tubos -2, -4, -6, -7, -10 y -12 ). Si usamos el hecho de que podemos hacer selección múltiple en este programa sobre el diagrama de flujo, podemos cambiar la longitud de tubo de los 6 tubos en una sola edición. Hay muchos caminos para hacer selección de elementos múltiple, pero por ahora usaremos el método de clic por el ratón. Para hacer selección múltiple usando el ratón, solo se mantiene apretada la tecla de SHIFT y se hace clic sobre cada elemento que se quiera seleccionar. Si se hace un error y se selecciona un elemento erróneo, solo se hace clic otra vez sobre el elemento y este se deselecciona. No olvide que mantener la tecla de SHIFT apretada hace que se mantenga la selección múltiple. Use este método para seleccionar los 6 ramales de tubo idénticos. Si usted usted deja deja de apretar apretar la tecla tecla SHIFT SHIFT y hace hace clic en cualqu cualquier ier lugar sobre la hoja del diagrama de flujo perderá las selecciones.
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Para Para intr intro oduci ducirr la lon longitu gitud d de tubo tubo de 3 m para para cada ada tubo tubo seleccionado, haga clic en la etiqueta INPUT de la charola de datos, datos, muévas muévase e has hasta ta LENG LENGTH TH en el insp inspect ector or de entrad entrada a y cambie la longitud a 3.
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Inspector de entrada. La longitud de los 6 tubos se cambio en una edición. Cambie la longitud de los tubos remanentes ( las secciones de cabezal y retorno -3, -5, -9, y -11 son idénticas ). Es tiempo de guardar nuestro trabajo. Use el menú FILE SAVE para guardar su trabajo, es buena practica guardar el archivo regularmente. Para completar la entrada de datos de tubo necesitamos hacer dos entradas adicionales. Para cada una de ellas necesitamos espe especi cifi fica carr un tama tamaño ño nomi nomina nal, l, y nece necesi sita tamo moss suma sumarr codo codoss adicionales como se muestra en la tabla 3. Necesitamos determinar el tamaño de tubería y el programa FLUIDFLOW nos puede ayudar aquí, por el momento diferiremos esta tarea y sumaremos los codos adicionales ahora. Hay 2 codos adicionales en cada uno de los ramales, 3 en la línea de alimentación desde el flujo conocido al primer ramal (8) y 5 codos adicionales en la línea de retorno desde el ramal de retorno (11) a la torre de enfriamiento. A causa de que estamos trabajando con un fluido incompresible, donde el cambio de densidad a través de la red es pequeño, podemos evitar introducir todos los codos individualmente; en 17
lugar de usar la hilera de cantidad para cada codo, sumamos en el inspector de entrada para reducir el numero de codos que necesitamos sumar. Nota: Esta aproximación no es recomendada donde la densidad cambia significativamente a través de la sección de tubo. Seleccione la tecla JUNCTIONS en la charola de componente y haga clic sobre el codo, entonces caerá este codo en el tubo; si necesitas crear alguna longitud adicional para el tubo -1 sobre la hoja de flujo, haz clic sobre el nodo de flujo conocido (4), mantén apretado el botón izquierdo del ratón , y arrastra el nodo a una localización diferente. Ambas operaciones son mostradas debajo.
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Arrastrando un
Insertando un Sume los codos remanentes como se muestra en la hoja de flujo de la siguiente página.
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Mantenga la tecla SHIFT y haga clic sobre los codos 13, 14, 15, 16, 17 17 y 18 , y camb cambie ie la QUQA QUQANTI NTITY TY ROW ROW en el el inspe inspecto ctorr de entrada sobre la pagina de INPUT de la charola de datos de 1 a 2. Haga clic en el codo 12 y cambie la cantidad a 3. Cilc sobre el cod 19 y cambie la cantidad a 5. Esto completa los datos de entrada para los datos de tubo dados en la tabla 3. Todos ellos permanecen en cada sección de tubo. 20
Se pude usted dar cuenta que insertando un elemento en una tubería, se divide la longitud en las dos secciones, esto es que el comportamiento por omisión puede ser cambiado si se desea. Haga clic en cada intercambiador y cambie los datos por omisión para para refl reflej ejar ar la info inform rmac ació ión n sumi sumini nist stra rada da en la tabl tabla a 1. El ins inspec pector tor de entra ntrada da par para HE2 HE2 se mue muestra tra en la sigui guiente ente pagina.
Uste Usted d prob proba ablem blemen ente te se ha dado dado cuen cuenta ta,, que que el nume numero ro y contenido de los renglones mostrado por el inspector de entrada, está gobernado por la selección que usted hace. Por ejemplo cambiando el HEAT LOSS MODEL ( modelo de pérdida de calor ) de IGNORE TO FIXED TRANSFER RATE ( ignore el porcentaje tran transf sfer erid ido o ) sign signif ific ica a que que uste usted d nece necesi sitó tó sumi sumini nist stra rarr dato datoss adicionales, y que por lo tanto los renglones HEAT TRANSFER DIRECTION ( dirección de transferencia de calor ), HEAT TRAN TRANSF SFER ERRE RED D ( calo calorr tran transf sfer erid ido o ) y HEAT HEAT TRAN TRANSF SFER ER UNIT UNIT ( Unidad de transferencia de calor ) aparecen en el inspector de entrada. HEAT TRANSFER DIRECTION INTO THE NETWORK significa que los intercambiadores están actuando como enfriadores, enfriadores, o sea el lado de proceso está generando calor. 21
Dos entradas más en el inspector de entrada y estamos listos para nuestro primer cálculo. En el equipo de entrada (4) fijar el flujo, la temperatura y asegurar que el fluido es agua.. El inspector de entrada debiera verse como a continuación ( 25˚ temperatura de entrada y un flujo de 14.92 kg/s ).
En el equipo de salida la presión conocida necesitamos definirla a una presión de 1 atm + 30 000 pascales necesarios para sobrellevar las perdidas en el distribuidor de flujo de las torres de enfriamiento. Podemos dejar la temperatura y el fluido en las entradas por omisión dado que el flujo saldrá de este equipo y por lo tanto la temperatura, el flujo y el fluido serán determinados por el cálculo.
En este punto estamos listos para apretar el botón de calculo y ver algunos resultados preliminares. Primero verifique que sus datos de entrada estén correctos, para hacer esto usted debe cargar el ejemplo “cooling wáter distribution part 1, first 22
calculation “ que se puede encontrar en el folder de ejemplos. Particularmente verifique los campos de elevación dado que no se ha explicado la elevación de cada uno de los elementos en el ejemplo del texto. Presione el botón CALCULATE , se debe ver que las flechas de flujo direccional aparecen sobre los tubos en la hoja de flujo. Podemos ver los resultados por varios caminos. El mas simple es seleccionar la etiqueta RESULTS en la charola de datos y un clic en cada uno de los intercambiadores de calor en turno sobre el hoja de flujo. En la tabla de resultados el único renglón en el cual estamos interesados en esta etapa, es el de flujo masico a través de cada intercambiador. Si hacemos clic sobre cada uno de los intercambiadores en turno, podemos ver que los flujos no coin coinci cide den n, lo cua cual es nece necessario ario des desde el pun punto de vis vista de enfriamiento. Esto significa que el sistema de enfriamiento esta desbalanceado y no trabajará como se especifico en la definición inicial de diseño. Debiera poderse ver que el flujo a través de HE1 es mayor que el de diseño y el flujo a través de HE2 y HE3 es demasiado bajo. Hay un camino útil para ver estos resultados. Dado que estaremos constantemente refiriéndonos a estos flujo, podemos mostrarlos sobre la hoja de flujo. Para hacer esto haga clic sobre los tres intercambiadores para hacer una multiseleccion, entonces en el inspector de entradas, cambiar las propiedades sobre el renglón del hoja de flujo desde HIDE a SHOW, definir el ALIG ALIGNA NAME MENT NT a TOP TOP y pres presio iona narr el botó botón n PROP PROPER ERTI TIES ES para para obtener el dialogo siguiente.
