30 mayo 2012

Tutorial para diseñar sistemas con bombas centrífugas (7 ª PARTE)



Ver 6ª PARTE

Ejemplo de cálculo de la fricción de una tubería de acero

Calcular la pérdida de fricción de una tubería de acero 2 1/12” schedule 40 (diámetro de tubería interna 2,469”) con un caudal de 149 gpm para agua a 60 F y longitud de la tubería de 50 ft. La rugorisdad de la tubería es 0,00015 ft y la viscosidad es 1,13 cSt.

La velocidad promedio v en la tubería es:

El número de Reynolds Re es:

El parámetro de fricción es:



El factor de fricción se calcula con la ecuación de Darcy-Weisback



Las pérdidas de fricción son:


Ejemplo de cálculo de la fricción de una tubería de acero

La velocidad promedio ѵ en una tubería viene calculada por la siguiente fórmula.


El número de Reynolds se calcula basándonos es en la siguiente fórmula:



El número de Reynolds por debajo de 2000 indica que el fluido está en régimen laminar. Si el número está por encima de 4000 el régimen es turbulento. La velocidad es usualmente bastante alta en procesos industriales como para hacer turbulento el régimen del caudal. La viscosidad de muchos fluidos puede encontrarse en el Cameron Hydraulic data book. La viscosidad del agua a 60F es 1,13 cSt.


Si el flujo es laminar entonces el parámetro de fricción f se calcula con la ecuación del flujo laminar.



Si el flujo es turbulento entonces el parámetro de fricción f se calcula basándonos en la ecuación de Swamee-Jain.



En el régimen de flujo turbulento el factor de fricción f depende de la rugosidad absoluta de la pared del interior de la tubería. La siguiente tabla muestra los valores de rugosidad absoluta de algunos materiales:


Material de tubería
Rugosidad absoluta ε (ft)
Hierro forjado o acero
0,00015
Hierro fundido revestido en asfalto
0,0004
Hierro galvanizado
0,0005

El factor de fricción



G = 32,17 ft/s2

La pérdida de fricción de la tubería se calcula:


Calculadores de fricción en tuberías

En el siguiente enlace encontramos software gratis que nos ayudará a calcular la fricción en tuberías:

  1. Cálculo de NPSHA. Este software nos ayuda calcular la altura de succión neta positiva de la bomba. Podemos controlar la curva de rendimiento de la bomba. Podemos controlar la curva de rendimiento de la bomba para ver si es suficiente para que la bomba opere apropiadamente. Hay dos formas de hacer estos cálculos, uno implica conocer el nivel del tanque y la pérdida de presión en la tubería de succión y la otra requiere una medición de presión en la entrada de la bomba.
  2. Predicción de la cavitación. Esta herramienta se basa en pruebas experimentales y se diseñó para investigar las condiciones en las que se produce la cavitación. La cavitación depende de la velocidad específica y la velocidad específica de succión, estas dependen del caudal, la altura y las rpm de la bomba.
  3. Predicción de la eficiencia de bombas centrífugas. Esta herramienta ayuda a realizar los cálculos antes de seleccionar la bomba del catálogo del fabricante. Ahorra tiempo en la fase inicial del proyecto y calcula los requerimientos de potencia en la selección de la bomba final. Alternativamente, compara la eficiencia de la selección de la bomba final con el promedio de la industria.
  4. Calcula altura de presión y caudal desde la velocidad. Esta herramienta convierte las lecturas de presión  en la descarga y succión a alturas de presión. Usaremos estos valores para controlar contra la curva de rendimiento de la bomba y veremos si obtenemos el rendimiento previsto. También ayuda a convertir caudal en velocidad.
  5. Calcula el caudal de sólidos suspendidos en un líquido. Calculamos los sólidos que transporta un líquido vía un sistema de bombeo para conocer cuantas toneladas por hora de sólidos se están desplazando.
  6. Leyes de afinidad. Calcula un nuevo diámetro de rodete o velocidad para un nuevo caudal. Las leyes de afinidad pueden usarse para calcular un nuevo diámetro de rodete para un nuevo requerimiento de caudal. Si estamos contemplando una reducción de caudal permanente, reduciendo el diámetro del rodete conseguimos que la bomba funciona más uniformemente y eficientemente.
  7. Calcular la altura total de una bomba centrífuga con mediciones de presión. Es bastante fácil medir la presión a la salida y entrada de una bomba y a partir de ahí calcular la altura total.
  8. Calcular la potencia del a bomba con la corriente del motor. Los amperios del motor pueden obtenerse fácilmente en la mayoría de las instalaciones. A partir de esta lectura es fácil medir el ampedaje del motor y por lo tanto determinar el estatus mecánico de la bomba.
  9. Pérdidas por fricción para suspensiones de pulpa.
  10. Factores de corrección de viscosidad para curvas características de rendimiento de las bombas centrífugas.
  11. Inmersión mínima de la altura de la bomba para evitar formación de torbellinos en el tanque de succión.
  12. Cálculo de la erosión del rodete a la velocidad de punta del rodete para evitar la erosión pro demasiadas partículas en suspensión.
  13. Cálculo de la presión en cualquier punto del sistema de bombeo.
  14. Pérdidas de altura de fricción de tuberías.
  15. Máxima presión de tubería permitida.
  16. Pérdida de fricción de accesorios de tuberías.
  17. Análisis económico del tamaño de tuberías.

Ver 8ª PARTE


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