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Verificar el FLOW en el árbol de resultados y presionar el botón OK. Los renglones en el inspector de entrada se deberán mirar como.
y los resultados se mostrarán en la hoja de flujo. Dimensionando tuberías:
Antes de balancear la red necesitamos definir los tamaños de tubo. En FLUID FLOW, cada vez que las perdidas de presión a través de la tubería se calcula, su velocidad económica y en consecuencia el tamaño de tubería económico se calcula también. Por default estos valores son mostrados en la tabla de result resultado ados. s. Selecci Seleccion ones es la etique etiqueta ta RESULTS RESULTS en la charola charola de datos y haga clic sobre los ramales en la hoja de flujo; Tal y como nos movemos a cada ramal podemos ver que el renglón 24
de EXACT ECONOMIC SIZE será 50 mm ; esto significa que se debiera usar el tamaño de tubería estándar mas cercano 50 mm (2”) en los ramales. Dado que el tamaño de tubería por default es 2”,( a no ser que este haya sido cambiado o se use un diferente medio ambiente ), lo cual significa que no necesitamos hacer ningún cambio de tamaño a los ramales. Use mult multis isel elec ecci cion on en la hoja hoja de fluj flujo o para para sele selecc ccio iona narr todo todoss los los ramales y cambiar su tamaño si usted necesita hacerlo.
Tamaño Haga clic sobre los cabezales de alimentación y retorno en la red y se puede ver que los rangos de tamaño necesarios van de 93 mm a 50 mm. Hay un caso para reducir el tamaño del cabezal después de cada arranque. Esto ahorrará costos, dado que se pueden usar tés reductoras. Cambiar los tamaños de tubo de la siguiente manera. Defi De fini nirr el tama tamaño ño de tube tuberí ría a en el cabe cabeza zall de sumi sumini nist stro ro al primer ramal (8) y en el cabezal de retorno desde el ultimo ramal (11) a 4” ( tubos t ubos -8, -20, -1, y -13 ). Definir la tubería en cada cabezal entre el primero y segundo ramales a 3·: No necesitamos hacer ajustes al resto del cabezal ya que este es de 2”. Recalcular y salvar su trabajo en este punto. Si usted desea puede cargar el ejemplo “ cooling wáter distribution part 1.Second calculation “ el cual puede ser hallado en el archivo de ejemplos, Por lo tanto usted puede verificar que sus resultados sean similares. 25
FLUIDFLOW calcula correctamente para tes reductoras, basándose en que se están usando tipo IDELCHIK ( esto es en el default. Las tés en los nódulos 8 y 11 tie tienen tamaños de conexión 4, 3 y 2”, y los efectos de conversión de presión desde la velocidad a la estática o viceversa están tomados en cuenta, cuando se calculan las perdidas de presión en la te. Haga clic sobre la te, seleccione la etiqueta INPUT y haga clic en el renglón NOMEN NOMENCLA CLATUR TURE E en el inspect inspector or de entrada entrada si usted necesi necesita ta mayor información. información. Balanceando la red:
Necesitamos suma elementos adicionales para balancear la red, es clar claro o que que pode podemo moss alca alcanz nzar ar el bala balanc nce e dire direct ctam amen ente te si usamos un controlador de flujo en cada ramal, esta puede ser una solución valida. In este ejemplo introduciremos placas de orifico para una caída de presión de manera controlada en cada ramal, para que el balance correcto de flujo se alcance. El balanceo es un desperdicio de energía, sin embargo alcanzar la distribución es nuestra meta. Para Para obte obtene nerr la dist distri ribu buci ción ón requ requer erid ida a usar usarem emos os 3 plac placas as de orificio, una en cada ramal. El uso de placas de orificio es una solución barata para la distribución de los envíos. Sin embargo embargo no se puede puede probar probar ser muy flexibl flexible, e, si las condiciones de proceso son cambiadas; en ese caso válvulas de estrangulamiento estrangulamiento podían ser una mejor solución. Si usted tiene el modulo de autoselección, esta labor se realiza automáticamente. Si este modulo se realiza por ensayo-error. Sume los orificios como se muestra en la hoja de lujo, fije la elevación de cada orificio a 3.75 m y el diámetro a ser 26
ligeramen ligeramente te debajo debajo del tamaño de tubo por default. default. Recalcule Recalcule y se podrá ver una diferente distribución de flujo.
Se han colocado algunos textos libres a la hoja de flujo para indicar los flujos de diseño que se están tratando de alcanzar. Use la herramienta TOOL de la charola de hoja de flujo para colocar los textos. En su aproximación de ensayo-error para alcanzar el balance de flujo, nosotros usaremos la siguiente técnica. 1. Redu Reduci cirr el tama tamaño ño del prim primer er orifi rifici cio o (20) (20) hast hasta a que que alcancemos un flujo ligeramente debajo del diseño de flujo. ( después de pocas iteraciones se alcanzara un tamaño de 33 mm ). Note que el balance de flujo es casi aceptable.
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2. Reduci Reducirr el tamañ tamaño o de orif orifici icio o en el el ramal ramal 3 (22) (22),, hasta hasta que obtengamos un flujo ligeramente abajo del de diseño. Se debiera terminar con un tamaño de 38 mm. 3. Ajusta Ajustarr el tamañ tamaño o del orific orificio io de en medio medio has hasta ta que que el balance general este en el flujo requerido ( +- 5%). Se debiera terminar con un tamaño de 52 mm. El resultado final está almacenado como “ cooling wáter distribution part 1.Final calculation “. Se ha completado el diseño de la parte 1. Sumarizando deberíamos haber aprendido las siguientes habilidades: 1. Como selecci seleccionar onar componente componentess de la charola charola de componentes (component pallete) y como situarlos y moverlos sobre la hoja de flujo. 2. Como conectar conectar tuberías tuberías entre modulos. modulos. 3. Como Como trabaj trabaja a el inspecto inspectorr de entra entradas das ( Input Input inspector ) 4. Como Como hacer hacer camb cambios ios de datos datos a los elemen elementos tos de de hoja hoja de flujo, seleccionados solos o en grupo. 5. Como mostrar mostrar textos textos de de resul resultado tado sobre sobre la la hoja hoja de flujo. flujo. 6. Como Como inter interpre pretar tar los result resultado adoss calcul calculado adoss para para seleccionar u optimizar los tamaños de tubería. 7. Como Como balan balance cear ar una red red de flui fluido do usand usando o plac placas as de orificio. Diseño de un sistema de colección de gases de tanques de almacenamiento. almacenamiento.
En este ejemplo estaremos interesados con la construcción del mode modelo lo y dato datoss de entr entrad ada; a; prin princi cipa palm lmen ente te enfo enfoca cado doss en la ingeniería. 28
Estipulación del problema.
Se desea colectar juntos los venteos de aire desde un grupo de 5 tanques de almacenamiento conteniendo un liquido malsano, dañino y flamable. El gas de venteo será tratado en una cama de carbón activado antes de pasar finalmente a la atmosfera. En este problema solo estamos interesados con la situación que ocurre tal y como los tanques se están llenando. En nuestro escenario cada tanque, gas de venteos ( por simplicidad considerado a ser aire ), en el porcentaje del cual puede ser llenado. El venteo de gas de salida de cada uno de los tanques esta modelado como un elemento de flujo conocido, con los máximos porcentajes de llenado de tanque ya introducidos. El remanente de la red de colección ha sido construido y puede ser abierto desde el folder de ejemplos ( non sized gas collection system ). Abra el ejemplo y considere como puede contestar la siguiente pregunta. 1. El tamaño de todas las tuberías de manera tal que la pres presió ión n de oper operac ació ión n bajo bajo los los máxi máximo moss porc porcen enta taje jess de llenado, no excedan a aquella permitida por el código API 650. Esto significa no mas que 1 psig de presión de operación en cada tanque t anque de almacenamiento. Consideraciones y aproximación:
Tomaremos el peor caso que es cuando los 5 tanques se llenan al mismo tiempo. Fácilmente podemos ver que los valores de resultados de cálculo se pueden obtener por 3 posibles técnicas: 1. Podemo Podemoss config configura urarr y ver ver como como se compor comportan tan los los resultados; en este camino podemos mover el ratón sobre la hoja de flujo, y mirar los resultados en los que estamos interesados. 29
2. Podemos hacer click en la etiqueta RESULTS en la charola de datos, en el clic izquierdo sobre la hoja de flujo para para sele selecc ccio iona narr cada cada comp compon onen ente te en el cual cual este estemo moss interesados, 3. Podemo Podemoss mostra mostrarr los los result resultado adoss sobre sobre la hoja hoja de flujo. flujo. 4. Es impo imporrtan tante est estip ipu ular lar al prin princi cipi pio o que que hay hay much muchas as soluciones a este problema. Por ejemplo, podíamos incrementar todos los tamaños de línea hasta que la presión en cada tanque cayera debajo de 1 psig; esto seria trabajar indebidamente, debido a que las líneas pueden estar hechas de acero inoxidable y tener una longitud razonable, por lo que no deseamos sobrediseñar, debido a consideraciones de costos.
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Para comenzar, déjenos considerar las presiones de tanque si usamos tubo de 2” a todo lo largo de la red ( este es el caso si nosotros abrimos el ejemplo). Podemos ver que cada uno de los tanque esta sobre la presión máxima permitida de 1 psig. Haga clic sobre cualquier tubería y mire los resultados en la charola de datos. Se puede ver inmediatamente que cada uno de los tubos es casi mas grande que el tamaño recomendado de acuerdo al tamaño económico. Este es un punto importante y nos ilustra, que no podemos fijar ciegamente los tamaños de tubo de acuerdo al tamaño económico sugerido en todo los casos. Haga clic sobre unos pocos componentes mas y considere el renglón titulado “ non recoverable loss “, esta perdida representa la perdida de presión que nunca puede ser recuperada. Es este el valor que debemos impactar ( reducir ) si queremos diseñar un sistema seguro. Debieras notar rápidamente que la mayoría de las perdidas de presión del sistema ocurren a través de el lecho empaquetado. El lecho empaquetado representa una caída de presión de 0.6 fuera de un total de < 1 psi asequible. Usan Usando do este este cono conoci cimi mien ento to,, quiz quizás ás la mejo mejorr aprox proxim imac ació ión n a toma tomarr es incr increm emen enta tarr el diám diámet etro ro del del lech lecho o para para redu reduci cirr la pedida de presión, mejo que incrementar el tamaño de tubo de cada tubería. Esto se vuelve una razón de costos. Por ejemplo, es menos caro cambiar el diámetro de un lecho, o usar un tama tamañ ño dif diferen erente te de part partiicul cula en el lech lecho, o, que que camb cambia iarr el tamaño de tubos. No tenemo tenemoss sufici suficient ente e infor informac mació ión n para para consi consider derar ar completamente las alternativas asequibles. Lo que es importante es que usted reconozca como usar la potencia de 31
FLUIDFLOW para considerar los escenarios de diseño alternativos. scripting g module module pued Si usted tiene el scriptin puede e auto automa mati tiza zarr este este proceso. Un cambio de diseño aceptable solo en los tamaños de tubos corriente debajo de la te de unión ( nodo 15 )
Diseño de un sistema de agua de enfriamiento. Parte .
Esta es la parte concluyente para diseñar el sistema de agua de enfriamiento, comenzado en la parte 1. En esta parte seleccionaremos una bomba para realizar la tarea especificada de operación de la parte 1 en el nodulo 4 de flujo conocido. ( por ejemplo el flujo de 14.92 kg/s de agua a 25˚C enviándose a una presión de 246 147 Pa abs, o en en términos de m3/h y m , el fluido a 53.86 m3/h y 14.8 m de fluido ). Podemos usar la inform informaci ación ón desde desde la secció sección n CUSTOM CUSTOMIZA IZATIO TIONS NS para para obten obtener er directamente el flujo volumétrico y cabeza de la bomba. Si deseamos seleccionar una bomba sin el modulo de autoseleccion, necesitamos ayudar nuestra tarea con el uso de la siguiente herramienta; del menú seleccione TOOLS , 32
EQUIPM EQUIPMENT ENTE E PERFOR PERFORMAN MANCE CE VIEWER VIEWERS, S, PUMP PUMP PERFOR PERFORMAN MANCE, CE, para crear la siguiente hoja de dialogo de abajo.
Para usar esta herramienta, cambie en la caratula de DESIGN FLOW LOS DATOS A LOS DE SU PROBLEMA , que son 53.86 m3/h, y haga un clic sobre cada una de las bombas en la lista, los datos de comportamiento de la bomba resaltada se mostrarán ( cabeza, eficiencia, mejor eficiencia y NPSH requerido ) Esto significa que usted puede moverse a través de la base de datos de cada una de las bombas y ver como se comporta en este sistema. Viendo la base de datos de bombas se suministra un numero de bombas que satisfagan las necesidades. Podemos desear considerar algunos de los modelos siguientes; Girdelstone 32ns; DNP85-165; FA 253-4402z; NM3196 2x3-10 MTX ,etc.
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La mejor selección es buscar una bomba con operación cercana a la mejor eficiencia, o una bomba con la mas alta eficiencia en el punto de trabajo. Para completar el ejemplo seleccionaremos la bomba Gould NM 3196 2x3-10 MTX. Para llegar a esto, haga clic en el nodulo de flujo conocido (4) y seleccione CHANGE COMPONENT desde el POP UP MENU.
Cambie el modelo de bomba desde la bomba por default a la Gould NM 3196 2x3-10 MTX.
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Sume un elemento de presión conocido para representar la osa de la torre de enfriamiento y entonces complete la línea de succión ( 5m de tubo de 4” desde un nodo de presión conocido a la bomba (4). Finalmente haga clic sobre la bomba sibre la hoja de flujo, y clic sobre el botón en ORIENTATION ROW del inspector de entrada, para cambiar la orientación, de manera tal que el punto rojo ( Linea de descarga ) apunte hacia el codo y alejándose desde la fosa creada recientemente. Esta debiera ser el tubo -1.
Note que la presión desarrollada por esta bomba es alrededor del 12% mas que la necesaria y que el flujo a través de cada inte interc rcam ambi biad ador or ha sido sido incr increm emen enta tado do por por alre alrede dedo dorr del del 10% arriba del flujo de diseño. 35
¡ Como ingenieros nos gusta sobredimensionar, de acuerdo !; ante antess de feli felici cita tarn rnos os a noso nosotr tros os mism mismos os acer acerca ca del del dise diseño ño,, pode podemo moss dese desear ar cons consid ider erar ar que que la bomb bomba a sele selecc ccio iona nada da esta esta operando muy cerca de las condiciones de arranque, y debiéramos seleccionar una bomba mas pequeña, o aum mejor, podemos reducir el diámetro del impulsor de 254 mm a alrededor de 230 mm. Pero esta condición nos permite alguna capacidad adicional si es necesitada en el futuro, y nos establece una meta muy cerrada a la condiciones de diseño (< 2% ). Se guardó el sistema de calculo como “ cooling wáter distribution.Part 2 final “ usando esta bomba con una reducción de velocidad dad a 1350 a cambio bio de un tamaño de impulsor reducido. Finalmente, necesitamos considerar el incremento de la carga de calor a HE2 en un 33%; cambia el calor transferido a ser 333 00 Watt Watt,, ento entonc nces es Reca Recalc lcul ule. e. La temp temper erat atur ura a de sali salida da del del intercambiador aumenta de 24.7˚C a 27.8˚C; La temperatura en la torre de enfriamiento se incrementa a 26˚C. Este incremento en la temperatura es considerado aceptable y no se necesita rebalancear el sistema. Configuración y medio ambiente.
Muy cercana en todos los aspectos la aplicación de FLOWFLUID puede ser configurada y acomodada; el medio ambiente de la configuración pude ser cambiado y guardado, de manera tal, que que cada cada vez vez que que la aplic plicac ació ión n comi comien enza za,, sus sus pref prefer eren enci cias as person personale aless son aplica aplicadas das.. Algun Algunas as de estas estas config configura uracio ciones nes serán familiares, como en el cambio de posición de las barras de herramientas, agregar botones, etc, es la causa de que estos 36
acom acomod odam amie ient ntos os se encu encuen entr tran an comú comúnm nmen ente te en el soft softwa ware re profesional. Algunos aspectos del medio ambiente son almacenados en un subconjunto llamado ENVIRONMENT SET ( conjunto medio ambiente ). Podemos hacer tantos conjuntos medio ambiente como sea necesario y los cambios entre ellos interactivos. Un conjunto medioambiente esta cerradamente asociado con los datos de entrada por default y las unidades para cada componente ( articulo de equipo de fluido ) que es asequible desde la bandeja de componentes, también como y que resultados de calculo usted desea ver. Cada conjunto medio ambiente almacena la información siguiente, y puede ser accedida fácilmente por medio de las siguientes teclas. F4 Provee Provee acceso acceso a los conjunto conjuntoss por default default para para cada cada uno uno de los componentes asequibles desde dentro del programa. F5 Provee Provee acceso acceso a las las column columnas as de datos datos que usted usted desee desee exportar a Excel. F6 Permite Permite colocar colocar opciones opciones FLY BY. BY. Una opción opción FLY FLY BY es la vent ventan ana a que que apar aparec ece e cuan cuando do uste usted d muev mueve e el rató ratón n sobre un componente sobre la hoja de flujo activa. Es posible colocar el FLY BY como contexto para cada componente. F7 Provee Provee acceso a las columnas columnas que desee para imprimirlas en su reporte, o exportarlas a Word, HTML o PDF. F8 Permite Permite configur configurar ar el contenido contenido de de las las tablas tablas mostra mostradas das en la etiqueta de resultados de la charola de datos. •
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F9 Nos Nos perm permit ite e colo coloca carr indi indivi vidu dual alme ment nte e las las unid unidad ades es de resultados calculados y el numero de decimales que desea se usen. Después de una instalación nueva de FLUIDFLOW hay 2 medio ambiente colocados ya para usted. Sistema internacion internacional al y el básico US; estos debieran ser la base de cambios de donde se parte. Mejor que hacer los cambios a cualquiera de las bases de datos básicas, es mejor idea hacer una copia renombrada, y hacer los cambios a la copia. Como un ejemplo de cómo hacer esto; primero cámbiese al medio ambiente al cual desea copiar. Usted puede hacerlo desde la caja combo sobre la barra de herramientas de aplicación principal. •
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Entonces seleccione desde el menú CONFIGURATION / ENVIRONMENT / SAVE ENVIRONMENT para un nombre nuevo.
Use la caja combo en la barra de herramientas principal para cambiar el medio ambiente creado recientemente y así 38
modificar solo presionando F9 para cambiar las unidades de los resultados en este conjunto. Aquí a continuación hemos hecho los siguientes cambios de la copia original, nosotros mostramos flujo en l/min en vez de kg/s, y estamos mostrando presión y caída de presión en bar y bar a. El numero de decimales mostrado también se ha incrementado para reflejar los cambios. Cargue un ejemplo como QA UNCOMPRESSIBLE FLOW \ BOOSTERS BOOSTERS \ 4 PUMPS IN PARALLEL PARALLEL 3 OPERATING OPERATING el cual tiene tiene el texto sobre la hoja de datos. Muevase a la etiqueta RESULTS sobre la charola de datos y entonces cambie el medio ambiente; verá que los resultados de la hoja de datos y la tabla se actualiza inmediatamente para mostrar las condiciones nuevas.
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Bases de datos. Unos dispositivos poderosos de FLUIDFLOW son muchas bases de datos asociadas que apoyan e intensifican este programa.. Estas incluyen una base de datos de propiedades de fluidos, bases de datos que describen el comportamiento y limites de artículos de equipos de fluido, bases de datos de materiales que soportan el tamaños de tubos y la información de aislamiento de tubería, y base de datos de manufactureros, costos, y areas bien definidas de aplicación.
Base de datos de fluidos La base de datos de fluidos contiene datos termo-físicos comprensibles de más de 850 fluidos. Las propiedades termofísicas ( densidad, viscosidad, conductividad térmica, calor especifico, constantes físicas y valores críticos, calor de vapo vapori riza zaci ción ón,, pres presió ión n de vapo vapor, r, y tens tensió ión n supe superf rfic icia iall ) está están n almacenadas de manera tal que FLUIDFLOW puede completar cálc cálcul ulos os de pérd pérdid idas as de pres presió ión n incl incluy uyen endo do trans transfe fere renc ncia ia de calor y cambio de fase. Esta base de datos es mucho mas que una tabla de propiedades físicas. Muchos métodos de predicción de estado de propiedades físicas son asequibles, frecuentemente usadas junto con modern modernas as ecuaci ecuacione oness de estad estado, o, tales tales como: como: Benedi Benedict ct Webb Webb Rubin, Lee Kesler y Peng Robinson. Hay relaciones especiales para agua y vapor ( IAPWS ), aire; y se pueden mezclar fluidos ( que no reaccionen reaccionen ) por el uso de las herramientas herramientas de base de datos o dinámicamente en la hoja de datos. 40
Un ejemplo de hecho de fluidos premezclados se realiza por la combinación fundamental de fluidos componentes en la base de datos de fluido de gas natural. Una definición típica, mostrando composición molar se ilustra debajo:
Alternativamente los fluidos pueden ser mezclados sobre la hoja de datos. El ejemplo siguiente muestra la mezcla de 4 alcoholes.
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En la guía rápida de comienzo ( quick start guide ) no se explaya demasiado en la explicación de la adición de un nuevo fluido a la base de datos de propiedades de fluidos; para una mas detallada información de cómo realizar esta operación, ver los manuales de uso. En la sección de base de datos explicaremos una adición simple en la próxima sección. 42
Base de datos de válvulas operadas manualmente. Un ejemplo de cómo las varias base de datos están estructuradas se verán mas cercanamente en el conjunto de dato datoss de válv válvul ulas as oper operad adas as manu manual alme ment nte. e. Este Este conj conjun unto to de datos de válvulas manuales es actualmente un subconjunto de una base de dato atos mayo mayorr que que conti ontie ene todo todoss los equ equipo ipos component componentes es de fluido o artículo artículos. s. Esta completa completa base de datos describe comportamiento, limitaciones y uso de tosos los artículos de la charola de componentes. Para ver, editar, borrar, o adicionar al subconjunto del manual de válvulas, haga la selección desde DATABASE | VALVE´S MENU , para mostrar el DATABASE DATABASE EDITOR-VALVE´S EDITOR-VALVE´S DIALOG:
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Este deitor de base de datos se usa también para la vista, edición, borrado y adicion de otros artículos de equipo de fluido, de manera tal que las destrezas adquiridas que aprendemos aquí, pueden también ser aplicadas a otros artículos de componentes de flujo. Sobre el lado izquierdo del dialogo del editor esta un árbol de control que permite el acceso rápido a los artículos individuales que necesita en la jerarquía . Usted puede reorganizar el árbol si esto le es mas conveniente. Abajo vemos el árbol de datos de válv válvul ula a reor reorga gani niza zado doss de acue acuerd rdo o al manu manufa factu cture rero ro.. En este este conjunto de datos hay 8 manufactureros de válvulas de mariposa en orden alfanumérico. alfanumérico. 44
Adicionando datos nuevos:
Con todos los conjuntos de datos de FLUIDFLOW el método de entada de datos es idéntico. En general se siguen las siguientes etapas: 1. Selecc Seleccio ione ne el conjun conjunto to de datos datos aprop apropia iado, do, use DATABASE | VALVES del menú de aplicación. 2. Presi Presione one el botón botón ADD. ADD. 3. Introduzca Introduzca un nombre nombre único único y presione presione OK. 4. Introduzca Introduzca el dato que describe describe el component componente e ( articulo articulo de equipo de fluido ). Adicionando una válvula nueva:
Para Para agre agrega garr una una valv valvul ula a nuev nueva a tipo tipo comp compue uert rta, a, sele selecc ccio ione ne DATABASE | VALVES desde el menú de aplicación ; esto mostrara el editor de base de datos VALVE´S DIALOG, idéntico a ese mostrado anteriormente en este capítulo. Organice el árbol de 45
acuerdo al tipo de componentes y haga clic sobre el ramal titulado GATE VALVE. Después de hacer clic en este ramal el botón ADD se establecerá; haga clic sobre el el botón ADD ADD introduzca un nombre que diga MYVALVE y presione el botón OK. El editor bebiera verse como:
Usted puede ahora editar los datos por default por medio del inspector de datos. Por ejemplo podía asignar un manufacturero o materiales diversos. Los datos asequibles para esta valvula los provee el manufacturero:
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Size = 100 mm con datos de perdida de presión expresados en valo valore res s de en usgp usgpm/ m/psi psi.. Los Los datos datos de perd perdid ida a de pres presió ión n están tabulados en la tabla 4.
Después de introducir al menos 3 conjuntos de puntos de datos, una curva se forma automáticamente de la base de datos. d atos. Puede camb cambia iarr el tipo tipo de cur curva forma ormada da si uste usted d selecc lecciiona ona una polinomial puede también formar el orden. La grafica le permite juzgar visualmente como la forma de la curva aparece sobre todo el amplio amplio rango posible . Se puede también también hacer ZOOM de la grafica para mas detalle y hacer una impresión desde este dialogo. NO PODE PODEMO MOS S ENFAT ENFATIZ IZAR AR LO SUFI SUFICI CIENT ENTE, E, que es vital que verifique sus datos después de adicionar componentes nuevos. Necesita checar los datos para continuar sobre los rangos y posiciones de operación, y que usted tiene también introducidos todos los necesarios datos adicionales.
Agregar una bomba nueva. Un ejercicio nuevo agrega una bomba centrifuga nueva ( ficticia ) con los datos siguientes: Presión de operación máxima = 10 m agua manométrica Tamaño succión = 150 mm Tamaño descarga = 100 mm Dato de velocidad de operación = 100 Velocidad mínima = 50 47
Velocidad máxima = 150 Dato de diámetro de impulsor = 250 mm Diámetro mínimo impulsor = 200 mm Diámetro máximo impulsor = 300 mm Entonces introduzca las curvas curvas de capacidad, eficiencia y NPSH de la tabla 5
Limite de flujo mínimo = 2 l/s Limite de flujo máximo ( run out ) = 12 l/s Nombre = según su criterio.
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Ahora que hemos agregado los datos, guardémoslos presionando el botón OK y use la bomba en la siguiente hoja de datos simple.
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Aseguración de calidad del flujo incompresible. Recepción, alcance y objetivos. El objetivo de este manual y archivo de ayuda es proveer una pista documentada del calculo de flujo incompresible, las pruebas de aseguramiento de calidad se completaron para la emisión del programa FLUIDFLOW V3. Esta documentación no pretende cubrir todos los aspectos de la aseguración de calidad y métodos de prueba del software del FLUIDFLOW. En vez de eso este manual solo se encarga del cumplimiento del software de los métodos de cálculo publicados para el cálculo de d e flujos incompresibles. Donde sea posible los métodos y formulas usados cumplen con los estándares y guías comunes usados dentro de las industrias de proceso y mecánica. Dentro del contexto del sistema de tuberías FLUIDFLOW, el flujo incompresible se define como su significado; flujo dentro de un sistema de tubería, donde la densidad del fluido a través de un tubo o articulo de equipo de fluido no cambia por más de un X% de la densidad de entrada del articulo en las condiciones de flujo. El valor de X puede ser colocada individualmente, para cada calculo, y el valor por default es 10%. La densidad del fluid luido o es una funci unció ón de la temp temper era atura tura y pres presiión en las las condiciones de flujo, y es calculado por FLUIDFLOW durante el proceso de solución. Esto significa que algunas redes de líquido pueden emplear técnicas de cálculo de flujo incompresible, por ejemplo, tuberías sin aislar largas. A contrario algunas redes de gas pueden emplear técnicas de cálculo de flujo incompresible.
Alcance. 50
Hay 8 ejemplo de aseguramiento de calidad enviados con el programa FLUIDFLOW V2. En este capítulo se confirmará que todos los ejemplos se cargan correctamente y que las respuestas son idénticas.
Revisión de te tipo Idelchik. Usted puede cargar este desde el archivo [ InstalDir ] \ QA incompressible Flow \ V2 QA \ Idelchik tee Check.ffl. Esta sección se encarga de la perdida de presión a través de una te reductora tipo Idelchik. Las direcciones de flujo a través de la te significan que las relaciones divergentes del Idelchik son validas. Usando la nomenclatura hallada en el “ Handbook of hydraulic resistance- I E Idelchik- 3rd ed “ p 450 -453. El canal tiene una conexión de 2” y conduce 3 kg/s de agua a 15˚C. La parte recta tiene una conexión de 2” y conduce 2 kg/s de agua. El ramal esta a 90˚C y conduce 1 kg/s de agua a través de una conexión de 1”.
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Usando los subíndices st para la parte recta, c para el canal y s para el ramal, tenemos que … … Fc ( Área de la sección transversal del canal ) = 2.16475 x y
Fs ( Área de la sección sección transversal transversal del ramal ramal ) = 5.557 x . El ángulo del ramal y la proporción de areas dictan que usamos la formula siguiente para los valores K entre el canal y el ramal por ejemplo Kcs. Kcs = A`[ 1 + Sqr ( ws/wc ) – 2 (ws/wc )cos ( ángulo del ramal en grados ), donde ws y wc son las velocidades en la parte recta y el ramal.
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Con las velocidades, el wc calculado a 1.38763 m/s y ws a 1.8016 m/s, sustituyéndolas en la ecuación anterior nos da un valor de Kcs = 2.686032. La perdida de presión desde el canal a el ramal está definido como: Perdida de presión = Kcs x densidad x /2 = 2 582.7 Pa. FLUIDFLOW ( perdidas en el ramal en el nódulo 3 ) nos da una pérdida de presión calculada de 2 582.66 Pa. Por eso el QA ( aseguramiento de calidad se pasa ). Un cálculo similar para la perdida de el canal a la parte recta es Razón de área Fst/Fc = 0.2567 Razón de flujo Qst/Qc = 0.333 Kc,st = 0.04444 La caída de presión calculada es 42.73416 Pa. El resultado de FLUIDFLOW es 42.734.
Factor de fricción de tubería – Flujo turbulento. Usted puede cargarlo desde el archivo [ InstalDir ] \ QA incompressible Flow \ V2 QA \ Reynolds number etc turbulent.ffl. Este cálculo está comprometido con la revisión de la velocidad en el tubo, numero de Reynolds, factor de fricción, y perdida por fric fricci ción ón dent dentro ro del del tubo tubo.. Este Este cheq cheque ueo o esta esta hech hecho o sobr sobre e el régimen de flujo turbulento. En este ejemplo hemos fijado el flujo a 60 m3/h y la longitud de tubo en 10 m; el diámetro interno, Di, es 77.9 mm; el fluido es agua y las propiedades físicas V2 en la temperatura de flujo son : densidad =998.71 kg/m3; viscosidad , μ = 1.148 c P. Note que las propiedades físicas V3 ( versión 3 ) son ligeramente más más exac exacta tas, s, debi debido do a que que las las prop propie ieda dade dess del del agua agua son son calculadas usando el IAPWS relaciones IFC-97. 53
Continuaremos Continuaremos usando los valores V2 y Y checaremos las contestaciones V3 al final de esta sección. La velocidad promedio del fluido a través del del tubo esta dada por la formula: ) = 3.5 m/s. V = Q / CSA = (60 x 4) / (3600 x ρx Donde v es la velocidad promedio en el tubo en m/s. Q es el flujo volumétrico en m3/s. CSA es el área de la sección transversal del tubo en m2. El numero de Reynolds esta dado por: Re = ρvDi / μ = 998.71 x 3.5 x 0.0779 / ( 1.148 x 0.001 ) = 237 025 Donde ρ es la densidad en kg/m3. Di es el diámetro interno del tubo en m. g es la viscosidad dinámica en Pa/s. De la carta de Moody el factor de fricción correspondiente para tubo de acero limpio comercial es 0.0192. Por lo tanto la perdida de cabeza en el tubo, expresada en m de fluido será dada por : ∆h = 0.5 f L / (g Di ) = 0.5 x 0.0192 x 10 x 3.5 x 3.5 /( 9.80665 x 0.0779 ) = 1.54 m de fluido Donde f es el factor de fricción fricción adimensional adimensional de Moody. Moody. L es la longitud del tubo en m g es la aceleración debido a la gravedad en m/ . La versión V3 se muestra abajo en un corte de la hoja de flujo.
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La caída de presión calculada es 42.73416 Pa. El FLUID FLOW resultante ES 42.734.
Factor de fricción de tubería – flujo laminar. Usted puede cargarlo desde el archivo [ InstalDir ] \ QA incompressible Flow \ V2 QA \ Reynolds number etc laminar.ffl. El sistema es idéntico al ejemplo en la sección anterior, pero el flujo se define en 0.035 m3/h “ Reynolds number etc laminar “. Los cálculos se hacen usando las propiedades físicas de la V2; Note que las propiedades físicas V3 ( versión 3 ) son ligeramente más más exac exacta tas, s, debi debido do a que que las las prop propie ieda dade dess del del agua agua son son calculadas usando el IAPWS relaciones IFC-97. Verifique Verifique la velocida velocidad d = 0.35 x 4 / ( 3600 x ρ x ) = 0.0204 m/s Revise el Reynolds = 998.71 x 0.0204 x 0.0779 / ( 1.148 x 0.001 ) = 1382 Factor de fricción = 64 / Re = 0.0463 Perdida de cabeza en tubo = 0.5 x 0.0463 x 10 x0.0204 / ( 9.80665 x 0.0779 ) = 0.000126 m de fluido. La versión V3 se muestra debajo 55
Otra Otra vez vez se perm permit iten en lige ligera rass dife difere renc ncia iass en las las prop propie ieda dade dess físicas pero el resultado es el mismo.
Factor de fricción de tubería – rugosidad de superficie. Usted puede cargarlo desde el archivo [ InstalDir ] \ QA incompressible Flow \ V2 QA \ Roughness factors.ffl. factors.ffl. Este ejemplo se compromete con la revisión de la rugosidad de tubería y su efecto sobre el factor de fricción y de aquí sobre las pérdidas de fricción en el tubo. La red contiene un tubo simple con el flujo fijo en 60 m3/h . Los detalles del tubo son tamaño nominal 100 mm Fierro colado clase C con un diámetro interno de 106.3 mm y una longitud de 10 m. La rugosidad absoluta por default de este material es 0.2 mm. Se realizan varias revisiones de rugosidad, factor de friccion y perdidas en tubería resultantes. Parte 1
Re de V2 es 173 673 La rugosidad relativa es r/ Di = 0.0002 / 0.1063 = 0.0018868. 56
De la carta de Moody el factor de fricción es 0.024. v desde el FLOWFLUID es 1.878 y por lo tanto la caída de presión calculada es. ∆h = 0.5 x 0.024 x 10 x 1.878 x 1.878 / ( 9.80665 x 0.1063 ) = 0.408 de fluido.
Parte 2
Cambiando el factor de rugosidad para usar un valor de 0.4 mm nos da los resultados siguientes. Re como arriba. La rugosidad relativa es r/ Di = 0.0004 / 0.1063 = 0.0037629. De la carta de Moody el factor de fricción es 0.0285. ∆h = 0.5 x 0.0285 x 10 x 1.878 x 1.878 / ( 9.80665 x 0.1063 ) = 0.48 de fluido. La versión V3 se muestra bajo.
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La correspondencia satisfactoria.
entre
las
versiones
se
considera
Placa de orificio - perdidas no recuperables. Usted puede cargarlo desde el archivo [ InstalDir ] \ QA incompressible Flow \ V2 QA \ Orifice plate.ffl. Este ejemplo se incluye para comparar la similitud de resultados entre las versiones V2 y V3 para el flujo de agua a través de un a placa de orificio determinada. Los resultados de la V2 se muestran abajo.
58
La perdida de presión no recuperable se calcula como 17 300 Pa. Los resultados de la V3 se muestran a continuacion. En la V3 la perdida de presión no recuperable calculada es de 16 501 Pa; la diferencia entre los cálculos es de 0.68% y esto es debido a las siguientes razones. La versión V2 usa un método definido en el BS 1042; este método ahora ha sido sustituido por las recomendaciones del más ampliamente aceptado ISO 5167. Las Las prop propiieda edades des físi ísicas cas del del agu agua reto etomada madass en el V3 son cons consid ider erad adas as mas mas prec precis isas as,, debi debido do a que que son son calc calcul ulad adas as de acuerdo al IFC-97 del IAPWS. 59
Las 2 explicaciones de arriba contestan la diferencia del 0.68% en las respuestas. Hay mas revisión de comprensión para las placas de orificio en el capitulo de orificios.
Equivalencias Kv, K y Kf . Usted puede cargarlo desde el archivo [ InstalDir ] \ QA incompressible Flow \ V2 QA \ Kv and K and Kf equivalence test.ffl. Este ejemplo se compromete con la revisión de las pérdidas de cabeza a través de componentes resistivos que han sido definidos como tipos Kf, Kv y K. La válvula de ángulo de 4” para cada una de los tipos. Por lo tanto las perdidas de cabeza debieran ser las mismas para cada componente de la red. Calculando para cada uno de los tipos equivalentes, las perdidas de cabeza esperadas se muestran a continuacion. Valor Kf:
El valor Kf para una válvula de ángulo ( usada en el ejemplo ) es de 150. 60
Esto significa que la longitud equivalente para la válvula de ángulo es igual a 150 diámetros de tubería. Note4 que este valor es adimensional y por lo tanto independiente del tamaño. La fórm fórmul ula a para para expr expres esar ar el Kf es: es: Kf = f`L f`L / Di , dond donde e F`es el factor de fricción adimensional de Moody en la región turbul turbulen enta ta comple completam tamen ente te desarr desarroll ollada ada.. Esto Esto signi signifi fica ca que el valor para la f`es una función solo del tamaño. Valores K:
Para convertir convertir estos estos valores valores para un valor valor K, necesita necesitamos mos conoce conocerr el tamañ tamaño o de válvul válvula a desde el cual cual los compon component entes es expresados como tipos K son una función del tamaño. Por lo tanto para una válvula o tubo de 4” el valor de f` desde la carta de Moody es 0.0165 Entonces el valor de K = 150 x 0.0165 = 2.47 Valores Kv:
Para convertir a valores Kv necesitamos los valores de pérdida de cabeza en un flujo dado usando los valores datos previos, la perdida de cabeza a través de d e la válvula será: ∆h = K /2g donde V = Q/CSA y Q = 60 60 / 3 600 600 =0.0166 =0.01666 6 m3/s m3/s CSA = ρx 0.1023 x 0.1023 / 4 = =.0082194 Que nos da una v de 2.0277. ∆h = 2.47 x 2.0277 x 2.0277 / ( 2 x g ) = 0.518 m de fluido ( o 5075 Pa ). Cargando el componente del chequeo de calidad se confirma que las perdidas de cabeza a través de cada uno de los componentes es idéntico. Los resultados para el archivo cargado en la V3 se muestran abajo.
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Las perdidas Kf, Kv y K son respectivamente 5 138, 5 089 y 5 082 Pa los cuales son también valores muy cercanosa los valores de la versión 2.
Ejemplos de la versión 2. Alcance. El objetivo para este capítulo es comparar los resultados para cada uno de los componentes en la V2 con los resultados de la V3. Algunos de estos ejemplos son un poco más complejos que los los del del capí capítu tulo lo prev previo io.. Para Para ejem ejempl plos os más más comp comple lejo joss ver ver el capítulo de FLUIDFLOW para ejemplos adicionales.
Final de suministro de acrílico. Usted puede cargarlo desde el archivo [ InstalDir ] \ QA incompressible Flow \ V2 Examples \ Acrilic supply final.ffl. 62
Este es uno de los ejemplos de diseño explicados comp comple leta tame ment nte, e, toma tomado do de el capí capítu tulo lo de V2 “Eje “Ejemp mplo loss de diseño“. En este ejemplo, las líneas han sido dimensionadas, bomba y válvulas de control han sido seleccionadas y dimensionadas las placas de orificio. El archivo se carga directamente en la V3 y los valores impo import rtan ante tess revi revisa sado doss son son most mostra rado doss en la hoja hoja de fluj flujo o a continuación.
Generalmente hay muy buena correspondencia entre los valores de la V2 y V3. Hay algunas diferencias menores en los valores de pérdidas de presión ( <1% ) debido a las diferencias en las propie propiedad dades es física físicass predic predichas has.. Adicio Adicional nalmen mente te los valor valores es de ajuste de las posiciones de válvula son calculados como 2 y 4% más abiertos en la V3. Los cálculos en la V3 se consideran más 63
exactos por las siguientes razones. La V3 sigue completamente al deta detall lle e el está estánd ndar ar ISAISA-S7 S75. 5.01 01-1 -198 985, 5, el cual cual invo involu lucr cra a 4 factores de corrección adicionales que son especificados en la V3. Estos factores adicionales son: Xt factor de razón de pérdidas de presión, Fs factor del flujo laminar, FL un factor de recuperación de presión y Fd un modificador de estilo de válvula. Valores individuales para cada una de las válvulas se usan en la V3, en tanto que se usan valores típicos en la V2. El modificador de esti estilo lo de válv válvul ula a y el fact factor or de recu recupe pera raci ción ón de pres presió ión n usad usados os para para las las válv válvul ulas as de mari maripo posa sa,, son son dife difere rent ntes es a los los valores usados en la V2. Un segundo factor en la V3 que afectará el ajuste calculado de posición de válvula , es aquel cálculo de las las pres presiiones ones estáti tática cass de entr entrad ada a y sal salida ida el cua cual es mas mas acuciosamente determinado en la V3.
Calculo de tuberías para fluidos newtonianos. Alcance. Este capitulo cubre las perdidas por fricción y transferencia de calor que ocurre cuando un fluido newtoniano compresible o incompresible fluye en un conducto. FLUIDFLOW puede considerar conductos de sección transversal: circular, rectangular o anular. Los cambios en la sección transversal son cubiertos dentro del capítulo de cambio de tamaño. Para cálculos de flujo incompresible el modelo de friccion puede ser cambiado para usar valores para el Moody, Hazen-Williams ó un valor especificado por el usuario. Para Para cálc cálcul ulos os de fluj flujo o comp compre resi sibl ble e el mode modelo lo de fric fricci cion on es seleccionable junto con un incremento de densidad; esto significa que los líquidos pueden ser calculados para los métodos de flujo compresible, si el cambio de densidad experimentado en 64
la tubería es mas grande que ese especificado por el incremento de densidad.
Perdidas por fricción por flujo en tuberías. Alcance. Para el calculo de perdidas en tubo para fluido incompresible FLUIDFLOW puede usar cualquiera de las dos relaciones asequibles. Las relaciones asequibles están definidas como … 1.
Ecuacion de Darcy la cual es definida por la siguiente
expresión: ∆P = 0.8105691387022 f L / ( ρ) donde : ∆P es la caída de presión presión en Pascals ( N/ ). f es el coeficiente adimensional Moody ó factor de fricción de Moody. Tome nota que en algunos textos se usa comúnmente el factor de fricciona de Fanning. Numéricamente el factor de fricción de Fanning es 4 veces el factor de fricción de Moody.
L es la longitud del tubo en m. w es el flujo másico en kg/s. D es el diámetro interno del tubo en m. ρ es la densidad del fluido fluyendo en kg/ , tomada en la presión y temperatura de tubo corriente arriba. 2.
Ecuacion Hazen-Williams la cual es definida por la
siguiente expresión: ρg donde : ∆P = 10.6529332248 L ( Q / ∆P es la caída de presión presión en Pascals ( N/ ). L es la longitud del tubo en m. Q es el flujo volumétrico en /s. C es el coeficiente adimensional de Hazen-Williams 65
D es el diámetro interno del tubo en m. ρ es la densidad del fluido fluyendo en kg/ , tomada en la presión y temperatura de tubo corriente arriba. g es la aceleración debida a la gravedad. gravedad. La ecuación usada para calcular las perdidas por fricción en tubo pueden ser cambiadas desde la lista de opciones de modelos de fric fricci ción ón en el edit editor or de entr entrad ada. a. Las Las opci opcion ones es aseq asequi uibl bles es se muestran a continuacion: Moody significa que se usa la ecuación de Darcy para calcular las perdidas por fricción del conducto, , calcula el factor de fricción de acuerdo a la ecuación de Colebrook-White o de Haaland. Hazen-Williams significa que se usa la ecuación de Hazen_Williams para calcular las perdidas por fricción del conducto, el usuario introduce un valor C que es usado por FLUIDFLOW. Fixed Friction Factor Williams significa que se usa la ecuación de Darcy para calcular las perdidas por fricción del conducto, el usuario introduce un fixed Moody factor que es usado por FLUIDFLOW.
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Esto significa que para verificar las pérdidas de fricción en tubos y los cálculos de del factor de fricción para un fluido newtoniano fluyendo en un tubo de acero comercial de una rugosidad y sección transversal constante, debemos considerar cada uno de los modelos de friccion, el efecto de la rugosidad de superficie, el efecto de las propiedades del fluido con la fijación de la escala a 0 para cada uno de los regímenes de flujo. Adicionalmente las tuberías pueden tener una sección transversal circular, cuadrada ó anular. Variando cada una de estas propiedades en un tiempo, nos conduce a los siguientes cálculos. 67
Flujo turbulento, ecuación de Darcy, factor de fricción de Moody. Cons Consid ider erar ar la red red sigu siguie ient nte. e. Uste Usted d pued puede e carg cargar arlo lo desd desde e el archivo [ InstalDir ] \ QA incompressible Flow \ Pipes \ Turbulent flow,Darcy equation, Moody friction factor.ff3.
La tubería tubería tiene propiedades propiedades de entrada entrada y resultado resultadoss de calculo calculo como se muestran a continuacion.
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Resumiendo: Para 100 m de tubo de 2” de acero comercial, se predice una caída de presión de 101 325 Pa, si el agua fluye a un porcentaje de 4.7846 kg/s a través del tubo. Dado que el fluido fluyendo es incompresible, las presiones corriente arriba y corr corrie ient nte e abaj abajo o no son son impo import rtan ante tes, s, se pre prevé que que el flui fluido do permanece en el estado de fase liquida. Podemos por lo tanto revisar la formula usada directamente con cálculos a mano. Calculo del numero de Reynolds: Las propiedades físicas del agua a 15˚C necesarios en el caculo ( Densidad y viscosidad ) se obtienen de la ultima publicación del IAPWS ( International Association for the Physical properties of 69
wáter and steam ) las cuales son densidad= 999.15 kg/ y viscosidad = 0.01137 Pa/s. La velocidad en el tubo esta dada por 4 x 4.7846 / ( 0.0525 x 0,0525 x 999.15 x π ) = 2.212108655 ( el resultado FLUIDFLOW anterior se da como 2.21 corregido hasta 2 decimales. Por lo tanto el numero de Reynolds Re calculado será: Re= 999.15 x 2.212108655 x 0.0525 / 0.001137 = 102055.4 La rugosidad absoluta para tubería de acero comercial limpia o nueva es 0.00005 m, la cual nos da una rugosidad relativa de 0.00005 / 0.0525 = 0.00095238. De la carta de Moody el factor de fricción para un Re de 102 055 y una rugosidad relativa de 0.00095 es aproximadamente 0.02175. Esto nos da una caída de presión calculada a mano de: ∆P = 0.8105691387022 f L / ( ρ) = 0.8105691387 0.8105691387022 022 x 0.02175 0.02175 x 100 x4.7846 x 4.7846 / ( x 999.15 ) = 101 277 Pa Las perdidas por fricción calculadas a mano debieran ser 101 325 Pa, la diferencia es a causa de la lectura no acuciosa de el factor de fricción de la carta de Moody. fLUIDFLOW calcula el factor de fricción como 0.0217600086256. Para verificar que la formula haya sido introducida correctamente, compararemos los resultados de FLUIDFLOW con un ejemplo de libro de texto. Una de las fuentes mas ampliamente usada como referencia es “ Flow of fluids through valv valves es,, fitt fittin ings gs and and pipe pipe “ publ public icad ada a por por CRAN CRANE E como como libr libro o técnico 410. En la edición de 1988 de esta referencia, en la sección B13 nos da una tabla de valores de perdidas de presión de agua fluyendo a 15˚C a través de tubería de acero cedula 40 a varios flujos. Para un tubo de 2” de 100 m de longitud, los resultados de 70
perdidas de presión en tubo de FLUIDFLOW son son comparados comparados con los de la referencia de CRANE y se muestran en la tabla a continuación. Flujo en litros /
Caída de presión
Caída de presión
Coeficiente de correlación para definir una curva parabólica con Los coeficientes de correlación para el conjunto de datos es adap adapta tado do a una una poli polino nomi mial al de segu segund ndo o orde orden. n. FLOW FLOW FLUI FLUID D provee un conjunto casi perfecto de respuestas consistentes. Para terminar FLUID FLOW V2 nos da una contestación de 4.782 kg/s kg/s con con una una dife difere renc ncia ia de ( 0.08 0.08% % ) debi debido do la lige ligera rame ment nte e menos exactas predicciones de densidad y viscosidad en V2.
Flujo turbulento, ecuación de Darcy, factor de fricción fijo. 71
Cons Consid ider erar ar la red red sigu siguie ient nte. e. Uste Usted d pued puede e carg cargar arlo lo desd desde e el archivo [ InstalDir ] \ QA incompressible Flow \ Pipes \ Turbulent flow,Darcy equation, Fixed friction factor.ff3.
La tubería tubería tiene propiedades propiedades de entrada entrada y resultado resultadoss de cálculo cálculo como se muestran a continuación.
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Los resultados de este calculo debieran de ser un flujo de 4.7846 kg/s, a causa de un factor de friccion fijo de 0.0217600086256 que que fue fue usad usado o en el ejem ejempl plo o prev previo io “ turb turbul ulen entt flow flow,, Darc Darcy y equation, Moody friction factor”, todas las demás condiciones son idénticas, de manera tal que los flujos calculados en los dos ejemplos debieran ser idénticos de 4.7846 kg/s.
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Flujo turbulento, ecuación de Hazen Williams. Consideraremos la misma red de los dos ejemplos anteriores, con el conjunto de propiedades de tubo mostradas a continuacion. Usted puede cargarlo desde el archivo [ InstalDir ] \ QA incomp incompres ressib sible le Flow \ Pipes \ Turbulen Turbulentt flow,H flow,Haze azen n Willia Williams ms C=140.ff3. Con Con una idé idéntica tica longi ongitu tud d de tubo tubo y un coe coefici ficien ente te Haze Hazen n Williams de 140, el porcentaje de flijo predicho es 4.9306 ( la V2 predice 4.9269 kg/s, una diferencia del 0.08% )
Equivalencia de diámetro hidráulico anular y circular. Este ejemplo debiera ilustrar el uso de las técnicas de uso de un diámetro hidráulico para tubería de secciones no circulares. Usted puede cargarlo desde el archivo [ InstalDir ] \ QA incompressible Flow \ Pipes \ Annular and hydraulic diameter equivalence.ff3. Diámetro hidráulico se define como: 4 x área de sección transversal / perímetro mojado. Por lo tanto, para ejemplo el diámetro hidráulico de una tubería anular de diámetro interno 33.4 mm y un diámetro externo 52.5 mm, como se ilustra debajo, es:
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Diámetro hidráulico, hidráulico, Dh= 2 (52.5 (52.5 - 33.4 33.4 ) = 38.2 mm y Área rea de sec secció ción tran transsver versal, al, CSA= SA= [( 0.05 0.0525 25 x 0.52 0.525) 5) – ( 0.0334 x 0.0334 ) ] = 0.001288594 Para una longitud de de 20 m, el flujo calculado para una caída de presión de 101 325 P, en una tubería circular de diámetro interno de 38.2 mm es 4.7535 kg/s y la velocidad en el tubo de salida es 4.15 m/s. Para Para una una tube tuberí ría a anula ular de 20 m de longit ngitu ud ( Do=52 o=52..5 y Di=33.4 ) para una pérdida de presion de 101 325 Pa el flujo calculado es idéntico a 4.7535 y la velocidad calculada en la salida del ducto es 3.69 m/s. Este es un resultado esperado, conf confiirma rmando ndo que que el cálc cálcul ulo o de vel velocid ocida ad para para el uso uso de la información de arriba y la densidad de 999.1 kg/ . El flujo volumétrico en la salida del tubo , Qo= 4.7535 / 999.1 = 0.0004757782
/s.
Velocidad de salida, vo= 0.004757782 / 0.001288594 = 3.69 m/s.
Tubería con transferencia de calor. Alcance. La transferencia de calor en tuberías puede seguir cualquiera de los modelos de calor asequibles; para tubos hay 4 modelos de calor asequibles los cuales son: Ignorar Ignorar perdida perdidas/g s/gana ananci ncias as de calor calor , lo cual significa 1. que toda la transferen t ransferencia cia de calor es ignorada. Cambi Cambio o de temp temper erat atura ura fijo fijo, lo cual significa que el 2. usuario especifica un cambio de temperatura dado, la dirección de flujo del calor y FLUID FLOW calcula el calor transferido y ajusta las temperaturas de salida en conformidad. 75
3.
Hacer acer el cálc cálcu ulo de tran transf sfe eren rencia cia de calo calor, r, lo que
significa que FLUIDFLOW calculará la perdidas ( ò ganancias ) de calor desde el tubo y ajusta la temperatura de sali salida da del del tubo tubo de conf confor ormi mida dad d al calo calorr tran transf sfer erid ido o calc calcul ulad ado. o. Para Para usar usar esta esta func funcio iona nabi bililida dad d uste usted d nece necesi sita ta espe especi cifi fica carr si el tubo tubo está stá aisl islado ado, el tipo tipo y groso rosorr de aislamiento, la velocidad del viento alrededor, temperatura ambiente y así sucesivamente. Este es el último ejemplo, es decir. Haga el cálculo de transferencia de calor que se considerará en detalle aquí.
Ganancia de calor en una tubería no aislada (desnuda). Aquí consideraremos un calculo en el cual el calor es transferido a 100 ton/hora de cloro liquido viajando a lo largo de 500 m de tubo de 6”. El cloro entra al tubo con una tempertura de -10˚C. La planta opera cerca del ecuador y es posible que la temp tempe eratu ratura ra ambi ambien ente te alcanc cance e los 40 ˚C en el vera verano no.. Es importante que el cloro arrive al final de la línea en la fase liquida. La temperatura en el nodulo de salida para un flujo de 100 ton/hora no debe caer arriba arriba de -7 ˚C. ¿ Nece Necesi sita tamo moss aisl aislar ar la tube tuberí ría a ? Si es nece necesa sari rio, o, usar usar lana lana mine minera ral, l, que que gros grosor or de aisl aislam amie ient nto o nece necesi sita tamo moss real realiz izar ar,, en orden de evitar evitar que la la temperatura caiga ( aumente aumente ) 1 ˚C. Usted puede cargarlo desde el archivo [ InstalDir ] \ QA incompressible Flow \ Pipes \ Chlorine pipe with heat gain.ff3. Las respuestas de calculo se muestran sobre la hoja de datos y la pantalla que se ve abajo.
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En la labor de checar a mano el cálculo, necesitamos tomar un acercamiento simplista que es el que se usa en FLUIDFLOW, esto es, es, debi debido do a que que el cálcu cálculo lo de perd perdid ida/ a/ga gana nanc ncia ia de calo calorr es iterativo dentro de un circuito de calculo iterativo. Si usamos la misma misma aproxi aproximac mació ión n como como FLUIDF FLUIDFLOW LOW necesi necesitar taría íamos mos hacer hacer mas de 100 cálculos solo para un sistema simple. En resumen, podemos ver que FLUIDFLOW estima una perdida de temperatura de 5 ˚C al tiempo que el cloro alcanza la salida. Podemos hacer un calculo de transferencia de calor rápida por el uso del facto factorr del calor calor transf transferi erido, do, Qh= (aprox (aproxima imadam dament ente) e) 77
flujo másico (w) x calor especifico (Cp) x cambio de temperatura (∆T). Tomando un valor constante para el calor especifico de 945 J/kg ˚C ( usted puede tomar este valor desde la basa de datos de propiedades físicas ), El calculo aproximado de la transferencia de calor llega a ser. Qh=27.7778 x 945 x 5 = 131 250 Watts ( FLUIDFLOW calcula 132 651 ). Usando este valor para estimar el coeficiente total de transferencia de calor, desde la ecuación del coeficiente total de transferencia de calor, U = Qh / [area de transferencia de calor (A) x diferencial de temperatura (∆T). El área rea de tran transf sfer eren enci cia a de calo calor, r, es del del diám diámet etro ro exte exteri rior or,, hágalo para tubo 6” ced 40 x longitud (L) x π. A= 0.1683 x π x500 = 264.8 ∆T = diferencia de temperatura media logarítmica = 47.45 ˚C. Esto daría un coeficiente total de transferencia de calor de 132 651 / (264.8 (264.8 x47.45 x47.45)) = 10.55 10.55 W/ ˚C ( 1.858 1.858 BTU/ BTU/ ˚F. ¿ es este este valor razonable ? Los valores típicos hallados en el Perry 5-4 se promedian en 1.9 BTU/ ˚F. Los Los valo valore ress prov provis isto toss desd desde e las las tabl tablas as en las las publ public icac acio ione ness técn técnic icas as hall hallad adas as en WWW.insulation.org WWW.insulation.org,, tambié bién son muy similares. Los valores típicos hallados en varias de estas fuentes en la red red están están en 2 BTU/ BTU/ ˚F. Entonces se puede ver que con la aproximación simplista, el cálculo de las perdidas/ganancias de calor es correcto.
Ganancia de calor en una tubería aislada . Buscar problemas de uso. 78
Válvulas manuales. Calculo de caída de presión en flujo newtoniano. En FLUIDFLOW, la relación de caída de presión a través de una válvula operada manualmente, se define vía su entrada en la base de datos de válvulas.
Uniones.
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Te convergente Idelchik. El canal Te divergente Idelchik. El canal esta en tubo de flujo combinado esta en tubo de flujo combinado y exhibe perdidas de presión y exhibe perdidas de presión
Te convergente Crane. El canal esta en tubo de flujo combinado y exhibe perdidas de presión cero. Las caídas de resión
Te divergente Crane. El canal esta en tubo de flujo combinado y exhibe perdidas de presión cero. Las caídas de resión
Compare las perdidas sobre el lado recto y ramales de cada uno de los tubos.
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